啟蒙學生的物質變化觀
——以蠟燭變化研究為例

王慶元 鄧嬋玉

(1.北京市通州區教師研修中心,北京 101100;2.北京市通州區第二中學,北京 101100)

“化學觀念”是化學課程中學生要發展的核心素養之一.吉利斯皮認為：“在化學主要觀念中,化學變化觀是最重要的,因為各種各樣的化學變化是化學的核心”[1].

1 問題提出

《義務教育化學課程標準(2022年版)》(以下簡稱《新課標》)指出化學觀念是人類探索物質的組成與結構、性質與應用、化學反應及其規律所形成的基本觀念,是化學概念、原理和規律的提煉與升華,是認識物質及其變化,以及解決實際問題的基礎[2].

本單元選取學生比較熟悉的蠟燭為研究對象,整合北京版九年級《化學》第一章知識點“物質變化概念”和第六章第一節“探索燃燒與滅火”的教學內容進行單元教學設計,幫助學生建構物質的變化觀.

2 教學設計

2.1 學生情況分析

針對物質變化對學生進行前期調研發現：95.45%的學生知道物質變化可以分為物理變化和化學變化,但對于物理變化、化學變化的本質區別是模糊不清的,甚至有46.97%的學生認為物理變化也有新物質產生.87.88%的學生認為物質變化需要一定條件,78.79%同學認為物質變化可以調控,但不清楚如何調控物質變化.

2.2 教學目標

基于以上分析,確定教學圖如下：

(1)通過對蠟燭變化的研究,體會物質是可以變化的,且變化具有多樣性,能從本質上區分物理變化和化學變化,培養分類觀念和歸納的習慣;通過對蠟燭變化過程中現象的描述,感受物質變化伴隨現象發生且有能量的轉化.

(2)通過對蠟燭燃燒條件的研究,理解物質變化需要一定條件;通過對物質變化的表征,初步感受表征的意義及表征方式的選擇,為今后學習化學用語奠定基礎.

(3)通過從物質變化、能量變化、反應條件、反應現象、變化表征等視角認識物質變化,初步形成認識物質變化的系統思維框架.

(4)通過尋找辨別物質變化種類的證據,感受實驗研究的一般方法,提升證據意識和基于證據的推理能力.

(5)通過對蠟燭燃燒條件的調控,實現調控物質的變化,引導學生感受我們如何應用、控制物質變化,激發其研究和學習的興趣,培養科學態度,提升社會責任感.

2.3 教學重難點

重點：初步構建認識物質變化的框架,對化學變化觀進行啟蒙,體會實驗的研究方法,感受人與化學的關系.

難點：形成研究物質變化的整體思維意識,體會從多種視角和整體研究的思維方法.

2.4 教學流程

教學流程如圖1所示.

圖1 教學流程

3 教學實施過程——課時1教學片段

問題1：觀察蠟燭的變化

【教師】你見過哪些物質變化,你認為什么是物質變化?

【學生】舉例.物質發生改變就是變化.

【教師】物質能發生怎樣改變呢?今天我們選取生活中比較常見的蠟燭為例來研究“物質變化”.

【教師】你可以讓蠟燭發生怎樣的變化呢?

布置任務：請大家結合實驗臺上的儀器和藥品設計實驗使蠟燭發生變化,進行實驗并記錄現象.請大家注意要觀察蠟燭變化前和變化后的現象,并記錄.(儀器藥品：燒杯、小刀、火柴 、玻璃片、水、石灰水)

【學生】進行實驗,觀察、記錄.

該過程沒有給學生具體的固定實驗方案.除點燃、切割等操作,還有一些學生將蠟油滴入水中,甚至把蠟油放在火焰上加熱,在動手操作過程中既可觀察到蠟燭熔化和凝固這樣的變化,也能感受到蠟燭的密度,并在有意或無意間檢驗了熔化、凝固后的物質是否為蠟燭;有的學生根據小學科學課經驗,利用燒杯和石灰水檢驗蠟燭燃燒的產物;有的學生看過一些科學實驗視頻,會去點燃蠟燭熄滅后的煙.該過程開放度大,學生可去探索更多自己想知道的內容,以此激發其探究欲望.

問題2：對以上蠟燭的變化進行分類

【教師】數字可以分為整數、分數,正數,負數,詞語也可以按照詞性分為動詞、名詞等.分類是我們研究具有共同特征的一類事物的重要學習方法.蠟燭的變化這么多,你能否按照一定依據將變化進行分類?

【學生】分組討論,對蠟燭的變化進行分類.

【學生】分為物理變化和化學變化.

【教師】哪些是物理變化?哪些是化學變化?為什么?

【學生】有新物質產生的是化學變化,比如：蠟燭燃燒產生二氧化碳和水;沒有新物質產生的是化學變化,如蠟燭熔化后還是蠟燭.

【教師】所以我們可以按照物質種類是否變化來進行分類.

【教師】發光放熱是能量改變的一種體現.物質變化伴隨著能量變化,而人類生活、生產都需要消耗能量,所以能量變化也將是化學研究的重要內容.將在高中大學深入學習.在化學變化中伴隨著能量變化,多以熱量的形式體現.

【教師】蠟燭燃燒過程中,熱量如何變化?

【學生】放出熱量.

【教師】蠟燭燃燒可以產生熱量,屬于放熱的過程,當然,也有與其相反需要吸熱才能發生變化的過程,你能舉例嗎?

【學生】蠟燭熔化.

【教師】我們可以從能量改變角度對變化進行分類,如吸熱和放熱的變化.

學生自發提出很多分類角度,感受不同標準導致的分類的多樣性,體會分類要按照一定依據“分”,而不僅僅是歸納特征.同時學生也存在缺乏關注變化本質的問題,如按照是否發生形變分類、是否發光等.教師引導學生聚焦到按照能量變化和物質種類是否變化的視角進行分類,回歸到化學研究的主要問題.這個過程培養了學生的分類觀念和證據意識,同時也培養學生歸納的科學思維.

問題3：分析蠟燭燃燒和熔化的變化類型,說明依據.

【教師】現在我們從物質種類是否發生變化來給蠟燭變化分類.并說出你的依據.

【學生1】蠟燭被切割,是物理變化.因為沒有新物質產生.切下來的仍然是蠟燭.

【教師】你有什么證據證明切下來的仍然是蠟燭嗎?

【學生1】把切下來的再去點燃,如果可以點燃證明是蠟燭.

(學生有了利用物質的性質檢驗物質的思想,只是不夠嚴謹.)

【學生2】熔化是化學變化,因為產生了蠟油這種新物質.

【學生3】熔化是物理變化,因為沒有產生新物質.蠟油仍然是蠟燭.

【教師】兩位同學的爭議點是什么?

【學生】蠟燭熔化是否有新物質產生.

【教師】怎么證明呢?

【學生】要證明蠟油到底是蠟燭還是新物質.可以點燃蠟油,如果和蠟燭燃燒一樣就是蠟燭.

(學生此時有了比較明確的應用物質特性,證明物質存在的思想.)

【教師】大家認為蠟燭燃燒是化學變化的原因是什么?

【學生】蠟燭燃燒產生水和二氧化碳.

【教師】水和二氧化碳是新物質證據是什么呢?

【學生】蠟燭不燃燒沒有水和二氧化碳.

【教師】如何證明?

【學生】檢驗蠟燭不燃燒時是否產生二氧化碳和水.

通過不斷追問證據,學生一步步由應用定義區分變化,逐漸到深入思考尋找證據,利用物質特征證明是否有新物質生成.學生更深刻地體會證據對于化學研究的重要性,進一步理解“現象”不是判斷是否發生化學反應的依據.

問題4：表征蠟燭的變化

【教師】數學有等式表示關系,物理有公式表示不同量的關系.如何表示蠟燭熔化和蠟燭燃燒的變化?

【學生】討論,表達.

(學生想到用圖示等方式,引導學生要體現出“變化”,通過變化前和變化后的對比才能體現變化.)

【教師】現階段我們可以用表達式,來表示物質變化.“→”左側是變化前,右側是變化后請大家表征這兩個變化.

通過同學之間不同表征結果的比較,感受物質變化是可以通過一些形式表征的,并思考更優化的表征方式,進一步理解“變化”的本質.

本課時學生從現象、分類、表征等角度認識物質變化,初步建立認識物質變化的框架.

4 結束語

核心素養導向的單元教學設計,對教師的專業素養要求更高.要求教師的備課是高瞻遠矚,從上到下俯瞰教學,使教學在有限時間內更高效、更合理、更科學.教師在教學設計時可跨章節整合教材知識和素材,讓教學更趨合理和高效.這就需要教師無論在專業知識方面還是教育理念方面都要不斷學習提升,要通過大視角、高站位去設計單元整體教學,引領學生通過學習達到或認識到“上位”的觀念,促進其更好發展.