基于深度教學的化學核心觀念建構

李秋香

摘 要：以“水的組成”一課為例，通過改進電解水實驗將氫氣的驗純與燃燒、水的電解、水的合成和分解的微觀分析等活動，闡述在深度教學過程中如何建構化學核心觀念。

關鍵詞：深度教學;化學核心觀念;水的組成

所謂深度教學，是指教師借助一定的活動情境帶領學生超越表層的知識符號學習，進入知識內在的邏輯形式和意義領域，挖掘知識內涵的豐富價值，實現(xiàn)知識教學促進學生全面發(fā)展的多元價值。[1]深度教學引領價值觀塑造、設置真實情境、圍繞高質量問題、加強學科整合、鍛煉高階思維、側重體驗、探究，最終直指學生核心素養(yǎng)的提升。設計系列活動讓學生與知識深度相遇，使知識與意義、邏輯的深度融合。筆者選擇“水的組成”為例來分析說明。

一、備課綜述

（一）教材及學情分析

本課題是人教版《化學（九年級上冊）》第4單元課題3“水的組成”第1課時內容，包括氫氣的驗純與燃燒、電解水實驗、水分解的微觀分析等3部分內容。“水的組成”蘊含著豐富的知識價值和方法論價值。主要體現(xiàn)在可以幫助學生初步形成基本的化學核心觀念。

學生在第二單元“我們周圍的空氣”已經(jīng)學過氧氣的性質。在第三單元已經(jīng)學過物質構成的奧秘，對分子、原子和元素等概念有了一定的了解，對“化學變化中元素種類不變”有了初步的認識，但對“物質”、“元素”、“宏觀”與“微觀”概念的理解還不到位。[2]在第四單元已經(jīng)學習了水的存在、用途、物理性質及凈化等知識，因此本節(jié)課可以直接切入探究水的組成。筆者將原子模型及磁貼模型用于水的組成微觀分析，改進電解水實驗讓學生在深度教學中自主建構化學核心觀念。

（二）教學目標分析

1.學生用原子模型模擬水變水蒸氣，感知水由水分子構成（微觀），初步建立微粒觀;回憶拉瓦錫測定氧氣占空氣含量的實驗，學生猜測紅色粉末組成，得出化學反應前后元素種類不變，初步建立元素觀、守恒觀并形成研究物質組成的思路。

2.帶著問題閱讀書本81頁資料卡片第一段，猜測水的組成。同時感受拉瓦錫質疑、實事求是、獻身科學的精神;從水分解的角度猜測產生的氣體，并設計實驗方案檢驗，后演示改進的電解水實驗驗證，依據(jù)證據(jù)得出結論，初步建立轉化觀、實驗觀。

二、教學過程

【環(huán)節(jié)一：魔術激趣，導入新課】用水隱身和水變雪花兩個魔術引出水的三態(tài)變化。模型模擬得出水由水分子構成，引出課題“水的組成”。

【學生活動】抓住學生注意力。學生用原子模型模擬水隱身的微觀過程。評價交流在學案第二題總結：物質三態(tài)的變化只是分子間間隔在變，分子種類不變。

【設計意圖】魔術激趣引入新課，原子模型模擬微觀過程，化抽象為具體，建立宏觀與微觀的橋梁。

【過渡】宏觀上水又是由什么元素組成的呢？18世紀末以前都認為水是一種元素，直至“化學中的牛頓”拉瓦錫發(fā)現(xiàn)水不是一種元素組成的。拉瓦錫喜愛閱讀化學史，愛思考，善質疑，同時會提出很多猜想，又通過無數(shù)的實驗去證明猜想，他是一位實事求是、獻身于科學的偉大化學家。

【學生活動】學生被拉瓦錫的科學精神感染，動容，甚至有同學留下了淚水。

【設計意圖】學生受到科學家的影響，養(yǎng)成讀化學史，愛思考，會質疑，提出猜想，用實驗驗證的科學研究思路。

【環(huán)節(jié)二：回憶拉瓦錫測定空氣中氧氣含量】展示拉瓦錫測定空氣中氧氣含量圖片（PPT），以上屬于什么基本反應類型，請推斷紅色粉末含有什么元素？你的依據(jù)是？

【學生活動】交流并填寫學案三：汞在氧氣中加熱化合生成紅色粉末，紅色粉末加熱分解生成汞和氧氣，推斷紅色粉末中含汞元素和氧元素，依據(jù)是化學反應前后元素種類不變。

【設計意圖】學生自主建構物質組成研究模型：從化合和分解的角度，依據(jù)是化學反應前后元素種類不變。

【環(huán)節(jié)三：閱讀資料卡片：探究水的合成】拉瓦錫也是用以上方法來研究水的組成。請大家?guī)е鴨栴}（PPT）閱讀書本81頁資料卡片第一段：

1.化學反應的文字表達式是什么？該反應體現(xiàn)了氫氣和氧氣的什么化學性質？

2.卡文迪許為什么還要用純氧與氫氣反應？目的是什么？

【學生活動】交流分析得出，氫氣和氧氣生成水，研究物質性質時要進行對比和排除干擾。猜想水由氫元素和氧元素組成。

【設計意圖】這是培養(yǎng)學生從閱讀中提取信息的能力。從化合的角度來推測水的組成，也是物質組成研究模型的應用。

[過渡]拉瓦錫跟你們一樣也猜想水是由氫元素和氧元素組成的，為了確認猜想是否正確，拉瓦錫還會從分解角度研究水。拉瓦錫用通常的加熱方法沒能分解水，但他創(chuàng)造性地讓水蒸氣通過發(fā)紅的槍管，最后得到四氧化三鐵和氫氣，從而確認水由氫元素和氧元素組成。但后人會沿用他的研究物質組成的方法繼續(xù)尋找水分解的條件，直到伏特發(fā)明電池，尼克爾森首次電解水，發(fā)現(xiàn)兩個電極附近都有氣泡生成，并用排水法收集、檢驗氣體。兩種氣泡你們猜想是什么？請設計實驗方案來驗證。

【學生活動】交流已經(jīng)學過的分解反應條件，得出電解水的條件以及現(xiàn)在研究的重大課題：用太陽能及催化劑來分解水。只要大家努力學習科學文化知識，如果能找到分解水的高效催化劑，你就會是科學發(fā)展史上的巨人。

【設計意圖】深化物質組成研究模型的應用，通過化學史的介紹讓學生明確科學研究思路：1.提出問題;2.猜想與假設;3.制定計劃和設計實驗;4.進行實驗與收集證據(jù);5.分析與論證;6.評估;7.交流與合作。

【環(huán)節(jié)四：改進電解水實驗確認水的組成】交流評價檢驗方案，后改進電解水實驗演示氫氣和氧氣的檢驗。從而確認水是由氫元素和氧元素組成。

【學生活動】完成學案第四題第二個表格：設計實驗方案來驗證氫氣和氧氣。交流評價檢驗氫氣和氧氣的方案。實驗現(xiàn)象明顯，安全有趣，學生學習熱情高漲，喜歡實驗，也懂得了猜想后要用實驗去驗證的科學研究方法。

【設計意圖】通過改進實驗讓學生直觀看到現(xiàn)象做出結論，也讓學生感受到化學以實驗為基礎的實驗觀。

【環(huán)節(jié)五：改進氫氣和氧氣的爆鳴實驗】水是如何產生氫氣和氧氣的？展示改進的電解水裝置說明優(yōu)點，通過希沃授課助手手機直播上傳電解水過程到黑板電腦。點燃氫氣泡泡比較安靜，因為氫氣較純凈，如果把氫氣和氧氣混合點燃呢？展示點火槍及收集氫氣和氧氣混合氣體裝置。演示氫氣和氧氣的爆炸射擊實驗。后展示氫氣爆炸的圖片及作火箭燃料的圖片。

【學生活動】學生觀看實驗，描述現(xiàn)象，完成學案第四題表格1。學生聽到尖銳的爆鳴聲，棉花糖像子彈一樣的飛出去，既震撼又覺得好玩，躍躍欲試，回味無窮。

【設計意圖】培養(yǎng)學生觀察與描述實驗現(xiàn)象的能力。對于危險品的使用要培養(yǎng)學生的安全觀：運用科學知識，多次實驗，趨利避害，為我所用，使生活更美好。

【總結】可燃性氣體：點燃前一定要驗純。諧音口訣：父親正養(yǎng)兒畢業(yè)（負氫正氧2：1）

【資料】實驗證明同溫同壓時，不同氣體分子之間的距離相等，所以不同氣體的分子個數(shù)比等于體積比。

【環(huán)節(jié)六：模型模擬水的合成和分解微觀過程】用手機希沃授課系統(tǒng)拍照學生用原子模型模擬水的合成及分解微觀過程并上傳到黑板電腦。

【學生活動】水分子分解產生的氫氣分子與氧氣分子個數(shù)比為2：1。學生搭建模型，交流與評價，總結并完成學案第五題。

【設計意圖】從宏-微-符三重表征來理解一個化學反應，初步建立微粒觀、元素觀、守恒觀。

【應用】水能驅動汽車嗎？實現(xiàn)的思路是如何的呢？

【學生活動】學生分析、討論原理及可能遇到的困難，為未來的研究提供方向。

【設計意圖】讓學生感覺到知識是有用的，只要努力學習科學文化知識就可以使生活更美好。

【表達與交流】這堂課你學到了什么？有哪些體會？

【學生活動】水是由水分子構成，由氫元素和氧元素組成，感受拉瓦錫質疑、實事求是、獻身科學的精神┄┄

【設計意圖】培養(yǎng)學生總結歸納、表達交流、反思的能力。

【拓展】

1.通常情況下，ρ（O2）=1.429g/L，ρ（H2）=0.090g/L;

2.科學家已經(jīng)探明氫分子和氧分子都是雙原子分子，在同溫同壓條件下，等體積的不同氣體含有相同數(shù)目的分子。

3.推理：通過上述實驗現(xiàn)象，能否推理出水中氫、氧元素的質量比？以及水分子中氫、氧原子個數(shù)比？

【學生活動】學生課后可以繼續(xù)研究和分析。

【設計意圖】從定性與定量兩個方面來思考水的組成。

三、教學反思

本課題以發(fā)展學生的化學核心觀念為中心，“以問促思”、“以思生疑”、“以疑促學”激發(fā)出學生的思維，活躍了課堂氣氛。在體現(xiàn)以生為主的各項活動中，傳授了知識和方法，融洽了師生感情，建構了化學核心觀念。課堂條理清晰，脈絡分明，與第二單元及第五單元相關內容自然銜接，注重了整體教學效果。課堂中“改進電解水裝置發(fā)揮了極大作用”，所有實驗通過該裝置完成，安全，趣味性高，耗時短，廢物再利用，現(xiàn)象明顯，小巧便利。從而保證了學生思考、討論、交流的時間比較多。希沃授課助手的使用，放大了視覺空間，提高了教學的震撼力，增強教與學的交互性和趣味性！增強學習的自主性和探究性。通過學生的自主學習-協(xié)作學習-交流學習，達到了預期的教學目標。將原子模型用于水組成的微觀分析，模型教學將微粒的多重表征等抽象難懂的知識變得形象直觀，讓學生更深層次地體會到化學反應中原子和元素的守恒，學會從宏觀和微觀層面來分析化學變化本質，引導學生從表層學習進入深度學習，幫助學生掌握知識的生成過程，從而突破重難點。為學生理解化學變化的實質打下了良好的基礎，為學生后續(xù)將要學習的質量守恒定律掃清了理解障礙。

參考文獻

[1]孟擁軍.深度教學理念下的高中物理概念教學策略研究[J].中學物理教學參考，2017，46（19）：5-8.

[2]朱少祥.初中化學“水的組成”教學文獻綜述[J].中學化學教學參考，2014（21）：68-71.

廣東省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“基于高中生核心素養(yǎng)提升的深度教學與課堂評價研究”（課題編號：2019ZQJK002）