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物质的化学变化教学策略  

2011-07-20 13:06:27|  分类: 学科类化学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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物质的化学变化教学策略

第一节   物质的化学变化的教学目标与内容分析

  化学变化是化学研究的重要内容。化学对人类的巨大贡献是创造了第二个世界,而这第二个世界的诞生就是依靠化学变化而实现的。通过对物质的化学变化的学习,可以帮助学生理解化学变化的本质,形成“物质是变化的”观点,了解研究化学变化的科学方法,感受化学在社会生产生活中的价值。

  课程标准中规定,本主题主要包括化学变化的特征、化学反应的类型、化学反应中的能量变化以及质量守恒定律和化学反应的表示方法等内容。从教材呈现来看,虽然目前没有任何一个版本的教材中有以物质的化学变化命名的章节,但是与物质的化学变化有关的内容贯穿教材始终,几乎每个章节都涉及到了相关知识。如何看待这些零散知识间的关系,引导学生在知识学习的过程中不断发展对物质的化学变化的认识,最终形成稳定的物质的变化观,是我们教师需要关注的问题。

一、            挖掘教学内容的功能价值,构建物质变化观


认识到物质可以发生变化


认识到物质的变化是有条件的


观察物质变化的现象(颜色、状态等)


对物质的变化进行分类(化学变化、物理变化)


探究物质的化学变化


分析物质的物理变化


物质的变化


能量的变化


微粒的变化


宏观认识


微观认识


定量认识


定性认识


解释物质的化学变化


图6-1 义务教育阶段学生对物质变化的认识


如果说,身边的化学物质主题的学习是以单一物质为核心、静态的研究物质性质,那么物质的化学变化主题的学习则是在物质间建立起联系、动态的研究物质间的转化。本主题的核心任务是帮助学生形成科学的物质变化观。所谓物质的变化观,是学生对物质变化的基本的稳定的认识,比如对物质是否会变化、物质会怎样变化、物质为什么会变化的基本看法。

学生对物质变化的认识不是零起点。在走进化学课堂之前,学生就已经知道物质是可以发生变化的。学习化学后,他们认识到物质的变化是有条件的,并开始学习用科学的方法、有序地认识化学变化。学生对物质变化的认识是不断发展的(如图6-1)。当然,学生对化学变化的认识并不是严格按照6-1图中箭头方向顺序发展,而是在这个发展大方向下,内部每个层级的认识还在不断发展螺旋上升。例如:学生甚至在没有学习化学前就可能认识到物质变化与条件改变有关,但是改变的条件可能是什么,改变不同条件物质会发生怎样变化,学生通常缺乏认识。在学习了化学变化与物理变化,初步接触化学实验之后,学生可能认识到有些条件改变(如外加机械力)会使物质发生物理变化,而有些条件改变(如加热、点燃等)可以使一些物质发生化学变化。在学完氧气性质、催化剂有关知识后,学生对反应条件的认识有所扩充,知道催化剂也是一种反应条件。学完金属活动性顺序后,学生又会深刻认识到,反应物的性质对化学变化是否发生尤为重要,而这一认识在学习酸碱盐的反应关系时又会得到加深。可见,物质变化与条件有关这一观念虽然学生很早就有,但是随着学习的深入,这一观念会不断发展更新。

    总的来说,义务教育阶段,学生对化学变化的认识要经历从宏观现象到微观解释,从定性讨论到定量研究,从只关注物质变化到同时关注能量变化的转变过程,最终形成对物质变化的稳定的认识,即物质的变化观。这些转变转变过程复杂缓慢,需要借助不同的教学内容,通过多样的教学方式,不断渗透,持续构建,才可能逐渐形成。图6-2列出了初中化学常规教学内容在发展学生物质变化观中的作用。教学中,教师应充分关注教学内容在学生观念建构中的功能与价值,帮助学生形成更加科学的物质的变化观。

经过义务教育阶段的化学学习,学生应该形成的物质变化观有:

l物质的稳定存在是有条件的

l物质可以发生变化,物质的变化是有条件的

l物质发生变化时,微观粒子发生变化。分子不变时,是物理变化;分子改变,构成分子的原子重新组合,是化学变化。

l物质变化时元素不变,原子种类、个数不变,符合质量守恒定律。

l物质发生化学变化时伴有能量变化


化学变化和物理变化


初步接触化学

实验和科学探究

 


氧气的性质和

制法


水的组成


分子、原子、离子


催化剂


教学内容


二氧化碳的性质和制法


质量守恒定律


燃烧和灭火


化学反应中的

能量变化


金属活动性顺序

金属腐蚀和防护


常见酸、碱、盐的性质


教学内容


物质变化是有

条件的


观察和描述物质变化的现象


物质变化分为

化学变化和

物理变化


化学变化中的

物质变化


化学变化中的

能量变化


定量研究

化学变化


微观解释

化学变化


对物质变化的认识


图6-2 教学内容与对物质变化认识的发展


二、多角度认识化学反应

化学反应是化学教学中的核心问题。能否正确理解化学反应是学生化学素养高低的重要指标。以往的教学中有些教师孤立地教每一个化学反应,以学生是否正确书写化学反应方程式作为衡量学生是否掌握了化学反应的依据。但国内外大量研究表明,能正确书写化学反应方程式并不能说明学生对化学反应有科学的理解。比如很多研究都发现,学生认为化学反应方程式的书写就是象代数式那样的移项;还有研究发现学生认为化学反应就是物质间的加和;学生对化学反应往往只关注反应的结果(产物),而忽视反应发生的过程,更不能主动地从微观进行解释。新课程倡导基于观念的教学,重视认识事物的思路方法,关注知识间的联系。因此教师应帮助学生建立起认识化学反应的一般思路,引导学生从多个角度认识化学反应自身的特征和价值,以促进学生物质的变化观的发展。


化学反应中的物质变化


化学反应中的能量变化


微观解释

化学反应


定量认识

化学反应


化学反应的

类型


化学反应的条件


化学反应与社会发展


图6-3 课标内容标准中体现的认识化学反应的角度


《全日制义务教育化学课程标准》在物质的化学变化部分分为三个二级主题,每个二级主题下又有若干内容标准,每个内容标准都对应着认识化学反应的不同角度(见图6-3)。   

需要说明的是,化学反应中的物质变化、化学反应中的能量变化、化学反应类型、化学反应的条件(在高中会发展为化学反应规律)这几个角度是化学学科对化学反应讨论的基本角度,学生在初中建立起这几个认识角度后,会在高中必修、选修,甚至大学的化学学习过程中得到进一步发展。例如:在初中阶段,学生知道化学反应中有新物质生成,新物质的生成是化学反应中微粒重新组合的结果;在高中阶段学生要从微粒间的相互作用,即化学键角度理解物质变化的原因。对化学反应中的能量变化,初中阶段只要求感受化学反应中有能量的变化;而到了高中必修阶段要求学生知道化学反应中的能量变化有热能、电能等不同形式,且能从化学键角度解释化学反应中为什么会有热能变化。再比如:初中化学反应的类型主要是从反应物与生成物的物质类别进行划分,让学生认识到化学反应可以分类研究,分类研究有利于人们更好地认识和利用化学反应;高中阶段学生对化学反应的分类会有新的标准——是否是氧化还原反应,新的分类标准可以使人们从更本质的角度认识化学反应,更有效地利用化学反应。同样,初中阶段学生只需要知道化学反应的发生是有条件的,不同反应需要的反应条件不同,化学反应条件可以体现化学反应规律,如金属与酸、金属与盐的置换反应,反应物间的关系要符合金属活动顺序表的要求。到了高中阶段学生要从化学反应的方向、速率、限度等角度进一步研究化学反应规律。化学反应与社会发展角度是从化学与社会的视角看待化学反应,认识化学反应对人类社会进步的重大价值,这一视角也会随着学生化学学习的不断深入而得到发展。图6-3中列出的微观解释化学反应和定量认识化学反应,严格说并不是认识化学反应的角度,它们是认识化学反应的方法和水平。学生对化学反应中物质的变化、能量的变化等其他角度的认识都是既可以停留在宏观定性层面上,也可以发展到微观定量层面上。由于在初中阶段帮助学生构建起从微观角度解释化学反应和用定量的方法研究化学反应的意识很重要,所以此处也把这两点单独列出,以提示教师在教学中予以重视。

 

三、认识定量研究对化学科学发展的重大作用

定量研究是一种重要的科学研究方法,是通过对研究对象的某些特征按照一定的标准进行测量,获得数据信息,寻找数据间的关系,从而确定因素之间数量关系的一种方法。

化学科学发展离不开定量研究。没有对空气组成的定量测定,我们就无法确知空气的成分,甚至可能至今还无法发现稀有气体。没有对化学反应前后物质质量变化的测定,就不会发现质量守恒定律,就无法考证反应物与生成物之间的质量关系,也许科学家就不会想到反应物与生成物在微观结构上的内在联系……化学是研究物质的组成、结构、性质、变化的科学。化学研究的每个方向都需要定量研究方法,使研究结果深刻、精确。以水为例,在定性水平上,水由氢元素、氧元素组成;水分子由氢原子、氧原子构成。但是如果不定量,我们是无法区分水和过氧化氢的。化学反应中的定量更是重要,参与反应的物质质量关系不同时,发生的反应和反应的产物都可能不同,定量研究可以帮我们找到量变到质变的变化过程,确定化学反应中的“度”。

课程标准物质的化学变化主题中的二级主题质量守恒定律就是专门从定量角度讨论化学反应中的物质的质量关系,要求学生建立定量认识化学反应的意识,知道定量研究在化学科学发展乃至人类社会发展中的重大作用。

其实,人们在生活中也离不开定量研究的方法。烹饪时各种食材如何搭配才能做出最美味的食品;在保证洗涤效果的基础上,哪个牌子的洗衣粉最划算;家用能源选择电还是天然气……这些问题都需要通过定量研究的方法来解决。可见,培养学生定量研究的能力和意识,对于提高学生的生活素养,促进学生用科学的方法解决生活中的问题也都有一定帮助。


第二节   物质的化学变化的教学方式与策略

一、基于整体设计,促进学生对物质的化学变化认识的发展

在初中化学教学中,随着化学知识的积累,学生对物质的化学变化的认识不断发展,形成自己的物质变化观。虽然这种认识发展可以是学生在知识学习的过程中随机的、自发的逐步构建起来,但是如果教师在教学中能够根据学生的发展水平和相应的教学阶段,有意识的引导学生不断反思自己的认识,就会使学生的观念建构过程更加有效,建构结果更加清晰、更加稳定,对后续的学习也更具有迁移作用。因此初中化学教师应对初中化学教学进行整体设计,分阶段推进,促进学生对物质的化学变化的认识的科学发展。

以物质间的转化关系的教学为例,学生学习的起点是单一物质的性质,如氧气的化学性质,只关注氧气可以和哪些物质反应,而不关注氧气可以转化成什么物质;随着身边的化学物质的学习积累,学生能够意识到一些物质间可以进行相互转化;在初中化学学习结束时,学生应该熟悉几种重要物质间的转化关系,形成物质转化的知识网络。在实际教学中,有些教师不注重平时教学中对物质转化关系的逐步建构,而是在初三教学进入尾声时给出一些物质的转化关系图,认为是帮助学生整合了物质间的转化关系。由于这些图形是教师自己构建的,没有明确的构成原则,和一定的思维顺序,图形展示给学生,主要功能就是按照图中物质间的连线写出化学反应方程式,缺少更核心、更内在的意义,因此对学生的认识发展价值不大。教师可以从教学开始阶段就引导学生按照有序思维构建知识网络图,随着学习的深入,网络图不断复杂,但思维依然有序,最终达到学生能熟练掌握初中所学重要物质间的转化关系,能按照不同要求有序构建物质转化关系图的目标。


氧气


四氧化三铁


二氧化硫


五氧化二磷


二氧化碳


图6-4 学习氧气性质后的物质转化关系图


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

例如:氧气通常是学生系统学习的第一个物质,学习完氧气的性质后,师生可以先构建一个简单的转化关系图(图6-4)。这张图以一个物质为核心,列出这个物质的转化产物,内容简单,学生可以仿照这张图轻松的做出水、二氧化碳、盐酸、氢氧化钠等一系列物质的转化图。但是教师应注意引导学生从这些转化图中读出更本质的含义。1.转化关系中核心元素不变,从微观角度看是原子不变。这一点是元素观、微粒观在物质的化学变化中的体现,也是学生自主构建物质间转化关系图的基础,物质间具有转化关系的前提条件是物质间有相同的元素。2.物质间转化的化学反应类型。初中学习的反应基本都属于四大基本反应类型,当学生自主构建转化关系图时,他可以依据核心物质能否发生化合反应、能否发生分解反应、能否发生置换反应、能否发生复分解反应这样的思维顺序找到核心物质可能的转化关系,使得思维有序。3.核心物质转化的物质类别。在初中不要求掌握一类物质的通性,但是我们熟悉的物质属于哪一类物质还是应该知道的。如果我们不断引导学生关注物质类别,学生们会体会化学反应类型与物质类别有一定关系,为学生更本质的理解化学反应、为后续的高中学习打下基础。有了单一物质为中心的转化图基础,学生可以逐步构建较为复杂的物质间转化关系网络图。构建时,教师提示学生以一种物质为出发点,找到与这种物质有共同元素的其它物质,即基于核心元素构建物质组,找到各物质间的转化关系。如果还想扩展物质转化关系图涵盖的物质范围,则可以改变核心元素,确定新的核心元素的物质组,构建转化关系。如:一位教师以食品干燥剂氧化钙为起点,请学生构建物质转化关系图。在教师的引导下,学生先构建出含钙元素物质的转化关系图。而后,学生以碳元素为核心构建含碳元素物质的转化关系图,然后又以碳酸钠为起点构建含钠元素的物质转化关系图(如图6-5)。当然,如果需要,学生还可以以二氧化碳为起点构建含氧元素、以氯化钙为起点构建含氯元素、以氢氧化钠为起点构建含氢氧根原子团的物质转化关系图。这样一来学生就可以自主构建一张初中所有重要化合物的转化关系图。由于转化关系图是学生自己构建的、且是在初三学习过程中不断积累而来,所以其知识整合作用更为突出,更有利于学生对物质、对化学反应的认识发展。

同样,对于化学反应中的能量变化的教学也应有整体规划。在初中教学中很多教师不重视能量问题的教学,只是在个别实验中让学生感受一下有热现象,在有关燃料内容的学习中提出化学反应可以获得能量。这样做的结果是能量问题始终没有进入初中化学教学的主线索,成了初中化学教学中可有可无的内容。而实际上,通过化学变化获得能源是人类获取能源的主渠道,化学学科也是解决人类能源问题的核心学科,而且化学反应中的能量变化是认识化学反应的重要角度。所以化学教学中引导学生在研究化学变化时始终关注能量问题,逐步发展对能量问题的认识是非常重要的。教师可以从绪言课开始,做化学实验就引导学生观察其中的能量变化,不仅仅是试管实验中试管壁变热变冷等热现象,也包括发光现象、燃烧放热现象,让学生体会化学反应中的能量变化可能以多种形式出现。另外,通过水电解实验,以及一些需要加热的实验,教师可以提示学生化学反应中的能量变化不仅包括反应后出现的光现象或热现象,还包括化学反应开始前,为了引发化学反应,外界提供的能量。这样学生对化学反应中的能量变化的认识才会更加全面。在学习燃烧、燃料的有关知识时,让学生进一步感受到化学变化带来的能量变化为人类社会的发展做出了巨大贡献;热能只是化学变化给人们带来的一种能源,化学变化还可以带来其它能源形式,在高中的学习中再去研究。通过这样整体规划的教学,学生对化学变化中的能量变化的认识是较为全面的。首先对能量变化的形式认识全面,不仅有热能,还有光能、电能等多种形式;其次,对能量变化的方向认识全面,不仅是化学变化产生的能量对外界的影响,也包括外界能量对化学反应体系的影响;最后,认识到研究化学变化中的能量变化对人类社会发展中的意义和价值。


CaO


Ca(OH)2


CaCO3


CaCl2


Na2CO3


NaOH


Na2SO4


CO2


图6-5 物质转化关系网络图的构建


总之,教师整体把握初中教学进程,对初中化学教学中的核心问题进行整体规划,使其在教学进程中不断发展,会更加有利于学生对问题本质的理解、全面地把握,能有效促进学生对问题的认识发展。

 

二、重视科学探究在发展学生物质的化学变化的认识中的作用

学生对物质的化学变化的认识是不断发展的,但是发展过程中学生经常会有一些认识与科学结论不一致。这些认识偏差学生往往是不自知的,教师也很容易忽视,然而这些偏差的存在却会影响学生科学观念的建立,进而影响后续的学习与发展。科学探究作为一种学习方式,可以有效揭示出学生对问题的真实看法,使教师引导学生在探究活动过程中,发现偏差认识,突破错误理解,形成正确的观念。

以化学反应中物质的变化为例,学生常有的偏差理解是化学反应中反应物会全部转化为生成物,除非给出特别提示,否则一提起反应完成后的物质系统,学生就会自动认为是生成物系统,忽视反应物的存在。另外,学生对与化学变化过程中出现的实验现象也缺乏深入思考,经常是指关注教材或教师给出的最后结论,而不去思考这样的实验现象为什么能得出这样的结论。为了解决学生的这类问题,有些教师会不时地在教学中设计一些小的探究活动。如:一位教师在酸的有关性质学完之后,增加了这样一段教学活动。

教师提出问题:“将二氧化碳气体通入水中会有什么变化呢?”

学生甲:“二氧化碳与水反应生成碳酸”。

教师表扬:“说得很好,这是我们熟悉的化学反应。这是一个化学变化。那么还有别的变化吗?”

学生乙:“二氧化碳溶于水”。

教师:“有同学提出了二氧化碳溶于水的新的变化,二氧化碳溶解于水与二氧化碳和水反应是相同变化吗?”

学生全体:“不是”。

教师“向通入二氧化碳的水中滴加紫色石蕊试液会有什么变化呢?”

学生全体:“溶液变红”

教师:“是谁使得石蕊变红呢?”

学生:“碳酸”

教师:“有人不相信这个结论,通了二氧化碳的水中不仅仅有碳酸,还有别的物质存在。你们知道还有什么物质存在吗?”

学生丙:“还有水、二氧化碳、碳酸”

教师强调:“溶液中有水分子、二氧化碳分子、碳酸分子”

教师:“溶液中有三种物质同时存在,你凭什么说是碳酸使溶液变红呢?”

学生:“用实验证明”

教师:“有一位同学设计了如下实验方案,你看这个方案能证明是碳酸使石蕊变红吗?”

学生小组讨论后,学生丁汇报:“这套装置不能说明二氧化碳是否使石蕊变色,应该在一支有干燥蓝色石蕊试纸的试管中通入二氧化碳,证明干燥的二氧化碳不能使蓝色石蕊试纸变红”……

在这段教学活动中,教师很自然的诱导学生关注反应物与生成物的共存情况,意识到对化学反应现象的解释要有严谨的推理。而且,在这段教学中教师还注意了从微观角度分析化学反应系统。

也有教师用类似的办法引导学生对化学反应中的能量变化进行了深入分析。 

一次实验活动中,学生向盐酸中加入氢氧化钠固体,感觉有热量放出。学生得出结论:盐酸和氢氧化钠发生的反应是放热反应。教师追问:“放热现象一定说明是氢氧化钠和盐酸反应放热吗,还有没有其他可能?”经过讨论后,有学生认为:“也有可能是氢氧化钠溶于水放热。”教师又追问:“你该如何判断热量是氢氧化钠溶于水产生的,还是与盐酸反应产生的?”经过研讨有学生提出做氢氧化钠溶于水的实验,看是否放热;但也有学生反对,认为这样只能说明氢氧化钠溶于水是否放热,不能说明氢氧化钠与盐酸反应是否放热。在教师的引导下,经过激烈讨论,大家共同形成方案:取等体积的水和稀盐酸,再向其中分别加入等量的氢氧化钠固体,看是否都放热,再比较放热的多少,如果氢氧化钠与盐酸反应时放出的热量比氢氧化钠溶于等量水时放出的热量多,就说明氢氧化钠与盐酸反应放热……

在上述这个教学片断中,教师并没有因为学生触摸到酸碱反应容器变热,就简单的得出反应放热的结论,而是引导学生进一步分析现象与结论间的关系,帮助学生更加科学的理解什么是化学变化中的能量变化,也为今后学生理解反应热打下基础。

在物质的化学变化主题中,质量守恒定律是一个重要的教学内容。通过质量守恒定律的学习,学生对化学反应有了定量认识,明确了反应物和生成物之间量的关系,使学生有能力完成化学方程式的有关计算并加深认识化学反应对人类社会的作用。在进行质量守恒定律教学时,大部分教师会通过实验活动,证明反应前后物质质量的守恒关系,再现科学家的研究历程,完成教学目标。再利用实验进行质量守恒定律一节的教学中,由于教师对学生的预期不同,对具体的教学目标的设计不同,教师利用的实验内容和实验的具体运用方式也会不同。

在质量守恒定律一节教师常用的实验有:白磷(红磷)燃烧的反应、铁钉与硫酸铜溶液的反应、盐酸与碳酸钠(碳酸钙)的反应、镁在氧气中燃烧、硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液的反应、蜡烛燃烧的反应等。

下面是几位教师对质量守恒定律一节中实验运用的设计,我们一起分析一下他们各自的设计意图是什么。

方案一:提出探究化学反应前后物质质量关系的问题后,教师演示白磷燃烧实验,使用密闭装置(反应容器为锥形瓶,锥形瓶口是带有导气管的胶塞,导气管上套有小气球),讲解密闭装置上小气球的作用。演示实验中,教师详细讲解了称量注意事项,并特别提示可以把反应装置整体称量。学生每个小组完成铁钉与硫酸铜溶液、氢氧化钠与硫酸铜溶液、碳酸钠粉末与稀盐酸三个实验中的一个(教师调控每个实验至少有两组学生完成),自主设计实验步骤、实验装置。由于有教师示范,学生采用的称量方式均为整体称量。

方案二:教师演示镁条燃烧实验,要求学生观察并描述实验现象,提出核心问题化学反应前后物质的质量是什么关系?学生小组在铁钉与硫酸铜溶液、红磷燃烧、盐酸与碳酸钙三个实验中任选一个实验完成探究活动,实验步骤、实验装置、称量方式等完全由学生自主决定。

方案三:在电子天平上教师点燃蜡烛,示数不断减小。教师提出问题,是否所有的化学反应在反应后质量都减小呢?学生分组实验,每个小组完成两个实验,五个小组的实验内容分别为:氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、碳酸钠粉末与稀盐酸;铁丝与硫酸铜溶液、碳酸钙粉末与稀盐酸;碳酸钠粉末与稀盐酸、碳酸钙粉末与稀盐酸;碳酸钠溶液与氯化钙溶液、碳酸钙粉末与稀盐酸;铜片与硝酸银、碳酸钠粉末与稀盐酸。即每个小组至少有一个生成气体的实验。教师提供了小试管、烧杯、锥形瓶、人字型试管、塑料饮料瓶、滴管、带气球导管、胶塞等一系列装置供选择,并向学生介绍了试管、人字型试管、饮料瓶等装置的称量办法,及用人字型试管分别盛放反应物的方法,和饮料瓶与小试管配套使用作反应装置的方法。教师特别提示,实验中药品分开放置整体称量。

很容易看出,这三个实验探究方案实验内容不同,开放程度不同,通过活动实现的教学目标也不同。方案一,教师通过演示实验示范给学生实验活动的主要任务是称量反应前药品和装置的总质量与反应后药品和装置的总质量是否相等。在教师的示范下,学生也有意识的选择密闭装置完成有气体放出的实验,并进行整体称量。这个探究活动的核心目标是验证化学反应前后质量确实守恒。这个活动学生只需完成一个实验,且设计实验的要求比较低,基本上是在使用熟悉的实验装置或者模仿教师展示的实验装置和操作方法,探究活动的开放度相对较小,活动任务简单明确,较适合于学业成绩为中低等水平的学生。

方案二,每个小组也只完成一个实验。实验内容不多,但是由于实验步骤、实验装置、称量方法等问题教师都没有给出提示,所以学生之间活动过程和结果都可能产生差异。教师恰恰要借助同样实验内容却有不同实验结果的事实,激起认知冲突,引发学生反思自己的实验步骤、实验装置、称量方法,明确到底如何操作才能保证自己完成了对化学反应前后物质质量的称量,进而认识到化学反应前后物质质量不变的内涵是什么,并体验了科学工作者进行科学研究室所需要的科学态度和严谨精神。这个探究活动学生的任务量不大,但是开放度较大,学生除了要通过实验和研讨获得质量守恒的结论外,还要自主进行实验步骤、实验装置和称量方法设计。教学目标既重视质量守恒定律的得出又重视实验能力的培养,还关注到科学态度和科学精神,一举多得。但是由于缺少指导,较多学生没有通过实验得到应有的结论,是这个方案的弱点。

方案三,学生活动内容最多,每组完成两个实验,且至少有一个实验为产生气体实验。学生在完成自己的两个实验的过程中就有可能出现结论不一致的情况,于是学生在小组内就会反思反应前后物质的质量相等或不相等的原因是什么,质量守恒的内涵是什么,自己使用的实验装置是否合适、称量办法是否妥当。经过这样的组内研讨和反思,大部分学生实现了自我矫正。本活动还给了学生多种可供选择的仪器,部分是陌生仪器,虽然教师讲解了实用的基本方法,但没有提示什么仪器适合哪类反应使用,这一举措拓展了学生实验装置使用的视野,也给学生确定实验装置时增加了难度。总体来看,这个探究活动中,全体学生共完成六个实验,是三个方案中数量最多的;且由于每组有两个实验互相映证,所以学生在小组活动时就努力使本组两个实验都得到质量守恒的结论,因而,与前两个方案相比,本探究活动学生的思考最为深入,获得结论的证据最为充足,同时活动的任务量和开放度也都较大。这一活动方案更适合在以往教学中经历过探究教学训练的学生。

通过对上述三个教学方案的比较,我们可以看出,每位教师都努力通过探究活动使学生真正理解质量守恒的内涵。但是有的活动只能让学生看到反应前后反应系统的总质量没有改变,但是为什么没有改变,为什么质量守恒定律要叙述为“参加”化学反应的各物质的质量总和,活动本身并没有引发学生思考。也有的活动引发了学生的认知冲突,给了学生思考的空间,重视了探究活动中证据与结论之间的内在关系,培养了学生的科学精神,这样的活动值得我们在教学中尝试,当然要实现理想的探究活动,就要在平时教学中加强探究活动训练,仅靠一两次探究是不可能提升学生的探究能力的。

燃烧和灭火也是物质的化学变化的重要教学内容,学生除了需要掌握燃烧条件和灭火知识外,还应该初步了解研究化学反应的两种科学方法——控制变量法和对比法。科学方法的形成也可以用科学探究的教学方式来实现。例如,一位教师在教授《燃烧和灭火》一节时,为了让学生更充分的感知燃烧条件,设计了30秒控制燃烧的活动。教师给学生提供的实验用品有:纸条、煤块、酒精灯、火柴、小石块、坩埚钳。活动要求为:在教师从1数到30的过程中,学生要亲自动手制造一种物质的燃烧,并在教师数到30时恰好熄灭。这个看似简单的活动,做起来一点不简单。选择纸条的同学在教师数到10时就着急了,他们的纸条很快就会烧完。选择煤块的同学也很着急,教师数到30时,他们的煤块还没烧着。选择酒精灯的学生则信心满满,拿着酒精灯帽与教师一起数到30,用灯帽潇洒的盖灭酒精灯。活动结束后,教师诱导学生思考自己是怎样控制物质的燃烧和灭火的,控制了哪些条件?教师请学生提出假设。学生顺利的提出了可燃物、氧气、着火点等燃烧条件。于是针对每一个条件学生通过实验验证猜想是否正确。对每一个假设的验证,学生都要使用控制变量和对比的方法来论证假设的合理性。比如,在验证燃烧需要氧气时,学生在相同条件下点燃蜡烛,然后用给蜡烛罩上烧杯、用湿抹布盖住火焰、用镊子夹住燃烧的蜡烛芯等方法断绝燃烧的蜡烛与氧气接触。学生对科学方法的使用有时是直觉的、是对教师以往实验设计的模仿,但是自己并不能很清晰地揭示自己的设计,所以需要教师帮助学生分析他们实验中的方法,确定下来,使科学方法的使用成为有意识的行为。比如,本节课中在验证达到着火点这一燃烧条件时,一个小组的学生设计了如下实验:将三根火柴分别间隔一定距离放到石棉网上,用酒精灯给石棉网加热。离火焰最近的火柴最先燃烧,较远的火柴稍后燃烧,最远的火柴没有燃烧。教师请学生说说为什么要放置三根火柴时,学生说只觉得多放几根比较好,到底需要放几根他们并没有想过。另外一个小组设计的实验是在纸杯中装满水,加热纸杯,纸杯不燃烧。于是教师请全班同学讨论他们的实验方案,大家认为第一个小组用了对比的方法很好地说明了达到着火点才能燃烧。而第二个小组则没有对比实验,无法说明纸杯是不是可燃物,所以应该改进实验设计。通过本节课的一系列探究活动,学生对控制变量和对比的科学方法认识更为清晰,也通过科学方法的使用更深刻的理解了化学反应条件,加深了对化学反应的认识,可见用好科学探究对发展学生对化学反应的认识是十分有效的。

 

三、落实化学用语促进学生对化学变化的理解

化学用语是化学学科独特的表达方式,其符号中蕴含着丰富的内涵。化学方程式是化学学科最重要的化学用语,它简单明了地表示一个化学反应的质的变化(反应物向生成物的转化关系)和量的关系(参与反应的各物质的质量关系和微观粒子间的数量关系),以及化学反应的必要条件等。学好化学方程式,可以帮助学生加深对化学反应过程的理解、对实验现象的认识、感受化学反应中的定量关系,提升应用化学变化解决实际问题的能力。

一直以来,化学方程式的书写和有关计算被认为是初中化学教学的重点和难点。根据有关调查,学生在学习化学方程式时出现的困难有以下几种:记忆化学方程式困难,分不清化学方程式中数字的含义,不会配平化学方程式,对化学方程式的有关计算感到吃力。很多中学教师花费了很大精力寻求办法解决这些问题。有的教师用每日检测不断重复的方法加强化学方程式的记忆,有的教师出了大量练习训练化学方程式中数字的含义,还有的教师给学生总结了多种配平技巧,也有的教师在化学方程式有关计算上下足了功夫。这些方法在一定程度上确实提高了学生的学习成效,但是这些方法往往只关注了学生学习中出现的困难,没有关注学生为什么会出现这些困难。那么,如何才能有效促进学生记忆和使用化学方程式呢?

研究表明,学生对化学方程式的记忆有四种水平:一是字符识记水平的记忆;二是了解物质名称水平的记忆;三是理解反应物性质基础上的记忆;四是理解化学反应微观实质和定量实质的记忆。四种水平相继提升,水平越高,学生对化学方程式的记忆效果越好。可见,理解是提高记忆化学方程式效果的有效手段。对化学方程式配平的研究也表明,很多学生把化学方程式理解为代数式,配平时只关注等式两边的字母是否相同,数量是否相等。由于代数式中的下标语化学式中完全不同,因此学生感到很难分清化学方程式中不同位置数字的含义,也就很难配平化学方程式和完成化学方程式的有关计算了。

综上所述,突破化学方程式几个教学难点的核心是促进学生对化学方程式含义的理解。化学方程式实际上是人们将对化学反应的宏观认识和微观解释联系起来的一种表征形式。有学者认为,人们对化学变化的认识分为宏观、微观、符号三种表征形式。所谓宏观表征是指物质在物理和化学变化中表现出来的、可以直接观察到的宏观现象在学习者头脑中的反映;微观表征指物质的微观组成和结构,以及微观粒子的运动、相互作用等在学习者头脑中的反映;符号表征指字母符号、图形符号在学习者头脑中的反映。宏观、微观、符号三种表征形式构成了化学学习特有的表征系统。对物质的化学变化而言,宏观角度指学生知道反应物向生成物转化、了解反应条件、看到反应现象;微观角度在义务教育阶段指了解物质有什么微粒构成,化学反应过程中哪些微粒发生变化,哪些微粒没有变化;符号表征指用化学式、化学方程式、或其他图示符号描述化学反应过程,既描述了化学变化中的宏观特征,也表达出对化学变化的微观解释。在宏观、微观、符号这三种表征形式间构建联系,形成融合,能有效增进学生对化学变化的认识,提升学生应用化学变化知识分析问题和解决问题的能力。调查研究发现,学生对化学变化的认识从宏观表征向微观表征转换和宏观表征、微观表征向符号表征转换都存在困难,主要原因是学生头脑中对化学变化的微观表征停留于机械记忆,不能有效地用于对宏观表征的解释,因而也就无法与符号表征建立联系。以氢气、氧气化合生成水的反应为例。对这个反应的宏观表征有:氢气与氧气可以反应,氢气与氧气反应的产物,氢气与氧气反应的条件,氢气燃烧或爆炸的实验现象,反应中的能量变化,反应符合质量守恒定律,氢气、氧气、水之间存在质量关系。对于这个反应的微观表征有:氢气、氧气、水分别由氢分子、氧分子、水分子构成,一个氢分子中有两个氢原子,一个氧分子中有两个氧原子,一个水分子中有两个氢原子和一个氧原子。很多学生对反应的微观表征停留在这里,停留在静态分析,而忽略了微粒的不断运动和微粒的相互作用。因此对这个化学反应更有效的微观表征是体现微粒转化过程的表征。图6-6就是一例,其中表示氢原子,表示氧原子。有了这种微观表征(将头脑中的微观映像用图示表示出来,其实已经是一种符号表征),学生也较容易找到对应的符号表示,如左图中有氢分子(H2)和氧分子(O2),有4个氢分子(4H2)和2个氧分子(2O2),右图有4个水分子(4H2O)。如果教师在教学中经常有意识的引导学生读懂、做出这样的微观图示,学生会更容易理解化学方程式中不同位置数字的含义,更容易找到化学方程式中的定量关系,理解化学方程式的有关计算。更重要的是,这样的图式训练有利于学生将对化学反应的宏观、微观、符号三重表征整合在一起,建立联系,这是一种重要的化学思维方式,对学生理解化学学科本质,以及今后更好的学习化学都有重

图6-6 氢气与氧气反应生成水的微观表征


大价值。

 

第三节
物质的化学变化的教学案例与分析

课例一、质量守恒定律

1.教学背景

质量守恒定律是初中化学教学中的一个重点内容。通过这部分内容的学习,学生对化学反应的认识从定性拓展到定量。学生学习这部分知识的已有基础包括:学生已经接触过较多的化学反应,有了一定感性认识积累;学生对化学反应前后反应物与生成物间的定性关系有一定了解,比如:化学反应前后物质发生改变,但是元素种类不变、原子种类不变;学生能够以水电解为例,分析化学反应前后微观粒子的变化,即在化学反应中,分子分解为原子,原子又重新组合为分子,不过学生没有从定量的角度分析旧分子、原子、新分子之间的定量关系。在本节课中,教师应充分关注学生对化学反应的已有经验和认识,通过实验探究和思维探究,使学生对化学反应的认识在宏观和微观两个角度上都从定性认识水平发展到定量认识水平。使学生对化学反应的认识更加深入和完整,为后续化学反应方程式的学习打下基础。

 绝大多数教师在教授《质量守恒定律》一节时会使用实验探究。而本节教学中实验探究的使用方式则会因教师设定的教学目标、教师对实验功能的认识及学生差异而有所不同。这些差异表现在:实验内容和数量选择、实验装置设计、实施步骤的确定、实验活动中的开放程度、教师对实验过程的控制手段等。例如,教师希望通过实验使学生先确立化学反应前后物质的质量是相等的观念,就可能在第一轮实验探究时安排没有气体参加或生成的化学反应。如果教师认为学生对于化学反应前后质量不变是有一定认识的,只是不清楚什么情况下质量不变,在实验安排上,教师就可能既选择有气体参加或生成的反应,也选择没有气体参与的反应,在实验活动中学生自己就会发现差异,从而认识到质量守恒是什么守恒。再比如,如果教师本节课只希望解决质量守恒定律的理解问题,在实验装置、称量方法和实施步骤上就会给学生较明确的提示,使学生的实验探究活动集中在质量是否相等的问题上。但是当教师希望本节课还能承载提高学生的实验装置选择和使用能力、实验设计能力等任务时,在实验装置选择、实验步骤实施等问题上教师就会给学生较大的开放度,学生在探究活动中的关注点除了化学反应前后质量是否相等外,还有什么样的实验装置最合适、什么实验步骤最高效。甚至有些教师还会给学生预备一些新颖的实验装置,既有效提升本次实验效果,又训练了学生观察分析实验装置功能的能力,当然这样的做法对学生探究能力的要求也较高,学生在本节课之前应该接受过较好的探究能力训练才行。学生能力水平的差异也会影响教师对实验活动的安排。面对能力较强的学生,教师可以给每个小组多安排几个实验,全班不同的小组可以做不同的实验,以保证有更多的实验数据证明结论可信。而对于能力较弱的学生,教师可能会给每个小组织安排一、两个实验,也会让各组实验的差异很小,以保证学生之间可以互相借鉴,从而得到正确的结论。可见质量守恒定律一节的探究活动根据教师对学生的认识不同、对教学目标的设定不同而呈现出多样化的设计。

 

2.教学实录

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

课前热身

 

 

 

 

 

明确学习目标

 

情境引入

 

明确任务

 

 

 

 

 

实验探究

 

 

 

 

 

 

 

汇报交流

 

 

 

 

 

 

提出问题

 

 

 

 

实验探究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

交流汇报

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

形成结论

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提出问题

 

 

 

 

实验探究

 

 

 

 

 

交流研讨

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

总结提升

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提出问题

 

 

 

 

 

 

 

 

总结

延伸

展示:铁丝燃烧、镁条燃烧、“水下花园”等一系列实验现象图片。

展示:水电解时水分子分解示意图

热身游戏:带领全体同学模仿水电解时水分子的变化(拳头代表氢原子,头代表氧原子)

 

介绍学习任务:我们可以从很多的角度研究化学反应,今天从质量角度再来认识化学反应

讲授:200多年前,拉瓦锡和波义尔分别研究了化学反应中的质量问题,得到了不同结论。

强调核心问题:两位化学家争论的焦点是:化学反应前后质量是否相等。这是本节课研究的主题

板书:

 

组织实验探究活动:全班共完成三个实验:氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液与氯化铁溶液、氢氧化钠溶液与氯化镁溶液

提示学生:实验前先讨论实验方案,用最简单的方法称量反应前后物质的总质量,注意观察实验现象,记录实验数据,寻找实验结论

对实验完成时的实验现象进行拍照

展示三个不同实验的小组实验照片

 

 

 

 

 

 

 

质疑证据:大家的实验都证明了化学反应前后物质的质量相等,但是有没有意外呢?

提出实验内容:碳酸钠和盐酸的实验

提供的实验仪器:小烧杯、试管、瓶嘴有气球的吸滤瓶、饮料瓶、药匙、纸槽、胶塞

 

学生实验时教师拍照学生的实验装置

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

展示不同小组的实验仪器照片

 

 

 

 

 

 

 

引导学生对比不同实验装置的特点,分析实验装置对实验结果的影响

 

 

 

 

对结论进一步严谨表述

化学反应前各物质的质量总和等于反应后各物质的质量总和。

板书:

提出反思:实验中使用的反应容器是敞口的还是封闭的?

 

回到问题情境:你们支持哪位化学家的观点?

 

引申追问:我们的问题研究清楚了吗?我们研究的是参加化学反应的物质,那么大家刚才称量的那些东西都参加化学反应了吗?

 

 

提出实验内容:铁钉和硫酸铜溶液

提出研究问题:这个实验中到底哪些物质参加了化学反应,哪些物质的质量总和是相等的?

 

 

 

在学生回答的基础上通过幻灯片演示:化学反应前和化学反应后称量过程分别称量的是哪些物质的质量。确证学生的讨论结果

分析过程:

反应前称量物质的总质量包括:烧杯的质量、试管的质量、水的质量、铁钉的质量、硫酸铜的质量

 

反应后称量物质的总质量包括:烧杯的质量、试管的质量、水的质量、铜的质量、硝酸亚铁的质量、没有反应的铜的质量

 

去除没有参加反应的物质后:铁钉的质量+硫酸铜溶液的质量==铜的质量+硫酸亚铁的质量+没有参加反应的铁的质量

因此:参加反应的铁钉+参加反应的硫酸铜溶液的质量==生成的铜的质量+生成的硫酸亚铁的质量

 

板书:

对质量守恒定律的完整描述(板书):参加化学反应的各物质质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

我们今天通过几个实验得到这个结论,而化学家通过大量实验反复研究,并通过不断改进的计量仪器才得到这个结论,发现它适用于所有的化学反应。

 

为什么化学反应都属于质量守恒定律呢?想想我们课前的游戏。从微观的角度解释一下。

 

 

 

 

我们今天一起重现了化学家探索质量守恒定律的探究之路。拉瓦锡当年探索化学反应前后的质量关系,不但发现反应前后质量相等,还发现各物质间有固定的比例关系,各物质间为什么会有固定的比例关系呢,下次课讨论。

观看图片

 

跟随教师示范,模仿水分子变化

 

 

倾听思考

对两位科学家的争论提出自己的观点

 

几乎全部学生的假设是:质量相等

 

 

 

 

根据学案确定自己小组需要完成的实验方案

 

设计实验方案,完成探究活动

各小组汇报实验现象、实验数据、称量方法

各小组结论均为化学反应前后物质的质量相等

 

引发认知冲突

 

自主设计实验装置

完成实验探究

所有小组都考虑到称量时要一起称量二氧化碳的质量,有的小组选择吸滤瓶做反应容器;有的小组选择饮料瓶做反应容器。他们都考虑到药品接触时要迅速盖上胶塞,防止二氧化碳逸出。也有小组使用了大容器和小试管套用的组合装置

 

各小组汇报实验装置、实验现象、实验结论

有的小组发现反应后质量减轻

有的小组称量结果是质量不变

 

积极思考不同实验结果的形成原因

达成一致结论

 

 

思考、记录

 

回答:封闭容器

 

拉瓦锡

 

 

思考,发现问题

回答:有一部分没有参加反应

 

完成实验探究,重点思考根据实验现象如何回答教师提出的问题:

学生回答:反应的铁钉和硫酸铜与生成的铜和硫酸亚铁的质量是相等的

 

 

积极思考、参与讨论

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

反思,记录

 

 

用文字整理出质量守恒定律

 

 

 

 

 

 

思考,回答

化学反应前后原子没有变,原子种类、质量、数目均不变化,所以宏观表现为质量守恒

 

 

倾听,思考

观看多姿多彩的实验现象,引发学生意识到今天讨论的是化学反应中的一般规律。

观看水分子分解示意图和热身游戏,引导学生从宏观现象走进微观解释

 

创设问题情境

关注学生已有想法

 

实践科学探究的过程,学生自主设计实验验证假设,形成结论

 

 

 

 

 

 

 

体现科学的严谨性,

引导学生体会科学探究活动中证据和结论间要有严密的逻辑关系

 

根据实验目的设计和使用实验装置的技能训练

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

感受科学实验的严谨:装置的微小差异都会导致结论改变

 

 

 

 

 

 

 

 

 

对科学概念的精确表述

 

 

研究化学反应的体系整体

 

呼应问题情境

 

继续反思实验过程与实验结论间的逻辑关系,对问题分析步步深入

 

 

 

 

 

 

透过现象分析化学反应实质,进一步理解质量守恒定律的含义

 

 

 

用直观的方式确证学生思考的结果,加深对理论的理解。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

感悟科学探索的艰辛

 

从微观角度解释根据宏观现象得到的结论

保持前年后教学的连贯性为后续课程做好铺垫

 

3.预设与生成

 本节课在预设与生成问题上最大的特点是学生所有收获都是生成性的,但都是有预设的生成,这充分说明了教师对学生的深刻了解和扎实的教学功底。

有开放才有生成,本节课第一个开放点是第一轮实验探究,全班共完成三个实验:氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液与氯化铁溶液、氢氧化钠溶液与氯化镁溶液,每个小组做其中之一。实验内容是确定的,由于都是试管实验,实验装置也相对确定,开放的是称量方法,是把所有的仪器药品一起称量还是分别称量,这既有实验操作简便和减少称量误差的问题,也提示学生关注研究目的。班里部分学生分别称量,部分学生总体称量,称量的方法是生成的,但是在教师的预设之中,学生间不同方法的使用是的学生更深刻地认识到实验方案的设计要依据研究目标确定。

 本节课的第二个开放点是碳酸钠和盐酸反应的实验装置设计。每个小组都考虑到二氧化碳的问题,但是问题解决的办法却不尽相同。有的小组靠迅速给反应容器盖紧胶塞来抑制二氧化碳的逸出,结果失败。有的小组则通过使用密闭反应容器达到实验目的获得成功。这些实验方案也都是现场生成的,但也都在教的预料之中,学生之间的差异又一次起到了互相教育的目的。

 本节课的第三个开放点是教学后半程关于化学反应前后质量相等到底是什么相等的讨论,是一个思维探究过程。学生之间在研讨过程中互相启发,最终形成合理的解释。教师之提供了思考的核心问题和思考方向,而解决问题的过程全由学生自己完成。这也是明显的有预设的生成。

    本节课生成的最大亮点是板书的生成,它体现了学生知识的生成过程、认识的发展过程。

首先提出问题:

而后通过两组实验探究明确:

然后通过铁钉和硫酸铜的实验分析得出:

最后用文字梳理:


“参加化学反应的各物质质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。”



 

 黑板上的文字不断演变着,学生直观地看到自己的思维过程随之演变,这应该也是人类发现质量守恒定律的演变过程。这种提出问题、解决问题、进而剖析追问得到更科学、精确的解释的过程正是学生学习的生成过程,也是人类文化的生成过程,它帮助学生建构起来的不仅仅是知识,更多的是一种方法、一种孜孜追求的意识。

4.教学反思与评价

 质量守恒定律的研究课很多,本节课的教学是基于以下一些思考和定位。首先学生对化学反应中的定量关系不是一无所知。比如,曾经很多教师课上让学生猜测化学反应前后物质质量的关系,希望学生说出增大、减小、不变三种情况,从而创造认知冲突,引发探究欲望。但是实际教学中,绝大部分学生认定质量不变,也就是说学生是知道质量守恒的存在的。其次,对于这节课的学习学生不知道的是什么呢?学生从来没有直面过化学反应前后物质的质量有没有变化这个问题,所以质量守恒是一件需要确证的事情;学生不清楚质量守恒的适用条件,是不是任何情况下都守恒;也不清楚质量守恒的内涵,到底是什么和什么守恒,以及为什么守恒。所以对于后面这几个问题的突破是本节课的教学重点,也是本节课的几个核心问题。

 对于上述问题的突破,本节课是通过三组科学探究活动实现的。

第一组探究活动是完成氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液与氯化铁溶液、氢氧化钠溶液与氯化镁溶液这三个化学反应前后质量对比。这几个实验都是试管实验,操作难度不大,有利于引导学生把注意力集中在质量是否变化这一核心问题上,起到了很好的思维定向过程。由于实验难度不大,每个小组都容易得到正确的结果,因此互相映证,形成一组证据,确认质量守恒的存在。另外,本轮探究活动过后,学生都会选择整体的称量方式,既从实验操作上为后续活动做了准备,又提示学生研究的对象是化学反应前后的质量总和。

第二组探究活动是称量碳酸钠和盐酸溶液反应前后的质量关系。有了前面一轮探究,学生已经意识到气体不可忽略的问题。但是与气体有关的反应是否化学反应前后质量也守恒学生并不十分确定,因为他们没有称量气体的经验。另外如何才能把气体一起称量,对学生而言也是个问题。所以,本轮科学探究学生首先要解决的是实验装置和实验操作问题,然后才是结论问题。这一轮探究完成后,学生对质量守恒定律更加确信,对与气体有关的实验有了更多认识,在实验装置选择和使用能力上也有了发展。

第三组探究活动以实验的形式呈现,但并不是一个实验探究而是思维探究。实验是铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量不变。但是学生实验的目的是给学生创设一个直观的场景,利于学生的思考,而本轮探究的核心是思考化学变化质量守恒的内涵。引导学生透过质量不变的表象深入分析质量不变的本质。在分析中通过先除去直观因素:烧杯、试管、水的质量;然后再除去隐含因素:没有参加反应的铁;这样层层剥离,步步推进,使学生通过对实验数据的分析,自主发现表相的化学反应前后总质量的内因是质量守恒定律,也初步体现出定量分析的过程。

 可见,本节课中三组科学探究活动探究目的不同、探究方式不同、对形成结论的作用不同,对学生科学认识发展及思维能力、实验能力培养的功能也不相同,实现了教学方式的多样化、教学培养目标的多元化。

    另外,本节课的教学中教师通过用数码相机现场给学生实验现象拍照并展示,在课堂上建立学生交流的平台,将文字配以图像,使交流更加生动直观。因为各组学生所做实验不同,通过这个方式也使他们在短时间内熟悉了自己没有做过的实验现象及结果,提高了学生实验的积极性,加大了学生的参与度和参与面,也是值得借鉴的一种方法。


课例二、燃烧和灭火

1.教学背景

 在大多数教材中,《燃烧和灭火》的有关内容位于氧气、水、二氧化碳的有关性质学过之后,学生对物质的化学反应有了一定学习基础。不过,前面的学习均是基于个别物质的学习,化学反应条件也是遇到一个反应讨论一个反应发生的条件,而在《燃烧和灭火》一节中,学生将讨论与燃烧有关的一类反应是如何发生的,这一类反应的反应条件是什么,以及如何探索化学反应的反应条件,如何利用化学反应条件控制化学反应的发生。所以,对于这一节的教学,建议教师不要就燃烧论燃烧,而应立足于如何研究一类化学反应,如何研究化学反应发生的条件,如何控制化学反应,即立足于学生对化学反应认识的发展这一大角度去教学。

 本节教学内容的另外一个特征是贴近生活。燃烧和灭火是学生日常生活中经常接触的事件,有很多感性认识和直接经验。所以本节课的教学目标不是教会学生如何燃烧和如何灭火,而是引导学生用科学的视角看待生活中的现象,用科学的方法解决生活中的问题。因此在本节课的教学中,教师要特别注意挖掘学生已有的知识经验,使学生在学习中经历展示经验、分享经验、反思经验、认识经验的过程,从而实现感性认识向理性认识的飞跃。

 

2.教学实录

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

创设情境

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

明确主题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提出探究任务

 

 

 

 

 

实验探究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

汇报交流

 

 

提出问题

 

 

 

 

 

 

 

小组讨论

 

汇报交流

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

形成结论

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

迁移应用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

证实学生答案

 

 

 

 

 

 

明确知识价值

 

 

 

 

 

 

 

 

提出问题

 

 

 

活动探究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

概括总结

 

 

 

迁移应用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

提出问题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

归纳小结

 

 

 

 

 

拓展延伸

大家一起来欣赏电影:主人公是一家快递公司的职员,由于飞机失事流落到一个荒岛上。他用邮件中的纱裙制成渔网,补到小鱼只能生吃。他用邮件中冰鞋的冰刀削尖了木棒,叉到了螃蟹,但由于是生的,螃蟹的味道使他难以下咽。在这样的情况下,他最需要什么呢?

引入主题:一提到火呢,我们就会想到燃烧。如何利用燃烧为人类服务,控制燃烧带来的灾害,就是我们今天要研究的内容

板书课题:燃烧和灭火

提出问题:电影主人公在荒岛上要生火,他找到了一些物品,哪些是他要找的?

物品有:贝壳、干草、枯枝、木头、岩石、沙子、海水、落叶

与学生互动:你为什么要选这些呢?

 

总结:你认为燃烧需要可以燃烧的物质,也就是可燃物

板书:可燃物

提出问题:主人公是不是找到可燃物就能取火了,燃烧还需要那些条件呢?

提出探究主题:今天我们就亲自动手研究燃烧的条件

介绍实验方案:以红磷和白磷代替主人公找到的可燃物进行实验。红磷和白磷是实验室中能够燃烧的物质。实验装置如图介绍实验注意事项。

 

交流实验现象

 

 

提出问题:为什么水中的白磷没着,试管中的红磷也没着

 

明确问题解决的思路:试管中的白磷和水中的白磷所处的环境是否相同?试管中的白磷和试管中的红磷所处的环境是否相同。

要求小组合作讨论

 

汇报中教师帮助学生整理思路,同时记录学生观点。关于第一个问题的讨论:

与氧气有关、与水有关

 

询问其他小组意见

 

 

 

 

 

 

 

记录观点:与水无关

追问:你同意与氧气有关的观点吗?

追问:你有没有进一步设计实验验证与水无关的观点

 

 

 

演示实验:将一集气瓶氧气倒扣在热水中的白磷上,白磷燃烧

关于第二个问题的讨论:

 

 

 

 

 

 

 

 

教师记录观点并解释,着火点就是物质燃烧的最低温度

大家讨论后确定了燃烧的三个条件,那么这三个条件是不是满足一个就能燃烧呢?

请举例说明。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

我们找到了燃烧的三个条件,你能不能为影片中的主人公想办法取到火呢?

 

 

 

 

 

 

 

肯定学生的设想,演示主人公取火的做法,提示学生认真观察

提出新的问题:火有什么共同的特征?

 

总结燃烧定义

提出火对人类的意义

观看电影中主人公依靠火获得光明,获得熟的食物

提问:我们人类除了依靠火获得熟食和光明外,还有什么利用呢?请举例说明。

在学生回答后,展示一组人类用火图片

 

火是一把双刃剑。展示大兴安岭火灾图片。

掌握灭火的方法和原理是非常重要的。

现场模拟小火情,请四个学生上台灭火

引导大家分析灭火原理

 

 

 

 

 

 

 

 

总结:大家有没有发现灭火时几位同学是如何控制灭火条件的?

 

燃烧和灭火的关系:燃烧是三个条件同时具备,灭火则是三个条件缺少其一。

 

一组真实的灭火问题:

如何熄灭酒精灯;

高楼起火(纠正:降低温度不是降低着火点,而是使其达不到着火点);

消防队员扑灭森林大火时将树木砍伐砍出隔离带;

家里油锅起火;

 

笔记本电脑起火;(教师不断追问学生有没有更稳妥的方案,但是始终没有学生提出切断电源,最终教师给出更合适的方案)

 

 

 

 

 

 

 

 

当火势过大,以个人的力量无法扑灭的时候该怎样做呢?

在等待救援的同时,我们该做什么?

有哪些自救方法呢?

 

 

 

 

 

 

 

 

展示一组逃生图片,总结逃生办法,告诉学生可以到公共安全网站获取更多自救知识,给学生提供拓展知识的渠道

 

这节课的收获和感想

 

 

 

 

 

 

 

 

除了课堂之内的收获,课堂之外也有收获。请同学到校园中调查,校园中哪些位置安装了灭火器,这些灭火器的种类是什么,它们在什么情况下适合什么物质的灭火?还要学会灭火器的使用方法。

希望各位同学把只是应用到生活中,在生活中感受学习化学的快乐。

 

 

兴致勃勃地观看

 

 

 

 

回答:火

 

倾听、思考

 

 

 

 

 

学生甲回答:枯枝、贝壳、干草、木头、树叶

与教师互动:贝壳可以吃,干草、枯枝、树叶可用来取火

 

倾听、记录

 

 

思考

 

 

明确活动主题

 

 

 

 

 

了解实验过程和注意事项

 

按照教师要求完成实验

 

 

 

 

 

 

 

试管内的白磷燃烧,有白烟生成

 

 

 

明确问题和思考方向

 

 

 

小组热烈讨论

 

小组A:试管中的白磷有氧气,水中的白磷虽然也有氧气,但氧气量少;因为有水,水中的白磷不干燥

学生乙:我认为与水无关,比如酒精中就有水,但是酒精就能燃烧

 

学生乙:同意

学生乙:用一根导管向水下的白磷通入氧气,看白磷是否燃烧

 

 

观察现象

得出结论:

燃烧与氧气有关

小组B:试管中的红磷和白磷所处的环境一样,白磷燃烧而红磷没有燃烧,我们认为是红磷没有达到着火点

 

 

思考回答:三者同时具备。

 

 

学生丙:实验中试管中的白磷具备三个条件,水中的白磷只具备两个条件,试管中的红磷也具备两个条件,所以只有试管中的白磷能燃烧

 

学生丁:堆起一堆木块,用一块冰作凸透镜,对着阳光就能点燃木头

学生戊:把落叶、木头摆平,用两块岩石摩擦出火星把落叶点燃

 

观看

 

思考,回答

学生己:火都发光发热

 

 

 

 

回答:火箭升空、火力发电、燃油汽车、煤火取暖、节日焰火

 

 

 

 

 

 

明确新的研究主题

积极想办法

台上学生1:用水灭火;学生2:用大烧杯扣在火焰上熄灭火焰;3.用细砂盖灭火焰;4.用湿抹布盖灭火焰

回答:每次灭火都至少使燃烧条件减少一个

 

 

 

 

 

回答:

灯帽盖灭;

用水降低温度,降低着火点;

 

消除可燃物;

 

用锅盖盖上,隔绝氧气;

(出现分歧:)有学生建议用湿布盖上,既降温又隔绝空气;有学生建议用灭火器,原因是用湿不会把仪器损坏;有学生提出用湿布会导电,所以用灭火器;有学生提出用砂子浇灭

 

回答:打119报警

回答:自救

 

学生给出了多种答案:用床单拧成绳子逃生;用湿布捂住口鼻;尽量趴在地上行走(教师提示安全标志在低处);不要走楼梯

 

 

 

 

回答:了解了灭火常识和火灾形成条件;水能载舟亦能覆舟,任何事物使用它都应该有一定尺度,火是利刃,人类使用它,但也要控制。

用原始的人类生存状态,使学生感受到火对人类的重要意义

从无火到想办法取火的情境设计,恰恰引发了对燃烧条件的思考

 

 

 

 

 

 

解决真实的问题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在实验室中将生活场景简化进行模拟实验是科学研究的一种常用方法

 

 

 

用对比的方法探索燃烧条件

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

对实验现象做理论分析,形成科学结论,在结论与实验现象间构建逻辑关系

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

引导学生对自己的理论假设寻找实验证据

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验现象与实验结论的相互映证

 

 

 

 

 

 

 

 

 

将探究活动的结论运用到真实的问题情境中

 

 

 

 

 

 

用真实生活情景证实学生的假设

 

 

 

 

 

 

 

感受知识的价值

 

 

 

 

 

 

 

 

既是新问题的探究,又是新学理论的应用,在活动中学生用原有经验解决问题时,还是用理论解释原有经验,使学生认识获得新的发展

 

 

 

 

 

 

 

 

 

感受知识的价值,将所学知识应用到真实问题中,同时看到真实问题的复杂性

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

关爱生命,掌握与燃烧有关的逃生自救知识

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

将课堂学习延伸到课外,关注生活、关注社会

 

3.预设与生成

对课堂生成的关注反映的是教学中关注学生的教学观念。教师在进行教学设计时,在充分了解学生的基础上,要预设出哪些地方可以放开,允许学生生成,甚至预设出学生可能生成什么,如何处理不同的生成结果。学生在课堂中的生成是自主建构的结果,只有允许学生生成、鼓励学生生成、利用学生的生成才能使教学更符合学生的认知发展,更有利于学生学科能力的提升。因此,在教学中我们倡导有预设的生成,一个好的教学,一定是教学前对学生的生成有充足的预设,教学中对学生的生成有足够的关注。当然教学中意外的生成也是难免的,一方面教师应通过全面了解学情减少课堂意外,另一方面对意外的生成教师也应给予足够的关注,因为我们没想到的问题也许恰恰就是突破学生认知障碍点的关键。

本节课的教学中,教师按照思维线索预设了一组问题供学生研讨交流:燃烧需要选择什么物质?有了可燃物,燃烧还需要哪些条件?燃烧的三个条件是否需要同时存在?灭火的原理是什么?为了帮助学生回答这些问题,教师还设计了几组探究活动。问题的研讨和活动探究是开放性的,给了学生生成的空间。由于教学中问题指向明确,探究活动主题清楚,研讨过程中教师将一个大问题分解成几个小问题的组织策略有效,所以本节课中学生的生成几乎全在教师的预设之中,课堂实效很高。

    不过,这节课也有一个细节值得商榷。在学生已经认识了燃烧的三个条件,并且明确了三个条件缺一不可后,教师要求学生为影片中的主人公设计取火方法。这一环节的设计用意是学以致用,刚刚学完燃烧的三个条件,只要按照这个思路应该很容易的找到取火方法。现场教师请两名同学回答了这个问题,他们的回答分别是:“堆起一堆木块,用一块冰作凸透镜,对着阳光就能点燃木头”“把落叶、木头摆平,用两块岩石摩擦出火星把落叶点燃”。教师对两名同学回答的评价是“精彩、很棒”。然而这一环节的核心是将刚学到的知识应用到真实的问题中,教师应关注学生是怎样使用知识的,习得的知识不经过使用就只是书上的文字,只有用才能转变为学生的认识。其实,通过回答我们隐隐能感到学生有些想法可能是基于先前经验,而不是本节课所学。如果教师能对学生的生成给予更切实的关注,要求学生分析自己使用的方法是否符合燃烧条件,则会诱发学生更深入的思考,对燃烧条件也会有更深刻的认识。

 

4.教学反思与评价

本节课教学线索清晰,充分关注学生原有经验,并引导学生通过理性思考对自己的原有经验进行科学解释,达到感性认识与理性认识融合,课堂学习与生活经验融合的教学效果,在完成知识教学的同时,充分关注了学生过程方法、情感态度价值观的转变和提升。比如:本节课从电影中主人公没有火入手,使学生关注火对人的生存的重要意义。而在完成对燃烧条件的探索之后,教师又例举了火对人类社会发展的贡献,使学生从关注火对个人的意义发展到火对社会的意义。本节课始终围绕生活线索,用生活中的问题驱动教学进程。但是在解决问题的过程中,教师带领学生通过模拟实验将生活中的问题简单化,还引导学生用控制变量和对比的方法探索燃烧条件和灭火原理,因此科学方法的使用也是本节课中学生的重要收获。本节课的具体教学线索如图6-7,其中“教学内容”是推动教学进程的具体事件;“核心问题”是课堂讨论主要问题,是学生思维的焦点;“学生认识发展”是学生在本节课的具

核心问题


教学内容


学生认识发展


利用燃烧为人类服务,控制燃烧带来的灾害


电影主人公缺少火的荒岛生活


火对人的生存有重要

意义


燃烧需要的物质


电影主人公找到用于生火的物品


燃烧的其他条件


模拟实验代替真实的生活场景

 

实验验证

初步结论


燃烧三个条件必须同时存在吗


对燃烧条件的科学完整的认识


燃烧需要可燃物等条件的零散的直觉经验


实验模拟、控制变量、

对比等科学方法研究化学反应


电影主人公取火成功


模拟灭火实验


思考灭火原理


灭火原理,对燃烧条件的逆向应用


灭火的原理是

什么


火灾自救常识


总结反思:火是双刃剑


火对社会发展的贡献


火对社会进步有重要

意义


从火对个人的

意义到火对社会的意义


图6-7《燃烧和灭火》教学线索


体收获。在课堂小结这个教学环节中,学生应该对核心问题作出合理的解释,对自己的收获有明确的认识。

 

本节课的另一个特点是教学情境设计新颖恰当。本节课中教师以一个荒岛生存的故事情节作为情境引入,不但新颖的形式吸引了学生,故事情节也恰好满足了教学需要。影片中主人公没有火的生存状态让学生体会到火的重要,没有火的状态也引出了核心问题,如何获得火,即燃烧的条件是什么。在帮助主人公解决问题的过程中,学生要不断应用自己的原有经验,同时又努力用科学知识解释这些经验,使原有经验和新学的理论融为一体,将书本知识转化为可用的有效知识。教学中影片主人公终于有了火吃到熟食的情境设计,让学生兴奋不已,他们用所学的知识解决了主人公的难题,他们感受到知识的力量,也体验到成功的兴奋和助人的快乐。

本节课教师还设计了模拟火场灭火的活动情境。这一情境安排在燃烧条件学习之后,活动任务看似简单,大部分学生都能找到多种方法灭火,但是学生选取灭火方法的理由则会因人而异。有的学生也许仅是凭经验完成任务,有的学生则会在燃烧条件的基础上考虑灭火方法,这个活动既可以看作是学生原有灭火经验的展示,也可以看作是燃烧条件学习后的迁移应用,关键是在教师引导下,学生自主意识到燃烧条件和灭火原理间的关系,燃烧条件这一知识的价值得到了拓展。

 本节课还特别注意学以致用,用科学知识解决真实的生活问题,使学生切实感受到化学就在身边,化学是有用的科学。在教学的最后一个环节,教师要求学生到校园中调查,校园中哪些位置安装了灭火器,这些灭火器的种类是什么,它们在什么情况下适合什么物质的灭火?学会灭火器的使用方法。这是将课堂学习延伸到课外,提示学生关注生活、关注社会,对提高学生的公民意识是十分有益的。

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