基于初中化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

許洪良

摘要：嘗試基于初中化學(xué)核心素養(yǎng)視角，設(shè)計(jì)了滬教版九年級化學(xué)上冊第四章第2節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”教學(xué)活動。以解讀質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)史、探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、評價(jià)實(shí)驗(yàn)體系、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、宏微結(jié)合、定性定量相結(jié)合等方面培養(yǎng)并落實(shí)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);初中化學(xué);化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2019）04-0030-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.009

一、問題的提出

初中化學(xué)核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科育人基本要求的集中反映，是學(xué)生通過化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格[1]。

初中化學(xué)是化學(xué)的啟蒙階段，初中化學(xué)的宗旨是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，筆者認(rèn)為宏微結(jié)合、分類表征、變化守恒、模型認(rèn)知、綠色應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)精神和社會責(zé)任是初中化學(xué)核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。筆者選擇了質(zhì)量守恒定律為主題，力求基于初中化學(xué)核心素養(yǎng)的角度，以“情景、問題、探究”為抓手，以培養(yǎng)并發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為重點(diǎn)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了滬教版九年級化學(xué)上冊第四章第2節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”教學(xué)活動。

二、教學(xué)流程與情境設(shè)計(jì)

[師]（引入）用氫氣吹肥皂泡，并用電蚊拍拍打，使其燃燒。

[生]認(rèn)真觀看，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)興趣。

[師]那么，氫氣在空氣中燃燒，生成水的質(zhì)量與參加反應(yīng)的氫氣和氧氣的質(zhì)量之和有什么關(guān)系呢？請你猜想質(zhì)量是變大、變小還是不變？

[生]可能變大、可能不變、可能變小。

[師]引出課題____今天這節(jié)課我們就來探究化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系。

1.解讀質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)史

化學(xué)史能夠讓學(xué)生感受到化學(xué)家們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。把化學(xué)史利用到教學(xué)過程中能夠促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的理解，在培養(yǎng)學(xué)生思想品德和科學(xué)精神、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣等方面也起到不小的作用。宋心琦教授曾說過，“以史為鑒”用意不僅可以勵志，也可用于提升學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。

[師]下面，同學(xué)們跟著我一起穿越時(shí)光隧道來了解一下波義耳和拉瓦錫兩位化學(xué)家是如何探究質(zhì)量守恒定律的：波義耳通過下圖1左邊的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后容器中物質(zhì)質(zhì)量比反應(yīng)前物質(zhì)質(zhì)量增加了，很遺憾沒有發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律，而拉瓦錫通過下面右邊的實(shí)驗(yàn)得出了質(zhì)量守恒定律。

[生]認(rèn)真觀察上述質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)史。

[師]你知道是什么原因?qū)е虏x耳未能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律？并說說你得到了什么啟示？

[生]波義耳在敞口容器中實(shí)驗(yàn)，沒有稱量參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量……

[師]大家說的非常好，拉瓦錫能發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律，歸功于他是在密閉裝置中探究化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系。

[生]通過分析兩位化學(xué)家探究質(zhì)量守恒定律的化學(xué)史實(shí)，形成證據(jù)推理需要嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度的共識。

[師]那么，如果讓你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證明質(zhì)量守恒定律，你覺得需要注意什么？

[生]如果有氣體參加或生成的反應(yīng)，就應(yīng)該在密閉容器中進(jìn)行。

設(shè)計(jì)意圖：利用兩位化學(xué)家探究質(zhì)量守恒定律的真實(shí)化學(xué)史料，讓學(xué)生得到啟示：驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)時(shí)，如有氣體參加或生成，應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行;科學(xué)研究既要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，還要有科學(xué)的方法，從而培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)精神與社會責(zé)任”等初中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.自主選擇實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究

滬教版九年級化學(xué)上冊第四章第2節(jié)“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”課題中提供兩個實(shí)驗(yàn)：[實(shí)驗(yàn)1]硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液反應(yīng)和[實(shí)驗(yàn)2]石灰石與稀鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測定。筆者在上課時(shí)提供了以下四套實(shí)驗(yàn)裝置供學(xué)生自主選擇，以四人為合作小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。（注：原則上是自主選擇，但教師可進(jìn)行宏觀調(diào)控，以保證至少有兩個合作小組選擇同一套裝置，以便于后續(xù)教學(xué)。）

[師]布置學(xué)生根據(jù)所提供的裝置與藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究（友情提醒：圖2用來做硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液反應(yīng)前后質(zhì)量的測定實(shí)驗(yàn)，其中錐形瓶中加入適量硫酸銅溶液，膠頭滴管中吸取氫氧化鈉溶液，圖3、4、5用來做石灰石與稀鹽酸反應(yīng)前后質(zhì)量的測定實(shí)驗(yàn)，其中圖3中錐形瓶內(nèi)加入少量石灰石，注射器中吸入稀鹽酸，圖4中錐形瓶內(nèi)加入少量石灰石，小試管中加入稀鹽酸，圖5中軟塑料瓶內(nèi)加入少量石灰石，小試管中加入稀鹽酸）;適時(shí)指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

[生]動手實(shí)驗(yàn)、認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)……

[師]接下來我們進(jìn)入成果展示環(huán)節(jié)，請每個小組派一位組員進(jìn)行匯報(bào)成果。

[生]積極匯報(bào)：大部分小組得到化學(xué)變化前后質(zhì)量守恒，選擇圖4的個別小組，實(shí)驗(yàn)中注射器出現(xiàn)沖塞現(xiàn)象，選擇圖4的小組實(shí)驗(yàn)后裝置與藥品的總質(zhì)量“變輕”了……

[師]那么，為什么選擇圖3的個別小組實(shí)驗(yàn)中注射器出現(xiàn)沖塞現(xiàn)象以及選擇圖4的小組實(shí)驗(yàn)后裝置與藥品的總質(zhì)量“變輕”了呢？有誰能告訴我答案嗎？

[生]出現(xiàn)沖塞現(xiàn)象是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)中藥品量取多了，產(chǎn)生的氣體過多，造成瓶內(nèi)壓強(qiáng)過大而造成沖塞;可選擇圖4的小組實(shí)驗(yàn)后裝置與藥品的總質(zhì)量“變輕”的原因?qū)W生不知道。

[師]同學(xué)們還記得剛才我做了用氫氣吹肥皂泡的實(shí)驗(yàn)嗎？而圖4中使用了氣球，你想想其中有聯(lián)系嗎？好了，現(xiàn)在你能解釋了嗎？

[生]恍然大悟，異口同聲回答是因?yàn)闅馇蛑谐溆袣怏w后在空氣中會受到浮力作用……

設(shè)計(jì)意圖：通過學(xué)生自主選擇不同的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行科學(xué)探究，小組討論交流為何有些裝置的設(shè)計(jì)不能得出正確的結(jié)論，從而使學(xué)生在“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”方面的核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

3.分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，得出結(jié)論

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”旨在引導(dǎo)學(xué)生利用模型來解釋化學(xué)現(xiàn)象、解釋化學(xué)本質(zhì)與規(guī)律[2]。因此，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用“思維框架圖”對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行逐步分析推理。

[師]根據(jù)我們剛才的分析，如果我們采取適當(dāng)?shù)拿荛]體系、合適的儀器設(shè)備來進(jìn)行探究的話，那么，在反應(yīng)前后，反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量是如何變化的呢？

[生]反應(yīng)前后，反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量相等。

[師]那么，你知道原因是什么呢？

[生]反應(yīng)前后天平示數(shù)沒有改變。

[師]同學(xué)們只看到了這些實(shí)驗(yàn)的表面現(xiàn)象，并沒有看清化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)。接下來，我們以硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液這個化學(xué)反應(yīng)為例，分析整個密閉裝置內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量，思維框架見圖6。（教師邊引導(dǎo)邊啟發(fā)，學(xué)生逐步分析。）

[生]根據(jù)上圖分析很容易就可以得出參加反應(yīng)的硫酸銅與氫氧化鈉的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的氫氧化銅與硫酸鈉的質(zhì)量總和，也就不難得出了質(zhì)量守恒定律內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：利用分析密閉裝置內(nèi)反應(yīng)前后各物質(zhì)總質(zhì)量的思維框架圖，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)表面的現(xiàn)象進(jìn)行化學(xué)變化本質(zhì)的深入分析，重點(diǎn)對“參加反應(yīng)”內(nèi)涵的理解，引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論，從而使學(xué)生在“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這方面的學(xué)科核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

4.定性定量與宏觀微觀相結(jié)合

為了培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的“三重表征”思維與能力，筆者仍以氫氣吹肥皂泡并用電蚊拍拍打，使其燃燒為情景線，引出以氫氣燃燒為例來分析質(zhì)量守恒定律的微觀原因，從而培養(yǎng)學(xué)生從微觀角度分析宏觀現(xiàn)象，還能培養(yǎng)學(xué)生利用守恒思想來解決化學(xué)實(shí)際問題，最終使學(xué)生在“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”這方面的核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

[師]分析氫氣燃燒這個化學(xué)變化過程的微觀模擬圖（圖7），你能說出物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的微觀本質(zhì)嗎？

[生]化學(xué)變化的微觀本質(zhì)是反應(yīng)物的原子重新組合成新物質(zhì)的過程。在氫氣燃燒反應(yīng)中原子的種類、數(shù)目和質(zhì)量都沒有改變。

[師]接下來，同學(xué)們來計(jì)算一下以上反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的相對質(zhì)量。

[生]反應(yīng)前為：2x1x2+2*16=36，反應(yīng)后為：2x（2+16）=36，故質(zhì)量相等。

[師]那么，現(xiàn)在你們知道任何化學(xué)變化都遵守質(zhì)量守恒定律的微觀原因了嗎？

[生]在化學(xué)變化中，反應(yīng)前后原子種類和數(shù)目不變、原子的質(zhì)量不變。

[師]好，今天我們循著科學(xué)家的腳步一起探究了化學(xué)變化中的一個非常重要的定律：質(zhì)量守恒定律，利用這個定律可以幫助我們解釋一些生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)事實(shí)、推測一些物質(zhì)的組成和化學(xué)變化中的定量計(jì)算等等，接下來，我們進(jìn)入分享收獲環(huán)節(jié)，請你從知識層面上、學(xué)習(xí)方法方面、學(xué)科思想角度等交流一下你本節(jié)課的收獲。

[生]從知識層面上……從學(xué)習(xí)方法方面……從學(xué)科思想角度……

設(shè)計(jì)意圖：通過宏微結(jié)合分析氫氣燃燒這個化學(xué)反應(yīng)，讓學(xué)生掌握化學(xué)變化遵守質(zhì)量守恒定律的微觀原因，從而有利于學(xué)生對質(zhì)量守恒定律等化學(xué)基本觀念與一般理論模型的構(gòu)建。為解釋一些生活現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)事實(shí)、推測一些物質(zhì)的組成和化學(xué)變化中的定量計(jì)算奠定了一定的基礎(chǔ)，使學(xué)生在“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與守恒思想”方面的核心素養(yǎng)得到了培養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

質(zhì)量守恒定律是初三化學(xué)中非常重要的一個定律，它是學(xué)生對化學(xué)變化從定性到定量認(rèn)識的開始，我們教師可以從中挖掘很多素材來培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。這就要求我們教師對教學(xué)內(nèi)容要進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，組織有效的學(xué)習(xí)活動，既要培養(yǎng)學(xué)生定性與定量相結(jié)合分析化學(xué)變化的現(xiàn)象，又要培養(yǎng)學(xué)生宏觀與微觀相結(jié)合分析化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)，從而形成“化學(xué)變化過程中元素守恒”的觀念。

參考文獻(xiàn)

[1]周業(yè)虹.基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)案例分析[J].化學(xué)教學(xué)，2016（8）：36-39

[2]吳星.對高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）：3-7