啟蒙學(xué)生的物質(zhì)變化觀

王慶元 鄧嬋玉

摘要：本單元以蠟燭的變化為情境，將研究蠟燭的變化、探究蠟燭燃燒條件、調(diào)控蠟燭的燃燒為核心問題，促使學(xué)生在探究中領(lǐng)會(huì)化學(xué)的主旨.引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)、觀察、思考的活動(dòng)體驗(yàn)，增進(jìn)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識物質(zhì)的變化.

關(guān)鍵詞：蠟燭的變化；物質(zhì)變化；變化觀

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2024）11-0122-03

“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 問題提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）指出化學(xué)觀念是人類探索物質(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)識物質(zhì)及其變化，以及解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)[2].

本單元選取學(xué)生比較熟悉的蠟燭為研究對象，整合北京版九年級《化學(xué)》第一章知識點(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[3].

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 學(xué)生情況分析

針對物質(zhì)變化對學(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）通過對蠟燭變化的研究，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)分類觀念和歸納的習(xí)慣；通過對蠟燭變化過程中現(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）通過對蠟燭燃燒條件的研究，理解物質(zhì)變化需要一定條件；通過對物質(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)用語奠定基礎(chǔ).

（3）通過從物質(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)識物質(zhì)變化，初步形成認(rèn)識物質(zhì)變化的系統(tǒng)思維框架.

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

（5）通過對蠟燭燃燒條件的調(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)識物質(zhì)變化的框架，對化學(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，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.

3 教學(xué)實(shí)施過程——課時(shí)1教學(xué)片段

問題1：觀察蠟燭的變化

【教師】你見過哪些物質(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的蠟燭為例來研究“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)：請大家結(jié)合實(shí)驗(yàn)臺上的儀器和藥品設(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.

該過程沒有給學(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.該過程開放度大，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.

問題2：對以上蠟燭的變化進(jìn)行分類

【教師】數(shù)字可以分為整數(shù)、分?jǐn)?shù)，正數(shù)，負(fù)數(shù)，詞語也可以按照詞性分為動(dòng)詞、名詞等.分類是我們研究具有共同特征的一類事物的重要學(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？

【學(xué)生】分組討論，對蠟燭的變化進(jìn)行分類.

【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)種類是否變化來進(jìn)行分類.

【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，屬于放熱的過程，當(dāng)然，也有與其相反需要吸熱才能發(fā)生變化的過程，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變化進(jìn)行分類，如吸熱和放熱的變化.

學(xué)生自發(fā)提出很多分類角度，感受不同標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致的分類的多樣性，體會(huì)分類要按照一定依據(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)的問題，如按照是否發(fā)生形變分類、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)種類是否變化的視角進(jìn)行分類，回歸到化學(xué)研究的主要問題.這個(gè)過程培養(yǎng)了學(xué)生的分類觀念和證據(jù)意識，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生歸納的科學(xué)思維.

問題3：分析蠟燭燃燒和熔化的變化類型，說明依據(jù).

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

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

【教師】你有什么證據(jù)證明切下來的仍然是蠟燭嗎？

【學(xué)生1】把切下來的再去點(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]有產(chǎn)生新物質(zhì).蠟油仍然是蠟燭.

【教師】兩位同學(xué)的爭議點(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.

通過不斷追問證據(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”，通過變化前和變化后的對比才能體現(xiàn)變化.）

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

通過同學(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、表征等角度認(rèn)識物質(zhì)變化，初步建立認(rèn)識物質(zhì)變化的框架.

4 結(jié)束語

核心素養(yǎng)導(dǎo)向的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，對教師的專業(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)整合教材知識和素材，讓教學(xué)更趨合理和高效.這就需要教師無論在專業(yè)知識方面還是教育理念方面都要不斷學(xué)習(xí)提升，要通過大視角、高站位去設(shè)計(jì)單元整體教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生通過學(xué)習(xí)達(dá)到或認(rèn)識到“上位”的觀念，促進(jìn)其更好發(fā)展.

參考文獻(xiàn)：

［1］ R.J.吉利斯皮，武永興.化學(xué)中的主要觀念[J].化學(xué)教育，1988（04）：3-6.

[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)（2022年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[3] 宋心琦，樂進(jìn)軍，黃冬芳，等.義務(wù)教育教科書：化學(xué)（上冊）[M].北京：北京出版社，2017.

［責(zé)任編輯：季春陽］