舊知重組，突破新知，促進學生變化觀的初步形成
——“水的組成”教學設計

李建麗

（廣州市鐵一中學 廣東廣州 511447）

初三化學學習中，學生對化學變化的認識要經歷從宏觀現象到微觀解釋，從定性分析到定量研究，從只關注物質變化到同時關注到能量變化，從關注化學反應到關注化學與社會發展的轉變過程，最終形成對物質化學變化的穩定認識，即物質的化學變化觀[1]。觀念形成不可能通過一節課或一個單元的教學強化就能形成的，因此在教學中需要制訂長期計劃，在教學的各個節點慢慢滲透，持續構建，逐步形成。

本文以“水的組成”為例來研究在新課教學中如何促進初三學生變化觀的初步形成。

一、課標分析

1.認識水是由氫、氧兩種元素組成；了解根據物質分解產物來推斷物質組成的思維方法；在能夠區分混合物和純凈物的基礎上，知道純凈物還可分為單質和化合物，并能夠根據物質的元素組成，判斷單質和化合物。知道氧化物是化合物的一種，能從組成上識別氧化物。

2.通過水的電解實驗，初步學習對實驗進行定性和定量兩個角度進行有序觀察，對實驗現象進行分析，進一步體會實驗現象與結論之間的關系，再次加深證據意識。能畫出水分子及水分子變為氫分子和氧分子的模型圖示，初步建立搭建微觀模型認識水的組成及其變化的意識。

3.了解人類認識物質世界的過程和方法，培養學生科學探究的精神。

二、學情分析

【課前測評】對象，初三全級268人。

（1）下列實驗不涉及化學變化的是（ ）。

A.鐵線在氧氣中燃燒 B.膽礬的研碎

C.硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液 D.用澄清石灰水檢驗人呼出的氣體

（2）下列現象描述中，正確的是（ ）。

A.鐵絲在空氣中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體

B.鎂條在空氣中燃燒發出耀眼的白光，生成白色固體

C.磷在空氣中燃燒產生大量白霧

D.硫磺在空氣中燃燒產生淡藍色火焰，并生成二氧化硫氣體

（3）某反應的微觀模擬示意圖（圖1）。從圖中獲得的有關信息不正確的是（ ）。

圖1 某反應的微觀模擬示意圖

A.分子間存在一定的間隔 B.該化學反應屬于分解反應

C.化學反應前后原子的數目沒有增減

D.原子是化學變化中的最小粒子

（4）在一個盛有澄清石灰水的容器中有一枝燃著的蠟燭，現用一只杯子將蠟燭罩住（圖2），猜想一下，杯子內會有什么現象發生（ ）。

圖2 實驗圖

A.蠟燭燃燒不變，液面不變

B.火焰逐漸熄滅，液面下降

C.蠟燭燃燒更旺，液面上升

D.火焰逐漸熄滅，液面上升

（5）對于自來水的凈水過程，下列說法錯誤的是（ ）。

A. 常用的絮凝劑有明礬

B. 明礬凈水的過程中只包含物理變化

C. 反應沉淀池中包括吸附沉淀和靜置沉淀

D. 通過該凈水過程后，獲得的水仍為混合物

【測試結果】得分率分別為98.88%，47.31%，90.00%，56.72%，53.70%。

【測評分析】學生能通過現象來判斷是否發生化學變化；知道物質是由微粒構成的，能夠通過微觀圖示判斷物質的微觀構成，答題情況很好。這說明學生對于應知應會的基礎知識掌握得很好。測評也反應出學生化學學習需要重視和解決的問題：第（2）題本來是考查最基礎的知識，效果卻很差，反映出學生只是看實驗而不會有序觀察實驗現象，不會用變化的視角來看化學變化，物質顏色和狀態只是死記；當反應體系中有兩個或兩個以上相關聯的變化時不能進行推理內在聯系。例如，能分析出蠟燭熄滅，但是蠟燭熄滅與液面變化有什么關聯完全想不到；想不到蠟燭燃燒消耗氧氣生成二氧化碳又被吸收，把選項改成填空，得分率更低，如第（4）題；還有對于水的凈化各個步驟中的物質變化也只是死記住只有消毒是化學變化，并沒有理解凈水過程中各物質究竟是怎么變化的，導致錯答很多，如第（5）題。

三、教材內容及教學策略分析

“水的組成”是人教版九年級化學上冊第四單元第三課題，是在從混合物中提純純凈物的基礎上探究純凈物的組成。教材從模擬史實的研究過程引入，分水的生成和水的分解兩步展開。先簡要介紹氫氣的相關性質，這是模擬水的組成的研究的開端，也為后面檢驗分解產物提供依據。氫氣和氧氣反應生成了水這種新物質，根據以往知識，已經能得到氫、氧都是水的組成元素。水的分解部分是由實驗探究、觀察現象、討論分析等組成，具有探究意味，這兩部分內容結合起來能得到一個共同的結論：水是由氫氧兩種元素組成。這兩部分的實驗承載了重要的教育功能。第三部分則是對水的認識進入到分子層面，通過圖片、模型幫助學生用微粒的觀點理解宏觀現象的本質，能夠說出水分解為氫氣和氧氣的宏觀變化過程中微觀分子、原子的變化，進一步體會“原子是化學變化的最小粒子”“化學變化過程中元素不變”等觀念。

在學習化學的初始階段，學生學習化學印象最深刻的是可以做實驗，最困惑的是不知如何學化學。化學是要研究物質并創造物質，而物質的化學變化是化學的重中之重，教師要讓學生慢慢形成穩定的變化觀，學生要養成在化學學習中主動關注物質的變化、物質怎樣變化，變化的宏觀表征和微觀實質的聯系的習慣。

四、實施過程

教學環節一：利用舊知識引入新課題

1.利用舊知、創設情境，問題引入

問題1：討論復習（圖3），天然水是混合物還是純凈物？哪個環節發生了化學變化？

圖3 自來水廠凈水過程示意圖

問題2：得到的清水是純凈物嗎？如何將變成純凈物呢？

問題3：三課題“水的組成”研究對象是什么？

【設計意圖】鞏固第四單元教材物質分為混合物和純凈物，可以通過一定的方法獲得純凈物，純凈物是由固定的元素組成的，第三課題來探究純凈物的組成，第四單元則是用化學式來表示純凈物的組成和構成。

2.利用已學知識分析水的生成

【閱讀】P81資料卡片“水的組成軟揭秘”。

【思考】說出科學家們在研究中做了什么實驗，什么物質發生了什么變化？

【教師】氫氣和空氣混合，氫氣燃燒生成了水。

【討論】用所學知識解釋實驗現象，得出什么結論？

上冊教材P59頁，討論：在下列化學反應中，反應物與生成物相比較，分子是否發生了變化？原子是否發生了變化？元素是否發生了變化？）

【教師】物質發生化學變化是原子和元素種類不變。

【設計意圖】培養學生獲取信息的能力和鞏固所學知識主動構建新知識體系，從每個主題不同的各單元之間形成一條隱形的主線----物質的變化，引導學生從元素種類的角度來認識物質的化學變化，引導學生認識到物質可以發生化學變化，化學變化是有條件的。

教學環節二：通過化學實驗認識物質變化

1.氫氣的燃燒說明氫氣在此過程中發生了化學變化

【引入】 認識水的組成是從研究氫氣的燃燒實驗開始的。為了研究水的組成，先簡單介紹氫氣。

【驗純實驗】用排水集氣法分別收集一滿試管和一半試管氫氣，用拇指堵住試管口靠近酒精燈火焰，移開拇指點火。

【學生】留心觀察實驗現象，滿試管的氣體靠近火焰有輕微的聲響，半試管氣體與空氣的混合物靠近火焰有尖銳的爆鳴聲。

【思考】實驗的目的是什么？

【點燃氫氣實驗】在帶尖嘴的導管口點燃純凈的氫氣，并在火焰上方罩一個干冷的燒杯。

【學生】描述現象：純凈的氫氣在空氣中安靜燃燒，發出淡藍色火焰，放出大量熱，罩在火焰上方的燒杯內壁出現無色液滴。

【提問】上述過程中變化的物質是什么？有無新物質生成？發生了什么變化？

【總結】氫氣點燃時和氧氣，生成了新物質水，是化學變化，屬于化合反應。

【討論】你能得出什么結論？

【思考】回憶教材上冊12頁內容，你有什么啟示？

分別取一個干燒杯和一個用澄清石灰水濕潤內壁的燒杯，先后罩在火焰上方，仔細觀察燒杯壁上有什么現象發生。推測蠟燭燃燒后生成了什么物質。

【設計意圖】通過實驗觀察物質變化時的現象，推理出氫氣和氧氣反應生成了水，在結合第一環節反應前后元素種類不變的結論，結合小組討論、老師的指導，得出水由氫氧元素組成，當分析物質的組成元素時可以通過燃燒法得出產物，從而推理出組成元素，使學生初步學會通過實驗來進行科學探究，并結合反應原理對現象進行分析的學習習慣。

2.通過水的電解的探究過程的觀察、分析，知道水分解產生氫氣和氧氣，由此推斷出水是由氫元素和氧元素組成的。

【探究】電解水實驗 。

【問題】實驗過程中發生變化的是什么物質？

【引導】實驗過程中觀察兩個電極附近和玻璃管內的現象（按實驗的時間順序觀察），并記錄實驗現象。

【學生】仔細觀察實驗現象并記錄兩電極和正負極端的玻璃管內的現象。

【分析實驗現象】有氣泡產生，說明產生了難溶于水的氣體。氣體可能是什么？根據上一個實驗，可能是氧氣、氫氣，或是水蒸氣。

【追問】那怎樣來驗證呢？

【實驗】切斷電源，用燃著的木條檢驗兩個玻璃管的氣體。

【學生】教材為什么用燃著的木條？為什么不用帶火星的木條？請用學習的知識來解釋。

【分析】氧氣有助燃性能帶火星的木條復燃（圖4），證明氧氣用帶火星的木條足以；氫氣可燃（圖5），需要一定的條件才能燃燒，要用燃著的木條。

圖4 氧氣可以使帶火星的木條復燃

圖5 氫氣在空氣里燃燒

【學生】觀察現象，填寫表格。

【學生】分析現象。

【追問】兩極氣體體積比為2：1，說明什么？

【討論】上述實驗中水是否發生了分解反應？生成幾種新物質？

【板書】水通電文字表達式：水→氫氣+氧氣（分解反應）。

【討論】分析水的生成和分解實驗，說明其中的哪些現象和事實能夠說明水不是一種元素，是由氫、氧兩種元素組成的。

【教師】反應前后元素種類是沒有變化的，水在通電的條件下發生了分解反應，生成氫氣和氧氣兩種物質，組成氫氣的是氫元素，組成氧氣是氧元素；氫氣在氧氣中燃燒生成無色小液滴等說明水并不是一種元素，而是氫、氧元素組成的物質。

【結論】水是由氫元素和氧元素組成的。

【設計意圖】鍛煉學生自主觀察有序實驗現象，并對產生現象的原因結合所學知識進行合理推理，得到合理結論的能力；引導學生現象到結論、從定性到定量等從多角度認識物質的化學變化。

教學環節三：從微粒的角度解釋水的電解反應，揭示宏觀變化的微觀本質。

【問題】水的化學式為什么可以表示為H2O？

【教師】根據精確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。

【問題】水通電形成氫氣和氧氣在微觀世界里，他們的微粒經過了怎樣的變化？

【教師演示】用視頻來展示電解水實驗的微觀過程。

【學生展示】學生用模型在黑板演示電解水實驗的微觀過程。（圖6）

圖6 電解水實驗的微視過程

【追問】在化學反應前后變化的微粒是什么？不變的微粒是什么？

【回顧】化學變化前后分子發生了變化，而元素種類、原子種類沒有變化，在化學變化中最小粒子是原子。

【討論】在分析化學變化時，你會從哪些角度來進行？

【設計意圖】引導學生通過微粒的變化來解釋物質的化學變化，培養學生學會對物質從宏觀認識到微觀認識，從定性認識到定量認識。

五、教學評價

1.一個水分子的構成是（D ）。

A.一個氫分子和一個氧原子

B.兩體積氫和一體積氧

C.氫原子和氧原子

D.兩個氫原子和一個氧原子

2.下列說法正確的是（D ）。

A.水中含有氫分子和氧分子，所以通電后能產生氫氣和氧氣

B.水分子是由氫元素、氧元素組成的

C.電解水的實驗現象是，通電后，正極產生氧氣，負極產生氫氣

D.水是由水分子構成的，每個水分子是由兩個氫原子、一個氧原子構成的

3.某同學在做電解水實驗時，采用了如右圖所示的實驗裝置，回答下列問題：

①此裝置中a端表示正極，收集到的氣體是氧氣，如b端表示負極，收集到的氣體是氫氣，兩者體積比是 1：2 ，這說明水是由氧元素和氫元素組成的。

②（圖7）顯示表明實驗是“未開始”“剛開始”、還是“已開始一段時間”？已開始一段時間。

圖7 實驗階段

4.（圖8）表示宇宙飛船發動機內氫氣和氧氣燃燒生成水的微觀過程。下列說法錯誤的是（D ）。

圖8 宇宙飛船發動機內氫氣和氧氣燃燒生成水的微觀過程

A.氫氣、氧氣和水都是由分子構成的

B.氫氣和氧氣燃燒生成水的過程中，分子種類發生了改變

C.氫氣和氧氣燃燒生成水的過程中，原子種類沒有發生改變

D.氫原子和氧原子保持水的化學性質。

評價反饋：課堂測試以上問題正確率分別為：100%、92.86%、96.24%、85.71%。通過分析得知，學生對于新授課所獲得的基礎知識掌握很好，能記住水分子的構成；但是對于第一個問題是較多同學不能具體評述，只是記住了結論。第三題回答較好，說明同學們能有序觀察實驗并能對實驗現象進行合理分析并得出結論。而對于實驗現象的中的物質的變化如何與宏觀和微觀相聯系有一定的理解提升，仍有少部分同學需要在后續學習中繼續強化。

結語

本課例中在各個教學節中通過以前學過的知識進行重組來引入，以物質變化為主線，創設多種情境，請學生對物質變化的宏觀現象的有序觀察在宏觀上認識物質會發生變化；再通過氫氣燃燒和水的分解條件的不同，認識到物質變化是有條件的；通過觀察物質物質變化的現象，認識物質的宏觀發生的化學變化和化學性質、宏觀認識水在一定條件下可以轉化、定量認識水的分解產物的體積比；從微觀視角解釋水的變化等等，在一系列的主題教學中逐步幫助學生建構化學變化觀。