李應(yīng)育

[摘要]以人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)“質(zhì)量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，結(jié)合化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)代化教學(xué)方法與手段，結(jié)合課程學(xué)習(xí)內(nèi)容的需要，將如何改進(jìn)教材的演示實(shí)驗(yàn)為問題導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生通過課前自主學(xué)習(xí)、課堂小組合作探究的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式有效改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題并通過實(shí)驗(yàn)探究解決問題的能力。

[關(guān)鍵詞]翻轉(zhuǎn)課堂;質(zhì)量守恒定律;化學(xué)實(shí)驗(yàn);有效改進(jìn)

[中圖分類號(hào)]

G633. 8

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A

[文章編號(hào)] 1674-6058（2020）17-0076-03

一、教學(xué)背景分析

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。著名的化學(xué)家戴安邦說過，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式。

日前，教材中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主。在實(shí)驗(yàn)前，制訂好實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)好詳細(xì)的操作步驟，準(zhǔn)備好所需的實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)藥品等，讓學(xué)生按要求完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中形成概念，或者驗(yàn)證、理解所學(xué)的化學(xué)知識(shí)。這種化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不能適應(yīng)新時(shí)代的教學(xué)需求，要切實(shí)提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)實(shí)踐能力，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的最大作用，還需要對(duì)現(xiàn)行的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行的改進(jìn)和創(chuàng)新。

下面以翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，了解化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效改進(jìn)策略。

1.教材分析

“質(zhì)量守恒定律”是人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第五單元的第一課題。在本課題前，教材已經(jīng)介紹了一些基本的實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)也簡單滲透了部分物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的化學(xué)理論知識(shí)。

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)有了初步認(rèn)識(shí)，知道物質(zhì)經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)可以生成新的物質(zhì)，理解化學(xué)反應(yīng)的特征;對(duì)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)識(shí)，初步建立了微粒觀，知道化學(xué)反應(yīng)過程中原子是不發(fā)生變化的;但沒有把化學(xué)反應(yīng)與物質(zhì)的質(zhì)量變化聯(lián)系起來。質(zhì)量守恒定律的探究實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)的第一個(gè)定量分析實(shí)驗(yàn)，它揭示了化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物和生成物之間的質(zhì)量關(guān)系，是學(xué)好質(zhì)量守恒定律的直觀載體。

教材利用兩個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)“探究紅磷在密閉容器中燃燒”“硫酸銅溶液與鐵釘反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系”，由反應(yīng)前后天平平衡引出質(zhì)量守恒定律的概念;另外還安排了兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)“碳酸鈉與稀鹽酸的反應(yīng)”“鎂帶的燃燒”，展示了反應(yīng)前后質(zhì)量不相等導(dǎo)致天平失衡。由此提出問題：這兩個(gè)演示實(shí)驗(yàn)中的化學(xué)反應(yīng)是否違反了質(zhì)量守恒定律呢？顯然，答案是否定的。但是在學(xué)習(xí)過程中，有不少學(xué)生因?yàn)闆]有弄清楚天平失衡的原因而被實(shí)驗(yàn)結(jié)果所迷惑，不管給出的數(shù)據(jù)是否是物質(zhì)質(zhì)量的總和，就以此來判斷是否符合質(zhì)量守恒定律，成為質(zhì)量守恒定律應(yīng)用中最容易出錯(cuò)的地方。

2.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本課結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂展開教學(xué)，以解決常見難點(diǎn)、疑點(diǎn)問題，滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際需要。課例的教學(xué)思路設(shè)計(jì)為：安排課前學(xué)習(xí)任務(wù)一課上以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生尋找解決問題的方案并實(shí)驗(yàn)探究一展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果一練習(xí)鞏固及小結(jié)。其中的教學(xué)重點(diǎn)是：改進(jìn)碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生通過親身實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)理解反應(yīng)前后質(zhì)量不相等的原因，有利于學(xué)生順利解決有關(guān)質(zhì)量守恒定律的疑難問題。

二、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下的教學(xué)重構(gòu)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)流程具有結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，課前學(xué)習(xí)是以發(fā)展學(xué)生的低階思維為主，主要是針對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的微課學(xué)習(xí)、一些基本任務(wù)和學(xué)習(xí)效果評(píng)測。而課堂教學(xué)和課外拓展則是以發(fā)展學(xué)生的高階思維為主，課堂活動(dòng)主要是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力以及分析評(píng)價(jià)的能力，從而提高學(xué)生的審辨性思維能力;課外拓展則以學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新能力為主要培養(yǎng)日標(biāo)。

1.課前學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)

（1）課前學(xué)習(xí)微課視頻（時(shí)長6'33"）設(shè)計(jì)（見表1）

（2）課前導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)

課前導(dǎo)學(xué)案分為課本實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)容梳理和基礎(chǔ)檢測題兩部分。內(nèi)容梳理主要為實(shí)驗(yàn)探究過程的記錄及質(zhì)量守恒定律的簡單分析，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度對(duì)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行思考?；A(chǔ)檢測題共有6道，目的是加強(qiáng)學(xué)生對(duì)質(zhì)量守恒定律基礎(chǔ)知識(shí)的鞏固，如計(jì)算反應(yīng)物或生成物的質(zhì)量以及反應(yīng)前后元素種類的簡單判斷，以此檢測學(xué)生課前學(xué)習(xí)的效果，以及發(fā)現(xiàn)學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中存在的問題。

2.課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）設(shè)疑微課視頻（時(shí)長5'31"）設(shè)計(jì)（見表2）

（2）導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)

導(dǎo)學(xué)案設(shè)計(jì)分三部分，第一部分為演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄，日的是突出實(shí)驗(yàn)前后質(zhì)量不相等的結(jié)果，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究欲望;第二部分為提供改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需的儀器或生活中的替代品、藥品，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，并根據(jù)設(shè)計(jì)思路畫出簡易的實(shí)驗(yàn)裝置圖;第三部分為能力提升訓(xùn)練，側(cè)重于質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，如判斷反應(yīng)物或生成物的元素組成、構(gòu)建微觀粒子模型及確定反應(yīng)物或生成物的化學(xué)式等。

3.學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：銜接。展示學(xué)生的課前學(xué)習(xí)導(dǎo)學(xué)案，點(diǎn)評(píng)學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中存在的問題。

環(huán)節(jié)二：設(shè)疑。觀看“質(zhì)量守恒定律（二）”微課，記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并提出問題：為什么反應(yīng)前后天平不平衡？讓學(xué)生思考：如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)才能令反應(yīng)后的天平平衡？

環(huán)節(jié)三：設(shè)計(jì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)并利用提供的器材、藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

環(huán)節(jié)四：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)成果展示、交流。

環(huán)節(jié)五：強(qiáng)化訓(xùn)練，歸納小結(jié)。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案設(shè)計(jì)及分析

1.學(xué)生的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案

由于學(xué)生已在微課“質(zhì)量守恒定律（二）”的實(shí)驗(yàn)歸納中了解到碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量不相等，是因?yàn)樵诔ㄩ_的容器中反應(yīng)生成的C0²氣體逸散的緣故（如圖1）。要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)日標(biāo)令碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)前后天平仍然保持平衡，前提是反應(yīng)須在密閉容器中進(jìn)行。經(jīng)過小組合作、討論，學(xué)生最終設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案主要有以下三種（如圖2、圖3、圖4），基本符合教師的課前預(yù)設(shè)。

（1）方案一

如圖2所示，改用錐形瓶代替原來的燒杯作為反應(yīng)容器，碳酸鈉粉末直接放置在錐形瓶內(nèi)，稀鹽酸則是裝在小試管中并小心放入錐形瓶內(nèi)，用膠塞塞好錐形瓶。實(shí)驗(yàn)前先稱量裝置質(zhì)量，然后將裝置傾斜使小試管內(nèi)的稀鹽酸流出并與碳酸鈉粉末接觸，反應(yīng)完畢后再將裝置放回托盤天平進(jìn)行稱量。

（2）方案二

如圖3所示，在方案一的基礎(chǔ)上，在膠塞上打孔插入玻璃管，并在玻璃管的末端系上一個(gè)氣球。

（3）方案三

如圖4所示，用生活中常見的塑料汽水瓶代替燒杯作為反應(yīng)容器，碳酸鈉粉末直接加在塑料汽水瓶內(nèi)，稀鹽酸則是裝在小試管中并小心放入塑料汽水瓶內(nèi)，擰緊瓶蓋。實(shí)驗(yàn)前先稱量裝置質(zhì)量，然后將裝置傾斜使小試管內(nèi)的稀鹽酸流出并與碳酸鈉粉末接觸，反應(yīng)完畢后再將裝置放回托盤天平進(jìn)行稱量。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的有效性分析

在六個(gè)實(shí)驗(yàn)小組中，有兩個(gè)小組采用方案一，在成果展示時(shí)其中一個(gè)小組的發(fā)言人坦言由于膠塞塞得不夠緊，反應(yīng)后稱量時(shí)，膠塞突然沖出而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗，無法達(dá)到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的日的。

而另一個(gè)小組的發(fā)言人說他們小組也遇到相同的情況，但隨即重新設(shè)計(jì)得到方案三并順利完成實(shí)驗(yàn)。在反應(yīng)前后的兩次稱量中，托盤天平保持平衡，成為唯一有效達(dá)到實(shí)驗(yàn)改進(jìn)日的的小組。

其他四個(gè)小組參考紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)，采用了方案二，反應(yīng)后稱量時(shí)發(fā)現(xiàn)天平指針不同程度地偏右。而氣球大小在稱量過程中基本保持不變，排除裝置漏氣的可能，從而推測可能是氣球膨脹而導(dǎo)致裝置受空氣的浮力作用進(jìn)而影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)無效。

四、教學(xué)反思

針對(duì)質(zhì)量守恒定律的疑難問題，在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的教學(xué)中，方案二不僅是多數(shù)實(shí)驗(yàn)小組的選擇，同時(shí)也是教師預(yù)設(shè)的最理想的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案。

學(xué)生之所以采用方案二，除了滿足密閉反應(yīng)容器的前提條件外，主要是受紅磷在密閉容器中燃燒的探究實(shí)驗(yàn)的影響，即在容器上系氣球可以有效避免膠塞在實(shí)驗(yàn)過程中因壓強(qiáng)增大而被沖出。但兩者間是存在差異的，紅磷燃燒后因反應(yīng)消耗容器中的氧氣，最后氣球是癟的，即反應(yīng)前后容器的總體積基本不變。而碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)后產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w會(huì)令氣球膨脹，引發(fā)了浮力變化，直接影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)改進(jìn)失敗。

課前教師之所以將方案二作為預(yù)設(shè)的改進(jìn)方向，更多的是受練習(xí)題或教輔資料中常常忽略空氣浮力的影響。這種想當(dāng)然式的忽略令很多教師誤把方案二當(dāng)作是最好的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，氣球膨脹的浮力影響在實(shí)驗(yàn)過程中是不容忽略的。

方案三在教師的預(yù)設(shè)中只是作為備用方案，主要是希望學(xué)生通過用生活中的常用物品替代化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)多開展家庭小實(shí)驗(yàn)的日標(biāo)。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，這種“無心插柳”的備用方案卻是最好的。在學(xué)生展示該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，教師讓學(xué)生輕輕擰開汽水瓶蓋，隨著瓶內(nèi)氣體的一絲絲泄漏，托盤天平的指針逐漸向右偏轉(zhuǎn)，直觀反映出了天平失衡的原因。

新課程理念下的化學(xué)教學(xué)呼喚實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)必須基于實(shí)驗(yàn)的有效性。本課例凸顯了一個(gè)問題，即預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案沒能出現(xiàn)預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這與想當(dāng)然的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)有關(guān)，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的事情，需要經(jīng)過反復(fù)的驗(yàn)證！

[參考文獻(xiàn)]

[1]羅成.新課改下初中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的有效改進(jìn)策略[J].課程教育研究，2019（35）：155-156.

[2]王榮橋.改進(jìn)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)可視性的有效策略[J].化學(xué)教學(xué)，2016（5）：75-78.

（責(zé)任編輯 羅艷）