包慧

摘要：在學(xué)習(xí)了質(zhì)量守恒定律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用定律思考問(wèn)題、分析問(wèn)題，能運(yùn)用定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中收集數(shù)據(jù)，并利用數(shù)據(jù)分析推理，最終得出結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律;拉瓦錫;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）09-0055-03

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.014

2020年10月份我接到南通市教科院的任務(wù)，將和前來(lái)交流學(xué)習(xí)的連云港市海州區(qū)的老師同題異構(gòu)一節(jié)化學(xué)課，結(jié)合當(dāng)時(shí)的教學(xué)進(jìn)度我們鎖定了“質(zhì)量守恒定律”一課。由于各種原因這一節(jié)課一直拖延到了11月底，而“質(zhì)量守恒定律”一課早已經(jīng)講完，考慮到當(dāng)初確定的課題，同時(shí)也想嘗試一個(gè)全新的課題，于是誕生了“再探質(zhì)量守恒定律”一課。

一、設(shè)計(jì)思路

在和同備課組老師們的反復(fù)討論研究下我們確立了一條以拉瓦錫為線索的設(shè)計(jì)思路，整節(jié)課通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從定性到定量的化學(xué)研究方法，會(huì)依據(jù)質(zhì)量守恒定律的原理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).并能對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)于質(zhì)量守恒定律的標(biāo)準(zhǔn)表述為：認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律，能說(shuō)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?；顒?dòng)與探究建議為：實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系;用微粒的觀點(diǎn)對(duì)質(zhì)量守恒定律做出解釋[1]。《標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)于在教學(xué)中質(zhì)量守恒定律的定位如下：利用質(zhì)量守恒定律的研究讓學(xué)生學(xué)習(xí)從定性向定量切換;利用科學(xué)探究研究質(zhì)量守恒定律的宏觀原因;從微粒的角度研究質(zhì)量守恒定律成立的本質(zhì)原因;拓展質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重大作用[2]。

在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)了質(zhì)量守恒定律以后雖然能依據(jù)定律解決一些計(jì)算題，但一味的解題，被動(dòng)的運(yùn)用定律失去了質(zhì)量守恒定律的學(xué)科意義，影響了學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。本節(jié)課通過(guò)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，巧妙地設(shè)置問(wèn)題，讓學(xué)生在解決一個(gè)個(gè)問(wèn)題的過(guò)程中主動(dòng)應(yīng)用質(zhì)量守恒定律，從而加深對(duì)定律的理解，感悟質(zhì)量守恒定律對(duì)于化學(xué)研究的重要意義。

本節(jié)課從人教版課本上拉瓦錫對(duì)于空氣組成的研究中得出質(zhì)量守恒定律作為引入，過(guò)渡到書(shū)本上對(duì)于空氣組成的實(shí)驗(yàn)，巧妙地提出實(shí)驗(yàn)中紅磷的用量問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用質(zhì)量守恒定律解決問(wèn)題。接下來(lái)由人教版課本上拉瓦錫對(duì)于水的組成的探究實(shí)驗(yàn)，過(guò)渡到書(shū)本上演示電解水的演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用質(zhì)量守恒定律分析推導(dǎo)水的化學(xué)式。本節(jié)課最后通過(guò)在石棉網(wǎng)上加熱納米鐵粉的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出問(wèn)題，即該實(shí)驗(yàn)中的產(chǎn)物是什么？學(xué)生再次應(yīng)用質(zhì)量守恒定律設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、最終通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析推導(dǎo)得出生成物的化學(xué)式。

二、教學(xué)過(guò)程

引入：同學(xué)們，兩百多年前拉瓦錫在探究空氣組成的實(shí)驗(yàn)中用精確的定量實(shí)驗(yàn)研究了氧化汞的分解和合成反應(yīng)中各物質(zhì)質(zhì)量之間的變化關(guān)系，他將45.0份質(zhì)量的氧化汞加熱分解，恰好得到了41.5份質(zhì)量的汞和3.5份質(zhì)量的氧氣，他通過(guò)大量的定量實(shí)驗(yàn)最終得出了質(zhì)量守恒定律。請(qǐng)一位同學(xué)回顧一下質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容。

生：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。

師：化學(xué)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律的微觀原因是什么？

生：原子的三不變。

過(guò)渡：拉瓦錫在探究空氣組成的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)中各物質(zhì)之間量的關(guān)系。在前面的學(xué)習(xí)中，我們也曾模仿拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)原理利用紅磷測(cè)定了空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中為確保集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣被完全消耗，我們?cè)趯?shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)總會(huì)取過(guò)量的紅磷，實(shí)驗(yàn)后我們發(fā)現(xiàn)燃燒匙上有大量的紅磷的剩余，造成了浪費(fèi)。從環(huán)保和節(jié)約藥品的角度考慮，至少需要取用紅磷的質(zhì)量是多少？

師：要解決這個(gè)問(wèn)題，你覺(jué)得需要知道反應(yīng)中哪種物質(zhì)的質(zhì)量？如何得出集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量呢？進(jìn)行什么樣的實(shí)驗(yàn)操作呢？下面就請(qǐng)大家以小組為單位進(jìn)行討論。

[小組討論]

師：我們請(qǐng)一個(gè)組來(lái)匯報(bào)一下他們討論的方案。

生：紅磷的用量需要根據(jù)集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量來(lái)確定。

師：如何獲知集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量呢？

生：測(cè)量集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的體積，再乘以氧氣的密度就可以得出。

師：如何測(cè)量集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的體積呢？

生：測(cè)量集氣瓶中空氣的體積。

師：如何測(cè)量？

生：測(cè)量集氣瓶的容積。

師：如何測(cè)量集氣瓶的容積？

生：排水法。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]用排水法測(cè)量集氣瓶的容積。

師：同學(xué)們你們得出你們手中集氣瓶的容積了嗎？對(duì)于剛才的探究你覺(jué)得有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤絾幔?/p>

生1：當(dāng)塞上橡皮塞后，集氣瓶?jī)?nèi)空氣的體積要除去這部分體積。

生2：做這個(gè)實(shí)驗(yàn)前會(huì)在集氣瓶?jī)?nèi)留少量水，所以集氣瓶?jī)?nèi)空氣的體積要除去這部分空氣的體積。

師：如何解決這樣的問(wèn)題呢？同學(xué)們有什么樣的好辦法？請(qǐng)?jiān)儆懻撚懻摗?/p>

[小組討論]

師：你們是怎么解決剛才的兩個(gè)問(wèn)題的？

生：集氣瓶注滿(mǎn)水后塞上橡皮塞，然后取下橡皮塞，再將集氣瓶中大部分的水倒入量筒中，集氣瓶中最后留少量的水，并做上記號(hào)。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]用改進(jìn)后的方法再次測(cè)量集氣瓶?jī)?nèi)空氣的體積。

師：集氣瓶?jī)?nèi)空氣的體積有了，我們?nèi)绾斡?jì)算出集氣瓶?jī)?nèi)氧氣的質(zhì)量呢？還需要查閱哪個(gè)物理量？

生：氧氣的密度。

師：已知氧氣的密度是1.429g/L，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谙旅鎰?dòng)手算一算。我請(qǐng)一個(gè)同學(xué)到黑板上來(lái)算。

[學(xué)生板演]

師：在剛才的計(jì)算過(guò)程中，有些同學(xué)沒(méi)能得出正確答案，請(qǐng)**分享一下自己錯(cuò)誤的原因。

生：直接用集氣瓶?jī)?nèi)空氣的體積乘以氧氣的密度，忘記氧氣約占空氣總體積的21%。

師：氧氣的質(zhì)量有了，現(xiàn)在你們能計(jì)算紅磷的質(zhì)量了嗎？繼續(xù)算一算吧。

[學(xué)生板演]

師：0.03g的紅磷究竟是多少？我們一起來(lái)看一看圖片。一藥匙的紅磷大約是2.6g。所以在實(shí)驗(yàn)中，我們?nèi)M(mǎn)滿(mǎn)一藥匙的紅磷肯定會(huì)有所剩余。

過(guò)渡：拉瓦錫通過(guò)定量實(shí)驗(yàn)不但成功地測(cè)定了空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)還得出了水的組成。讓我們一起來(lái)看看他是如何做的。他讓水蒸氣通過(guò)一根燒紅的鐵制槍管，結(jié)果得到了氫氣，同時(shí)槍管表面有黑色固體生成，主要是四氧化三鐵。拉瓦錫通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和歸納得出了水的組成，你知道他得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的依據(jù)是什么嗎？

生：質(zhì)量守恒定律。

師：現(xiàn)在也請(qǐng)你利用我提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：16.8g的鐵與足量的水蒸氣充分反應(yīng)，得到23.2g四氧化三鐵，同時(shí)生成9L的氫氣，在該條件下氫氣的密度是0.089g/L，你能推出水的化學(xué)式嗎？

[小組討論]

師：請(qǐng)這個(gè)組派一個(gè)代表到講臺(tái)上講一講你們是如何進(jìn)行推算的。

[學(xué)生板演]（圖1）

過(guò)渡：由拉瓦錫探究水的組成的實(shí)驗(yàn)反觀我們課本上電解水實(shí)驗(yàn)，你們覺(jué)得要得出水的化學(xué)式，還需要查閱哪些信息？

生：氫氣和氧氣的密度。

師：已知?dú)錃獾拿芏仁?.089g/L，氧氣的密度是1.429g/L，請(qǐng)你們?cè)谙旅嫱扑闼幕瘜W(xué)式。

過(guò)渡：同學(xué)們有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)我們剛剛探究的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都是在學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律之前學(xué)習(xí)的，今天我們像拉瓦錫一樣應(yīng)用質(zhì)量守恒定律定量實(shí)驗(yàn)的思想對(duì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)再次進(jìn)行了探究，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)思考和分析，我們對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都有了新的認(rèn)識(shí)。拉瓦錫也正是對(duì)許多化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了定量的研究，歸納出了質(zhì)量守恒定律，得出了許多寶貴的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，這對(duì)于推動(dòng)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。因此拉瓦錫被稱(chēng)為“定量化學(xué)之父”。下面請(qǐng)大家繼續(xù)運(yùn)用拉瓦錫研究問(wèn)題的方法思考這樣一個(gè)問(wèn)題。

[演示實(shí)驗(yàn)]在石棉網(wǎng)上加熱一定質(zhì)量的納米鐵粉。

師：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象猜測(cè)納米鐵粉在空氣中加熱的過(guò)程中與空氣中的哪種物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？通過(guò)研究納米鐵粉的確是與氧氣發(fā)生了反應(yīng)，那么生成物究竟是什么呢？如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定呢？

[小組討論]

師：請(qǐng)這組的同學(xué)說(shuō)一說(shuō)你們打算如何展開(kāi)探究。

生：首先稱(chēng)量一定質(zhì)量的鐵粉和石棉網(wǎng)的質(zhì)量，在空氣中充分加熱，然后稱(chēng)量反應(yīng)后鐵粉和石棉網(wǎng)的質(zhì)量，增加的質(zhì)量就是生成物中氧元素的質(zhì)量。再根據(jù)鐵氧元素的質(zhì)量比得出鐵氧原子的個(gè)數(shù)比，就可以得出生成物的化學(xué)式了。

師：如何得知鐵粉已經(jīng)完全與氧氣發(fā)生反應(yīng)了呢？

生：加熱至固體質(zhì)量不再增加。

[演示實(shí)驗(yàn)]充分加熱鐵粉至固體質(zhì)量不再增加。

師：請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)推算生成物究竟是什么？

[學(xué)生板演]（圖2）

師：通過(guò)今天的探究同學(xué)們一定感受到了對(duì)于化學(xué)問(wèn)題的研究，不但需要設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)，而且需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析和處理，這樣才能得到正確的結(jié)論。今天我們的課題是再探質(zhì)量守恒定律，在拉瓦錫實(shí)驗(yàn)的指引下，在具體問(wèn)題的探究過(guò)程中，我相信同學(xué)們對(duì)質(zhì)量守恒定律一定有了更加深刻的理解。

三、教后反思

首先，本節(jié)課中兩次引入了化學(xué)家拉瓦錫的故事，這不但豐富了本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，而且讓學(xué)生感悟到科學(xué)發(fā)展中人們是如何通過(guò)系統(tǒng)地收集數(shù)據(jù)來(lái)分析歸納最終得出結(jié)論的過(guò)程。精心選擇與學(xué)生認(rèn)知、教學(xué)內(nèi)容相匹配的化學(xué)史，不僅促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，還能發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

其次，本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的研究從定性分析跨越到定量分析，實(shí)現(xiàn)了思維方式的提升。從定性到定量的科學(xué)方法使人類(lèi)認(rèn)識(shí)事物時(shí)由模糊變得清晰，由抽象變得具體。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究中定量分析方法的運(yùn)用，具有其特定的學(xué)科特點(diǎn)，將會(huì)助推學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)，提高科學(xué)素養(yǎng)[3]。

最后，本節(jié)課的整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)體現(xiàn)以學(xué)生為本的理念，以學(xué)情為起點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)而富有價(jià)值的問(wèn)題情境，使每一個(gè)學(xué)生以愉快的心情去學(xué)習(xí)生動(dòng)有趣的化學(xué)，激勵(lì)學(xué)生積極探究化學(xué)變化的奧秘，讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)地體驗(yàn)探究的過(guò)程，在知識(shí)的形成、相互聯(lián)系和應(yīng)用過(guò)程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，學(xué)習(xí)科學(xué)的方法。

參考文獻(xiàn)

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[2]陳歡.“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”的教學(xué)素材選擇研究[J].化學(xué)教與學(xué)，2020（11）：10-14

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