基于課程標準要求的“物質(zhì)的量”單元教學(xué)設(shè)計

經(jīng)志俊

摘要： 基于《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》的課程理念，依據(jù)“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求，對“物質(zhì)的量”進行單元教學(xué)整體設(shè)計，探索如何激發(fā)學(xué)生興趣、化解學(xué)習(xí)難點、啟迪高級思維、促進學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 課程標準； 物質(zhì)的量； 學(xué)科核心素養(yǎng)； 單元教學(xué)設(shè)計

文章編號： 10056629（2018）9004606 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

“物質(zhì)的量”是占據(jù)化學(xué)計量核心地位的物理量，基于物質(zhì)的量認識物質(zhì)組成及其化學(xué)變化是學(xué)習(xí)化學(xué)科學(xué)的重要方法。受抽象概念密集、學(xué)生認知水平和教師PCK等因素的影響[1～4]，物質(zhì)的量的教與學(xué)長期以來都是高中化學(xué)的難點。

基于《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》的課程理念，依據(jù)“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求（見表1），借鑒近年來的相關(guān)研究成果[5～8]，對“物質(zhì)的量”進行了單元教學(xué)設(shè)計。

1 單元教學(xué)目標

（1） 建構(gòu)“阿伏伽德羅常數(shù)”“摩爾”“物質(zhì)的量”“摩爾質(zhì)量”“氣體摩爾體積”“物質(zhì)的量濃度”等核心概念，體驗“歸納”“類比”“定義”等方法的應(yīng)用。

（2） 理解“n=N/NA”“n=m/M”“n=V/Vm”“n=c·V（aq）”“c（濃）·V（濃）=c（稀）·V（?。薄癱=1000mL·ρ·w/M·1L”等計算公式，能正確運用公式進行簡單計算。

（3） 基于物質(zhì)的量認識物質(zhì)組成及其變化，體驗物質(zhì)的量在定量分析中的價值。

（4） 通過“摩爾質(zhì)量與相對分子（原子）質(zhì)量數(shù)值關(guān)系”的數(shù)學(xué)認證，學(xué)習(xí)運用數(shù)學(xué)方法解決化學(xué)問題，領(lǐng)悟選擇“0.012kg 12C所含碳原子數(shù)”定義NA的匠心。

（5） 通過圍繞“阿伏伽德羅定律”的分析推理，深化對氣體摩爾體積的認識，建構(gòu)并理解阿伏伽德羅定律及其重要推論，體驗“控制變量法”“抓主要矛盾”“證據(jù)推理”等方法的應(yīng)用。

（6） 通過“配制1.00mol·L-1NaCl（H2SO4）溶液”的實驗探究，學(xué)會依據(jù)實驗?zāi)康呐c原理選擇實驗儀器、規(guī)范實驗操作、評價實驗結(jié)果。

2 教學(xué)主體環(huán)節(jié)

2.1 建構(gòu)核心概念，掌握基本運算

以實驗中的真實問題為起點，從化學(xué)計量的實際需要出發(fā)，研究如何在難以直接稱量的微觀粒子與可稱量的宏觀物質(zhì)之間架設(shè)橋梁？建構(gòu)固體質(zhì)量、氣體體積或溶液體積與微粒數(shù)目間的換算關(guān)系。

2.1.1 情境引發(fā)問題，問題驅(qū)動創(chuàng)新

以實驗室制備氫氣的真實實驗為情境，引發(fā)“①‘Zn+2HClZnCl2+H2↑可傳遞出哪些定量信息？②實際操作中怎樣定量控制反應(yīng)物的投入？③如何分析制備一定體積的氫氣理論上需要的鋅的質(zhì)量和鹽酸的體積？”等問題的討論，達成化學(xué)需要一種新的計量方法，在固體質(zhì)量（m）、氣體體積（V）或溶液體積[V（aq）]與微粒數(shù)目（N）之間架設(shè)橋梁的共識。

2.1.2 聚焦微粒集體，架設(shè)宏微橋梁

以“6.02×1023個微粒的質(zhì)量”為情境（見圖1），通過“①如何由固體質(zhì)量求算微粒數(shù)目？②如何解決單個微粒無法直接稱量的難題？③選擇多大規(guī)模的微粒集體能給實際應(yīng)用帶來最大便捷？”等問題的討論，發(fā)現(xiàn)“6.02×1023個微?！钡馁|(zhì)量（以克為單位）與其相對分子（原子）質(zhì)量數(shù)值相等的事實，

作出用“6.02×1023個微粒的集體”在難以直接稱量的微觀粒子與可稱量的宏觀物質(zhì)之間架設(shè)橋梁的選擇。

通過“微粒的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/單個微粒的質(zhì)量”“微粒集體的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/微粒集體的質(zhì)量”“6.02×1023個微粒集體的數(shù)目=物質(zhì)質(zhì)量/6.02×1023個微粒集體的質(zhì)量”的思維進階，為核心概念建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

2.1.3 把握概念關(guān)聯(lián)，實施因材施教

梳理物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量的內(nèi)在知識關(guān)聯(lián)，靈活選擇概念建構(gòu)的認知路徑，引導(dǎo)學(xué)生在自主建構(gòu)核心概念的過程學(xué)會選擇和使用方法。

（1） 順藤摸瓜建構(gòu)核心概念。

利用“6.02×1023是阿伏伽德羅常數(shù)的近似值”“NA是物理量單位摩爾的基準”“摩爾是物質(zhì)的量的單位”“每摩爾物質(zhì)含NA個構(gòu)成微?！钡群诵母拍铋g的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，從“6.02×1023”出發(fā)，通過順藤摸瓜漸次完成對“阿伏伽德羅常數(shù)、摩爾、物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)進階（見圖2）。

（2） 類比遷移建構(gòu)核心概念。

利用“n=N/NA與n=m/M”的計算原理相同，從“n=N/NA”類比遷移出“n=m/M”，通過剖析“n=m/M”的物理意義及各物理量的單位，辨析6.02×1023個微粒質(zhì)量與1mol微粒質(zhì)量的關(guān)系，建構(gòu)摩爾質(zhì)量的相關(guān)概念；利用“M與Vm”概念相近，從摩爾質(zhì)量類比遷移出氣體摩爾體積的相關(guān)概念（見表2）。

（3） 自主定義建構(gòu)核心概念。

利用“m（溶質(zhì)）=m（溶液）×w”的知識儲備，通過“①溶質(zhì)物質(zhì)的量與溶液體積、溶液濃度存在什么數(shù)學(xué)關(guān)系？②選擇什么樣的濃度單位便于由溶液體積快捷求算溶質(zhì)物質(zhì)的量？”等問題的討論，依據(jù)“n=V（aq）×溶液濃度”并結(jié)合n、 V（aq）的單位，確定溶液濃度以“mol·L-1”為單位，從濃度單位“mol·L-1”的意義出發(fā)定義物質(zhì)的量濃度的相關(guān)概念[物質(zhì)的量濃度（cB）： 用單位體積溶液里所含溶質(zhì)B的物質(zhì)的量所表示的濃度，單位： mol·L-1，數(shù)學(xué)表達式： cB=nB/V（aq）]。

2.1.4 掌握計算方法，體驗學(xué)習(xí)價值

運用物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度之間的相互關(guān)系進行簡單計算，基于物質(zhì)的量認識物質(zhì)組成及其化學(xué)變化，體驗物質(zhì)的量在定量研究中的重要價值。

（1） 正確運用公式，形成計算中心。

設(shè)計單向型換算（見表3），通過物質(zhì)的量與微粒數(shù)目（物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度）間的相互換算，深化對換算公式的理解，通過將物理量單位代入計算關(guān)系式，養(yǎng)成規(guī)范表達計算過程的習(xí)慣。

設(shè)計開放型換算（見表4、表5），通過物質(zhì)的量與微粒數(shù)目、物質(zhì)質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度間的多向換算，形成以物質(zhì)的量為中心的計算關(guān)系網(wǎng)（見圖4），養(yǎng)成以物質(zhì)的量為中心的計算習(xí)慣。

（2） 拓展分析視角，體驗學(xué)習(xí)意義。

以“一氧化碳還原氧化鐵”為例，通過質(zhì)量、微粒數(shù)和物質(zhì)的量關(guān)系的轉(zhuǎn)換（見圖5），形成“化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比等于化學(xué)方程式中的化學(xué)計量數(shù)之比”“物質(zhì)組成中的微粒數(shù)目之比等于各微粒的物質(zhì)的量之比”的結(jié)論。

以“鋅和1mol·L-1鹽酸反應(yīng)制備氫氣”為例，依據(jù)“Zn+2HClZnCl2+H2↑”計算實驗室制備標準狀況下2.24L H2，理論上需要消耗鋅的質(zhì)量和鹽酸溶液的體積。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會基于物質(zhì)的量認識物質(zhì)組成與化學(xué)變化，形成以物質(zhì)的量為中心的定量分析視角，體驗在化學(xué)計量中引入物質(zhì)的量的意義。

2.2 探究真實問題，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)

以學(xué)習(xí)過程中的情感體驗“神”“奇”“爽”為抓手（見圖6），引導(dǎo)學(xué)生圍繞“為什么摩爾質(zhì)量以g·mol-1為單位時，在數(shù)值上等于其相對原（分）子質(zhì)量？”“為什么標準狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4L？”“如何知道溶液的物質(zhì)的量濃度？”等問題展開深度探究。

2.2.1 數(shù)學(xué)認證，在問題解決中拓展視野

以“為什么選擇‘0.012kg 12C所含有的碳原子數(shù)作為摩爾的基準？”“為什么摩爾質(zhì)量（M）以g·mol-1為單位時，在數(shù)值上等于其相對原子質(zhì)量（Ar）或相對分子質(zhì)量（Mr）？”為探究主題，以數(shù)學(xué)推演為探究方法，通過問題解決拓展學(xué)生視野，欣賞選擇“0.012kg 12C所含的碳原子數(shù)”定義NA的慧眼與匠心。

2.2.2 分析推理，在問題解決中學(xué)習(xí)方法

以“為什么標準狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4L？為什么相同條件下1mol不同固（液）體物質(zhì)的體積不同？”為探究主題，以分析推理為探究手段，從影響物質(zhì)體積大小的因素出發(fā)，運用“控制變量”“抓主要矛盾”“證據(jù)推理”“邏輯推理”“數(shù)學(xué)推導(dǎo)”等研究方法，逐步得出“1mol不同固體或液體體積不同”“同溫同壓下，相同體積的氣體具有相同數(shù)目的分子（阿伏伽德羅定律）”“標準狀況下，1mol任何氣體的體積均約為22.4L”“同溫同壓下，氣體的體積比等于分子的物質(zhì)的量之比”“同溫同壓下，氣體的密度比等于摩爾質(zhì)量之比”等結(jié)論（見圖7）。通過問題解決學(xué)習(xí)研究方法，建構(gòu)思維模型。

2.2.3 實驗探究，在問題解決中提升能力

以“如何用氯化鈉固體配制100mL 1.00mol·L-1 NaCl溶液？”為探究主題，以實驗探究為探究形式，結(jié)合物質(zhì)的量濃度的數(shù)學(xué)表達式，認識實驗的關(guān)鍵在于“精確控制溶質(zhì)物質(zhì)的量和溶液體積”，并依據(jù)實驗精度要求選擇實驗儀器，在明確容量瓶的構(gòu)造與使用方法的基礎(chǔ)上，明確溶液配制的實驗流程（見圖8），依據(jù)流程規(guī)范實驗操作，分組完成100mL 1.00mol·L-1NaCl溶液的配制。

3 設(shè)計說明與建議

“物質(zhì)的量”單元教學(xué)設(shè)計力求體現(xiàn)《普通高中化學(xué)課程標準（2017版）》的課程基本理念，以期達到在建構(gòu)和運用知識的過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、化解學(xué)習(xí)難點，在探究和解決問題的過程中啟迪高級思維、促進學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的效果。

3.1 教學(xué)目標指向?qū)W科核心素養(yǎng)

從化學(xué)知識與技能的學(xué)習(xí)、化學(xué)思想觀念的建構(gòu)、科學(xué)探究與問題解決能力的發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責(zé)任感的形成等多個方面體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平要求，讓學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平可觀察、能評價。

教學(xué)目標（1）～（3），面向全體學(xué)生，指向高中畢業(yè)生應(yīng)該達到的合格要求所對應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。教學(xué)目標（4）～（6），關(guān)注差異發(fā)展，指向化學(xué)學(xué)業(yè)水平等級考試要求所對應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。

3.2 注重知識關(guān)聯(lián)和認知思路的結(jié)構(gòu)化

從“橫向延伸”和“縱向發(fā)展”兩條線索，基于知識關(guān)聯(lián)和認知路徑，梳理物質(zhì)的量及其相關(guān)核心知識間的內(nèi)在聯(lián)系（見圖9）。存在遞進關(guān)系的概念，采用“連橫”策略循序漸進完成概念的橫向延伸；存在并列關(guān)系的概念，采用“合縱”策略類比遷移促成概念的縱向發(fā)展。

從影響物質(zhì)體積大小的因素出發(fā)，結(jié)合問題解決過程中的方法應(yīng)用，建構(gòu)探究物質(zhì)體積大小影響因素及規(guī)律的思維模型（見圖7）。

3.3 真實問題情境促進學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變

選擇“實驗室用鋅和稀鹽酸反應(yīng)制備氫氣”的真實情境，導(dǎo)出“實驗中怎樣定量控制反應(yīng)物的投入？如何分析制備一定體積的氫氣理論上需要的鋅的質(zhì)量和鹽酸的體積？”等實際問題，結(jié)合問題解決的進程逐步展開建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問題解決學(xué)習(xí)。

基于“100mL 1.00mol·L-1NaCl溶液”的真實任務(wù)，采用小組合作、實驗探究、討論交流等多樣化方式，通過設(shè)計實驗方案，實施實驗操作，評價實驗結(jié)果等，學(xué)會溶液配制的基礎(chǔ)知識與基本技能。

3.4 實驗探究活動強調(diào)高級思維過程

設(shè)置配制“1.00mol·L-1 NaCl溶液”和“1.00mol·L-1 H2SO4溶液”的學(xué)生實驗，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實驗?zāi)康挠嬎闼鐽aCl質(zhì)量和濃硫酸體積、選擇實驗儀器、規(guī)范實驗操作，依據(jù)實際操作評價實驗結(jié)果。在探究活動過程中手腦并用，強調(diào)高級思維過程。

3.5 課時安排建議

“物質(zhì)的量”單元教學(xué)設(shè)計建議分4課時組織實施，其中“建構(gòu)核心概念，掌握基本計算”安排2課時、“探究真實問題，引導(dǎo)深度學(xué)習(xí)”安排2課時。

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