例說基于課程核心素養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

吳叢鐸

摘要：以人教版初中化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）第五單元課題1“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐為例，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境、激發(fā)探究熱情，重視分類比較、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，開展實(shí)驗(yàn)探究、發(fā)展科學(xué)思維，解決實(shí)際問題、形成化學(xué)觀念等路徑來發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，落實(shí)學(xué)科育人的根本任務(wù)。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律;教學(xué)設(shè)計(jì);核心素養(yǎng);學(xué)科育人

文章編號(hào)：1008-0546（2022）04-0037-05

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.008

初中化學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的一門基礎(chǔ)自然科學(xué)課程，具有啟蒙性、實(shí)踐性與發(fā)展性的特點(diǎn)，對(duì)落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展具有重要價(jià)值。課程核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)而逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。初中化學(xué)課程核心素養(yǎng)包括化學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個(gè)方面，它們是相輔相成的整體，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科育人的基本要求。

人教版九年級(jí)化學(xué)教材將《質(zhì)量守恒定律》安排在上冊(cè)第五單元課題1，內(nèi)容包括從宏觀和微觀兩個(gè)層面認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律。課標(biāo)要求認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律，能說明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系，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[2]。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課題之前，已經(jīng)了解一些化學(xué)反應(yīng)，知道化學(xué)變化過程中物質(zhì)的種類一定發(fā)生變化，也了解化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)，知道化學(xué)變化中分子可分而原子不可以再分。

本文以“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)實(shí)踐為例，談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，落實(shí)學(xué)科育人的根本任務(wù)。

一、創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)探究熱情

活動(dòng)1：明確本課的學(xué)習(xí)任務(wù)

師：（出示如圖1所示的奇石圖片）大家看到這幅圖，想到了哪一種實(shí)驗(yàn)儀器？

生：天平。

師：對(duì)！現(xiàn)代化學(xué)之父拉瓦錫幾乎在他的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中都運(yùn)用了天平，他用科學(xué)實(shí)驗(yàn)和定量研究，使化學(xué)走向科學(xué)。

師：你能回憶起有關(guān)拉瓦錫對(duì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的貢獻(xiàn)嗎？

生1：第一單元里有介紹，拉瓦錫利用天平進(jìn)行定量研究，弄清楚了物質(zhì)燃燒的本質(zhì)。

生2：在學(xué)習(xí)“水的組成”時(shí)，我知道了“拉瓦錫做了一個(gè)氫氣在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)”，證明了水是由氫元素和氧元素組成的。

師：其他同學(xué)有補(bǔ)充嗎？大家至少還知道一個(gè)拉瓦錫的貢獻(xiàn)。

生3：拉瓦錫用定量方法研究了空氣的成分，得出了空氣由氧氣和氮?dú)饨M成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論。

師：在拉瓦錫時(shí)代，科學(xué)家思考化學(xué)反應(yīng)前后，物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生了怎樣的變化？有的科學(xué)家認(rèn)為，質(zhì)量變小了，如木炭燃燒;有的科學(xué)家認(rèn)為質(zhì)量變大了，如金屬的煅燒;而拉瓦錫通過精確的實(shí)驗(yàn)，證明了化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量不變。

師：今天我們將通過實(shí)驗(yàn)來探究化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和是否相等。

師：（出示托盤天平和電子天平）同學(xué)們?cè)敢膺x擇哪種天平來完成今天的實(shí)驗(yàn)探究？為什么？

生4：我們組選電子天平。因?yàn)槭褂梅奖恪?/p>

生5：我們組也選電子天平。不僅因?yàn)槭褂梅奖悖€在于它精確度更高。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)情境要圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，緊扣學(xué)習(xí)內(nèi)容，遵循認(rèn)知規(guī)律。通過天平引入，讓學(xué)生感受到本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)主題是定量研究;通過托盤天平和電子天平的比較，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析和選擇;通過簡單化學(xué)史的回顧與介紹，讓學(xué)生明確本節(jié)課的探究目的，有效地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

二、重視分類比較，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度

活動(dòng)2：尋找研究的物質(zhì)體系

師：請(qǐng)同學(xué)們用符號(hào)表達(dá)式寫出你已知的化學(xué)反應(yīng)，并將寫出的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類。

生6：我們組寫了10個(gè)表達(dá)式（表1），分成了兩大類，一類是化合反應(yīng)，一類是分解反應(yīng)。

生7：我們組寫了9個(gè)表達(dá)式，跟第7組（表1）類似，分成兩大類，一類是有氧氣參加的反應(yīng)，一類是有氧氣生成的反應(yīng)。

生8：我們組寫了8個(gè)表達(dá)式（表2），分成了三大類，一類是有氣體參加的反應(yīng)，第二類是有氣體生成的反應(yīng)，第三類是既有氣體參加又有氣體生成的反應(yīng)。

師生充分交流，約定用第9組（表2）的分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行分類。

師：請(qǐng)同學(xué)們關(guān)注課本（92-95頁）提供的三個(gè)用于探究的化學(xué)反應(yīng)：紅磷在空氣中燃燒，鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)，碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)。如果讓你們分類，后二個(gè)反應(yīng)分別放在哪一類呢？為什么？

教師寫出反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式：

Fe+CuSO4—Cu+FeSO4，Na2CO3+HCl—NaCl+H2O+CO2

生9：碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)放在第二類，因?yàn)橛卸趸細(xì)怏w生成。

生10：鐵釘與硫酸銅溶液的反應(yīng)應(yīng)為第四類，是既沒有氣體參加也沒有氣體生成的反應(yīng)。

師：可否將上述四類反應(yīng)分成二類？

生11：可以。以“有無氣體參加或生成”為分類標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過回顧所學(xué)化學(xué)反應(yīng)、書寫反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式，感知化學(xué)變化的普遍，感知化學(xué)變化中物質(zhì)的改變。通過分類和比較，讓學(xué)生意識(shí)到在選擇實(shí)驗(yàn)體系時(shí)，有氣體參加和有氣體生成的反應(yīng)需要特別關(guān)注，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

活動(dòng)3：合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置

師：這些反應(yīng)前后的質(zhì)量是否不變呢？我們可以通過實(shí)驗(yàn)來探究。

分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。一個(gè)學(xué)習(xí)小組選擇上述三個(gè)反應(yīng)中的其中之一，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。要求：使用已知的常見的器材，畫出組裝好的實(shí)驗(yàn)裝置（天平除外），并陳述小組的設(shè)計(jì)思路。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，并形成設(shè)計(jì)稿，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、表達(dá)與交流能力，同時(shí)感受實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的重要環(huán)節(jié)。

三、開展實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展科學(xué)思維

活動(dòng)4：選擇合適的實(shí)驗(yàn)裝置

師：請(qǐng)各小組將你們的設(shè)計(jì)圖進(jìn)行展示，并簡要說明設(shè)計(jì)思路。

生12：我們組要做紅磷與氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這是我們的實(shí)驗(yàn)裝置圖（圖2）。

生13：我們組準(zhǔn)備做鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這是我們的設(shè)計(jì)稿（圖3）。

生14：我們組也準(zhǔn)備做鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，這是我們的設(shè)計(jì)稿（圖4）。

師：表述時(shí)請(qǐng)說清楚設(shè)計(jì)依據(jù)。如：在設(shè)計(jì)紅磷與氧氣反應(yīng)時(shí)，為何考慮密閉體系？細(xì)沙、玻璃管、氣球的作用是什么？如何引燃紅磷？什么時(shí)候稱量？稱量什么？怎么稱量？預(yù)期看到什么現(xiàn)象？

生15：我們組準(zhǔn)備探究碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系，這是我們組的實(shí)驗(yàn)裝置圖（圖5）。

生16：你們組的裝置不密閉，而且反應(yīng)后有氣體生成。請(qǐng)看我們組的實(shí)驗(yàn)裝置圖（圖6）。

生15：課本上就是這個(gè)裝置。

生16：我們今天的探究任務(wù)是驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律，使用你們組的裝置達(dá)不成實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

生17：我們組擬選用的裝置（圖7）與第3組（圖6）

類似，是一個(gè)密閉體系，這樣生成的二氧化碳?xì)怏w仍在實(shí)驗(yàn)體系中。我們準(zhǔn)備先稱量整套裝置和藥品的質(zhì)量，然后將少量碳酸鈉粉末倒入稀鹽酸中，等反應(yīng)結(jié)束后再稱量整套裝置的質(zhì)量。

生18：我們組擬選用的裝置（圖8）與第3組（圖6）更為相似。

生16：我們組（圖6）的比你們組（圖8）要好一些，你們裝置中的橡皮塞在實(shí)驗(yàn)過程中說不定會(huì)迸出去。

教師對(duì)各組設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行審核與評(píng)價(jià)，分發(fā)準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)器材與藥品，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

設(shè)計(jì)意圖：通過分析比較設(shè)計(jì)方案，討論實(shí)驗(yàn)體系的密閉與開放問題，實(shí)現(xiàn)了將猜想和實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相結(jié)合的過程，使學(xué)生體會(huì)主動(dòng)參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的樂趣，初步感知定量研究的意義。

活動(dòng)5：實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系

師：請(qǐng)各小組按照分工，用選定的方案一、二、三（分別如圖2、圖4、圖7所示）進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，注意觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并及時(shí)記錄。

各小組有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后匯報(bào)、交流。其中九個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)記錄如表3。

師：僅通過這三個(gè)反應(yīng)能說明所有化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量均不改變嗎？

生19：可以。我們做了多組平行實(shí)驗(yàn)，而且有兩類不同的反應(yīng)體系。

生20：不可以。我們的實(shí)驗(yàn)組太少，重復(fù)實(shí)驗(yàn)的次數(shù)太少，選用的反應(yīng)也太少，儀器精確度也太低。

師：隨著科技的進(jìn)步，科學(xué)家運(yùn)用更精密的儀器，經(jīng)過大量嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的定量實(shí)驗(yàn)研究，才歸納總結(jié)出質(zhì)量守恒定律。

師：在化學(xué)史上，波義耳和拉瓦錫兩位科學(xué)家做了兩個(gè)類似的實(shí)驗(yàn)（圖9）。請(qǐng)你說一說，兩者的區(qū)別是什么？為什么波義耳沒能得到“質(zhì)量守恒”的結(jié)論？

生21：我曾看過關(guān)于這個(gè)化學(xué)史的小故事。因?yàn)椴x耳實(shí)驗(yàn)后打開了儀器，他的實(shí)驗(yàn)不算是在密閉體系中完成的。

設(shè)計(jì)意圖：質(zhì)量守恒定律是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化所遵循的基本規(guī)律，它的發(fā)現(xiàn)是化學(xué)史上的里程碑，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)研究從質(zhì)的變化到量的變化的轉(zhuǎn)化，定量研究開始逐漸成為化學(xué)研究的主要方法，是化學(xué)成為一門理科的重要標(biāo)志之一，也促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。通過讓學(xué)生親歷該實(shí)驗(yàn)探究過程、分析討論實(shí)驗(yàn)方案、觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、反思和評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，認(rèn)識(shí)了質(zhì)量守恒定律，認(rèn)識(shí)了定量研究的重要性，形成了一定的歸納判斷能力、證據(jù)推理能力，發(fā)展科學(xué)思維。

四、解決實(shí)際問題，形成化學(xué)觀念

活動(dòng)6：稱量鎂條在空氣中燃燒前后固體的質(zhì)量

指導(dǎo)學(xué)生分組完成課本94頁的[實(shí)驗(yàn)5-2]，學(xué)習(xí)用質(zhì)量守恒定律解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后匯報(bào)、交流。其中六個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。

師：該實(shí)驗(yàn)的體系與前面三個(gè)實(shí)驗(yàn)的體系有什么不同？

生：這是敞開體系。

師：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從理論上講，反應(yīng)后固體物質(zhì)的質(zhì)量是應(yīng)該增大還是減少呢？為什么？

生22：增大。增加的質(zhì)量是參加反應(yīng)的氧氣的質(zhì)量。

師：那為什么我們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是有的增大，有的減少，有的不變呢？

各小組熱烈討論。

生23：我們小組認(rèn)為，我們測(cè)得反應(yīng)后的質(zhì)量之所以減少，是因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生了大量的白煙。

生22：我們小組認(rèn)為，我們測(cè)得反應(yīng)后的質(zhì)量之所以增加，是因?yàn)橛醒鯕鈪⒓恿朔磻?yīng)。

師：是不是所有小組的實(shí)驗(yàn)中都有氧氣參加反應(yīng)？都有白煙生成？

生：是的。

師：那我們應(yīng)該怎樣表達(dá)更完整更科學(xué)呢？各小組繼續(xù)討論。

生24：我們小組弄明白了。因?yàn)檠鯕鈪⒓臃磻?yīng)，生成固體的質(zhì)量增加;因?yàn)榘谉熒⒁莸娇諝庵?，使得固體質(zhì)量減少。最終結(jié)果是大還是小還是不變都有可能。

師：很好！同學(xué)們能夠透過不同情況下測(cè)量結(jié)果的表象，更為深入地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系的本質(zhì)，是學(xué)習(xí)能力提升的表現(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)、比較、判斷、分析，不斷地揭示矛盾和解決矛盾，學(xué)習(xí)用科學(xué)的眼光看待具體的實(shí)驗(yàn)，具體問題具體分析，從而獲得科學(xué)的結(jié)論。通過這一活動(dòng)，學(xué)生進(jìn)一步明確“密閉體系”在驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)中的作用，形成正確的實(shí)驗(yàn)觀;也進(jìn)一步意識(shí)實(shí)驗(yàn)體系對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的重要性，體系決定著反應(yīng)的探究裝置。

活動(dòng)7：對(duì)質(zhì)量守恒定律進(jìn)行微觀解釋師：為什么所有化學(xué)反應(yīng)都遵守質(zhì)量守恒定律呢？

師：以水的分解為例，你能說說這一反應(yīng)的本質(zhì)是什么？從微觀角度來說，為什么反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量不變？

小組討論。教師出示水分解變化的微觀示意圖（圖10），播放動(dòng)畫視頻。

生25：我們小組認(rèn)為，水分解的過程中，水分子分裂成氫原子和氧原子，每兩個(gè)氫原子結(jié)合成一個(gè)氫分子，每兩個(gè)氧原子結(jié)合成一個(gè)氧分子。在分解前后，因?yàn)闅湓雍脱踉拥膫€(gè)數(shù)沒有改變，所以，總質(zhì)量不變。

師：是的。因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后，原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量均不變，所以，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類、質(zhì)量不變，物質(zhì)的總質(zhì)量不變。

設(shè)計(jì)意圖：核心素養(yǎng)與化學(xué)觀念的形成是密不可分的，引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面粒子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變推理到宏觀物質(zhì)反應(yīng)前后的總質(zhì)量不變，建立宏觀與微觀相結(jié)合的思想，能從微粒和變化的視角分析和解釋質(zhì)量守恒定律，形成微粒觀，發(fā)展變化觀。

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)的一個(gè)重要規(guī)律，其應(yīng)用貫穿于整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)過程。在此之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)分子、原子、元素、化學(xué)式等知識(shí)，有了一定的微觀想象能力。本節(jié)課教學(xué)中，筆者設(shè)計(jì)了多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù)，從學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)入手，進(jìn)行分類和比較，并分層次進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)和科學(xué)推理，進(jìn)而從微觀角度分析化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)中“物質(zhì)變化的定量關(guān)系”這一大概念。從定量的角度來認(rèn)識(shí)物質(zhì)間的化學(xué)變化是重要的科學(xué)思維方式，借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析問題，凸顯了數(shù)據(jù)作為證據(jù)的有效性和充分性，由此可見，定量研究對(duì)于科學(xué)發(fā)展是非常重要的。

緊扣學(xué)習(xí)目標(biāo)的話題設(shè)置，有條有理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，圍繞問題解決的合作學(xué)習(xí)，小組間的自評(píng)和互評(píng)，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了學(xué)生認(rèn)識(shí)問題、解決問題的能力，發(fā)展科學(xué)思維能力;化學(xué)史料情境蘊(yùn)含科學(xué)思維和科學(xué)研究方法，引導(dǎo)學(xué)生理性看待科學(xué)發(fā)展過程中的失誤或局限性，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證科學(xué)家的重要結(jié)論，建立結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，有利于學(xué)生樹立正確的科學(xué)價(jià)值觀，最終達(dá)到學(xué)科育人的目的[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]葉立軍，王思凱.學(xué)科育人指向的課堂教學(xué)特征及策略研究[J].教學(xué)與管理，2021（11）：96-98.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[3]王琳.聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)提升的初中化學(xué)教學(xué)探索[J].化學(xué)教育（中英文），2021，42（21）：66-72.