吳叢鐸
摘要:以人教版初中化學(xué)(九年級(jí)上冊(cè))第五單元課題1“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐為例,通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境、激發(fā)探究熱情,重視分類(lèi)比較、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度,開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究、發(fā)展科學(xué)思維,解決實(shí)際問(wèn)題、形成化學(xué)觀念等路徑來(lái)發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),落實(shí)學(xué)科育人的根本任務(wù)。
關(guān)鍵詞:質(zhì)量守恒定律;教學(xué)設(shè)計(jì);核心素養(yǎng);學(xué)科育人
文章編號(hào):1008-0546(2022)04-0037-05
中圖分類(lèi)號(hào):G632.41
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.008
初中化學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的一門(mén)基礎(chǔ)自然科學(xué)課程,具有啟蒙性、實(shí)踐性與發(fā)展性的特點(diǎn),對(duì)落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù),促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展具有重要價(jià)值。課程核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)而逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。初中化學(xué)課程核心素養(yǎng)包括化學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面,它們是相輔相成的整體,體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科育人的基本要求。
人教版九年級(jí)化學(xué)教材將《質(zhì)量守恒定律》安排在上冊(cè)第五單元課題1,內(nèi)容包括從宏觀和微觀兩個(gè)層面認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律。課標(biāo)要求認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律,能說(shuō)明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系,認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用[2]。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課題之前,已經(jīng)了解一些化學(xué)反應(yīng),知道化學(xué)變化過(guò)程中物質(zhì)的種類(lèi)一定發(fā)生變化,也了解化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì),知道化學(xué)變化中分子可分而原子不可以再分。
本文以“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)實(shí)踐為例,談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),落實(shí)學(xué)科育人的根本任務(wù)。
一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,激發(fā)探究熱情
活動(dòng)1:明確本課的學(xué)習(xí)任務(wù)
師:(出示如圖1所示的奇石圖片)大家看到這幅圖,想到了哪一種實(shí)驗(yàn)儀器?
生:天平。
師:對(duì)!現(xiàn)代化學(xué)之父拉瓦錫幾乎在他的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中都運(yùn)用了天平,他用科學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研究,使化學(xué)走向科學(xué)。
師:你能回憶起有關(guān)拉瓦錫對(duì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的貢獻(xiàn)嗎?
生1:第一單元里有介紹,拉瓦錫利用天平進(jìn)行定量研究,弄清楚了物質(zhì)燃燒的本質(zhì)。
生2:在學(xué)習(xí)“水的組成”時(shí),我知道了“拉瓦錫做了一個(gè)氫氣在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)”,證明了水是由氫元素和氧元素組成的。
師:其他同學(xué)有補(bǔ)充嗎?大家至少還知道一個(gè)拉瓦錫的貢獻(xiàn)。
生3:拉瓦錫用定量方法研究了空氣的成分,得出了空氣由氧氣和氮?dú)饨M成,其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論。
師:在拉瓦錫時(shí)代,科學(xué)家思考化學(xué)反應(yīng)前后,物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生了怎樣的變化?有的科學(xué)家認(rèn)為,質(zhì)量變小了,如木炭燃燒;有的科學(xué)家認(rèn)為質(zhì)量變大了,如金屬的煅燒;而拉瓦錫通過(guò)精確的實(shí)驗(yàn),證明了化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量不變。
師:今天我們將通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和是否相等。
師:(出示托盤(pán)天平和電子天平)同學(xué)們?cè)敢膺x擇哪種天平來(lái)完成今天的實(shí)驗(yàn)探究?為什么?
生4:我們組選電子天平。因?yàn)槭褂梅奖恪?/p>
生5:我們組也選電子天平。不僅因?yàn)槭褂梅奖悖€在于它精確度更高。
設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)情境要圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo),緊扣學(xué)習(xí)內(nèi)容,遵循認(rèn)知規(guī)律。通過(guò)天平引入,讓學(xué)生感受到本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)主題是定量研究;通過(guò)托盤(pán)天平和電子天平的比較,讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析和選擇;通過(guò)簡(jiǎn)單化學(xué)史的回顧與介紹,讓學(xué)生明確本節(jié)課的探究目的,有效地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí),激發(fā)學(xué)生的探究熱情。
二、重視分類(lèi)比較,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度
活動(dòng)2:尋找研究的物質(zhì)體系
師:請(qǐng)同學(xué)們用符號(hào)表達(dá)式寫(xiě)出你已知的化學(xué)反應(yīng),并將寫(xiě)出的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類(lèi)。
生6:我們組寫(xiě)了10個(gè)表達(dá)式(表1),分成了兩大類(lèi),一類(lèi)是化合反應(yīng),一類(lèi)是分解反應(yīng)。
生7:我們組寫(xiě)了9個(gè)表達(dá)式,跟第7組(表1)類(lèi)似,分成兩大類(lèi),一類(lèi)是有氧氣參加的反應(yīng),一類(lèi)是有氧氣生成的反應(yīng)。
生8:我們組寫(xiě)了8個(gè)表達(dá)式(表2),分成了三大類(lèi),一類(lèi)是有氣體參加的反應(yīng),第二類(lèi)是有氣體生成的反應(yīng),第三類(lèi)是既有氣體參加又有氣體生成的反應(yīng)。
師生充分交流,約定用第9組(表2)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行分類(lèi)。
師:請(qǐng)同學(xué)們關(guān)注課本(92-95頁(yè))提供的三個(gè)用于探究的化學(xué)反應(yīng):紅磷在空氣中燃燒,鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng),碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)。如果讓你們分類(lèi),后二個(gè)反應(yīng)分別放在哪一類(lèi)呢?為什么?
教師寫(xiě)出反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式:
Fe+CuSO4—Cu+FeSO4,Na2CO3+HCl—NaCl+H2O+CO2
生9:碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)放在第二類(lèi),因?yàn)橛卸趸細(xì)怏w生成。
生10:鐵釘與硫酸銅溶液的反應(yīng)應(yīng)為第四類(lèi),是既沒(méi)有氣體參加也沒(méi)有氣體生成的反應(yīng)。
師:可否將上述四類(lèi)反應(yīng)分成二類(lèi)?
生11:可以。以“有無(wú)氣體參加或生成”為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)回顧所學(xué)化學(xué)反應(yīng)、書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式,感知化學(xué)變化的普遍,感知化學(xué)變化中物質(zhì)的改變。通過(guò)分類(lèi)和比較,讓學(xué)生意識(shí)到在選擇實(shí)驗(yàn)體系時(shí),有氣體參加和有氣體生成的反應(yīng)需要特別關(guān)注,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。
活動(dòng)3:合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置
師:這些反應(yīng)前后的質(zhì)量是否不變呢?我們可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究。
分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。一個(gè)學(xué)習(xí)小組選擇上述三個(gè)反應(yīng)中的其中之一,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。要求:使用已知的常見(jiàn)的器材,畫(huà)出組裝好的實(shí)驗(yàn)裝置(天平除外),并陳述小組的設(shè)計(jì)思路。
設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置,并形成設(shè)計(jì)稿,培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、表達(dá)與交流能力,同時(shí)感受實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的重要環(huán)節(jié)。
三、開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究,發(fā)展科學(xué)思維
活動(dòng)4:選擇合適的實(shí)驗(yàn)裝置
師:請(qǐng)各小組將你們的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行展示,并簡(jiǎn)要說(shuō)明設(shè)計(jì)思路。
生12:我們組要做紅磷與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),這是我們的實(shí)驗(yàn)裝置圖(圖2)。
生13:我們組準(zhǔn)備做鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),這是我們的設(shè)計(jì)稿(圖3)。
生14:我們組也準(zhǔn)備做鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn),這是我們的設(shè)計(jì)稿(圖4)。
師:表述時(shí)請(qǐng)說(shuō)清楚設(shè)計(jì)依據(jù)。如:在設(shè)計(jì)紅磷與氧氣反應(yīng)時(shí),為何考慮密閉體系?細(xì)沙、玻璃管、氣球的作用是什么?如何引燃紅磷?什么時(shí)候稱(chēng)量?稱(chēng)量什么?怎么稱(chēng)量?預(yù)期看到什么現(xiàn)象?
生15:我們組準(zhǔn)備探究碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系,這是我們組的實(shí)驗(yàn)裝置圖(圖5)。
生16:你們組的裝置不密閉,而且反應(yīng)后有氣體生成。請(qǐng)看我們組的實(shí)驗(yàn)裝置圖(圖6)。
生15:課本上就是這個(gè)裝置。
生16:我們今天的探究任務(wù)是驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律,使用你們組的裝置達(dá)不成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>
生17:我們組擬選用的裝置(圖7)與第3組(圖6)
類(lèi)似,是一個(gè)密閉體系,這樣生成的二氧化碳?xì)怏w仍在實(shí)驗(yàn)體系中。我們準(zhǔn)備先稱(chēng)量整套裝置和藥品的質(zhì)量,然后將少量碳酸鈉粉末倒入稀鹽酸中,等反應(yīng)結(jié)束后再稱(chēng)量整套裝置的質(zhì)量。
生18:我們組擬選用的裝置(圖8)與第3組(圖6)更為相似。
生16:我們組(圖6)的比你們組(圖8)要好一些,你們裝置中的橡皮塞在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中說(shuō)不定會(huì)迸出去。
教師對(duì)各組設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行審核與評(píng)價(jià),分發(fā)準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材與藥品,學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)分析比較設(shè)計(jì)方案,討論實(shí)驗(yàn)體系的密閉與開(kāi)放問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了將猜想和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的過(guò)程,使學(xué)生體會(huì)主動(dòng)參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣,初步感知定量研究的意義。
活動(dòng)5:實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系
師:請(qǐng)各小組按照分工,用選定的方案一、二、三(分別如圖2、圖4、圖7所示)進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并及時(shí)記錄。
各小組有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn),記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后匯報(bào)、交流。其中九個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)記錄如表3。
師:僅通過(guò)這三個(gè)反應(yīng)能說(shuō)明所有化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量均不改變嗎?
生19:可以。我們做了多組平行實(shí)驗(yàn),而且有兩類(lèi)不同的反應(yīng)體系。
生20:不可以。我們的實(shí)驗(yàn)組太少,重復(fù)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)太少,選用的反應(yīng)也太少,儀器精確度也太低。
師:隨著科技的進(jìn)步,科學(xué)家運(yùn)用更精密的儀器,經(jīng)過(guò)大量嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的定量實(shí)驗(yàn)研究,才歸納總結(jié)出質(zhì)量守恒定律。
師:在化學(xué)史上,波義耳和拉瓦錫兩位科學(xué)家做了兩個(gè)類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)(圖9)。請(qǐng)你說(shuō)一說(shuō),兩者的區(qū)別是什么?為什么波義耳沒(méi)能得到“質(zhì)量守恒”的結(jié)論?
生21:我曾看過(guò)關(guān)于這個(gè)化學(xué)史的小故事。因?yàn)椴x耳實(shí)驗(yàn)后打開(kāi)了儀器,他的實(shí)驗(yàn)不算是在密閉體系中完成的。
設(shè)計(jì)意圖:質(zhì)量守恒定律是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化所遵循的基本規(guī)律,它的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)史上的里程碑,實(shí)現(xiàn)了化學(xué)研究從質(zhì)的變化到量的變化的轉(zhuǎn)化,定量研究開(kāi)始逐漸成為化學(xué)研究的主要方法,是化學(xué)成為一門(mén)理科的重要標(biāo)志之一,也促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。通過(guò)讓學(xué)生親歷該實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程、分析討論實(shí)驗(yàn)方案、觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、反思和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,認(rèn)識(shí)了質(zhì)量守恒定律,認(rèn)識(shí)了定量研究的重要性,形成了一定的歸納判斷能力、證據(jù)推理能力,發(fā)展科學(xué)思維。
四、解決實(shí)際問(wèn)題,形成化學(xué)觀念
活動(dòng)6:稱(chēng)量鎂條在空氣中燃燒前后固體的質(zhì)量
指導(dǎo)學(xué)生分組完成課本94頁(yè)的[實(shí)驗(yàn)5-2],學(xué)習(xí)用質(zhì)量守恒定律解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后匯報(bào)、交流。其中六個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。
師:該實(shí)驗(yàn)的體系與前面三個(gè)實(shí)驗(yàn)的體系有什么不同?
生:這是敞開(kāi)體系。
師:根據(jù)質(zhì)量守恒定律,從理論上講,反應(yīng)后固體物質(zhì)的質(zhì)量是應(yīng)該增大還是減少呢?為什么?
生22:增大。增加的質(zhì)量是參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量。
師:那為什么我們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是有的增大,有的減少,有的不變呢?
各小組熱烈討論。
生23:我們小組認(rèn)為,我們測(cè)得反應(yīng)后的質(zhì)量之所以減少,是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的白煙。
生22:我們小組認(rèn)為,我們測(cè)得反應(yīng)后的質(zhì)量之所以增加,是因?yàn)橛醒鯕鈪⒓恿朔磻?yīng)。
師:是不是所有小組的實(shí)驗(yàn)中都有氧氣參加反應(yīng)?都有白煙生成?
生:是的。
師:那我們應(yīng)該怎樣表達(dá)更完整更科學(xué)呢?各小組繼續(xù)討論。
生24:我們小組弄明白了。因?yàn)檠鯕鈪⒓臃磻?yīng),生成固體的質(zhì)量增加;因?yàn)榘谉熒⒁莸娇諝庵?,使得固體質(zhì)量減少。最終結(jié)果是大還是小還是不變都有可能。
師:很好!同學(xué)們能夠透過(guò)不同情況下測(cè)量結(jié)果的表象,更為深入地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系的本質(zhì),是學(xué)習(xí)能力提升的表現(xiàn)。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)實(shí)驗(yàn)、比較、判斷、分析,不斷地揭示矛盾和解決矛盾,學(xué)習(xí)用科學(xué)的眼光看待具體的實(shí)驗(yàn),具體問(wèn)題具體分析,從而獲得科學(xué)的結(jié)論。通過(guò)這一活動(dòng),學(xué)生進(jìn)一步明確“密閉體系”在驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中的作用,形成正確的實(shí)驗(yàn)觀;也進(jìn)一步意識(shí)實(shí)驗(yàn)體系對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的重要性,體系決定著反應(yīng)的探究裝置。
活動(dòng)7:對(duì)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行微觀解釋師:為什么所有化學(xué)反應(yīng)都遵守質(zhì)量守恒定律呢?
師:以水的分解為例,你能說(shuō)說(shuō)這一反應(yīng)的本質(zhì)是什么?從微觀角度來(lái)說(shuō),為什么反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量不變?
小組討論。教師出示水分解變化的微觀示意圖(圖10),播放動(dòng)畫(huà)視頻。
生25:我們小組認(rèn)為,水分解的過(guò)程中,水分子分裂成氫原子和氧原子,每?jī)蓚€(gè)氫原子結(jié)合成一個(gè)氫分子,每?jī)蓚€(gè)氧原子結(jié)合成一個(gè)氧分子。在分解前后,因?yàn)闅湓雍脱踉拥膫€(gè)數(shù)沒(méi)有改變,所以,總質(zhì)量不變。
師:是的。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后,原子的種類(lèi)、數(shù)目、質(zhì)量均不變,所以,化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類(lèi)、質(zhì)量不變,物質(zhì)的總質(zhì)量不變。
設(shè)計(jì)意圖:核心素養(yǎng)與化學(xué)觀念的形成是密不可分的,引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面粒子的種類(lèi)、數(shù)目、質(zhì)量不變推理到宏觀物質(zhì)反應(yīng)前后的總質(zhì)量不變,建立宏觀與微觀相結(jié)合的思想,能從微粒和變化的視角分析和解釋質(zhì)量守恒定律,形成微粒觀,發(fā)展變化觀。
質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)的一個(gè)重要規(guī)律,其應(yīng)用貫穿于整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程。在此之前,學(xué)生已學(xué)習(xí)分子、原子、元素、化學(xué)式等知識(shí),有了一定的微觀想象能力。本節(jié)課教學(xué)中,筆者設(shè)計(jì)了多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù),從學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)入手,進(jìn)行分類(lèi)和比較,并分層次進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理,進(jìn)而從微觀角度分析化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì),引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)中“物質(zhì)變化的定量關(guān)系”這一大概念。從定量的角度來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)間的化學(xué)變化是重要的科學(xué)思維方式,借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)分析問(wèn)題,凸顯了數(shù)據(jù)作為證據(jù)的有效性和充分性,由此可見(jiàn),定量研究對(duì)于科學(xué)發(fā)展是非常重要的。
緊扣學(xué)習(xí)目標(biāo)的話題設(shè)置,有條有理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),圍繞問(wèn)題解決的合作學(xué)習(xí),小組間的自評(píng)和互評(píng),促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí),增強(qiáng)了學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,發(fā)展科學(xué)思維能力;化學(xué)史料情境蘊(yùn)含科學(xué)思維和科學(xué)研究方法,引導(dǎo)學(xué)生理性看待科學(xué)發(fā)展過(guò)程中的失誤或局限性,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證科學(xué)家的重要結(jié)論,建立結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系,有利于學(xué)生樹(shù)立正確的科學(xué)價(jià)值觀,最終達(dá)到學(xué)科育人的目的[3]。
參考文獻(xiàn)
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