曹君劍

摘要：“化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用”是形成化學(xué)基本觀念的關(guān)鍵，是中學(xué)階段學(xué)生從定性認(rèn)識到定量理解化學(xué)問題的關(guān)鍵，是從化學(xué)課堂走上科學(xué)研究和應(yīng)用實踐的關(guān)鍵，基于學(xué)生微觀和宏觀之間的轉(zhuǎn)變進(jìn)行了設(shè)計和探索，希望能對學(xué)生形成微觀和宏觀之間轉(zhuǎn)化觀念有所幫助。

關(guān)鍵詞：化學(xué)計量；物質(zhì)的量；高中化學(xué)；微觀；宏觀

文章編號：1008-0546（2017）04-0052-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.017

一、 研究背景

1. 本節(jié)的地位和作用

物質(zhì)的量這一核心概念是溝通微觀粒子數(shù)和宏觀物理量之間的橋梁，通過這一“橋梁”可以把宏觀的物理量如：物質(zhì)的質(zhì)量、氣體的體積、溶液的物質(zhì)的量濃度和微觀的微粒數(shù)聯(lián)系起來（見圖1），同時物質(zhì)的量這一概念的形成可以使學(xué)生從定性的認(rèn)識物質(zhì)的組成上升到定量的計量化學(xué)反應(yīng)，從而把化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)實驗變得可以操控，把化學(xué)問題變成更實際的問題（見圖2）。

2. 學(xué)生認(rèn)知情況分析

學(xué)生普遍反映物質(zhì)的量一節(jié)比較難學(xué)，然而“難”究竟“難在哪里？”。只有找準(zhǔn)問題所在，進(jìn)行有效的、有針對性的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定和教學(xué)方法的選擇才能做到有的放矢，解決學(xué)生的實際困難。綜合分析本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生主要是以下幾個方面存在困難：

第一：初中物質(zhì)微粒性知識太薄弱。據(jù)了解，很多學(xué)校初三的化學(xué)課是考什么就學(xué)什么，對于中考比較少考查的內(nèi)容根本都不講，造成高一一部分學(xué)生對分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等微粒都不甚了解，所以這部分高一學(xué)生在計算微粒數(shù)的時候感覺無從下手。比如：不少的學(xué)生對1mol H2O中為什么有2mol H、1mol O這些問題百思不得其解。其根源就是物質(zhì)的微粒構(gòu)成種類和數(shù)目方面存在障礙。

第二：學(xué)生從定性認(rèn)識到定量的計算方面存在一定的困難。初中比較淺顯地介紹了物質(zhì)的微粒構(gòu)成，要求的微粒觀是比較低層次的定性了解，對“量”的計算不做要求，因此從定性的認(rèn)識到定量的計算需要在“化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用”也就是物質(zhì)的量的概念教學(xué)中得到突破。

第三：學(xué)生在“宏觀”和“微觀”轉(zhuǎn)變方面存在困難。物質(zhì)的量概念很陌生，雖然和其他物理量有相似之處，和宏觀的“集合體”的概念也有一定的相似之處，但如果不進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)情景設(shè)計和教學(xué)思路的引導(dǎo)，學(xué)生很難把相似的概念進(jìn)行對比和聯(lián)系，在計算時，由于對陌生概念的不理解往往“去蒙”或逢計算就出錯。

第四：教學(xué)方式帶來核心概念理解上的困難。傳統(tǒng)的對“化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用”這一節(jié)課教師偏重講、練結(jié)合，學(xué)生往往學(xué)了很久對這節(jié)課還不甚了解，因為對核心概念物質(zhì)的量為什么要引入，以及在化學(xué)實驗中到底有什么作用，還是一知半解，給以后的學(xué)習(xí)也帶來了很多障礙，讓學(xué)生覺得化學(xué)很難學(xué)。

二、研究案例的過程

1. 提出問題

如何在“物質(zhì)的量在實驗中的應(yīng)用”一節(jié)中對微粒觀的基本思想進(jìn)行滲透。從近幾年中國知網(wǎng)搜到的文章來看，國內(nèi)研究者對于微粒觀的形成普遍開始重視。但有一些側(cè)重理論研究，對課堂中的實施不夠具體。如李曉嬌在微粒觀在中學(xué)階段的要求和在中學(xué)化學(xué)課堂中實施給予一定的理論指導(dǎo)和實踐探索，黃瓊對比了基于微粒觀形成的教學(xué)設(shè)計在不同層次的學(xué)校、不同層次的學(xué)生、不同版本的教材實施中效果的對比。其他的一些研究者是從以下幾個方面對 “物質(zhì)的量”這一核心概念進(jìn)行突破。第一、選擇多樣化的宏觀教具，創(chuàng)設(shè)問題情境，側(cè)重學(xué)生從宏觀理解微觀的物質(zhì)；第二、針對“物質(zhì)的量”這一核心概念的研究大多是教師主導(dǎo)下完成的，學(xué)生被老師設(shè)置的問題牽著走；第三、老師用自己的教學(xué)技巧和語言促進(jìn)學(xué)生對“微觀的量”到“宏觀的量”的聯(lián)系理解，學(xué)生缺乏自主探究形成知識的樂趣。

2. 教學(xué)前預(yù)設(shè)

第一次教學(xué)設(shè)計基于化學(xué)基本概念——微粒觀的形成，從概念的引入到活動的設(shè)計都進(jìn)行了精心設(shè)計從而突出概念教學(xué)的特征，學(xué)生的練習(xí)和教師的講授相結(jié)合。用課前測試調(diào)查了解學(xué)生對微粒觀的掌握情況——用故事和生活實例引入統(tǒng)計方法在實際問題中的應(yīng)用——引入物質(zhì)的量的概念——用物質(zhì)的量統(tǒng)計微粒數(shù)時的換算（NA、N、n三者的轉(zhuǎn)變關(guān)系）體會物質(zhì)的量的作用?！?引入M，n、M、m三者的關(guān)系進(jìn)行計算?！贸鑫镔|(zhì)的量在化學(xué)計量中的應(yīng)用的方便。

3. 第一次授課時學(xué)生研學(xué)問題的解決

教學(xué)設(shè)計以學(xué)生微粒觀形成為主導(dǎo)，注重學(xué)生自主探究知識過程，設(shè)計了一些多樣化的教學(xué)活動，在教學(xué)過程中充分調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)生參與度大大提高，課堂氣氛非常融洽和熱烈。課后，我對學(xué)生關(guān)于“物質(zhì)的量”核心概念的掌握情況進(jìn)行了訪談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生掌握情況相比之前的教學(xué)沒有特別明顯的突破。課堂上學(xué)生聽課都很投入，也很“忙”沒有提出太多問題，但上完課后對微粒、數(shù)量、微觀宏觀轉(zhuǎn)變依然覺得落實不夠到位，“物質(zhì)的量”這一核心概念大多是教師主導(dǎo)下完成的，課堂上學(xué)生是被老師設(shè)置的問題牽著走，被動的走完了整個過程，至于為什么引入這個物理量？這個物理量在化學(xué)實驗中有什么作用，是否帶來化學(xué)實驗的方便？從微觀量到宏觀量如何轉(zhuǎn)變？等問題學(xué)生依然一知半解，只是機械記住了幾個公式和物理量的轉(zhuǎn)變關(guān)系。缺乏思考物質(zhì)的量這個核心概念在建立宏觀和微觀聯(lián)系中的作用。

4. 二次授課中，研學(xué)問題的解決

分析學(xué)生的微觀與宏觀轉(zhuǎn)變的思維障礙點。

學(xué)生普遍反映物質(zhì)的量一節(jié)比較難學(xué)，然而“難”究竟“難在哪里？”只有找準(zhǔn)問題所在，進(jìn)行有效的、有針對性的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定和教學(xué)方法的選擇才能做到有的放矢。

思維障礙一：物質(zhì)的微粒構(gòu)成種類和數(shù)目方面存在障礙。學(xué)生對分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等微粒都不甚了解，所以在計算微粒數(shù)的時候感覺無從下手，連微粒都不知道是什么，也就談不上對微粒“量”的把握。比如：不少的學(xué)生對1mol H2O中為什么有2mol H、1mol O這些問題百思不得其解。

教學(xué)環(huán)節(jié)一：

【交流評價】分析學(xué)生對“物質(zhì)微粒組成和量”的掌握情況

【課前預(yù)習(xí)】調(diào)查問卷，點評特征卷

一、①氣體、H2O的微粒構(gòu)成

②金屬、C等單質(zhì)的微粒構(gòu)成

③可溶性的酸、堿、鹽溶質(zhì)在水中的微粒存在

思維障礙二：學(xué)生在“宏觀”和“微觀”轉(zhuǎn)變方面存在困難。物質(zhì)的量概念很陌生，和宏觀的“集合體”的概念也有一定的相似之處，但如果不進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)情景設(shè)計和教學(xué)思路的引導(dǎo)，學(xué)生很難把相似的概念進(jìn)行對比和聯(lián)系。

對核心概念的作用一知半解。物質(zhì)的量為什么要引入，在化學(xué)實驗上到底有什么實際作用。不解決這些問題，學(xué)生永遠(yuǎn)做不到真正掌握這個概念。

如何能有效地實現(xiàn)“微觀的量”到“宏觀的量”的順利轉(zhuǎn)化，并有效地落實到具體教學(xué)的實施中，是本節(jié)課的關(guān)鍵所在。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：體會化學(xué)實驗中微觀粒子數(shù)“量”的需求和微觀粒子數(shù)目不可測之間的矛盾

1滴水中的水分子由100個人平均每秒數(shù)3個需要大概160多億年才數(shù)的完。數(shù)量極其龐大的微觀粒子如何統(tǒng)計？

【思考交流】如果你是超市采購員，你如何統(tǒng)計大批量的蘋果？

教學(xué)環(huán)節(jié)三：體會物質(zhì)的量這一物理量在統(tǒng)計微觀粒子數(shù)量時帶來的方便

【課內(nèi)探究】

1、以總個數(shù)計量微觀粒子方便嗎？以“摩爾”為單位計量微觀粒子方便嗎？

2、1摩爾H2O分子是 個H2O分子，含有 個H原子，含有 個O原子。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：從實際出發(fā)，理解物質(zhì)的量核心概念在溝通微觀和宏觀的作用

【思考交流】1mol的微觀粒子是6.02×1023個是怎樣規(guī)定的？如果某反應(yīng)需要1mol的C做反應(yīng)物，實驗室如何獲取1molC？

【引導(dǎo)】1mol12C質(zhì)量為12g，這一數(shù)目我們可以順利地在實驗中用天平“稱量”出C的原子數(shù)。拓展開來，如果我們知道某物質(zhì)1mol微觀粒子的質(zhì)量也就能在實驗室用天平“稱出”其微觀粒子數(shù)。

【思考交流】

1.寫出摩爾質(zhì)量的意義、單位、計算公式。

2.摩爾質(zhì)量的數(shù)值有什么特點。

3.請你用計算公式表示如何用物質(zhì)的質(zhì)量去計算物質(zhì)的微觀粒子數(shù)。

思維障礙三：學(xué)生不了解為什么引入“物質(zhì)的量”這個概念，對于其在化學(xué)實際問題中的應(yīng)用不甚明了。在化學(xué)反應(yīng)中“物質(zhì)的量”到底表示什么，怎么把用物質(zhì)的量把宏觀可測與微觀化學(xué)反應(yīng)之間的矛盾化解和融合，是學(xué)生需要解決的更高層次的問題。

教學(xué)環(huán)節(jié)五：體會核心概念——物質(zhì)的量在化學(xué)反應(yīng)中的意義

【思考與交流】試用物質(zhì)的量、微觀粒子數(shù)、質(zhì)量等物理量說明反應(yīng)：H2+CuO[=][△][=][△]Cu+H2O 在反應(yīng)物和生成物“量”方面表示的意義。

教學(xué)環(huán)節(jié)六：應(yīng)用訓(xùn)練提升，進(jìn)一步理解物質(zhì)的量在微觀宏觀之間轉(zhuǎn)化的重要意義

【思考與交流】

計算下列結(jié)果并寫出公式和計算過程

1）某反應(yīng)需要3.01×1022個C參加反應(yīng)，實驗室需要稱量的C為多少克？

2）49g硫酸溶于水中得到溶液中的H+物質(zhì)的量和個數(shù)，SO42-的物質(zhì)的量和個數(shù)為多少？

二、案例研究的評價和分析

教學(xué)設(shè)計著重從以下兩個方面開展課堂活動，促進(jìn)學(xué)生核心概念的構(gòu)建，宏觀和微觀之間的轉(zhuǎn)化。

第一，以生為本，從課前調(diào)查，到目標(biāo)制訂，再到教學(xué)設(shè)計和課后調(diào)查反思，充分體現(xiàn)了學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念。

第二，創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生了解“微觀”世界的教學(xué)情境。從熟悉的宏觀物體的統(tǒng)計方法出發(fā)，類比遷移物質(zhì)微觀上微粒量的統(tǒng)計，更加有利于學(xué)生從微觀到宏觀的過渡，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

第三，設(shè)計課堂自主探究活動，讓學(xué)生體驗自主獲得知識的樂趣，從而從微觀上接受和理解“物質(zhì)的量”在化學(xué)中的重要地位和應(yīng)用價值，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和動力。

第四，圍繞核心概念“物質(zhì)的量在實驗中的應(yīng)用”設(shè)計教學(xué)活動，讓學(xué)生反復(fù)體會物質(zhì)的量的引入對解決實際問題帶來的方便。體會摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量的濃度在化學(xué)實驗中溝通微觀和宏觀的重要作用。

三、收獲和反思

本節(jié)課后，在后續(xù)的作業(yè)中反映出來幾個值得深思的問題：

第一，本節(jié)課是基于核心概念物質(zhì)的量的建立，讓學(xué)生對物質(zhì)的微粒構(gòu)成，以及微粒的數(shù)量有了更深的認(rèn)識，比如：哪些物質(zhì)是由分子組成，哪些物質(zhì)是由原子組成，哪些物質(zhì)在水溶液中是離子。

第二，學(xué)生對概念的理解和辨析都掌握得很好。從作業(yè)和后續(xù)的學(xué)生訪談中反映出來，學(xué)生的概念辨析題都做的不錯，基本都能做對，說明這節(jié)課的實施還是有成功的地方，對物質(zhì)的量這個核心概念在溝通微觀和宏觀的作用，物質(zhì)的量如何把微粒數(shù)換算成宏觀可測的質(zhì)量等問題都能有比較深的體會和準(zhǔn)確的認(rèn)識。

第三，有些學(xué)生對于物質(zhì)的化學(xué)式以及方程式中“量”的含義還停留在比較表面的認(rèn)識，比如：有學(xué)生認(rèn)為H2O是H2和O組成，認(rèn)為只是兩種物質(zhì)的拼湊，對化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)——原子重新拆分和組合沒有形成概念。

第四，學(xué)生對于物質(zhì)的量的相關(guān)概念與符號表達(dá)比較陌生，符號與物理量對號入座還不熟練，導(dǎo)致計算中還是會出現(xiàn)問題。

高中化學(xué)微觀到宏觀轉(zhuǎn)變，不是靠一節(jié)兩節(jié)課來形成的，需要長期在日常教學(xué)中不斷滲透給學(xué)生，才能使學(xué)生理解和利用化學(xué)這個工具去認(rèn)識和改造社會、生活、科技、環(huán)境中的問題，從而讓化學(xué)成為有用的學(xué)科。

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