抓住教學契機發展學生分析推理與歸納建模的科學思維

摘 要：化學方程式“配平”最關鍵的是找出式子的“特點”，找準配平的“起點”，找到合適的方法，最后學生能建立“守恒”的化學觀念和形成“方法建模”的科學思維.

關鍵詞：問題導向；化學方程式配平；科學思維；初中化學

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2023）20-0119-03

收稿日期：2023-04-15

作者簡介：韓東輝（1972.12-），男，廣東省梅州人，本科，高級教師，從事化學教學研究.

基金項目：本文系廣東省深圳市南山區2017年度教育科研立項課題“初中化學課堂教學效果的校本評價標準的研究與實踐”研究成果（課題編號：nsjy20170373）

“如何正確書寫化學方程式”（第2課時）這一節課，學生在學習第一課時的基礎上，對于化學方程式的概念、書寫、意義與讀法等已有一定的了解，但書寫化學方程式中有一個非常關鍵的步驟——“配平”卻會產生較大的學習障礙［1］.

1 教學的現狀與困惑

教學過程中筆者了解到，很多學生只是學到了課本上講的“觀察法”與“最小公倍數法”，只能解決部分化學方程式的配平，而面對一些較為復雜化學方程式只是靠機械記憶，亦即“背化學方程式”.為減少這種問題的產生，在教學中，教者一定要引導學生學會找到式子的“特點”，據此確定配平的“起點”，再運用恰當的方法，形成清晰而嚴密的推理過程，否則學生就會“知其然，不知所以然”，“平”了也不知是怎么“配”的.

2 “教”方法與“學”思維

“科學思維”是初中學生要培養的核心素養之一.

科學思維是指人在科學認識活動中對感性認識材料進行加工、處理的方式與途徑.《義務教育化學課程標準（2022年）》指出：科學思維是基于事實與邏輯進行的獨立思考和判斷.而“配平”就是要求學生經自己對反應表達式的分析并找出其特點，然后對“反應表達式”用適當方法進行加工、處理——“配平”的過程.可見，本節課的內容對學生的分析推理以及歸納建模的“科學思維”的培養是一個很好的契機.

本節課設計的主要創新點在于能夠采用以問題為導向，在解決問題過程中，扣緊學生“變化守恒”的化學觀念和“分析推理”、“歸納建模”的科學思維，教師教“方法”，學生學“思維”，“講-練-評”結合，突破了重、難點.下面，以“如何正確書寫化學方程式”（第2課時）為例，談談如何開展“配平”的教學［2］.

3 教學程序設計

【引課】如何觀察一個人？我們通常是關注人的“高”“矮”“胖”“瘦”或者“漂亮”“帥氣”……等等.很顯然，這“觀察”抓住了人的局部或整體特征.同樣，面對一道未配平的反應表達式，我們應如何抓特征？用何法配平？

活動1.投示【例題1】

熾熱鐵與水蒸氣反應生成四氧化鐵和氫氣

鐵+水高溫四氧化三鐵+氫氣

Fe+H2O高溫

Fe3O4+H2教師講解，歸納形成配平“以大定小法”（方法1）

【師問】同學們，上面的反應表達式有何特點？

【生答】（1）氧原子個數最多；（2） Fe3O4化學式最復雜……

【師講】本題的配平步驟是：

（1）找到原子個數“最多”的化學式：以“O”為配平的起點.Fe3O4，先配該化學式有關鐵、氧兩種元素的原子個數；

（2）配平氧原子個數時影響到氫原子個數，接著配平氫原子個數.

（3）將箭號改寫成等號：

（4）注明反應條件：

與學生一起歸納本題的配平方法——“以大定小法”（方法1）.經分析，本式有“O”“Fe”兩種元素原子個數需配平，不難發現，化學式“Fe3O4 ”最復雜，其中兩元素的原子個數最大，就以“原子個數最大”的元素作為配平的起點，“以大定小”.待這些原子個數配平后，再據此配平其他原子個數.用此法解題模型為：找最復雜化學式（元素種類最多、原子個數最大）→用最復雜的化學式中原子個數推其他化學式前的系數→根據求得的系數再推求出其它化學式前邊的系數.

活動2.投影出示【例題2】

配平：P + O2——P2O5

【師問】這個反應的符號表達式有何特點？你能說說你的配平方法和過程嗎？

【生答】（1）“O”原子個數一奇一偶；（2） P2O5化學式最復雜……

【生講】我的配平過程如下：

磷+氧氣點燃五氧化二磷

P+O2P2O5

（1）發現“O”原子個數相差較大，以此為配平的起點.

（2）式子左邊“O”原子為2，右邊為5，“2”與“5””的最小公倍數為“10”.

（3）在“O2”前面配上“5”，P2O5前面配上“2”，讓“O”原子個數都變為“10”.

（4）推求“P”前面的系數為“4”.

（5）改寫成等號并注明反應條件：

4P+5O2點燃2P2O5

學生歸納形成方法：最小公倍數法（方法2），方法模型如下：找出式子中左、右兩邊各出現一次且原子個數相差最多的元素作為配平起點→求該元素原子左、右兩邊個數的最小公倍數→把式子左右兩邊的該原子個數均配成最小公倍數→再推求出其它化學式前的系數.

活動3.投影出示【例題3】

配平：FeS2+O2Fe2O3+SO2

【師問】例題3中反應表達式有何特點？

【生答】（1）有一個只含一種元素的化學式；（2） Fe2O3化學式最復雜……

【師講】配平過程：

（1）氧元素在式子左右兩邊出現次數最多，且其個數一邊為奇數，另一邊為偶數，以氧元素的原子個數為配平的起點，把氧原子個數由奇數變為偶數：

（2）在“奇數配偶”時影響了鐵原子個數，接著配平鐵原子個數：

（3）配平鐵原子個數時影響到了硫原子個數，接著配平硫原子個數：

（4）配平鐵原子與硫原子個數時影響到氧原子個數，最后在“O2”前面配上適當系數，使得氧原子個數相等（注意：在單質化學式前面配上任何系數，不影響其它原子個數）：

（5）箭號改寫成等號：

（6）注明反應條件：

師生一起歸納形成方法：奇數配偶法（方法3）.用“奇數配偶”配平的方法模型為：找出式子左右兩邊出現次數最多的元素，如果該元素原子個數在一邊為奇數，而另一邊為偶數，那么就以這種元素作為配平起點→在含該元素且原子個數為奇數的化學式前面配上一個最小的正偶數，把該元素原子個數由奇數變成偶數→根據上步的結果推求其它化學式前面的系數［3］.

活動4.教師出示【練習】，學生嘗試用自己的方法解決問題.

【師問】你能寫出高溫下氧化鐵與一氧化碳發生反應生成鐵和二氧化碳反應的化學方程式嗎？你能否說出其配平過程？

【學生代表書寫并講解】

（1）氧化鐵 + 一氧化碳高溫 鐵 + 二氧化碳Fe2O3 + CO? Fe + CO2

（2）配平過程是：

①先配平鐵原子個數：

②同時配平碳、氧原子個數：

③當化學式CO、CO2前面同時配上3時，式子左右兩邊C、O原子個數均相等.此時各種原子個數都已配平，將箭頭改寫成等號：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

④注明反應條件：

Fe2O3+3CO高溫2Fe+3CO2

【教師點評】本反應表達式的特點是有兩個元素符號總是黏連在一起.可以“嘗試系數法（方法4）”進行配平.該方法的模型是：如果式子中有N種元素原子個數要配平，N-2種元素原子個數可先配平，而剩下的兩種元素原子個數要同時配平，那么可先配平N-2種元素原子個數→在另兩種元素組成的化合物化學式前按由小到大的順序嘗試性地同時配上正整數1、2、3……直到兩種元素的原子個數同時配平.

以上幾種方法都要用到所謂“觀察法”.“觀察”就是看式子有何特點，例如原子個數的“大小”、原子個數的“奇偶”、化學式“繁簡”、元素符號在化學式中是否“黏連”等特點.只有找到式子的特點，才能找準配平起點.找“特點”是配平的關鍵.（編者注：活動5、活動6內容略）

【本課總結】配平的方法主要有：以大定小法、最小公倍數法、奇數配偶法、分數系數法、嘗試系數法和待定系數法等.另外，如果是氧化還原反應，其符號表達式還可用電子得失或化合價（氧化數）升降配平法和離子-電子法配平.要注意的是，同一道反應的符號表達式，配平方法并不是唯一的，我們擇優即可.

【布置作業】繪制本節課的思維導圖并完成學單第五單元課題2（第2課時）.

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.

化學（九年級）［M］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］ 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2022.

［3］ 李玉虹.配平化學反應方程式的數學模型［J］.四川理工學院學報（自然科學版），2006（3）：34-38.

［責任編輯：季春陽］