基于觀念建構的初中化學項目式單元教學
——以“物質變化與能量轉化”為例

楊丹丹

(江蘇省連云港市徐山中學,江蘇 連云港 222000)

化學觀念建構的意義是通過研究不同事物與現象之間的關聯及規律構建科學理論,從而對一些問題進行解答,其重心是通過化學教學活動產生化學觀念認知[1].本文以“物質變化與能量轉化”為例進行基于觀念建構的初中化學項目式單元教學設計.

1 基于觀念建構的初中化學項目式單元教學設計

1.1 初中化學項目式單元教學設計

基于觀念建構的初中化學項目式單元教學設計是以化學學科觀念目標設計為導向,根據目標設計問題,依據所設問題科學、合理設置項目式單元教學活動.在“物質變化與能量轉化”的研究過程中,通過項目式單元教學多角度定性、定量地認識“物質變化與能量轉化”,從而建構分類觀、元素觀以及變化觀等化學觀念.基于微觀角度體會化學在生活中的社會發展價值,系統建構學生的化學價值觀[2].

1.2 初中化學項目式單元教學案例設計

1.2.1教學目標制定

本文通過多角度幫助學生認識物質及其變化,體會物質變化過程中的能量轉化,意識到其發生存在一定規律和條件且均具有可控性[3].深入探索能量轉化的本質,強化化學學科知識理解.

1.2.2教學活動流程

具體教學過程設計見表1.

表1 教學過程設計

1.3 初中化學項目式單元教學案例實施

1.3.1鏈接學習經驗書寫化學方程式

【教師】以“水”為“物質變化與能量轉化”的研究對象,請同學們回想水電解實驗,回答與其相關的實驗現象并書寫對應化學方程式.

(宏觀現象活動內容)

【學生】通電條件下,電解器內的水正、負極區域均有大量氣泡形成,分別檢驗正、負極區域產生的氣體,將帶火星的木棍靠近正極區域,木棍復燃,表示該區域產生的氣體為氧氣,將火柴靠近負極區域產生的氣體,氣體發生燃燒現象,在火焰上方放置干冷的燒杯,杯壁內產生白霧,表示該區域產生的氣體為氫氣.根據霍夫曼水電解器的U型管刻度可以看出,所產生氧氣的體積約為氫氣的1/2.

【設計意圖】結合宏觀與微觀角度對物質的變化進行辨識和探析,通過定性、定量的分析才能了解物質的本質[4].

【教師】請同學們思考水分解的微觀變化過程,并給出對應的示意圖.

【學生】(分組討論)得出水分子分解微觀示意圖如圖1所示.

圖1 水分子分解微觀示意圖

【教師】通過微觀角度我們可以看到,水分子分解為氫、氧原子,2個原子可對應結合成1個分子.請同學們結合圖1所示書寫水分解微觀變化的化學表達式.

【教師】該化學方程式是否完整?

【教師】請同學們思考“氫氣在空氣中燃燒形成水”的實驗現象,并給出對應的示意圖.

【學生】(分組討論)得出氫氣燃燒微觀示意圖如圖2所示.

圖2 氫氣燃燒微觀示意圖

【教師】請同學們結合圖2書寫氫氣燃燒微觀變化的化學表達式.

1.3.2基于“物質變化與能量轉化”的化學觀念建構

【教師】請同學們結合“水電解”與“氫氣燃燒”實驗,仔細分析反應物和生成物變化過程中存在的物質變化與能量轉化關系.

【學生】水可以在通電條件下轉化為氫氣和氧氣;氫氣和氧氣可以在點燃的條件下轉化為水.

【教師】在水電解實驗中氫氣被點燃時燒杯外壁有什么觸感?這意味著什么呢?

【學生】燒杯外壁發熱,表示存在散熱現象.

【教師】已知化學變化中存在能量轉化情況,同學們可否結合“水電解”與“氫氣燃燒”實驗對化學反應的能量轉化關系進行總結歸納呢?

【學生】電能可轉化成化學能,化學能也可轉化成熱能.

【設計意圖】化學教學過程中,除了要觀察物質之間存在的變化關系,還需注意能量之間的轉化,但是學生常會在學習過程中忽略能量轉化情況,需引起重視[5].

【師生】結合氧氣的實驗室制取原理深入研究“物質變化與能量轉化”,在教師引導下學生展開分組討論,并繪制化學反應中的物質變化與能量轉化關系,得到結果如圖3所示.

圖3 過氧化氫、水、氧氣的相互轉化關系

【設計意圖】“物質變化與能量轉化”的化學觀念建構過程中涉及了大量的物質及其變化,通過合理建構物質之間的聯系能夠令學生更好地對化學知識進行理解與掌握,通過繪制適宜的物質變化與能量轉化概念圖能夠令零散的化學知識系統化,有利于化學知識的記憶和理解.

【教師】請同學們分析過氧化氫制取氧氣實驗過程中的微觀變化,并寫出對應化學方程式.

【學生】(分組討論)得出過氧化氫分子分解微觀微觀變化過程(如圖4所示).

圖4 過氧化氫分子分解微觀示意圖

1.3.3基于計算分析的定量研究

【問題驅動】已知某質量為4 g的純凈物R完全燃燒后產生11 g二氧化碳及9 g水,請結合已知條件猜測該物質的化學反應式.

(教師引導、組織學生討論.)

【學生】根據表達式進行推斷,R中必然包括有碳、氫元素,可能存在氧元素;并且R內碳、氫元素的質量分別等同于二氧化碳、水中的碳、氫元素質量.

【教師】請同學們根據化學式計算R中碳、氫元素的質量.

【學生】m(C)=11 g×(12/44)×100%=3 g;m(H)=9 g×(2/18)×100%=1 g.

【教師】現在同學們能否根據計算數據推斷出R中是否含有氧元素?

【學生】碳、氫元素的質量和為4 g,等同于R物質的質量,由此可得R物質中不存在氧元素.

【教師】設R的化學式為CxHy,首先需要確定x、y的最簡個數比,然后結合化學式的相關計算推導R的化學式.

【學生】m(C)/m(H)=12x/1y=3;x/y=3×1/1×12=1/4,根據計算結果,得出R的化學式為CH4,可知R為甲烷.

【設計意圖】通過計算練習令學生深入了解“物質變化與能量轉化”在實際問題中的應用,培養學生的定量思維,奠定后續學習基礎.

2 基于觀念建構的教學設計思考

初中化學知識中涵蓋了大量的概念性、理論性知識,整體較為零散,學生無法自主構建化學觀念,所以需要通過項目式單元教學令知識系統化、邏輯化,引導學生建構化學觀念.以教學目標為教學設計核心,多維度利用教學資源進行學科知識梳理,整體構建化學觀念.通過設置有效的教學驅動性問題可以有效提升學生的思維高度,從而推動學生觀念建構,提升其化學學科素養.

基于觀念建構的初中化學項目式單元教學,能夠令學生在較高級別的思維活動過程中強化對化學知識的理解及掌握.化學觀念不是以結論的形式獨立存在的,其是以化學知識為承載,常隱藏在課程知識體系中,并隨著知識層次的提升而不斷深化.教師應在教學設計中引導學生思考、認識物質變化和能量轉化的關系、本質與規律,在實際教學過程中滲透培養學生的化學觀念建構,提升其思維水平,滿足新課標要求.