楊婷

摘要：針對傳統(tǒng)化學計算教學“為計算而教計算”、教學情境素材老舊或脫離實際等問題，通過創(chuàng)設真實實驗情境及問題情境，聯(lián)系中考題型及內(nèi)容，結合初高中銜接理念，開展一堂以樣品中碳酸鈣含量的測定為主要內(nèi)容的化學計算課，幫助學生理解化學計算的學科價值，培養(yǎng)學生運用化學計算解決實際問題的能力。

關鍵詞：化學方程式;計算;真實情境;初高中銜接

一、教學理念的提出

2011年版初中化學課程標準在“課程基本理念”中強調(diào)：為學生創(chuàng)設體現(xiàn)化學、技術、社會、環(huán)境相互關系的學習情境，使學生初步了解化學對人類文明發(fā)展的巨大貢獻。初中階段的化學計算包含化學方程式計算、溶液配制及稀釋的計算、溶液組成計算及有機物的相關計算等，而高中階段的化學計算多數(shù)是以此為基礎進行延伸和深化，因此，化學計算是初高中銜接教學的重要內(nèi)容。初中化學計算以提高學生分析能力及運算能力、培養(yǎng)學生定量思想及守恒觀為主要目標，能夠幫助學生形成科學的學習和思考方法，培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)。

從中考試題的命制角度來看，中考計算題已逐步摒棄“為計算而計算”的出題方式，走出“偏、難、怪”的命題誤區(qū)，這也和高考命題改革相一致?，F(xiàn)今人們普遍認為，只有真實情景的化學計算，才能讓學生體會到化學計算的實用價值，才能讓學生學會應用化學計算解決實際問題，才能讓學生真切地體驗并感受到化學方程式計算的重要意義。

此外，化學方程式不是符號和數(shù)字的簡單組合，而是對化學反映宏觀事實和微觀本質(zhì)的符號表征。實踐證明，學生能否理解“可觀察的宏觀世界，分子、原子和離子構成的微觀世界，化學式、化學方程式和元素符號構成的符號世界”這三者之間的聯(lián)系，是影響學生化學學習的重要因素?；瘜W方程式的計算也不僅僅是簡單地從數(shù)學運算的角度進行化學計算，而是要求學生結合情境，理解為什么要計算和如何先分析再計算。

從化學計算的常規(guī)教學角度來看，對于化學方程式計算的教學，在傳統(tǒng)教學中，一些教師的教學模式是“例題展示—模仿練習—錯誤分析—強化訓練”，按照“設、式、量、比、算、答”的程序來講解。誠然，這樣的模式也能讓學生較好地掌握計算的技能，但課堂顯得枯燥、乏味，不能充分體現(xiàn)“以實驗為基礎”的化學學科特點，更重要的是學生缺乏對定量研究物質(zhì)變化的理解。

綜上所述，筆者認為，化學計算教學應結合學生已有的生活經(jīng)驗，創(chuàng)設真實的問題情境，與化學學習方法、化學觀念等融合，從而進行有趣且高效的教學。

下面以“化學方程式的計算”為例，試圖創(chuàng)設一個真實且可以隨著學生知識的生成持續(xù)變化的教學情境，引導學生逐步認識到化學計算并非單純的數(shù)學運算，而是真正具有實際意義的計算。

二、課前準備

（一）選擇適當?shù)乃夭?/p>

由于本課實驗只是輔助，因此所選用的實驗需操作簡便、數(shù)據(jù)易得，同時需結合學生已有的知識和初中化學中典型的計算類型，最終筆者選擇了“樣品中碳酸鈣含量的測定”這一課題。其基本思路是：根據(jù)實驗中收集到的CO2的量來推算CaCO3的質(zhì)量，從而算出樣品中CaCO3的質(zhì)量分數(shù)。實驗探究點是：如何測定實驗過程中產(chǎn)生的CO2的量。

對于氣體，可以用兩種方法進行測量。一是直接稱量反應前后物質(zhì)的總質(zhì)量，通過計算其差值即可算出氣體的質(zhì)量。二是通過測氣體的體積來推算氣體的質(zhì)量。對于本課CO2的質(zhì)量測定來說，這兩種方法都可以。本課則運用這兩種方法分別測定同一種樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)，對比兩個結果，進行誤差分析。

（二）選擇合適的藥品及用量

（1）藥品的選擇。筆者預先對以下幾種樣品進行了選擇，分別是：大理石（石灰石），鈣片（主要成分為碳酸鈣），珍珠粉，碳酸鈣粉末。考慮到本節(jié)課的重難點均不在實驗操作或?qū)嶒炋骄可?，并且課堂實驗時間有限，實驗要在短時間內(nèi)完成，因此反應的快慢程度非常重要。經(jīng)過試驗對比發(fā)現(xiàn)：大理石（石灰石）反應速率中等;鈣片反應速率較慢;珍珠粉雖然反應很快，但是會出現(xiàn)較多泡沫，把粉末“托舉”起來，使反應不能完全進行;而碳酸鈣粉末反應很快且不會出現(xiàn)“泡沫托舉”現(xiàn)象。因此，筆者最終選擇碳酸鈣粉末進行實驗。

（2）藥品的用量。對于用稱量法來測CO2質(zhì)量的實驗，樣品的用量可以有較多的選擇。而對于通過測體積法來計算CO2質(zhì)量的實驗，樣品的用量就不能隨意選擇，藥品用量取決于集氣瓶的規(guī)格，必須控制產(chǎn)生的CO2體積在集氣瓶的容積以內(nèi)。經(jīng)過多次反復試驗對比，筆者認為取用1克左右的碳酸鈣樣品較為合適。

（三）選擇相應的裝置和操作方法

（1）稱量法測CO2的質(zhì)量。因為CO2是氣體，且1克左右的碳酸鈣與足量的稀鹽酸反應，產(chǎn)生的CO2大約是0.44克，用普通托盤天平難以準確稱量，所以需要選擇精度比較高的電子天平。

反應容器的選擇：試管口徑較小，滴加稀鹽酸容易沖出，造成較大的損耗;放在錐形瓶中進行，不會有液體沖出，但是因為CO2的密度比空氣大，短時間內(nèi)難以全部逸出，容易造成較大的誤差。所以，我選擇在小燒杯中進行。燒杯口比較大，氣體容易逸出，比較合適。

操作方法：向盛有樣品的小燒杯中滴加稀鹽酸，不宜選擇直接傾倒的方法，因為直接傾倒會導致液體沖出，造成較大的誤差。

（2）體積法測CO2的質(zhì)量。用體積法測氣體的體積主要有以下幾種方法（裝置如圖1所示）。

筆者用第一種方法嘗試過多次，效果均不太理想。原因是樣品和稀鹽酸反應很快，產(chǎn)生的CO2氣流不穩(wěn)定，所以排出水斷斷續(xù)續(xù);另外，讀數(shù)時兩邊的液面要保持相平，否則會產(chǎn)生壓強差，使測定結果產(chǎn)生誤差。

用第二種方法直接在量筒里收集氣體，然后直接讀數(shù)，應該是比較準確的。但是，取1克左右的碳酸鈣樣品，產(chǎn)生的CO2大約為220毫升，實驗室沒有大規(guī)格的量筒（若取用樣品的質(zhì)量較少的話，誤差會比較大），而且最關鍵的是不易操作。

經(jīng)過反復試驗，筆者認為第三種方法比較好。選擇250毫升規(guī)格的集氣瓶，可以調(diào)節(jié)集氣瓶內(nèi)外壓強差，最后根據(jù)集氣瓶中留下的水的體積算出CO2的體積，再根據(jù)實驗溫度下的密度把體積換算成質(zhì)量。

用上述方法測得的樣品中碳酸鈣的質(zhì)量分數(shù)結果有差異，體積法測定的結果偏低，稱量法測得的結果比較準確。

三、課堂活動（片段）

[問題]如何測定1g粉末樣品中碳酸鈣的含量？

[知識回顧]

1.空氣中的氧氣體積含量是如何測量的？（如圖2所示）

2.測定質(zhì)量守恒定律的實驗為什么要在密閉容器中進行？（如圖3所示）

[學生歸納]

1.紅磷燃燒消耗氧氣，通過測量水的體積間接測量氧氣的體積。

2.碳酸鈣和稀鹽酸反應產(chǎn)生的二氧化碳氣體會跑掉，使天平不平衡。

[結論]可以通過直接稱量和間接測量的方法得出氣體的質(zhì)量，然后帶入化學方程式計算。

【設計意圖】根據(jù)布魯納的建構主義理論，通過對已學知識的回顧為學生搭建腳手架。學生在對空氣中氧氣含量的測定及質(zhì)量守恒定律的學習中就接觸過氣體質(zhì)量的相關測定，用這兩個例子引入測量氣體體積和質(zhì)量的方法，也可為后面的化學計算做鋪墊。

[實驗]

1.直接稱量法。

（1）用電子天平稱取1克左右的樣品放在小燒杯中，與過量的稀鹽酸一起稱量總質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)。

（2）向粉末中滴加稀鹽酸，直到不產(chǎn)生氣泡為止，再次稱量總質(zhì)量，記錄數(shù)據(jù)（見表1）。

[學生活動]將二氧化碳的質(zhì)量帶入化學方程式，計算碳酸鈣的質(zhì)量。

2.間接測量法。

（1）稱取1克左右的固體粉末放入錐形瓶，用250毫升的集氣瓶排水法收集氣體（如圖4所示）。

（2）從分液漏斗慢慢加入20毫升（確保過量）的稀鹽酸，直到不產(chǎn)生氣體為止。

（3）用量筒測量集氣瓶中剩余水的體積，記錄數(shù)據(jù)（見表2）。

[學生活動]根據(jù)相應的數(shù)據(jù)算出二氧化碳的質(zhì)量，再根據(jù)化學方程式算出碳酸鈣的質(zhì)量。

[數(shù)據(jù)分析]

1.間接測量法所得結果偏低的原因可能有哪些？

2.如何減小誤差？

[學生回答]

1.可能有一些二氧化碳溶于水，使體積偏低;多步驟操作引起誤差;藥品分布不均勻……

2.一次試驗存在偶然性，應該多次實驗，取平均值。

【設計意圖】筆者根據(jù)多年教學經(jīng)驗可知，若是直接給數(shù)據(jù)代入方程式計算，絕大多數(shù)學生都能完成，但在真實的實驗或情境中，很多數(shù)據(jù)都是要進行分析和處理的，并且數(shù)據(jù)通常較多，需要進行有效選擇，而這正是學生欠缺的。因此，筆者設計這樣一個教學片段，讓學生在真實的實驗操作中尋找有用的數(shù)據(jù)，并且學會數(shù)據(jù)分析處理，培養(yǎng)學生解決真實問題的能力，同時也為學生高中的實驗數(shù)據(jù)處理打下基礎。

四、課后反思

化學方程式計算的根據(jù)是質(zhì)量守恒定律，而質(zhì)量守恒定律是化學學習非常關鍵的一部分，要想學好化學計算，就必須正確使用化學基本術語和原理，順利找出相關物質(zhì)的質(zhì)量關系、列出比例關系。真實情境下的化學計算教學，需要學生解讀相應的信息，設計可行的實驗操作，搜集相應的數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)之間的關系，還要能對實驗誤差進行一定的分析。這樣的教學層次比較高，學生必須具備一定的基本功，熟練掌握化學計算的基本格式和步驟。所以，一定的例題講解和模仿練習還是必要的，但切忌一味地講和練。教師應該創(chuàng)設一些真實情境，為化學計算教學增添一抹亮色，從而讓學生逐步認識到：化學計算并非單純的數(shù)字運算，而是具有實際意義的計算。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]畢華林.化學新教材開發(fā)與利用[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]楊硯寧.創(chuàng)設真實情境提高化學計算教學實效：以“依據(jù)化學方程式的計算”的教學設計為例[J].化學教學，2018（11）.

[本文系中國化學會教育委員會“十三五”規(guī)劃課題“基于化學核心素養(yǎng)的初高中化學銜接教學”（課題號：HJ2020-0058）階段性成果]

（責任編輯：韓曉潔）