基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科能力的教學(xué)實(shí)踐探索
——以“質(zhì)量守恒定律”專(zhuān)題復(fù)習(xí)教學(xué)為例

■周曉蕓

基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)及特殊要求，將化學(xué)學(xué)科能力要素確定為實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒎?hào)表征能力、模型思維能力、定量化能力。作為有著啟蒙性和基礎(chǔ)性的初中化學(xué)，教師在平時(shí)的教學(xué)中也要著力發(fā)展學(xué)生的這些能力。然而，從化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀看，特別是中考化學(xué)復(fù)習(xí)的教學(xué)，“知識(shí)的簡(jiǎn)單羅列加試題的操練講評(píng)”仍然是許多教師授課時(shí)的主要模式，“被動(dòng)記憶和機(jī)械訓(xùn)練”仍然是不少學(xué)生復(fù)習(xí)的主要方式。筆者于2019 年5 月在江蘇省教學(xué)新時(shí)空“名師課堂”中進(jìn)行“質(zhì)量守恒定律”專(zhuān)題復(fù)習(xí)課的展播，以下是對(duì)這節(jié)課的回顧與思考。

一、教學(xué)目標(biāo)

1.教學(xué)內(nèi)容。

質(zhì)量守恒定律是自然科學(xué)最基本的定律之一，與能量守恒和轉(zhuǎn)化定律具有同等的重要性。質(zhì)量守恒定律在《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中的“物質(zhì)的化學(xué)變化”一級(jí)主題中呈現(xiàn)。從課程標(biāo)準(zhǔn)看，本節(jié)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)提出的要求是：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；能正確書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；能根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算；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。

其中，“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”主要是對(duì)質(zhì)量守恒定律這一概念本體的學(xué)習(xí)和理解，主要包括兩個(gè)方面：一是基于史實(shí)分析與實(shí)驗(yàn)探究的概念建立，二是基于化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)對(duì)質(zhì)量守恒定律的微觀解釋?！澳苷_書(shū)寫(xiě)簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式，能根據(jù)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算”主要是關(guān)于質(zhì)量守恒定律的具體應(yīng)用。“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”強(qiáng)調(diào)的是對(duì)質(zhì)量守恒定律研究的一種價(jià)值認(rèn)同，關(guān)注的是學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)有的態(tài)度與情感。

通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生從宏觀到微觀、從定性到定量等層面深入思考，全面再認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性以及應(yīng)用于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際意義，進(jìn)一步建立“變化觀”和“元素觀”，同時(shí)邏輯思維能力、信息加工處理能力和問(wèn)題解決能力都得到提高。

2.目標(biāo)定位。

（1）通過(guò)重現(xiàn)科學(xué)家對(duì)質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體會(huì)質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)建立在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶剿鬟^(guò)程。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)回顧，深化對(duì)質(zhì)量守恒定律內(nèi)涵的認(rèn)識(shí)，歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒定律的方法，進(jìn)一步體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程。

（3）通過(guò)微觀探析，從化學(xué)反應(yīng)的微觀層面解釋質(zhì)量守恒定律，并建立“宏觀—微觀—符號(hào)”的思維方式，形成“變化觀”和“元素觀”。

（4）通過(guò)質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，提高用定量方法分析和解決問(wèn)題的意識(shí)和能力，體會(huì)定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義。

（5）通過(guò)對(duì)質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展的再認(rèn)識(shí)，形成質(zhì)量守恒定律作為科學(xué)定律是不斷發(fā)展的觀念，養(yǎng)成用發(fā)展的眼光看問(wèn)題的習(xí)慣。

3.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)。

重點(diǎn)：質(zhì)量守恒定律的含義及實(shí)質(zhì)再探究；質(zhì)量守恒定律在化學(xué)學(xué)科和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。

難點(diǎn)：認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要作用。

二、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：溫故知新，明確復(fù)習(xí)內(nèi)容。

【圖片】鎂條燃燒，鐵絲燃燒。

【設(shè)問(wèn)】學(xué)生說(shuō)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并用化學(xué)方程式表達(dá)。

設(shè)計(jì)意圖：教師選擇鎂條和鐵絲燃燒這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。一是因?yàn)檫@兩個(gè)實(shí)驗(yàn)是教材中第二章所學(xué)，相隔時(shí)間有點(diǎn)長(zhǎng)，現(xiàn)在回憶正好起到復(fù)習(xí)鞏固的效果；二是因?yàn)樵诔踔谢瘜W(xué)的實(shí)驗(yàn)中，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是比較明顯的，在學(xué)生的頭腦中留下過(guò)深刻的印象，更容易引起學(xué)生的共鳴。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的符號(hào)表達(dá)，學(xué)生在書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式的過(guò)程中，更深刻地感受到化學(xué)方程式是建立在客觀事實(shí)基礎(chǔ)上的，同時(shí)遵守質(zhì)量守恒定律，從而明確今天的復(fù)習(xí)主題。

環(huán)節(jié)二：歷史再現(xiàn)，重現(xiàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

【圖片文字】回顧波義爾和拉瓦錫的研究。

【學(xué)生閱讀】羅蒙諾索夫的研究。

【設(shè)問(wèn)1】通過(guò)3 段文字信息，討論交流3 位科學(xué)家的研究有哪些相同之處和不同之處。

設(shè)計(jì)意圖：教材中介紹波義爾和拉瓦錫對(duì)質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)史。在本節(jié)課中，增加了羅蒙諾索夫?qū)|(zhì)量守恒定律的研究。通過(guò)重現(xiàn)多位科學(xué)家對(duì)質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，學(xué)生意識(shí)到質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了漫長(zhǎng)又曲折的過(guò)程，是科學(xué)家在對(duì)參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量進(jìn)行定量研究的過(guò)程中總結(jié)出來(lái)的。這一定律的發(fā)現(xiàn)是建立在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的、非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶剿鬟^(guò)程。此環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生樂(lè)于探索、善于質(zhì)疑、精益求精的科學(xué)精神。

【設(shè)問(wèn)2】為什么波義爾的結(jié)論是裝置中物質(zhì)的總質(zhì)量是增加的？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)波義爾實(shí)驗(yàn)，學(xué)生得到啟示，用實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒定律時(shí)，對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)應(yīng)選擇密閉的裝置。由此可見(jiàn)，科學(xué)家對(duì)化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系的發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了從模糊到清晰并臻于嚴(yán)密的過(guò)程。

環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)回顧，總結(jié)提升。

【設(shè)問(wèn)1】回顧新授課所做實(shí)驗(yàn)，說(shuō)出實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中經(jīng)歷了哪些主要操作步驟。

【設(shè)問(wèn)2】通過(guò)裝置和圖片，討論交流3 個(gè)實(shí)驗(yàn)的相同之處和不同之處。

【實(shí)驗(yàn)探究】氣球作為緩沖裝置，能否影響最終稱(chēng)量結(jié)果呢？

【交流討論】用實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒定律時(shí)，應(yīng)該考慮哪些因素？

設(shè)計(jì)意圖：質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，為從定量角度研究化學(xué)變化提供了基本依據(jù)。所以在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，用稱(chēng)量?jī)x器稱(chēng)量的操作至關(guān)重要，而稱(chēng)量的是裝置和藥品的總質(zhì)量，那么兩次稱(chēng)量的結(jié)果是什么？如何從稱(chēng)量相等得到反應(yīng)中各物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系呢？這一系列問(wèn)題的提出，學(xué)生由表及里思考，便更加清楚地認(rèn)識(shí)了質(zhì)量守恒的含義和實(shí)質(zhì)。通過(guò)對(duì)比3 個(gè)實(shí)驗(yàn)的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，學(xué)生總結(jié)出用實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒定律時(shí)所要考慮的因素，提高了分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，同時(shí)發(fā)展了基于證據(jù)推理的學(xué)科思維能力。

環(huán)節(jié)四：宏微結(jié)合，整合認(rèn)識(shí)。

【學(xué)生活動(dòng)】畫(huà)出氫氣在氧氣中燃燒反應(yīng)前和反應(yīng)后的微觀示意圖。

【設(shè)問(wèn)1】通過(guò)微觀示意圖，解釋質(zhì)量守恒定律。

【設(shè)問(wèn)2】通過(guò)微觀示意圖，你能獲得哪些信息？

【設(shè)問(wèn)3】從定量角度，你對(duì)于這個(gè)反應(yīng)又能獲得什么信息？

設(shè)計(jì)意圖：畫(huà)出微觀示意圖，讓學(xué)生在動(dòng)腦、動(dòng)手的過(guò)程中，更直觀地感受到化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是原子重新組合形成新的分子的過(guò)程。接著通過(guò)一連串問(wèn)題的提出，學(xué)生在分析和解決問(wèn)題的過(guò)程中，逐步建立“宏觀—微觀—符號(hào)”的思維方式。

不僅如此，教師在設(shè)置問(wèn)題時(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生從定性分析到定量研究，從而解決問(wèn)題。在對(duì)氫氣燃燒進(jìn)行定量分析時(shí)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到對(duì)于一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，不僅可以得到參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)質(zhì)量總和這個(gè)結(jié)論，還能得到反應(yīng)中各微粒數(shù)之比是固定的，各物質(zhì)質(zhì)量比也是固定的，這正是化學(xué)方程式進(jìn)行定量計(jì)算的依據(jù)。

環(huán)節(jié)五：定律應(yīng)用，能力提升。

應(yīng)用一：

【學(xué)生活動(dòng)1】回顧氫氣在空氣中燃燒的現(xiàn)象。

【設(shè)問(wèn)1】此實(shí)驗(yàn)?zāi)茏C明水的組成嗎？

【學(xué)生活動(dòng)2】回顧電解水實(shí)驗(yàn)。

【設(shè)問(wèn)2】此實(shí)驗(yàn)證明水的組成的依據(jù)是什么？

設(shè)計(jì)意圖：氫氣燃燒生成水以及電解水兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都能證明水的組成。學(xué)生利用化學(xué)變化過(guò)程中，元素的種類(lèi)不變來(lái)進(jìn)行分析總結(jié)，初步建立了“元素守恒”思想。

【練習(xí)】有3.2g 某純凈物x在氧氣中完全燃燒，生成二氧化碳和水的質(zhì)量分別為8.8g 和7.2g，請(qǐng)問(wèn)物質(zhì)x中含有哪些元素？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)定性的方法證明水的組成。而在實(shí)際生活中，通常還需要通過(guò)定量計(jì)算來(lái)確定元素的組成。從定性到定量，也是認(rèn)識(shí)物質(zhì)的一般過(guò)程。此設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)學(xué)生多角度看問(wèn)題，多方位思考問(wèn)題。

應(yīng)用二：

【學(xué)生活動(dòng)】回顧物質(zhì)的制備。

【設(shè)問(wèn)】制備這些物質(zhì)的藥品和原料的選擇。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)問(wèn)題的提出，既回顧了所學(xué)知識(shí)，將實(shí)驗(yàn)室制備的物質(zhì)以及工業(yè)制備物質(zhì)進(jìn)行羅列整理，也培養(yǎng)學(xué)生利用質(zhì)量守恒定律對(duì)這些物質(zhì)所具有的特點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)的意識(shí)，從而指導(dǎo)我們?cè)谶M(jìn)行物質(zhì)的制備時(shí)合理選擇藥品和原料。通過(guò)化學(xué)知識(shí)的探究學(xué)習(xí)，學(xué)生在今后面臨真實(shí)情境時(shí)，就會(huì)具備解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

應(yīng)用三：

【學(xué)生活動(dòng)】產(chǎn)物的推斷。

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)是創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)，但這種創(chuàng)造并不是點(diǎn)石成金的，而是需要符合質(zhì)量守恒定律。通過(guò)此題產(chǎn)物的推斷，學(xué)生提高了從微觀視角利用質(zhì)量守恒的本質(zhì)來(lái)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

應(yīng)用四：

【學(xué)生活動(dòng)】化學(xué)方程式的計(jì)算。

設(shè)計(jì)意圖：隨著社會(huì)的發(fā)展，汽車(chē)成為人們出行的主要交通工具。汽車(chē)排放的尾氣會(huì)造成環(huán)境污染。在汽車(chē)尾氣處理系統(tǒng)中安裝催化轉(zhuǎn)化器，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以減少汽車(chē)尾氣的污染。學(xué)生通過(guò)化學(xué)方程式的計(jì)算認(rèn)識(shí)到化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的重要作用，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。質(zhì)量守恒定律單元知識(shí)內(nèi)容最核心的功能是引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)使用化學(xué)方程式解決實(shí)際問(wèn)題，并在過(guò)程中體會(huì)定量分析的應(yīng)用價(jià)值，主動(dòng)認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)、生活及生產(chǎn)的重要意義。

三、教后反思

如果說(shuō)平時(shí)的教學(xué)像“栽活一棵樹(shù)”，那么復(fù)習(xí)就似“育好一片林”。本節(jié)課是質(zhì)量守恒定律的專(zhuān)題復(fù)習(xí)，筆者將復(fù)習(xí)過(guò)程變成問(wèn)題解決過(guò)程。本節(jié)課以學(xué)科觀念的建構(gòu)和學(xué)科能力提升為最終目標(biāo)，突出宏觀、微觀和符號(hào)的三重表征的思維方式。通過(guò)對(duì)質(zhì)量守恒定律的含義、實(shí)質(zhì)的再探究，以及質(zhì)量守恒定律在化學(xué)科學(xué)和生產(chǎn)生活中的應(yīng)用的整合再認(rèn)識(shí)，學(xué)生體會(huì)到定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)、生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要意義，提高了用定量方法分析和解決問(wèn)題的意識(shí)和能力。學(xué)生只有將知識(shí)的學(xué)習(xí)上升為觀念、思想方法的學(xué)習(xí)，綜合分析知識(shí)的能力、應(yīng)用知識(shí)的能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力才都能得到提高。