物質組成的教學設計思路

竇星星 孫應倫

關鍵詞：水的組成;教學設計;構建模型

一、問題的提出

課程主題“身邊的化學物質”，要求認識和探究身邊的化學物質，了解化學變化的奧秘。在聽課調研時發現多數教師在教學時重視實驗、注重小組合作，但實際教學效果卻不盡如人意。究其原因多為元素及其化合物知識點繁多復雜，不成體系，學生記憶困難，而更多的原因則與教師的教學有關，教師的教學缺乏系統性，沒有在教學中建立模型，沒有幫助學生構建研究物質組成的思路和方法，這顯然不利于學生核心素養的發展[1]。

本文以“水的組成”教學為例，體現學生的主體地位，闡述身邊的化學物質組成的研究方法，構建研究物質組成的一般思路。

二、教學內容分析

1.課標要求

（1）科學探究：學會根據某些性質檢驗和區分常見的物質;（2）身邊的化學物質：根據實驗現象推斷水的組成;（3）物質構成的奧秘：通過進行水的電解實驗，能從元素組成上認識氧化物，能區分單質和化合物;（4）物質的化學變化：認識定量研究;（5）化學與社會發展：認識氫氣燃燒，防范爆炸。課標要求從氫氣燃燒和電解水兩個實驗入手，從定性和定量兩個角度認識水的組成，培養學生閱讀、分析、對比、歸納和表達等能力。在教學中應注重對學生思維和能力的培養，滲透宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想的學科核心素養，構建研究物質組成的一般思路。

2.教材分析

（1）內容分析

本節課安排在人教版初中化學上冊第四單元課題3，先介紹氫氣的性質及驗純、氫氣的燃燒實驗，再進行水的組成探究實驗，不斷深入認識水的組成，掌握研究物質組成的思路和方法。通過系統學習，有利于幫助學生構建研究身邊物質的方法，滲透學科素養，提高學生對實驗現象進行觀察、數據記錄、分析概括的能力，深刻體會化學學科的價值。

（2）“水的組成”知識的邏輯聯系（見表1）

（3）教材欄目分析（見表2）

教材中的欄目圍繞“水由氫元素和氧元素組成”這個中心而設計，如何通過這些素材在有限的時間內讓學生學會對物質組成的分析，這是本節課的難點，教材通過幾個欄目，循序漸進地幫助學生逐步認識氫氣和水兩種物質，從氫氣的燃燒和水的電解兩個實驗得出水的組成，從水分子分解示意圖得出水的微觀構成。體會燃燒法和分解法是研究物質組成的基本方法。

3.學情分析

“水的組成”是初中學生第一次學習物質的組成，教學中應該在學生已有經驗的基礎上幫助學生搭建研究物質組成的學科支架，為今后學習身邊的化學物質、元素及其化合物的性質做好鋪墊。本節課的教學更注重學科的邏輯性和實驗的規范性，注重對方法的提煉與總結，注重科學嚴謹的推理思維的培養。調動學生的前認知，將學生已有的經驗同物質組成的研究方法緊密聯系起來，豐富和完善學生的認知[2]。

三、教學過程

1.教學目標及重難點

教學目標：（1）通過閱讀資料，了解水的組成發展史，重溫化學反應前后元素種類不變的思想，并依據此思想開展實驗探究，體會研究物質組成的兩種方法——燃燒法與分解法;（2）通過氫氣的燃燒和水的電解實驗，得出水由氫、氧元素組成的結論，構建研究物質組成的一般思路;（3）用水分子分解示意圖闡述水的微觀構成，分析化學變化的實質;（4）通過篩選、比較認識單質與化合物，初步建立分類意識，認識分類法是化學研究的基本方法。

教學重點：水的電解實驗現象的描述和水的組成的確定。

教學難點：研究物質組成的基本方法，從元素組成上區別單質和化合物、識別氧化物。

2.教學過程

[導入]“金、木、水、火、土”是中國古代五行學說的五種元素，請問同學們，以你現在的認識來看，水是一種元素嗎？水由什么組成呢？

環節一：回顧科學家的探索之路

[師]引導學生閱讀教材81頁的資料卡片。科學家普利斯特里把“易燃空氣”和空氣混合后盛在干燥、潔凈的玻璃瓶中，用電火花點火，發出震耳的爆鳴聲，玻璃瓶內壁出現液滴。不久后另一位科學家卡文迪許用純氧代替空氣進行上述實驗，確認得到的液滴是水，并確定兩份體積的“易燃空氣”與1份體積的氧恰好化合成水。但由于當時“燃素說”的束縛，兩位科學家得出錯誤的結論，認為是兩種氣體中含有水。后來科學家拉瓦錫重復了他們的實驗，并做了一個相反的實驗：讓水蒸氣通過燒紅的槍管，得到“易燃空氣”，通過分析，他認為水不是一種元素，是“易燃空氣”和氧的化合物，打破了“燃素說”的束縛，得到了正確的結論。由此，水的組成被揭秘。

[師]你能從三位科學家的實驗中總結出研究水的組成的兩種方法嗎？

[生]思考、討論。通過燃燒和分解可研究出水的組成，即用燃燒法和分解法可以研究物質的組成。

[師]我們在第三單元課題3“元素”中已經學過，化學反應前后元素不會改變。科學家研究水的組成采用了燃燒法和分解法，根據燃燒產物可以推斷物質的元素組成，通過分解反應的產物也可以推斷物質的元素組成。我們可以“水的組成”為例，將物質組成的研究方法推廣到其他復雜物質組成的研究中，為高中研究物質組成的學習埋下伏筆。

設計意圖：回顧科學家的探索之路，引導學生分析及初步提煉研究物質組成的基本方法，為后續實驗方案的設計做鋪墊。

環節二：重走科學家的探索之路[師]請各位同學站在巨人的肩膀上，以科學家的兩個實驗，即燃燒反應和分解反應為指導，依據化學反應前后元素種類不變的理論，設計兩個實驗，驗證水的組成。

[生]小組討論。

[師]提示學生：要想證明水的組成，可設計一個生成物只有水的實驗或者反應物只有水的實驗，再根據化學反應前后元素不變即可得出正確結論。

[生]討論。

方案一：A+B→水氫氣的燃燒。

方案二：水→A+B 水的分解。

[方案一]產物只有水的反應：氫氣的燃燒。

[實驗1]展示一瓶氫氣，學生說出氣體的顏色、狀態，聞氣味。并用氫氣流吹肥皂泡，觀察氫氣泡的運動軌跡，得出氫氣的密度比空氣小的結論。

[實驗2]在帶尖嘴的導管口點燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。在火焰上方罩一個冷而干燥的小燒杯，過一會兒，觀察現象。

[生]觀察并記錄實驗現象，得出結論。

[總結]氫氣與氧氣燃燒生成了水，發生了化學變化。反應物中含有氫元素和氧元素，依據化學反應前后元素種類不變，則生成物水應該由氫元素和氧元素組成。因此燃燒法是研究物質元素組成的方法之一。

[實驗3]點燃氫氣和空氣的混合物，進行氫氣的驗純。

用小試管收集少量氫氣，用拇指堵住試管口，靠近火焰，移開拇指。

[生]觀察現象。發出尖銳的爆鳴聲說明氫氣不純;聲音很小說明氣體較純。

[師]強調注意事項：點燃氫氣前要先檢驗氫氣的純度。

[方案二]反應物只有水的反應：水的分解。

[實驗4]在電解器玻璃管里加滿水，接通直流電源，觀察并記錄兩個電極附近和玻璃管內發生的現象，并比較兩玻璃管內氣體的體積。切斷上述裝置中的電源，用燃著的木條分別在兩個玻璃管尖嘴口檢驗電解反應中產生的氣體，觀察并記錄發生的現象。

[生]觀察并描述實現現象，與同伴交流，得出結論。

[師]正極端玻璃管的現象說明有氧氣產生，負極端的現象說明有氫氣產生，且產生的氣體體積比約為2∶1，由這一實驗可從定量角度認識水的組成。

[總結]水在通電的條件下發生分解，產生了氫氣和氧氣，由于化學反應前后元素種類不變，以此推斷水由氫元素和氧元素組成。分解法也是研究物質元素組成的一種方法。

[師]演示電解水微觀過程動畫。根據精準的實驗測定，每個水分子是由2個氫原子和1個氧原子構成的，當水分子分解時，生成了氫原子和氧原子，2個氫原子結合成1個氫分子，很多氫分子聚集成氫氣;2個氧原子結合成1個氧分子，很多氧分子聚集成氧氣。通過動畫，從定量角度認識水分子的原子個數比。

[師]電解水產生的氫氣和氧氣的體積比通常大于2∶1，其原因是什么？在水中加入硫酸鈉或氫氧化鈉的目的是什么？

[生]討論交流。

[師]點評總結。

[總結]從科學家的視角出發，觀察氫氣燃燒和水的分解兩個實驗，得出水由氫元素和氧元素組成的結論。在今后學習物質的組成時，我們就可以仿照這樣的方法來進行研究。

板書如圖1所示。

設計意圖：引導學生以燃燒反應和分解反應為指導，設計出研究水的組成的實驗方案，從定性角度研究水的組成。再通過微觀圖示及氣體的體積比從定量的角度解析原子個數比。宏觀、微觀結合，突破難點，突破學生的認知障礙，幫助學生構建研究物質組成的方法和思路。

環節三：從元素組成的角度對純凈物分類[師]展示給學生一些寫有純凈物化學式的卡片，讓學生對其分類：分成只由一種元素組成的物質和由兩種或兩種以上元素組成的物質。

[生]按要求完成分類。

[師]講解單質和化合物的概念。

請同學們從由兩種元素組成的化合物中找出其中一種是氧元素的化合物。

講解氧化物的概念。讓學生列舉其他的氧化物，鞏固概念。

[總結]歸納總結純凈物分類的依據及意義，感受物質分類的重要性。

設計意圖：從元素組成的角度幫助學生理解單質和化合物的區別和聯系，完善物質分類的思想和體系。

[課堂小結]（1）氫氣的燃燒;（2）水的分解;（3）純凈物的分類。

四、教學反思

初中化學課程標準要求引導學生觀察和探究一些身邊的化學物質，幫助學生理解其對生活的影響，增強學生對化學的好奇心和探索欲望。本課立足于用對“水的組成”的探究解決真實問題，在此過程中不斷完善學生分析物質性質及其轉化的模型，從而構建研究物質組成的一般思路和方法。教學過程中主線突出，注重從學生解決問題的角度出發，進行設問和探究，更貼近學生的真實情況，讓學生明確應該用什么知識來解決問題，并在解決真實問題中不斷調動主觀能動性進行探究學習。本課利用實驗探究的方式，提升課堂教學質量，注重培養學生的學科核心素養，充分調動學生學習的主動性和積極性。