創(chuàng)真實情境促深度學習

王兆怡

摘要：化學計算是初中生的必備能力，筆者通過趣味實驗創(chuàng)設真實的問題情境，精心設計多樣的、互動性的課堂活動，幫助學生在問題解決的過程中發(fā)展化學計算能力，感受定量計算對化學研究的積極作用，促進化學基本觀念的形成。

關鍵詞：真實情境;化學方程式計算;化學教學;教學設計

文章編號：1008-0546（2022）02x-0058-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.016

依據(jù)化學方程式的計算是初中學生必備的化學基本能力，是滬教版初中化學教材的重點和難點，也是導致學生兩級分化的原因之一。根據(jù)有關調(diào)查，為應對中考的壓力，在傳統(tǒng)的教學中，教師通常將化學計算作為一種數(shù)學運算工具，多注重在計算方法的講授和應試技巧的操練等方面下功夫，最常見的教學模式是：例題板演——模仿練習——糾錯訂正——習題再練。經(jīng)驗證明多數(shù)學生通過這種方式也能掌握計算方法，但是他們不理解化學計算的依據(jù)和原理、意義和價值，由此導致學生對化學計算課缺乏興趣，課堂效率不高[1]。

因此，筆者在本節(jié)課中精心設計了多樣的、互動性的課堂活動，幫助學生建立“宏觀-微觀-符號”三重表征間的聯(lián)系，有效增進對化學計算的依據(jù)和原理的理解，掌握化學方程式計算的技能;通過創(chuàng)設解決真實問題的教學情境，引導學生體驗和感受化學計算在科研和生產(chǎn)中的應用意義，促進化學基本觀念的形成，發(fā)展化學學科素養(yǎng)。

一、教材分析

本課題在課程標準中所對應的學習要求為：能根據(jù)化學方程式進行簡單的計算，認識定量研究對于化學科學發(fā)展的重大作用[2]。在之前的教學中學生已接觸了化學計算的部分內(nèi)容：依據(jù)化學式的簡單計算、質(zhì)量守恒定律的概念和內(nèi)涵，本課的學習將帶領學生進一步從定量的角度認識化學變化，豐富定量研究的學科內(nèi)涵。滬教版九年級化學教材中，將本課內(nèi)容分為3個部分：（1）認識化學方程式的含義，（2）解答有關化學方程式的簡單計算，（3）某些特定情況下，依據(jù)化學式或化學方程式計算有關物質(zhì)的質(zhì)量[3]。這三個部分的內(nèi)涵邏輯關系是層層遞進的，因此教學中首先要培養(yǎng)學生從宏觀視角逐步進入到微觀本質(zhì)上去認識化學反應中物質(zhì)間的質(zhì)量關系，對于學生難以理解的概念，教師可通過創(chuàng)設真實而有意義的學習情境，利用比喻、模型等手段去說明，增強知識的直觀性;同時利用化學計算解決問題的重要前提是能準確理解化學語言、概念和原理，善于挖掘題目關鍵信息，在教學中應給予學生充分讀題的時間，對于難點內(nèi)容鼓勵學生進行小組交流討論，多角度、多側面地思考問題，充分調(diào)動學生的潛在能力，從而深化理解、提升解題能力。

二、設計思路

本節(jié)課的情境線、活動線、知識線的設計如圖1所示。

三、課堂實錄

環(huán)節(jié)1：趣味實驗

實驗名稱：會唱歌的肥皂泡實驗儀器及藥品：燒杯、酒精燈、利用注射器（60mL）和三通閥自制的氣體發(fā)生裝置（該裝置可控制反應的開始和結束，如圖2）、鋅粒、稀鹽酸、肥皂水、木條。

實驗步驟：

（1）注射器1中放入適量鋅粒，注射器2中加入適量稀鹽酸，調(diào)節(jié)三通閥，使兩個注射器連通，利用活塞將稀鹽酸推入注射器1中?？捎^察到：注射器1中產(chǎn)生大量氣泡，且注射器1的活塞向外移動。

（2）當注射器1內(nèi)的活塞退至50mL時立即按住活塞。可觀察到：注射器1內(nèi)的液體回流到注射器2內(nèi)，固液分離，反應停止。

（3）調(diào)節(jié)三通閥使注射器1與輸液管連通，將注射器內(nèi)的氣體推入燒杯內(nèi)的肥皂水中至約45mL，用一根燃著的小木條去點燃肥皂泡?？捎^察到：肥皂泡被點燃發(fā)出爆鳴聲，在燒杯口產(chǎn)生一團較大的火焰（如圖3）。

【提出問題】問題1：實驗中消耗了45mL氫氣（質(zhì)量約為0.004g），要將這些氫氣完全燃燒，所反應的氧氣質(zhì)量是多少？問題2：利用鋅和稀鹽酸的反應制備氫氣，如果要產(chǎn)生0.004g氫氣，至少需要鋅的質(zhì)量是多少？要解決這些問題，我們需要學習化學計算。

設計意圖：通過創(chuàng)新實驗創(chuàng)設問題情境，筆者使用的這種裝置不是教材中常見的裝置，學生有新鮮感，它帶來的生動直觀的現(xiàn)象很好地激發(fā)了學生的興趣，同時實驗中獲得的氫氣的體積數(shù)據(jù)為下面教學的開展提供了真實的計算情境。

環(huán)節(jié)2：探尋依據(jù)

【化學史資料】德國化學家里希特通過艱苦的鉆研，將數(shù)學引入了化學，創(chuàng)立了化學計量學。在他的名著《化學元素測量術》一書中，揭示了化學反應中的質(zhì)量關系：在化學反應中各物質(zhì)之間的質(zhì)量比是固定的。依據(jù)這一固定的質(zhì)量比，我們可以用一種物質(zhì)的質(zhì)量求出反應中其他任意物質(zhì)的質(zhì)量?；瘜W家們將質(zhì)量比關系蘊藏在了化學方程式中。

【提問】以氫氣燃燒的反應為例說明化學方程式能表示哪些含義？

【生】表示氫氣和氧氣在點燃的條件下生成水這個事實。

【追問】這是宏觀含義。在微觀上，方程式又表示了什么呢？

【學生分組活動】利用不同大小和顏色的磁釘拼出氫氣燃燒反應的微觀示意圖，結合示意圖思考：化學方程式的微觀含義？

學生搭建的微觀示意圖如圖4，通過組內(nèi)交流討論得出：在微觀上，化學方程式表明了反應中各物質(zhì)的微粒個數(shù)比關系。

【引導】你能算出氫氣、氧氣、水的相對分子質(zhì)量嗎？在我們搭建的微觀示意圖中，這些微粒的相對質(zhì)量可以怎么表示？在氫氣燃燒的反應中各物質(zhì)的質(zhì)量比可以怎么表示？

【學生歸納】化學方程式揭示了反應中各物質(zhì)的質(zhì)量比關系。

【提問】依據(jù)氫氣燃燒反應中的各物質(zhì)質(zhì)量比關系，你能完成下列計算嗎？（見圖5）

【追問】回到我們最初的問題，你能利用氫氣的質(zhì)量是0.004g，算出消耗氧氣的質(zhì)量嗎？

【生】消耗氧氣的質(zhì)量為0.032g。

設計意圖：以里希特的化學史作為過渡，讓學生通過化學史料獲得了化學計算的相關背景知識，從而自然進入化學方程式含義的學習。通過拼接氫氣燃燒反應的微觀示意圖的活動，引導學生利用磁釘形象來想象和感知微觀世界，幫助其理解分子的個數(shù)比和質(zhì)量比的計算。各物質(zhì)質(zhì)量比關系的練習中，數(shù)據(jù)設置上刻意降低了運算的難度，以化解學生內(nèi)心對化學計算的恐懼情緒。

環(huán)節(jié)3：問題解決

【提問】知道了解題思路，那我們該怎樣寫計算過程才規(guī)范呢？帶著這個問題，請同學們閱讀課本107頁的例題，并思考：1依據(jù)化學方程式的計算過程一般分為幾步？2你能模仿書本例題的步驟和格式，寫出問題1的解題過程嗎？

【學生活動】閱讀例題，歸納總結計算的一般步驟，嘗試解決問題1。根據(jù)老師板演的解題過程再對自己的答案進行修正完善。

【練習】同學們已經(jīng)順利找到了問題1的答案，很棒?，F(xiàn)在你們能解答問題2嗎：利用鋅和稀鹽酸的反應制備氫氣，如果要產(chǎn)生0.004g氫氣，至少需要鋅的質(zhì)量是多少？

【學生活動】完成計算過程。教師在班級內(nèi)巡視和輔導，選取有代表性的學生作答情況，利用手機授課助手投屏到一體機上，請學生對于這些作答的情況進行點評，歸納總結解題步驟及格式的注意事項。

設計意圖：通過學生自主閱讀、模仿例題、總結步驟和方法等活動，培養(yǎng)學生的分析歸納能力。利用多媒體投屏技術，可以高效快速的展示學生的練習情況，鼓勵學生對作答情況進行互評，進一步規(guī)范答題步驟，提升計算解題能力。

環(huán)節(jié)4：題型變化

【題型變化1：過量問題】取6.5g鋅與足量的含20g氯化氫的稀鹽酸充分反應，最多生成氫氣的質(zhì)量為多少？

【PPT展示】這樣的計算過程正確嗎？（如圖6）

解：設最多生成氫氣的質(zhì)量為x。

答：最多生成氫氣的質(zhì)量為0.55g

【學生分析】用于計算的數(shù)據(jù)應該是反應物實際

參加反應的質(zhì)量。應選取鋅的質(zhì)量帶入計算，從而修正計算過程。

【題型變化2：混合物計算】取13g含鋅的質(zhì)量分數(shù)為80%的鋅合金與足量的稀鹽酸充分反應，最多生成氫氣的質(zhì)量為多少？（其余雜質(zhì)不與稀鹽酸反應）

【PPT展示】這樣的計算過程正確嗎？（如圖7）

解：設最多生成氫氣的質(zhì)量為x。

答：最多生成氫氣的質(zhì)量為0.4g

【學生分析】反應中的各物質(zhì)質(zhì)量比是指純凈物之間的質(zhì)量關系。13g是混合物鋅合金的質(zhì)量，需要把它轉(zhuǎn)化為純凈物質(zhì)量后，再進行計算。

設計意圖：對于變式計算的學習采用了看題糾錯的活動設計，沒有讓學生直接書寫計算過程，一是避免學生在課堂上進行大量的計算訓練而變得疲憊，二是因為這兩種題型的突破更重在對題目的分析和理解，通過小組交流和討論，教師引導點撥，分析歸納出解題關鍵，從而突破難點。

環(huán)節(jié)5：思維拓展

【過渡】氫氣的獲取還可采用電解飽和食鹽水的方式。在電解食鹽水的反應中，若反應了234g的氯化鈉，能生成氯氣的質(zhì)量為多少克？你有哪些方法可以解答這一問題？

【學生活動】完成計算過程。大多數(shù)的學生都選擇了依據(jù)化學方程式進行計算，有少部分學生選擇了從元素質(zhì)量守恒的角度依據(jù)化學式進行計算。教師對這兩種解題過程分別用手機投屏后，請學生對其進行點評，重點引導學生針對第二種方法分析它解題的思路和計算的依據(jù)。

【追問】在其他的計算問題中，這兩種方法都可行嗎？

【PPT展示】這兩種解法哪種是正確的呢？（如圖8）電解食鹽水生成氫氣：

【學生分析】生成物中的氫氧化鈉和氫氣都含有氫元素，反應物中的氫元素并未完全轉(zhuǎn)化到氫氣中去，因此解法二是錯誤的。

【師生歸納】依據(jù)化學式計算的適用條件。

設計意圖：這部分內(nèi)容在教材中是采用了電解氧化鋁的反應作為計算情境，但筆者希望學生能意識到，運用化學式計算的時候要注意反應物中的元素是否全部轉(zhuǎn)化到目標生成物中的這一問題，因此，選擇了電解食鹽水的反應作為載體來設計問題。在這個反應中，氯化鈉中的氯元素全部轉(zhuǎn)化到產(chǎn)物氯氣中去，因此氯氣的質(zhì)量等于氯化鈉中氯元素的質(zhì)量。而水中的氫元素沒有全部轉(zhuǎn)化到氫氣中去，因此氫氣的質(zhì)量不能直接等于水中氫元素的質(zhì)量。通過氯元素和氫元素計算問題的對比，讓學生能更深入地理解依據(jù)化學式計算的原理。

環(huán)節(jié)6：總結歸納

【總結】通過這節(jié)課的學習，我們利用化學計算解決了“肥皂泡”的相關問題。我們學習化學計算的意義，不僅在于解決實驗中的問題，更重在應用到生活、生產(chǎn)乃至科技研究中去。

【視頻】“長征五號”火箭升空影像和其設計師黃兵在演講活動中的介紹：火箭中大量使用了液氫和液氧的推進劑組合，六百多噸的液氧、五六十噸的液氫，這個規(guī)模在世界上的液體火箭中是數(shù)一數(shù)二的情況。

【學生交流】通過觀看視頻，結合本節(jié)課學習的內(nèi)容說一說你的想法。

設計意圖：播放“長征五號”的視頻，通過展示我國在航天航空事業(yè)中的卓越成就能增強學生的民族自豪感，同時火箭助推器中利用的反應就是本課情境中的主要反應氫氣燃燒，火箭中攜帶的液氫和液氧質(zhì)量的確定與化學計算密切相關，讓學生真切的感受到化學計算的實際意義，增強學好化學計算的內(nèi)驅(qū)力。

四、教學反思

本節(jié)課設計立足于課標理念，堅持以學生為本，根據(jù)學生的認知發(fā)展水平和已有知識儲備，強調(diào)學生探索和獲取新知的過程，精心設計了真實生動、富有意義的學習情境——“會唱歌的肥皂泡”創(chuàng)新實驗，引出氫氣的兩個化學計算問題。筆者利用注射器作為氫氣的發(fā)生裝置，一是增強課堂的趣味性，消除了學生對于化學計算的畏懼情緒;二是體現(xiàn)計算的真實性，注射器有刻度，便于獲取生成氫氣的體積數(shù)據(jù)，從而讓學生認識到化學計算是真實的，數(shù)據(jù)來源是可靠的，化學計算題的編制不是憑空捏造的。在教學過程中，以創(chuàng)新實驗為明線，以氫氣的相關計算為暗線，通過組織多種形式的活動，幫助學生對知識進行自主的構建，合作拼搭化學反應模型，建立“宏-微-符”之間的聯(lián)系，引導學生自主總結化學計算的原理、方法和規(guī)范，通過學生互評列舉計算中的錯誤，歸納計算的注意要點，不斷完善計算技能。

參考文獻

[1]楊硯寧.創(chuàng)設真實情境提高化學計算教學實效[J]化學教學，2018（11）：52-55.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]王祖浩，王磊.全日制義務教育教科書（化學九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2012.

1944500520270