基于化學學科價值的教學設(shè)計

周梅華 李德前

摘要：在“認識化學變化”的復(fù)習課中，借助“問題鏈”驅(qū)動學生思維，以真實的事例創(chuàng)設(shè)問題情境，以化學變化的價值引領(lǐng)學生不斷探索;通過有意義的再識燃燒反應(yīng)及化學變化，將化學學科價值線和知識復(fù)習線完美融合，從而較好地提升學生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：認識化學變化;復(fù)習課;教學設(shè)計;化學學科價值;課例研究

文章編號：1008-0546（2022）05-0044-03中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.010

化學的特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)[1]。化學是變化之學，而人類研究化學變化的主要目的是獲得能量及新物質(zhì)。

初中化學滬教版教材第4章“認識化學變化”包括三節(jié)內(nèi)容：（1）常見的化學反應(yīng)——燃燒;（2）化學反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系;（3）化學方程式的書寫與應(yīng)用[2]。教材如此編排有深意，一方面是從燃燒這類生產(chǎn)生活中常見的化學反應(yīng)入手，通過質(zhì)量守恒定律及化學方程式的應(yīng)用呈現(xiàn)了研究化學變化的方法：從定性到定量，定量計算能使我們更好地認識和應(yīng)用反應(yīng)。另一方面，體現(xiàn)了人類研究化學反應(yīng)的目的：獲得能量和新物質(zhì)，體現(xiàn)化學的學科價值。

本文充分挖掘教材內(nèi)容蘊含的研究化學變化的思路和學科價值，以人類研究化學變化的價值為引領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，遵循學生認知規(guī)律，借助問題鏈驅(qū)動學生思維，將宏觀到微觀、定性到定量的研究化學變化的思路落到實處，在課堂教學中將化學學科價值線和知識復(fù)習線完美融合。

一、教學思路設(shè)計（見圖1）

二、教學過程

【引入】人類為何要研究化學變化？化學變化給我們帶來了什么？怎樣才能更好地控制和應(yīng)用化學變化？帶著這些問題我們一起再識化學變化。

1.化學變化帶給我們能量

（1）深化燃燒條件

【教師】假如你流落在一個荒島上，沒有帶火種，你會怎么生火？

【學生】可以鉆木取火。

【教師】你知道貝爾在荒島上怎么解決的呢？

【視頻】貝爾荒島生火。

【教師】原來貝爾的想法跟同學們是一樣的。貝爾生火最難達到的燃燒條件是什么？

【學生】溫度達到可燃物的著火點。

【教師】物質(zhì)燃燒還需具備其他什么條件？

【學生】可燃物，可燃物一般與氧氣接觸。

【教師】為何說一般同時具備？鎂條在二氧化碳中能燃燒嗎？請同學們動手實驗并準備匯報實驗情況。

【學生】做“鎂條在二氧化碳中燃燒”實驗，觀察現(xiàn)象，并寫出反應(yīng)的化學方程式，然后匯報。

【教師】鎂條在二氧化碳中能燃燒，你對燃燒的條件有什么新的認識？能否說二氧化碳支持燃燒？

【學生】鎂條在二氧化碳中燃燒，說明沒有氧氣有時候可燃物也能燃燒，所以燃燒條件中說一般與氧氣接觸。一般情況下二氧化碳不能支持燃燒，盡管鎂條在二氧化碳中燃燒了，但特殊應(yīng)用不能說成普遍性規(guī)律。

【教師】鎂條等活潑金屬著的火能否用二氧化碳滅？

【學生】不能。

（2）了解燃燒用途

【教師】貝爾荒島這堆火有哪些用途？

【學生】做飯，做菜;生火求救;……

【視頻】貝爾荒島生火以求救。

【歸納】貝爾荒島生火主要為了求救，利用燃燒的現(xiàn)象，煙、火焰等。生活中利用最多的是燃燒釋放的熱量。自從人類會利用燃燒釋放的熱量之后，開始從茹毛飲血逐漸走向文明。可見，化學變化帶給我們能量，人類利用化學變化產(chǎn)生能量的能力已經(jīng)越來越強了，這些能量把火箭送上了天。

（3）探索燃燒反應(yīng)

【視頻】能量支撐人類探索太空。

【教師】神州系列的火箭中推進劑是液氫、液氧，分別起什么作用？請寫出化學方程式。液氫、液氧以何種比例反應(yīng)產(chǎn)生的能量最大？請從微粒的個數(shù)及物質(zhì)的質(zhì)量比例判斷。

【學生】出示化學方程式，2H2+O2 2H2O;液氫、液氧分子個數(shù)比2∶1，質(zhì)量比1∶8的時候產(chǎn)生能量最大。

【歸納】化學反應(yīng)時物質(zhì)以化學方程式的比例恰好完全反應(yīng)產(chǎn)生的能量最大。生產(chǎn)生活中為了獲得最大能量我們必須控制反應(yīng)物之間的質(zhì)量比例。化學反應(yīng)都遵循質(zhì)量守恒定律，反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量比是一定的，這也是化學方程式計算的依據(jù)。

設(shè)計意圖：從大家熟悉且喜歡的貝爾荒島生火的實例引出，復(fù)習燃燒的條件，又以鎂在二氧化碳中燃燒拓展了燃燒條件的認識。從貝爾生火的應(yīng)用及生活中燃燒的應(yīng)用清晰地點出了人類利用化學反應(yīng)主要獲得能量。通過能量支撐人類探索太空的視頻及問題，將學生的視角拓展后引導(dǎo)至根據(jù)化學方程式從微觀、宏觀判斷反應(yīng)物恰好完全時的微粒個數(shù)比、質(zhì)量比。

2.化學變化帶給我們新物質(zhì)

【視頻】人類利用化學變化產(chǎn)生的新物質(zhì)。

【教師】化學變化不僅帶給我們能量，還帶給我們新物質(zhì)，各種各樣的新材料往往是化學變化產(chǎn)生的新物質(zhì)。人類從化學變化中獲得的能量和新物質(zhì)讓我們飛得越來越高遠。把火箭送上了天，而且把宇航員也送到了太空。

（1）質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用

【教師】宇航員們在太空生活首先要解決什么問題？

【學生】呼吸。必須要把呼吸產(chǎn)生的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣，宇航員才能在密閉環(huán)境中生存。

【教師】有一種神奇的固體能把二氧化碳迅速且悄悄地轉(zhuǎn)化成氧氣。來猜猜這神奇的固體是什么？

【分步出示題目】現(xiàn)有如下化學反應(yīng)：R+CO2→ Na2CO3+O2。

①物質(zhì)R 中一定有 元素，可能有 元素。

②已知該反應(yīng)中若有44 g CO2參與反應(yīng)，則生成106 g Na2CO3，同時生成氧氣16 g，則化合物中一定? （有或沒有）碳元素。

③如何確定氧元素的存在呢？

④該物質(zhì)中含氧元素?? g，含鈉元素?? g。鈉與氧原子個數(shù)比為? 。

⑤該物質(zhì)的相對分子質(zhì)量為78，則該物質(zhì)的化學式為。

⑥寫出該反應(yīng)的化學方程式： 。

【學生】從第①小題根據(jù)元素守恒推斷一定有鈉元素，可能有氧元素、碳元素。再根據(jù)44 g CO2中有碳元素12 g，而106 g Na2CO3中也有碳元素12 g，得出該化合物中沒有碳元素。繼續(xù)根據(jù)碳酸鈉中氧元素質(zhì)量和氧氣的質(zhì)量之和大于二氧化碳中氧元素質(zhì)量，得出該化合物中有氧元素。然后計算出氧元素質(zhì)量為32 g，鈉元素質(zhì)量為46 g，個數(shù)比為1∶1，得出化學式Na2O2，最后寫出方程式2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2。

（2）化學方程式的應(yīng)用

【出示題目】“神州十號”攜帶3位宇航員在太空生活了不到16天，據(jù)測算每位宇航員每天需要消耗約1 kg 的氧氣，按16天來計算，火箭上至少得攜帶多少千克過氧化鈉？

【學生】根據(jù)化學方程式算出，需要234 kg氧氣。

【資料】已知宇航員在航天飛船中呼吸的氧氣，是由飛船攜帶上天的高純氧、高純氮經(jīng)過合理配置后產(chǎn)生的。為防止二氧化碳濃度過高對宇航員身體造成傷害，將艙內(nèi)空氣通過過氧化鈉的裝置，降低二氧化碳濃度，保持艙內(nèi)氧氣適當比例（保持空氣成分的穩(wěn)定）。

【教師】根據(jù)信息，我們知道實際上宇航員在航天飛船中呼吸的氧氣是由飛船攜帶上天的高純氧、高純氮經(jīng)過合理配置后產(chǎn)生的。通過剛才的計算，你知道為何載人飛船上過氧化鈉只作為氧氣再生劑備用，而不作為唯一的供氧來源。（假設(shè)一個成人約重65-75 kg）

【學生】如帶高純氧只需帶48kg，再加些高純氮合理配置，質(zhì)量肯定遠遠小于234kg。

【歸納】定量計算能使我們更好地認識和應(yīng)用反應(yīng)。接下來我們認識一下神奇的過氧化鈉。

【視頻】過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)。

【歸納】過氧化鈉是極度危險品，如果不小心掉落在棉花等易燃品上，可能會燒起來，所以儲存時必須密封保存。

設(shè)計意圖：復(fù)習，不僅要把重要知識溫故而知新，更要會用所學的知識來解決問題。人類研究化學變化的目的就是獲得能量和新材料。宇航員攜帶的供氧劑是什么？帶多少？實際上宇宙飛船攜帶高純氧、高純氮的道理？這是三個層層遞進的問題，學生要解答出來既要根據(jù)質(zhì)量守恒定律的知識從定性到定量的精確推導(dǎo)供氧劑的組成，又要根據(jù)化學方程式判斷所需攜帶供氧劑的質(zhì)量，還要根據(jù)實際上飛船上攜帶高純氧的事實形成認知沖突，然后頓悟飛船還要嚴格控制飛船上所帶物質(zhì)的質(zhì)量。問題引領(lǐng)著學生的思維，計算和判斷能解決實際問題讓學生感受到自己的學習變得更有意義，也讓學生明白定量計算能使我們更好地認識和應(yīng)用反應(yīng)。

3.化學變化帶給我們快樂

【討論】宇宙飛船為什么還要攜帶純氮呢？

【學生】若人呼吸純氧會產(chǎn)生“富氧中毒癥”，因此恰當濃度的含氧量適宜愉悅呼吸！

【教師】同學們是否有過成功地解決了一道難題，內(nèi)心非常激動，期待著再來一題的經(jīng)歷？

【學生】有過。

【教師】同學們是否有過非常期待見到一個人，但見的時候臉紅心跳，內(nèi)心又十分愉悅？

【學生】羞澀且含笑地看著老師……

【教師】我們成功地解決了難題，內(nèi)心非常激動， 期待著再來一題;我們非常期待見到一個人，見的時候臉紅心跳，內(nèi)心又十分愉悅。原來這些都是我們的體內(nèi)發(fā)生了化學反應(yīng)，產(chǎn)生了多巴胺、羥色胺等讓我們快樂、興奮的物質(zhì)。可見，化學變化給我們帶來了能量，新物質(zhì)新材料，還有快樂和活力！化學是科學，祝同學們在科學的道路上越走越遠。

設(shè)計意圖：從心理學的角度看，涉及自身的知識總是讓人印象深刻。作為青春期的學生都有這種臉紅心跳滿懷期待的美好時刻，但當他們知道這些美好的感覺原來是化學變化帶來的，內(nèi)心對化學變化的感覺必然變得親近且熱切，增加他們學習化學的熱情和動力。

三、教學反思

一節(jié)復(fù)習課既要引導(dǎo)學生從化學的視角去觀察、分析和處理事件，對化學學科有客觀、正面和積極的認識，又要考慮到學生的最近發(fā)展區(qū)，采取有效的教學策略引導(dǎo)[3]，一步一步搭建好合理的臺階，力求使學生的認識方法得以提高。而教學設(shè)計時充分挖掘教材蘊含的化學學科價值，則使學生能主動地進行有意義的學習，也使教學的境界得以提升。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]王祖浩.義務(wù)教育教科書·化學（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2013，（11）：2.

[3]郭瑋.突出化學學科價值和注重學生認知發(fā)展的教學研究[J].化學教育，2017，（11）：22-23.