啟蒙學(xué)生的物質(zhì)變化觀
——以蠟燭變化研究為例

王慶元 鄧嬋玉

(1.北京市通州區(qū)教師研修中心,北京 101100;2.北京市通州區(qū)第二中學(xué),北京 101100)

“化學(xué)觀念”是化學(xué)課程中學(xué)生要發(fā)展的核心素養(yǎng)之一.吉利斯皮認(rèn)為：“在化學(xué)主要觀念中,化學(xué)變化觀是最重要的,因?yàn)楦鞣N各樣的化學(xué)變化是化學(xué)的核心”[1].

1 問(wèn)題提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《新課標(biāo)》)指出化學(xué)觀念是人類(lèi)探索物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與應(yīng)用、化學(xué)反應(yīng)及其規(guī)律所形成的基本觀念,是化學(xué)概念、原理和規(guī)律的提煉與升華,是認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化,以及解決實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)[2].

本單元選取學(xué)生比較熟悉的蠟燭為研究對(duì)象,整合北京版九年級(jí)《化學(xué)》第一章知識(shí)點(diǎn)“物質(zhì)變化概念”和第六章第一節(jié)“探索燃燒與滅火”的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì),幫助學(xué)生建構(gòu)物質(zhì)的變化觀.

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 學(xué)生情況分析

針對(duì)物質(zhì)變化對(duì)學(xué)生進(jìn)行前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)：95.45%的學(xué)生知道物質(zhì)變化可以分為物理變化和化學(xué)變化,但對(duì)于物理變化、化學(xué)變化的本質(zhì)區(qū)別是模糊不清的,甚至有46.97%的學(xué)生認(rèn)為物理變化也有新物質(zhì)產(chǎn)生.87.88%的學(xué)生認(rèn)為物質(zhì)變化需要一定條件,78.79%同學(xué)認(rèn)為物質(zhì)變化可以調(diào)控,但不清楚如何調(diào)控物質(zhì)變化.

2.2 教學(xué)目標(biāo)

基于以上分析,確定教學(xué)圖如下：

(1)通過(guò)對(duì)蠟燭變化的研究,體會(huì)物質(zhì)是可以變化的,且變化具有多樣性,能從本質(zhì)上區(qū)分物理變化和化學(xué)變化,培養(yǎng)分類(lèi)觀念和歸納的習(xí)慣;通過(guò)對(duì)蠟燭變化過(guò)程中現(xiàn)象的描述,感受物質(zhì)變化伴隨現(xiàn)象發(fā)生且有能量的轉(zhuǎn)化.

(2)通過(guò)對(duì)蠟燭燃燒條件的研究,理解物質(zhì)變化需要一定條件;通過(guò)對(duì)物質(zhì)變化的表征,初步感受表征的意義及表征方式的選擇,為今后學(xué)習(xí)化學(xué)用語(yǔ)奠定基礎(chǔ).

(3)通過(guò)從物質(zhì)變化、能量變化、反應(yīng)條件、反應(yīng)現(xiàn)象、變化表征等視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化,初步形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的系統(tǒng)思維框架.

(4)通過(guò)尋找辨別物質(zhì)變化種類(lèi)的證據(jù),感受實(shí)驗(yàn)研究的一般方法,提升證據(jù)意識(shí)和基于證據(jù)的推理能力.

(5)通過(guò)對(duì)蠟燭燃燒條件的調(diào)控,實(shí)現(xiàn)調(diào)控物質(zhì)的變化,引導(dǎo)學(xué)生感受我們?nèi)绾螒?yīng)用、控制物質(zhì)變化,激發(fā)其研究和學(xué)習(xí)的興趣,培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度,提升社會(huì)責(zé)任感.

2.3 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：初步構(gòu)建認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的框架,對(duì)化學(xué)變化觀進(jìn)行啟蒙,體會(huì)實(shí)驗(yàn)的研究方法,感受人與化學(xué)的關(guān)系.

難點(diǎn)：形成研究物質(zhì)變化的整體思維意識(shí),體會(huì)從多種視角和整體研究的思維方法.

2.4 教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖1所示.

圖1 教學(xué)流程

3 教學(xué)實(shí)施過(guò)程——課時(shí)1教學(xué)片段

問(wèn)題1：觀察蠟燭的變化

【教師】你見(jiàn)過(guò)哪些物質(zhì)變化,你認(rèn)為什么是物質(zhì)變化?

【學(xué)生】舉例.物質(zhì)發(fā)生改變就是變化.

【教師】物質(zhì)能發(fā)生怎樣改變呢?今天我們選取生活中比較常見(jiàn)的蠟燭為例來(lái)研究“物質(zhì)變化”.

【教師】你可以讓蠟燭發(fā)生怎樣的變化呢?

布置任務(wù)：請(qǐng)大家結(jié)合實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的儀器和藥品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使蠟燭發(fā)生變化,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并記錄現(xiàn)象.請(qǐng)大家注意要觀察蠟燭變化前和變化后的現(xiàn)象,并記錄.(儀器藥品：燒杯、小刀、火柴 、玻璃片、水、石灰水)

【學(xué)生】進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察、記錄.

該過(guò)程沒(méi)有給學(xué)生具體的固定實(shí)驗(yàn)方案.除點(diǎn)燃、切割等操作,還有一些學(xué)生將蠟油滴入水中,甚至把蠟油放在火焰上加熱,在動(dòng)手操作過(guò)程中既可觀察到蠟燭熔化和凝固這樣的變化,也能感受到蠟燭的密度,并在有意或無(wú)意間檢驗(yàn)了熔化、凝固后的物質(zhì)是否為蠟燭;有的學(xué)生根據(jù)小學(xué)科學(xué)課經(jīng)驗(yàn),利用燒杯和石灰水檢驗(yàn)蠟燭燃燒的產(chǎn)物;有的學(xué)生看過(guò)一些科學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻,會(huì)去點(diǎn)燃蠟燭熄滅后的煙.該過(guò)程開(kāi)放度大,學(xué)生可去探索更多自己想知道的內(nèi)容,以此激發(fā)其探究欲望.

問(wèn)題2：對(duì)以上蠟燭的變化進(jìn)行分類(lèi)

【教師】數(shù)字可以分為整數(shù)、分?jǐn)?shù),正數(shù),負(fù)數(shù),詞語(yǔ)也可以按照詞性分為動(dòng)詞、名詞等.分類(lèi)是我們研究具有共同特征的一類(lèi)事物的重要學(xué)習(xí)方法.蠟燭的變化這么多,你能否按照一定依據(jù)將變化進(jìn)行分類(lèi)?

【學(xué)生】分組討論,對(duì)蠟燭的變化進(jìn)行分類(lèi).

【學(xué)生】分為物理變化和化學(xué)變化.

【教師】哪些是物理變化?哪些是化學(xué)變化?為什么?

【學(xué)生】有新物質(zhì)產(chǎn)生的是化學(xué)變化,比如：蠟燭燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水;沒(méi)有新物質(zhì)產(chǎn)生的是化學(xué)變化,如蠟燭熔化后還是蠟燭.

【教師】所以我們可以按照物質(zhì)種類(lèi)是否變化來(lái)進(jìn)行分類(lèi).

【教師】發(fā)光放熱是能量改變的一種體現(xiàn).物質(zhì)變化伴隨著能量變化,而人類(lèi)生活、生產(chǎn)都需要消耗能量,所以能量變化也將是化學(xué)研究的重要內(nèi)容.將在高中大學(xué)深入學(xué)習(xí).在化學(xué)變化中伴隨著能量變化,多以熱量的形式體現(xiàn).

【教師】蠟燭燃燒過(guò)程中,熱量如何變化?

【學(xué)生】放出熱量.

【教師】蠟燭燃燒可以產(chǎn)生熱量,屬于放熱的過(guò)程,當(dāng)然,也有與其相反需要吸熱才能發(fā)生變化的過(guò)程,你能舉例嗎?

【學(xué)生】蠟燭熔化.

【教師】我們可以從能量改變角度對(duì)變化進(jìn)行分類(lèi),如吸熱和放熱的變化.

學(xué)生自發(fā)提出很多分類(lèi)角度,感受不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的分類(lèi)的多樣性,體會(huì)分類(lèi)要按照一定依據(jù)“分”,而不僅僅是歸納特征.同時(shí)學(xué)生也存在缺乏關(guān)注變化本質(zhì)的問(wèn)題,如按照是否發(fā)生形變分類(lèi)、是否發(fā)光等.教師引導(dǎo)學(xué)生聚焦到按照能量變化和物質(zhì)種類(lèi)是否變化的視角進(jìn)行分類(lèi),回歸到化學(xué)研究的主要問(wèn)題.這個(gè)過(guò)程培養(yǎng)了學(xué)生的分類(lèi)觀念和證據(jù)意識(shí),同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生歸納的科學(xué)思維.

問(wèn)題3：分析蠟燭燃燒和熔化的變化類(lèi)型,說(shuō)明依據(jù).

【教師】現(xiàn)在我們從物質(zhì)種類(lèi)是否發(fā)生變化來(lái)給蠟燭變化分類(lèi).并說(shuō)出你的依據(jù).

【學(xué)生1】蠟燭被切割,是物理變化.因?yàn)闆](méi)有新物質(zhì)產(chǎn)生.切下來(lái)的仍然是蠟燭.

【教師】你有什么證據(jù)證明切下來(lái)的仍然是蠟燭嗎?

【學(xué)生1】把切下來(lái)的再去點(diǎn)燃,如果可以點(diǎn)燃證明是蠟燭.

(學(xué)生有了利用物質(zhì)的性質(zhì)檢驗(yàn)物質(zhì)的思想,只是不夠嚴(yán)謹(jǐn).)

【學(xué)生2】熔化是化學(xué)變化,因?yàn)楫a(chǎn)生了蠟油這種新物質(zhì).

【學(xué)生3】熔化是物理變化,因?yàn)闆](méi)有產(chǎn)生新物質(zhì).蠟油仍然是蠟燭.

【教師】?jī)晌煌瑢W(xué)的爭(zhēng)議點(diǎn)是什么?

【學(xué)生】蠟燭熔化是否有新物質(zhì)產(chǎn)生.

【教師】怎么證明呢?

【學(xué)生】要證明蠟油到底是蠟燭還是新物質(zhì).可以點(diǎn)燃蠟油,如果和蠟燭燃燒一樣就是蠟燭.

(學(xué)生此時(shí)有了比較明確的應(yīng)用物質(zhì)特性,證明物質(zhì)存在的思想.)

【教師】大家認(rèn)為蠟燭燃燒是化學(xué)變化的原因是什么?

【學(xué)生】蠟燭燃燒產(chǎn)生水和二氧化碳.

【教師】水和二氧化碳是新物質(zhì)證據(jù)是什么呢?

【學(xué)生】蠟燭不燃燒沒(méi)有水和二氧化碳.

【教師】如何證明?

【學(xué)生】檢驗(yàn)蠟燭不燃燒時(shí)是否產(chǎn)生二氧化碳和水.

通過(guò)不斷追問(wèn)證據(jù),學(xué)生一步步由應(yīng)用定義區(qū)分變化,逐漸到深入思考尋找證據(jù),利用物質(zhì)特征證明是否有新物質(zhì)生成.學(xué)生更深刻地體會(huì)證據(jù)對(duì)于化學(xué)研究的重要性,進(jìn)一步理解“現(xiàn)象”不是判斷是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的依據(jù).

問(wèn)題4：表征蠟燭的變化

【教師】數(shù)學(xué)有等式表示關(guān)系,物理有公式表示不同量的關(guān)系.如何表示蠟燭熔化和蠟燭燃燒的變化?

【學(xué)生】討論,表達(dá).

(學(xué)生想到用圖示等方式,引導(dǎo)學(xué)生要體現(xiàn)出“變化”,通過(guò)變化前和變化后的對(duì)比才能體現(xiàn)變化.)

【教師】現(xiàn)階段我們可以用表達(dá)式,來(lái)表示物質(zhì)變化.“→”左側(cè)是變化前,右側(cè)是變化后請(qǐng)大家表征這兩個(gè)變化.

通過(guò)同學(xué)之間不同表征結(jié)果的比較,感受物質(zhì)變化是可以通過(guò)一些形式表征的,并思考更優(yōu)化的表征方式,進(jìn)一步理解“變化”的本質(zhì).

本課時(shí)學(xué)生從現(xiàn)象、分類(lèi)、表征等角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化,初步建立認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的框架.

4 結(jié)束語(yǔ)

核心素養(yǎng)導(dǎo)向的單元教學(xué)設(shè)計(jì),對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)要求更高.要求教師的備課是高瞻遠(yuǎn)矚,從上到下俯瞰教學(xué),使教學(xué)在有限時(shí)間內(nèi)更高效、更合理、更科學(xué).教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)可跨章節(jié)整合教材知識(shí)和素材,讓教學(xué)更趨合理和高效.這就需要教師無(wú)論在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面還是教育理念方面都要不斷學(xué)習(xí)提升,要通過(guò)大視角、高站位去設(shè)計(jì)單元整體教學(xué),引領(lǐng)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)到或認(rèn)識(shí)到“上位”的觀念,促進(jìn)其更好發(fā)展.