基于5E教學(xué)模式的“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計

丁艷梅

摘要：基于5E教學(xué)模式，進行“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)設(shè)計。以物質(zhì)的燃燒、氧氣的制備等化學(xué)實驗作為具體實驗案例，通過設(shè)計實驗方案、開展實驗操作、歸納實驗結(jié)果、討論現(xiàn)象原理、評價實驗流程等步驟，將5E教學(xué)模式運用到教學(xué)之中。

關(guān)鍵詞：5E教學(xué)模式;質(zhì)量守恒定律;初中科學(xué)

文章編號：1008-0546（2022）10x-0051-04中圖分類號：G632.41文獻標(biāo)識碼：B

一、教材分析和思路設(shè)計

“質(zhì)量守恒定律”是浙教版初中《科學(xué)》教材八年級下冊第三章第三節(jié)化學(xué)方程式第1課時的內(nèi)容。本課時之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)變化與物理變化的區(qū)別，分子、原子的基本知識，化學(xué)式的書寫，實驗室制取氧氣的方法等內(nèi)容。質(zhì)量守恒定律是學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)方程式的基礎(chǔ)，因此，本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容對后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫、計算，鞏固化學(xué)反應(yīng)的知識至關(guān)重要。

如何通過實驗測定的數(shù)據(jù)來探究質(zhì)量守恒定律，以及在微觀角度上理解質(zhì)量守恒定律是本節(jié)課的重難點。5E教學(xué)模式主要包括參與（Engage）、探究（Ex?plore）、解釋（Explain）、遷移（Elaborate）、評價（Evalu?ate）五個環(huán)節(jié)，[1]以此為基礎(chǔ)設(shè)計本課的教學(xué)思路如圖1所示。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.理解質(zhì)量守恒定律，能從微觀角度解釋化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量守恒的原因。

2.自主設(shè)計實驗方案，測定化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量變化，探究質(zhì)量守恒規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力。

通過對化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)的分析，認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量守恒的本質(zhì)原因，培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力。

3.通過實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄繎B(tài)度;通過小組合作、組間互評，培養(yǎng)學(xué)生善于合作、積極評價、勇于創(chuàng)新的精神。

三、教學(xué)過程

1.參與（Engage）

圖2是參與環(huán)節(jié)的教學(xué)流程。

[教師]給出木頭燃燒后留下的灰燼、蠟燭燃燒留下的蠟油和鐵釘生銹的圖片。提出問題：化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量是如何變化的？

[學(xué)生]木頭燃燒后、蠟燭燃燒后質(zhì)量減少。鐵釘生銹后質(zhì)量增加。

[演示實驗]將錐形瓶置于天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡。然后取下錐形瓶，將膠頭滴管內(nèi)的溶液滴入瓶內(nèi)，使兩種溶液混合反應(yīng)，生成藍(lán)色氫氧化銅沉淀。再將錐形瓶放回天平托盤上，觀察是否平衡（見圖3）。

[教師]通過這個實驗可以得出結(jié)論：化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量是如何變化的呢？

[學(xué)生]不變。

[教師]為什么老師演示實驗與木頭燃燒、蠟燭燃燒、鐵釘生銹會出現(xiàn)不同的質(zhì)量變化呢？實驗裝置有什么特點？這樣做有什么好處？

[學(xué)生]硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的實驗裝置是密封的，這樣可以防止實驗中的物質(zhì)與外界發(fā)生交換。

[教師]要分析化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量是如何變化的，需要設(shè)計合適的實驗裝置進行實驗探究。接下來我們通過其他的化學(xué)反應(yīng)的實驗，尋找化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量變化的規(guī)律。

2.探究（Explore）

圖4是探究環(huán)節(jié)的教學(xué)流程。

[學(xué)生活動]將學(xué)生分成6組設(shè)計用過氧化氫溶液制取氧氣的實驗裝置，探究化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量變化的規(guī)律。每個小組在上課前發(fā)了一個資料袋，資料袋內(nèi)放置了部分可能用到的實驗儀器圖片（見圖5）供學(xué)生參考。

[學(xué)生]以小組為單位設(shè)計實驗裝置，并將實驗裝置圖粘貼在A3紙上。時間3分鐘。

[教師]全班巡視，學(xué)生遇到困難或者沒有思路時，用問題引導(dǎo)學(xué)生思考：①演示實驗的裝置有沒有可供借鑒之處？如何形成一個封閉的裝置？如何控制反應(yīng)發(fā)生？②能不能將產(chǎn)生的氧氣收集起來并得到氧氣的質(zhì)量？

[學(xué)生]各小組派代表匯報本組的實驗裝置和大致實驗方案。

圖6～圖8為學(xué)生設(shè)計的實驗裝置圖。

學(xué)生設(shè)計的實驗方案簡介：

如圖6，錐形瓶內(nèi)盛放適量的過氧化氫溶液，氣球內(nèi)加入適量二氧化錳，氣球在錐形瓶口處扎緊。將整個裝置置于天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡。然后將氣球內(nèi)的二氧化錳慢慢倒入錐形瓶內(nèi)，充分反應(yīng)后再將錐形瓶放回天平托盤上，觀察是否平衡。

如圖7，錐形瓶內(nèi)盛放適量二氧化錳，分液漏斗內(nèi)加入適量的過氧化氫溶液，導(dǎo)管口處系緊一個氣球，用于收集產(chǎn)生的氧氣，將整個裝置置于天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡。然后將分液漏斗中的溶液加入錐形瓶內(nèi)，轉(zhuǎn)動活塞停止加入溶液，充分反應(yīng)后再將錐形瓶放回天平托盤上，觀察是否平衡。

如圖8，與圖7裝置類似，導(dǎo)管口連接一個充滿水的集氣瓶，最右側(cè)放置量筒。將錐形瓶置于天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡，讀出并記錄質(zhì)量m1。然后將所有裝置連接好，轉(zhuǎn)動活塞將分液漏斗中的溶液加入錐形瓶內(nèi)，轉(zhuǎn)動活塞停止加入溶液，充分反應(yīng)后再將錐形瓶放回天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡，讀出并記錄質(zhì)量m2。讀取量筒內(nèi)水的體積V1，量筒中水的體積即產(chǎn)生的氧氣的體積，乘以氧氣的密度，得到氧氣的質(zhì)量m3。比較m1和m2+m3的關(guān)系。

評價、改進實驗方案：小組之間進行評價，從實驗的科學(xué)性、可行性、方便性等進行評價，最終學(xué)生一致認(rèn)為圖6的設(shè)計可以在實現(xiàn)探究目的的同時節(jié)省器材、方便搭建、操作簡單。

然后小組合作按圖6的裝置進行實驗。

3.解釋（Explain）

圖9是解釋環(huán)節(jié)的教學(xué)流程。

[學(xué)生]交流實驗結(jié)果：最終天平不平衡。

[教師]這是不是意味著化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量改變呢？播放提前錄制好的視頻：用圖10所示的實驗裝置進行實驗。小試管內(nèi)盛放過氧化氫溶液，塑料瓶內(nèi)放置二氧化錳，將裝置置于天平托盤上，調(diào)節(jié)平衡。再將瓶子傾斜，讓小試管中溶液流出，充分反應(yīng)后再將塑料瓶放回天平托盤上，此時天平平衡。

[教師]視頻中的方案和我們自己設(shè)計的方案為什么得到的實驗結(jié)果不同？問題出在哪里？

[學(xué)生]我們自己設(shè)計的實驗中用到了氣球，氣球膨脹，在空氣中受到浮力，從而影響了實驗結(jié)果。

[教師]同學(xué)們設(shè)計實驗時為什么用到了氣球？圖10裝置中的塑料瓶換成錐形瓶和橡膠塞可以嗎？

[學(xué)生]不可更換，氣球起到緩沖作用，如果換成錐形瓶和橡膠塞，反應(yīng)中錐形瓶內(nèi)氣壓過大會導(dǎo)致橡膠塞飛出，導(dǎo)致實驗失敗。

[教師]實驗設(shè)計時既要防止物質(zhì)與外界發(fā)生交換，也要避免浮力等因素的干擾。

[教師]大量實驗表明：參加化學(xué)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)的質(zhì)量總和。這個規(guī)律就是質(zhì)量守恒定律。

設(shè)計意圖：利于學(xué)生深入思考，也表明對實驗裝置的不斷改進是獲得正確實驗結(jié)論的必不可少的步驟。

[教師]為什么在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)前后，各物質(zhì)的質(zhì)量總和相等呢？給出砷和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的微觀過程圖示（見圖11），請同學(xué)們觀察并填寫表1。

[教師]你能從微觀角度解釋為什么化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和相等嗎？

[學(xué)生]化學(xué)反應(yīng)前后，原子的種類、原子的數(shù)目、原子的質(zhì)量都不變，所以物質(zhì)的總質(zhì)量不變。

總結(jié)：化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是分子中的原子重新組合成新的分子。反應(yīng)前后原子種類和數(shù)目沒有變化，所以化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)質(zhì)量總和必然相等。

練習(xí)：在化學(xué)反應(yīng)前后，下列選項中，一定會改變的有，一定不會改變的有，可能會改變的有。

A.物質(zhì)種類D.分子數(shù)目G.元素種類??? B.物質(zhì)總質(zhì)量E.原子種類H.原子質(zhì)量? C.分子種類F.原子數(shù)目I.物質(zhì)狀態(tài)

4.遷移（Elaborate）

圖12是遷移環(huán)節(jié)的教學(xué)流程。

[教師]請同學(xué)們解釋木頭燃燒后、蠟燭燃燒后質(zhì)量為什么會減少？鐵釘生銹后質(zhì)量為什么會增加？這些反應(yīng)符合質(zhì)量守恒定律嗎？

[學(xué)生]符合質(zhì)量守恒定律。木頭、蠟燭燃燒后質(zhì)量減少是因為部分生成物進入到了空氣中。鐵釘生銹后質(zhì)量增加是因為反應(yīng)物除了鐵釘之外還有空氣中的氧氣。

設(shè)計意圖：與“引入”呼應(yīng)，利用“新知”質(zhì)量守恒定律解決問題，同時糾正“舊知”的思維方式上的問題。

[教師]蠟燭燃燒后生成二氧化碳和水，你能根據(jù)這一事實，推斷出蠟燭中肯定有什么元素？可能有什么元素？

[學(xué)生]一定會有碳元素和氫元素，可能含有氧元素。

設(shè)計意圖：引發(fā)同學(xué)們思考，解決認(rèn)知上的矛盾，對生活中的現(xiàn)象建立科學(xué)的解釋。

5.評價（Evaluate）

圖13是各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)評價。

評價環(huán)節(jié)貫穿課堂始終。在探究環(huán)節(jié)中，每個小組設(shè)計的方案會被其他小組進行評價。評價包括：優(yōu)點和可以改進之處。解釋環(huán)節(jié)中通過學(xué)生對數(shù)據(jù)的處理、解釋以及練習(xí)，對學(xué)生知識建構(gòu)進行評價。遷移環(huán)節(jié)中，通過幾個問題的提問，評價學(xué)生對本節(jié)課核心概念的理解和掌握。

四、結(jié)語

5E教學(xué)模式本質(zhì)是以科學(xué)探究為核心的教學(xué)流程模式，[2]基于5E教學(xué)模式的“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)取得了比較理想的效果。以導(dǎo)入生活中常見的現(xiàn)象引發(fā)舊知沖突，通過自主設(shè)計實驗方案、動手實驗、改進實驗方案讓學(xué)生自主獲得新知，最終利用新知科學(xué)解釋生活中的現(xiàn)象。課堂教學(xué)中有過程性評價也有結(jié)果性評價，鼓勵學(xué)生積極參與課堂活動。

參考文獻

[1]王健，李秀菊.5E教學(xué)模式的內(nèi)涵及其對我國理科教育的啟示[J].生物學(xué)通報，2012（3）：39-42.

[2]劉婷.指向問題解決的科學(xué)教學(xué)“5E”模式探析[J].基礎(chǔ)教育課程，2021（1）：44-49.