多維度構建認知模型 高效提升課堂能動性
——以“‘碳’探化學用語——學會書寫化學方程式”為例

文/卓秀琳

引 言

化學用語是初中化學學科的關鍵組成部分，正確書寫化學方程式也是學生學好化學的基礎。筆者以元素符號、化學式含義的復習為切入點，引導學生從化學變化中原子、分子層面的知識解釋質量守恒定律，領會反應物及生成物在化學方程式中的關系，明確化學方程式中各符號的含義，正確書寫化學方程式并配平簡單的化學方程式[1]，從宏觀、微觀、定性、定量四個維度構建認知模型，幫助學生在探究活動中互動思考，由淺入深地理解化學方程式的含義，培養學生相對分子質量的計算和應用能力，進而提高學生理論聯系實際、解決實際問題的能力。

一、對化學方程式的教學要求

《義務教育化學課程標準（2022 年版）》（以下簡稱《課程標準》）對正確書寫化學方程式、能根據化學反應進行簡單計算提出明確要求。《課程標準》還新增了“學習從物質變化、能量變化、反應條件、反應現象、反應類型和元素守恒等視角認識化學反應，初步形成認識化學反應的系統思維意識”[2]。《課程標準》提高了學生對化學反應認識的整體性，明確提出了“能選取實驗證據說明質量守恒定律，并闡釋其微觀本質；能根據實驗事實用文字和符號描述、表示化學變化，并正確書寫常見的化學方程式”，要求學生深化對化學方程式的理解。《課程標準》在教學策略建議中新增了“通過宏觀、微觀、符號等多重表征手段，引導學生多角度理解化學反應，配合游戲、聯想等多種策略，突破化學方程式的學習難點”。這要求教師要根據學生的實際認知水平設計教學目標，靈活應用教材及相關素材，優化課程的內容結構，密切聯系與化學方程式相關的化學用語，讓學生更好地把握化學方程式學習的整體性。

二、本節課的設計思路

教師要從學科的角度培養學生在學習過程中提出問題、追根溯源的探索精神。教師如果只是停留在知識傳授的傳統教學思維上，不僅無法激發學生的探究興趣，還很難達成提高課堂活力的教學目標。基于以上分析，筆者設計了有針對性的教學策略：（1）在教學活動過程中設計科學知識探索、勇攀高峰等活動，幫助學生經歷從元素符號、化學式到化學方程式各個知識點的學習過程，形成逐級攀升的結構化的知識階梯。（2）利用教學課件和學案設計，從定性、定量、宏觀、微觀四個維度引導學生對各級化學用語進行分析、理解，達成學習目標。（3）在微觀含義的展示中設計小組活動，由問題設計引導學生思考和探索，使學生積極參與課堂活動。（4）在小實驗的設計中注重學生實驗的規范操作，培養學生認真觀察的習慣。教師應在實驗中不忘在契合化學學科的規范表達上加以引導，通過師生共同分析與評價，引發學生主動思考、討論與交流，讓小組成員互動合作，在探究質疑中培養學生學以致用、不畏困難的優良學科核心素養。

三、本節課的教學過程

（一）知識層面——鋪設化學用語四大維度

1.復習導入，鋪設宏觀、微觀兩維度

從燃料木炭導入介紹其組成元素——碳，對碳單質、含碳化合物進行簡單回顧，拋出以碳和二氧化碳為具體實例的相關化學用語的探究。

筆者通過課件展示思維導圖（如圖1），這部分內容設計在學生用的學案中是需要在課前完成的。本節課筆者以元素C 和化學式CO2為代表，通過提問復習的方式從宏觀和微觀兩方面分析元素符號、化學式的含義。為幫助學生回憶之前所學的有關元素符號及化學式的相關內容，筆者在課前將《化合價之歌》作為背景音樂播放，使元素符號的復習這部分內容呼應課后小結1～20 號元素。

圖1

設計意圖：利用多媒體課件展示思維導圖（如圖1），通過蒙層處理，讓學生從宏觀和微觀層面對元素符號和分子構成物質的化學式有系統的分析和總結。創設情境，引入課題，將這兩個部分的知識點納入化學用語大概念的結構體系中，并培養學生從宏觀和微觀兩個維度分析的意識。結合課前《化合價之歌》的播放和元素符號的復習喚醒學生對課后小結1～20 號元素的記憶。

2.引入主題，增設定性與定量兩維度

問題1：怎樣描述一個化學反應呢？

筆者通過列表格讓學生從曾經學習和接觸過的有關圖示、語言描述、文字表達式、化學方程式幾個角度分析一個化學反應的描述方式，之后讓學生觀察幾種化學反應的表達方式，分析提取能獲取的信息。通過討論、分析、補充，學生可以從定性的角度分析化學方程式的相關信息。

設計意圖：化學方程式可以表達的信息是多方面的，筆者利用列表格填空的形式讓學生思考。一個化學反應無論用語言描述還是用文字表達式表示，都只能獲取反應物、生成物及反應條件這三個信息，信息量比較有限。學生在完成整張表格的過程中能加強觀察和表達，通過已有經驗分析出一個化學方程式傳遞的豐富的化學信息，為從定性和定量的角度分析深層含義埋下伏筆。

學生活動：觀看實驗小視頻《鉆石的燃燒》，根據課件中的提示判斷鉆石燃燒時發生的反應，以小組合作的形式根據要求用發放的小白板和磁扣完成以下幾項任務：（1）在白板上寫下化學方程式；（2）在化學式下方用磁扣擺出各物質的構成微粒；（3）分別計算各物質相對分子（原子）質量；（4）推算各物質質量比關系。在學生完成任務后，筆者歸納總結任務完成后的內容（如圖2）。

圖2

問題2：化學方程式表示什么意義？

筆者歸納總結出以下思維導圖（如圖3）的完整描述，引導學生正確解讀化學方程式，了解化學方程式提供的信息。化學方程式表示在某一個化學變化過程中，什么物質參加了反應（反應物逐漸消耗），生成了什么物質（生成物逐漸增加），需要什么條件才能發生這個反應。

圖3

接下來，筆者讓學生分析反應中微粒的關系，并設計問題：“碳在燃燒時，只有一個碳原子和一個氧分子在反應嗎？”學生分析并回答：“碳在燃燒時，不會只有一個碳原子和一個氧分子發生反應。”接著，教師追問：“那我們如何從微觀粒子的角度描述這個反應呢？”學生結合化學式的微觀含義能輕松找到碳在燃燒時發生反應的碳原子和氧分子的比例是一比一的關系。筆者在學生分析后總結：“每一個碳原子結合一個氧分子生成一個二氧化碳分子。”

設計意圖：讓學生根據實驗小視頻《鉆石的燃燒》，分析出鉆石的成分是碳，鉆石燃燒反應就是碳完全燃燒生成二氧化碳的反應，再根據屏幕提供的任務單就對應的化學方程式分析出對應的宏觀和微觀的含義，并從微觀、宏觀、定性、定量四個維度分析并完成學案。

3.設置沖突點，四大維度巧探索

筆者帶領學生從微觀的角度分析化學變化的實質和質量守恒定律中的“三不變”。學生回顧化學變化的實質就是在化學變化中分子可分，原子不可分，原子重新組合成新物質分子的過程。化學變化遵守質量守恒定律，反應前后原子的種類、個數、質量不變。筆者根據課件信息提示“當氧氣不足時碳燃燒生成一氧化碳”，并設計活動：在接下來的分組活動中根據課件中的提示用發放的小白板和磁扣完成以下任務：（1）把以下提供的式子抄在白板上（C+O2——CO）；（2）在化學式下方用磁扣擺出各物質的構成微粒并分析。

之后筆者提出問題：“這式子和剛才老師給你們的碳燃燒生成二氧化碳的化學方程式有什么不同？”學生回答：“這個式子中沒有體現反應發生的條件；式子中間只有橫線，不是等號。”

接著筆者提出第二個問題：“用它來表示這個反應存在什么問題？”學生回答：“反應前后氧原子的數目不同，不遵守質量守恒定律。”筆者在課件上把活動中表示式的微粒比例展示在動畫天平上，左盤上一個碳原子和一個氧分子而右盤上一個一氧化碳分子。此時筆者提出第三個問題：“如何實現天平平衡？”學生回答：“如果要實現天平平衡，就要在左盤上增加一個碳原子，在右盤上增加一個一氧化碳分子。”

學生分小組在白板上用磁扣貼出遵守質量守恒定律的微粒比例數量。筆者提出第四個問題：如何在化學方程式上體現出這樣的比例關系呢？學生回答：從元素符號和化學式前數字的含義可推出在相應符號前寫上對應比例的數字。最后，筆者總結，書寫化學方程式時要遵守兩個原則：（1）以客觀事實為依據，如實寫出反應物和生成物的化學式反應條件；（2）遵守質量守恒定律，使等號兩邊的原子種類和數目相等。

在此基礎上，筆者設置小游戲，讓學生在電子白板提供的幾個化學方程式中“找找碴”。

學生分析：（1）氧化鎂的化學式錯誤；（2）反應缺少反應條件。

設計意圖：這部分活動能讓學生在已有認知的基礎上產生沖突，找出解決的辦法。這不僅能讓學生用化學變化實質及原子、分子的知識解釋質量守恒定律，還能讓學生領會化學方程式、反應物及生成物的含義，明確化學方程式中各符號的意義。

4.訓練提升，四大維度綜合應用

筆者講解書寫化學方程式的步驟（以磷燃燒為例）。然后，筆者引導學生書寫水通電分解的化學方程式，意在培養學生觀察、分析問題的能力和邏輯思維能力。然后，筆者總結講解氣體符號的含義和使用規則，啟發學生在書寫化學方程式時要時刻關注和分析反應物與生成物的狀態，對生成物中的氣體是否標注氣體符號做出判斷。之后，筆者演示實驗操作：將氯化鋇溶液加入碳酸鈉溶液中，觀察實驗現象——澄清的溶液變渾濁。之后，筆者引導學生在描述實驗現象時要用“產生白色沉淀”的規范表達方式。

生態環境部生態環境監測司有關負責人表示生態環境部會同農業農村部等部門，按照互補不重復、科學經濟、動態調整的原則，整合相關行業土壤環境監測點位，統一規劃布局、統一制度規范、統一組織領導、統一數據管理和統一信息發布，構建和運行國家網，負責說清全國土壤環境狀況的變化趨勢。國家網由背景點位、基礎點位和風險監控點位組成，目前，包含生態環境部的38880個監測點位、農業農村部的40061個監測點位和自然資源部的1000個監測點位。農業農村部門基于農產品質量安全，布設農產品產地風險點位，開展農產品產地土壤與農產品協同監測工作；生態環境部門負責背景點位、基礎點位和風險監控點位的監測工作。

課堂訓練環節是學生完成學案中穩扎穩打環節的思考題并分析比較。學生可以在完成思考題的化學方程式書寫訓練中提高比較、分析、歸納等解題技能。解題后筆者補充小結：從氣標和沉標表示還可以看出化學方程式書寫中對物質狀態的思考和表達。

設計意圖：提高書寫訓練這部分要求，不僅要求學生能從宏觀和反應條件及物質狀態等定性角度分析化學方程式的基本表達，還要求學生在微觀和定量的角度“雕琢”化學方程式，配平是一個很重要的環節。學案設計的穩扎穩打環節集中了配平、根據信息書寫化學方程式、根據質量守恒定律判斷不完整化學方程式中缺失物質的化學式等典型題型，能夠幫助學生構建堅固的化學思維大廈。

（二）選題層面——鋪設燃料應用發展線

本節課在講解化學方程式意義和書寫的過程中注重圍繞有關碳及碳的化合物查找相關聯的資料追古溯今。筆者選擇以典型物質碳、一氧化碳等有關物質由古至今的應用實例為信息背景，將相關聯的化學知識呈現出來，尤其突出我國在古代就有對相關物質應用的典型事例，以及有關燃料在現代科技中的發展應用。

1.開篇導入，古文引領最早燃料的應用

由課件開篇導入學生在語文課上學過的《賣炭翁》：“賣炭翁，伐薪燒炭南山中……”學生看到熟悉的篇章自然地齊聲朗讀。接著，筆者簡要介紹白居易的名篇《賣炭翁》，引出我國遠古時期就使用木炭做燃料，到了宋朝木炭被大量使用。特別說明“炭”是燒火燃料，炭的組成元素為碳。

2.結合原理，適時滲透煉鐵原理中碳的應用發展

3.習題資料，展示燃料在古代及現代科技中的應用

習題1：根據資料“從理論計算可知，液態氫和液態氧的混合燃料是運載火箭的最佳液態燃料”，書寫該反應的化學方程式。

然后，筆者播放神舟十三號載人飛船發射升空的視頻，運載火箭劃過夜空，與月亮浪漫同框。這伴月飛行的絕美一幕，在海外社交平臺引發關注與熱議。學生觀看時饒有興致，觀看后神情激昂。

習題2：中國是古代火箭的故鄉。中國古代科學家最早運用火藥燃氣反作用力原理創制火箭。結合黑火藥爆炸反應的化學方程式判斷其中所缺反應物的化學式：

在學生按質量守恒定律原理分析完成以上習題后，筆者講解該題，并補充介紹黑火藥的發明史：“火藥發明于隋唐時期，是古代煉丹家在煉丹過程中發明的，后來其配方由煉丹家轉到軍事家手里。這就是中國古代四大發明之一的黑火藥。”

設計意圖：從碳為燃料的簡單應用到煉鐵中作為還原劑原料的應用發展，從熱議的時事神舟十三號載人飛船發射升空到四大發明之一黑火藥，素材的核心都圍繞碳和碳的化合物展開，也展現了從古至今貫穿其中的燃料應用的科技發展，增強了學生的民族自豪感。

（三）探索層面——鋪設未知知識的展望線索

學生活動1：配平以下煉鐵原理的化學方程式（信息給予相對原子質量：Fe-56，O-16），根據化學方程式計算反應中氧化鐵和鐵的質量比。

設計意圖：教師小結并在課件呈現以下關系：

為下個課時重點學習化學方程式計算的解題思路作鋪墊。

學生活動2：書寫燃料甲烷燃燒的化學方程式。

設計意圖：提示學生在接下來的第五章中會接觸到最簡單的有機物甲烷，也為含碳化合物——有機物的學習做提示性預習。

反思與亮點：在書寫化學方程式的教學設計中，注重以教材為本，對化學方程式的講解緊緊抓住“宏觀—微觀—符號”三重表征，為學生設計思維導圖。在幫助學生構建化學用語的模型認知過程中，筆者認為本節課有以下幾個亮點。

（1）幫助學生理解化學變化中微觀粒子的變化和比例關系，設計了以小磁扣模擬原子的活動，讓學生在分組活動中動手操作，用磁扣拼出反應中各物質的微粒圖；設計問題形成認知沖突，引導學生思考和探索，直觀體驗物質在化學變化中的“分子可分，原子不可分”的微觀實質。（2）針對化學方程式中要使用沉淀符號的講解加入了學生操作的小實驗，使學生從二氧化碳通入澄清石灰水，看到石灰水變渾濁，體會溶液中有難溶性固體生成的實驗事實，幫助學生理解沉淀符號的標注和實驗現象的規范描述都有引導作用，培養學生嚴謹務實的科學品質。（3）在選題方面緊扣化學方程式的常規題型訓練，素材選擇緊扣含碳物質及燃料發展史的信息背景，內容選擇契合課程標準“引導學生認識科學本質，傳承科學精神，感悟民族智慧，增強文化自信”的要求。

結 語

學會正確書寫化學方程式是中學階段化學學習的重點和難點，教師應把有關化學用語的知識形成大概念，進行總結和完善，將知識系統化、結構化，解決學生知識零散、缺乏深刻理解等表層學習問題。在本節課教學中，教師通過問題的設計，分組活動的開展，對學生進行由淺入深的知識引導，有效地幫助學生建立了化學學科觀念，提高了學科核心素養。