基于真實情境的化學(xué)計算教學(xué)——以“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”教學(xué)設(shè)計為例

沈紅英

（蘇州市高新區(qū)第二中學(xué) 江蘇 蘇州 215129）

化學(xué)計算是化學(xué)基本技能的重要組成部分。化學(xué)計算既要從質(zhì)的方面來揭示物質(zhì)的變化規(guī)律，又要從量的方面來研究物質(zhì)的變化結(jié)果， 兩方面互相聯(lián)系，互為補充。化學(xué)計算的根據(jù)是化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律和純凈物具有確定的化學(xué)元素組成的原理。掌握好化學(xué)計算技能的關(guān)鍵是正確理解題意，正確使用化學(xué)基本術(shù)語和原理，善于找出其中的等量關(guān)系、比例關(guān)系或函數(shù)關(guān)系。

根據(jù)化學(xué)方程式進行計算是化學(xué)計算中的重要組成部分， 是質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式的重要應(yīng)用，在進行教學(xué)時要引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)舊知識。在滬教版教材的第三章學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了利用化學(xué)式計算化合物中元素的質(zhì)量分數(shù)，在本節(jié)中又學(xué)習(xí)了質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式，將這三個知識點融合起來，對學(xué)習(xí)根據(jù)化學(xué)方程式的計算非常有幫助。教學(xué)中要充分運用學(xué)生已有的知識，引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)計算為主線構(gòu)建新的知識網(wǎng)絡(luò)，在化學(xué)計算中加深對化學(xué)反應(yīng)中元素不變和質(zhì)量守恒的理解。對化學(xué)計算題的編制不應(yīng)該僅僅局限于計算技巧，更應(yīng)該讓學(xué)生認識到化學(xué)計算是真實的、有用的計算，并非紙上談兵，毫無實際意義。中考計算題的命題已逐步走出人為編制的、沒有實際價值的偏、難、怪的誤區(qū)，重新走到基本的思想和方法上來，具有真實情境的化學(xué)計算更能讓學(xué)生體會到化學(xué)計算的實用價值。

下面以“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”教學(xué)案例為例，試圖創(chuàng)設(shè)一個真實的又可以隨著學(xué)生知識的生成持續(xù)變化的教學(xué)情景， 引導(dǎo)學(xué)生逐步認識到化學(xué)計算并非單純的數(shù)學(xué)運算，而是真實的、具有實際意義的計算。

一、教學(xué)目標設(shè)計

1．知識與技能：根據(jù)化學(xué)方程式中各物質(zhì)的相對質(zhì)量關(guān)系，能正確計算出反應(yīng)物、生成物的質(zhì)量。

2．過程與方法：能正確分析實驗數(shù)據(jù)，開拓思路，鍛煉思維能力。

3．情感態(tài)度與價值觀：①通過化學(xué)方程式計算與化學(xué)實驗的融合， 體會化學(xué)計算中數(shù)據(jù)的實際意義。②認識化學(xué)變化中的定量研究對于科學(xué)實驗的應(yīng)用價值。

二、教學(xué)過程設(shè)計

1．原始教學(xué)情境

［視頻］太湖美

［問題1］寫出生成水的化合反應(yīng)的化學(xué)方程式。這個化學(xué)方程式告訴你哪些事實、信息？

［學(xué)生活動1］從分析反應(yīng)事實和微觀角度兩方面得出化學(xué)方程式的含義。

設(shè)計意圖：優(yōu)美的旋律讓學(xué)生興趣大增，水是生活中最常見的物質(zhì)，激活學(xué)生已有的知識經(jīng)驗：書寫化學(xué)方程式。同時提高了難度：有水生成的化合反應(yīng)，且提出了化學(xué)方程式的含義。

［問題2］能否從質(zhì)量角度再思考一下化學(xué)方程式的含義？ 能否算出2H2的相對質(zhì)量？

［學(xué)生活動2］得出化學(xué)方程式量方面的含義并加以應(yīng)用。

［小結(jié)］化學(xué)方程式的含義。強調(diào)依據(jù)化學(xué)方程式進行計算的依據(jù)。

設(shè)計意圖： 通過已學(xué)過的氫氣燃燒這個化學(xué)反應(yīng)，明確化學(xué)方程式所體現(xiàn)出的量的關(guān)系，得出依據(jù)化學(xué)方程式進行計算的依據(jù)，學(xué)生比較容易接受。

［學(xué)生活動3］閱讀滬教版教材P107 例題：“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳， 若需制備二氧化碳8．8g，至少需要碳酸鈣多少克？ ”歸納計算步驟、規(guī)范計算格式。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生閱讀能力、理解能力、歸納能力。

2．教學(xué)情境的延續(xù)一

［過渡］在自然界中二氧化碳可以轉(zhuǎn)化成什么氣體？ 實驗室里的氧氣從哪里來？

［問題3］滬教版教材P55“基礎(chǔ)實驗1 氧氣的制取和性質(zhì)” 中“向試管中加入少量高錳酸鉀……連續(xù)收集三瓶氣體……”， 結(jié)果有的同學(xué)只收集到一瓶氧氣。若三個集氣瓶的規(guī)格均125mL，請問高錳酸鉀至少為多少克？ （已知氧氣的密度為1．43g·L－1）（計算結(jié)果精確到0．1）

［學(xué)生活動4］板演過程，糾錯。

設(shè)計意圖：用學(xué)生的基礎(chǔ)實驗再次進行格式的規(guī)范。在計算題的編制過程中，利用學(xué)生進行過的實驗，用125mL 的集氣瓶收集氧氣， 數(shù)據(jù)的選擇真實可靠，實驗與計算進行了融合，讓學(xué)生感受到實驗的可計量性。從體積到質(zhì)量，對學(xué)生的計算要求更進了一步。

3．教學(xué)情境的延續(xù)二

［過渡］制取氧氣的量可以用集氣瓶直接計量，能否有別的辦法呢？ （提示：質(zhì)量守恒定律，稱量固體質(zhì)量）

［視頻］加熱高錳酸鉀至完全分解

［問題4］取一定量的高錳酸鉀放入一大試管中，稱量；加熱至無氣體產(chǎn)生，冷卻，再次稱量。有關(guān)數(shù)據(jù)記錄如下：

?

求①生成多少克氧氣？②參加反應(yīng)的高錳酸鉀的質(zhì)量是多少？

［學(xué)生活動5］實物投影，糾錯

［學(xué)生活動6］取一定量的高錳酸鉀放入一大試管中，稱量；加熱，一段時間后，熄滅酒精燈，冷卻，再次稱量。有關(guān)數(shù)據(jù)記錄如下：

藥品和儀器 加熱前質(zhì)量/g 一段時間后，停止加熱，完全冷卻后質(zhì)量/g大試管、棉花 58.59固體、大試管、棉花 63.33 63.17

求①參加反應(yīng)的高錳酸鉀的質(zhì)量是多少？

②高錳酸鉀的分解率是多少？

［問題5］小明同學(xué)用如下圖所示裝置，加入一定量的雙氧水和二氧化錳，進行反應(yīng)，錐形瓶內(nèi)有大量氣泡產(chǎn)生，觸摸錐形瓶外壁發(fā)燙。小明同學(xué)認為產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量為：m1－m2，你認為呢？ （操作過程均正確）

［學(xué)生活動7］學(xué)生討論分析，得出改進裝置。

設(shè)計意圖：學(xué)生掌握了計算題的格式后，對于計算題主要進行數(shù)據(jù)分析。用學(xué)生熟悉的實驗室制取氧氣的兩種方法， 通過視頻或圖片進行計算題的編制，讓學(xué)生進行分析、討論，不僅活躍了課堂氣氛，讓學(xué)生感受到學(xué)過的知識可以進一步延伸、深化，更能讓學(xué)生體會到差量法求算氧氣質(zhì)量的差異性和可操作性。

4．教學(xué)情境的延續(xù)三

［問題6］電解一定質(zhì)量的水，產(chǎn)生了0．66L 氫氣，同時能產(chǎn)生多少升氧氣？ （密度：氫氣0．09g·L－1，氧氣1．43g·L－1）（計算結(jié)果精確到0．01）

提示：同溫同壓下，相同體積的任何氣體含有相同的分子數(shù)。

設(shè)計意圖：依據(jù)體積和質(zhì)量之間的關(guān)系，根據(jù)化學(xué)方程式或質(zhì)量守恒定律， 很容易計算出氧氣的體積。學(xué)生也可以根據(jù)電解水這個實驗得到的結(jié)論：氧氣和氫氣的體積比約為1∶2，馬上得出答案。而根據(jù)提示，對于氣體而言，分子數(shù)之比就是氣體的體積比，根據(jù)電解水的化學(xué)方程式，答案顯而易見，這為高中化學(xué)的計算教學(xué)埋下了伏筆，奠定了一定的基礎(chǔ)。

三、教學(xué)設(shè)計反思

本課設(shè)計的目標是希望學(xué)生能根據(jù)化學(xué)方程式中 “各物質(zhì)的相對質(zhì)量之比與實際質(zhì)量之比一致”這一關(guān)系，正確根據(jù)一種純凈物的質(zhì)量計算其他物質(zhì)的質(zhì)量。希望學(xué)生能根據(jù)教材例題掌握根據(jù)化學(xué)方程式計算的步驟，規(guī)范格式上的要求，培養(yǎng)學(xué)生從量的方面去認識化學(xué)變化。在本課設(shè)計過程中，創(chuàng)設(shè)的計算情境始終圍繞“氧氣”這種學(xué)生熟悉的、學(xué)習(xí)過的氣體展開。

1．教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)真實可靠

為了讓學(xué)生認識到化學(xué)計算不是憑空捏造，而是有真實情境的，在例題的選擇過程中，務(wù)求學(xué)生熟悉的反應(yīng)， 筆者想到了基礎(chǔ)實驗： 氧氣的制取和性質(zhì)。筆者所任教班級學(xué)生在進行這個實驗時，確實有幾位同學(xué)并沒有收集到三瓶氧氣， 而裝置的氣密性良好，主要原因就在于取的高錳酸鉀的量太少了，所以筆者就想讓學(xué)生算一算， 究竟至少需要稱量多少高錳酸鉀。集氣瓶的規(guī)格有60mL、125mL、250mL、500mL，學(xué)生實驗時，用了125mL 的集氣瓶，故在編制計算題時，就用了該容積的集氣瓶。當學(xué)生掌握了計算的要求和格式后， 下面的計算主要是數(shù)據(jù)的分析和處理， 筆者依然選擇了高錳酸鉀制氧氣這個實驗，為了得到這個實驗數(shù)據(jù)，筆者做了很多次實驗，由于錳酸鉀在加熱情況下也可以產(chǎn)生氧氣， 故每次實驗產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量比理論值略大， 若選擇3．16g高錳酸鉀加熱至無氣體產(chǎn)生，幾次實驗下來，實際上產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量比理論值多0．01－0．03g 左右， 當然0．01g 的電子天平對于第二位小數(shù)也存在誤差，總體誤差不是太大。對于初中學(xué)生，筆者認為可以用這些數(shù)據(jù)采用差量法求算氧氣質(zhì)量。這個實驗難度不大，最關(guān)鍵的是在加熱高錳酸鉀時， 為了使高錳酸鉀盡量全部分解，加熱時要時不時移動一下酒精燈，最好從離試管口近的固體部位加熱到試管底部的固體部位，最終要完全冷卻下來再次稱量，耗時較長，所以筆者把它拍攝成視頻。高錳酸鉀完全分解和不完全分解，產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量都是固體減少的質(zhì)量，在完全分解的計算題的基礎(chǔ)上， 筆者讓學(xué)生練習(xí)了高錳酸鉀不完全分解的計算，著重強調(diào)對實驗數(shù)據(jù)的分析是解題的關(guān)鍵。那是不是這種差量法計算氣體的量可用于其他反應(yīng)呢？ 筆者提出雙氧水制氧氣是放熱反應(yīng)，容器內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量的減少不僅有氧氣，還有水蒸氣，若不想辦法使水蒸氣留在反應(yīng)容器內(nèi)，減少的質(zhì)量就不僅僅是氧氣的量，所以仔細審題是正確計算的關(guān)鍵。最后借助于電解水這個實驗編寫了一道計算題， 是想讓學(xué)生從多角度進行化學(xué)計算，開拓一下學(xué)生的解題思路，同時為高中化學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

在上述計算例題的選擇過程中，無一不是學(xué)生學(xué)習(xí)過的化學(xué)反應(yīng)，而且數(shù)據(jù)的獲得都有真實的實驗情境，并非隨便臆造，學(xué)生在進行計算學(xué)習(xí)時，感覺很熟悉，但確實又能獲得新知。

2．教學(xué)情境的連續(xù)性變化以氧氣為主線展開

教學(xué)情境的變化不能隨意設(shè)置， 必須找到一條主線，才能使教學(xué)形散而神不散。原始的教學(xué)情境來源于教材， 激活學(xué)生頭腦中有關(guān)水的化學(xué)方程式的知識，引導(dǎo)學(xué)生分析化學(xué)方程式的含義，最終得出根據(jù)化學(xué)方程式進行計算的依據(jù)并進行有關(guān)計算，歸納計算步驟，規(guī)范計算格式。延續(xù)的教學(xué)情境都以氧氣為主線步步展開。不管是加熱高錳酸鉀、雙氧水與二氧化錳混合還是電解水， 在編制計算題時都用到了實驗過程中產(chǎn)生的氧氣： 用體積和密度求算氧氣質(zhì)量、差量法得到氧氣質(zhì)量、用阿伏加德羅定律計算氧氣體積。計算方法多樣化， 但都緊扣氧氣這種物質(zhì)。以“氫氣燃燒”開始，以“電解水”收尾，頭尾呼應(yīng)，也都涉及到了氧氣。整個教學(xué)情境呈現(xiàn)的每個連續(xù)性變化，都以“氧氣”為主線展開，有利于學(xué)生在探究過程中自主有序地在原有知識的基礎(chǔ)上對新知識進行有效構(gòu)建。

［1］鄭麗梅．淺談基于真實情境的化學(xué)課堂教學(xué) ［J］．理科考試研究，2014，（7）