吳叢鐸

摘要：以人教版初中化學（九年級上冊）第五單元課題1“質(zhì)量守恒定律”教學設計與實踐為例，通過創(chuàng)設真實情境、激發(fā)探究熱情，重視分類比較、培養(yǎng)科學態(tài)度，開展實驗探究、發(fā)展科學思維，解決實際問題、形成化學觀念等路徑來發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，落實學科育人的根本任務。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律;教學設計;核心素養(yǎng);學科育人

文章編號：1008-0546（2022）04-0037-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.008

初中化學是引導學生從化學視角認識物質(zhì)世界的一門基礎(chǔ)自然科學課程，具有啟蒙性、實踐性與發(fā)展性的特點，對落實立德樹人根本任務，促進學生全面發(fā)展具有重要價值。課程核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過課程學習而逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。初中化學課程核心素養(yǎng)包括化學觀念、科學思維、探究實踐和科學態(tài)度與責任四個方面，它們是相輔相成的整體，體現(xiàn)了化學學科育人的基本要求。

人教版九年級化學教材將《質(zhì)量守恒定律》安排在上冊第五單元課題1，內(nèi)容包括從宏觀和微觀兩個層面認識質(zhì)量守恒定律。課標要求認識質(zhì)量守恒定律，能說明化學反應中的質(zhì)量關(guān)系，認識定量研究對于化學科學發(fā)展的重大作用[2]。學生在學習本課題之前，已經(jīng)了解一些化學反應，知道化學變化過程中物質(zhì)的種類一定發(fā)生變化，也了解化學反應的微觀本質(zhì)，知道化學變化中分子可分而原子不可以再分。

本文以“質(zhì)量守恒定律”教學實踐為例，談談如何在課堂教學中發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，落實學科育人的根本任務。

一、創(chuàng)設真實情境，激發(fā)探究熱情

活動1：明確本課的學習任務

師：（出示如圖1所示的奇石圖片）大家看到這幅圖，想到了哪一種實驗儀器？

生：天平。

師：對！現(xiàn)代化學之父拉瓦錫幾乎在他的每一個實驗中都運用了天平，他用科學實驗和定量研究，使化學走向科學。

師：你能回憶起有關(guān)拉瓦錫對化學學科發(fā)展的貢獻嗎？

生1：第一單元里有介紹，拉瓦錫利用天平進行定量研究，弄清楚了物質(zhì)燃燒的本質(zhì)。

生2：在學習“水的組成”時，我知道了“拉瓦錫做了一個氫氣在氧氣中燃燒的實驗”，證明了水是由氫元素和氧元素組成的。

師：其他同學有補充嗎？大家至少還知道一個拉瓦錫的貢獻。

生3：拉瓦錫用定量方法研究了空氣的成分，得出了空氣由氧氣和氮氣組成，其中氧氣約占空氣總體積1/5的結(jié)論。

師：在拉瓦錫時代，科學家思考化學反應前后，物質(zhì)的質(zhì)量發(fā)生了怎樣的變化？有的科學家認為，質(zhì)量變小了，如木炭燃燒;有的科學家認為質(zhì)量變大了，如金屬的煅燒;而拉瓦錫通過精確的實驗，證明了化學反應前后物質(zhì)的質(zhì)量不變。

師：今天我們將通過實驗來探究化學反應前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和是否相等。

師：（出示托盤天平和電子天平）同學們愿意選擇哪種天平來完成今天的實驗探究？為什么？

生4：我們組選電子天平。因為使用方便。

生5：我們組也選電子天平。不僅因為使用方便，還在于它精確度更高。

設計意圖：創(chuàng)設情境要圍繞學習目標，緊扣學習內(nèi)容，遵循認知規(guī)律。通過天平引入，讓學生感受到本節(jié)課的實驗主題是定量研究;通過托盤天平和電子天平的比較，讓學生學會分析和選擇;通過簡單化學史的回顧與介紹，讓學生明確本節(jié)課的探究目的，有效地引導學生學習，激發(fā)學生的探究熱情。

二、重視分類比較，培養(yǎng)科學態(tài)度

活動2：尋找研究的物質(zhì)體系

師：請同學們用符號表達式寫出你已知的化學反應，并將寫出的化學反應進行分類。

生6：我們組寫了10個表達式（表1），分成了兩大類，一類是化合反應，一類是分解反應。

生7：我們組寫了9個表達式，跟第7組（表1）類似，分成兩大類，一類是有氧氣參加的反應，一類是有氧氣生成的反應。

生8：我們組寫了8個表達式（表2），分成了三大類，一類是有氣體參加的反應，第二類是有氣體生成的反應，第三類是既有氣體參加又有氣體生成的反應。

師生充分交流，約定用第9組（表2）的分類標準對反應體系進行分類。

師：請同學們關(guān)注課本（92-95頁）提供的三個用于探究的化學反應：紅磷在空氣中燃燒，鐵釘與硫酸銅溶液反應，碳酸鈉與鹽酸反應。如果讓你們分類，后二個反應分別放在哪一類呢？為什么？

教師寫出反應的符號表達式：

Fe+CuSO4—Cu+FeSO4，Na2CO3+HCl—NaCl+H2O+CO2

生9：碳酸鈉與鹽酸的反應放在第二類，因為有二氧化碳氣體生成。

生10：鐵釘與硫酸銅溶液的反應應為第四類，是既沒有氣體參加也沒有氣體生成的反應。

師：可否將上述四類反應分成二類？

生11：可以。以“有無氣體參加或生成”為分類標準。

設計意圖：通過回顧所學化學反應、書寫反應的符號表達式，感知化學變化的普遍，感知化學變化中物質(zhì)的改變。通過分類和比較，讓學生意識到在選擇實驗體系時，有氣體參加和有氣體生成的反應需要特別關(guān)注，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

活動3：合作設計實驗裝置

師：這些反應前后的質(zhì)量是否不變呢？我們可以通過實驗來探究。

分小組進行實驗設計。一個學習小組選擇上述三個反應中的其中之一，進行實驗設計。要求：使用已知的常見的器材，畫出組裝好的實驗裝置（天平除外），并陳述小組的設計思路。

設計意圖：引導學生合作設計實驗裝置，并形成設計稿，培養(yǎng)學生的空間想象力、表達與交流能力，同時感受實驗設計是進行實驗探究的重要環(huán)節(jié)。

三、開展實驗探究，發(fā)展科學思維

活動4：選擇合適的實驗裝置

師：請各小組將你們的設計圖進行展示，并簡要說明設計思路。

生12：我們組要做紅磷與氧氣反應的實驗，這是我們的實驗裝置圖（圖2）。

生13：我們組準備做鐵釘與硫酸銅溶液反應的實驗，這是我們的設計稿（圖3）。

生14：我們組也準備做鐵釘與硫酸銅溶液反應的實驗，這是我們的設計稿（圖4）。

師：表述時請說清楚設計依據(jù)。如：在設計紅磷與氧氣反應時，為何考慮密閉體系？細沙、玻璃管、氣球的作用是什么？如何引燃紅磷？什么時候稱量？稱量什么？怎么稱量？預期看到什么現(xiàn)象？

生15：我們組準備探究碳酸鈉與鹽酸反應前后的質(zhì)量關(guān)系，這是我們組的實驗裝置圖（圖5）。

生16：你們組的裝置不密閉，而且反應后有氣體生成。請看我們組的實驗裝置圖（圖6）。

生15：課本上就是這個裝置。

生16：我們今天的探究任務是驗證質(zhì)量守恒定律，使用你們組的裝置達不成實驗目的。

生17：我們組擬選用的裝置（圖7）與第3組（圖6）

類似，是一個密閉體系，這樣生成的二氧化碳氣體仍在實驗體系中。我們準備先稱量整套裝置和藥品的質(zhì)量，然后將少量碳酸鈉粉末倒入稀鹽酸中，等反應結(jié)束后再稱量整套裝置的質(zhì)量。

生18：我們組擬選用的裝置（圖8）與第3組（圖6）更為相似。

生16：我們組（圖6）的比你們組（圖8）要好一些，你們裝置中的橡皮塞在實驗過程中說不定會迸出去。

教師對各組設計的裝置進行審核與評價，分發(fā)準備好的實驗器材與藥品，學生分組進行實驗測量。

設計意圖：通過分析比較設計方案，討論實驗體系的密閉與開放問題，實現(xiàn)了將猜想和實驗目標與實驗設計相結(jié)合的過程，使學生體會主動參與設計實驗的樂趣，初步感知定量研究的意義。

活動5：實驗探究化學反應前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系

師：請各小組按照分工，用選定的方案一、二、三（分別如圖2、圖4、圖7所示）進行自主實驗，在實驗過程中，注意觀察實驗現(xiàn)象，并及時記錄。

各小組有序進行實驗，記錄實驗現(xiàn)象。

實驗結(jié)束后匯報、交流。其中九個小組的實驗記錄如表3。

師：僅通過這三個反應能說明所有化學反應前后物質(zhì)的總質(zhì)量均不改變嗎？

生19：可以。我們做了多組平行實驗，而且有兩類不同的反應體系。

生20：不可以。我們的實驗組太少，重復實驗的次數(shù)太少，選用的反應也太少，儀器精確度也太低。

師：隨著科技的進步，科學家運用更精密的儀器，經(jīng)過大量嚴謹科學的定量實驗研究，才歸納總結(jié)出質(zhì)量守恒定律。

師：在化學史上，波義耳和拉瓦錫兩位科學家做了兩個類似的實驗（圖9）。請你說一說，兩者的區(qū)別是什么？為什么波義耳沒能得到“質(zhì)量守恒”的結(jié)論？

生21：我曾看過關(guān)于這個化學史的小故事。因為波義耳實驗后打開了儀器，他的實驗不算是在密閉體系中完成的。

設計意圖：質(zhì)量守恒定律是物質(zhì)發(fā)生化學變化所遵循的基本規(guī)律，它的發(fā)現(xiàn)是化學史上的里程碑，實現(xiàn)了化學研究從質(zhì)的變化到量的變化的轉(zhuǎn)化，定量研究開始逐漸成為化學研究的主要方法，是化學成為一門理科的重要標志之一，也促進了化學的發(fā)展。通過讓學生親歷該實驗探究過程、分析討論實驗方案、觀察和記錄實驗現(xiàn)象、反思和評價實驗結(jié)論，認識了質(zhì)量守恒定律，認識了定量研究的重要性，形成了一定的歸納判斷能力、證據(jù)推理能力，發(fā)展科學思維。

四、解決實際問題，形成化學觀念

活動6：稱量鎂條在空氣中燃燒前后固體的質(zhì)量

指導學生分組完成課本94頁的[實驗5-2]，學習用質(zhì)量守恒定律解釋實驗結(jié)果。

實驗結(jié)束后匯報、交流。其中六個小組的實驗數(shù)據(jù)見表4。

師：該實驗的體系與前面三個實驗的體系有什么不同？

生：這是敞開體系。

師：根據(jù)質(zhì)量守恒定律，從理論上講，反應后固體物質(zhì)的質(zhì)量是應該增大還是減少呢？為什么？

生22：增大。增加的質(zhì)量是參加反應的氧氣的質(zhì)量。

師：那為什么我們實驗的結(jié)果是有的增大，有的減少，有的不變呢？

各小組熱烈討論。

生23：我們小組認為，我們測得反應后的質(zhì)量之所以減少，是因為在實驗過程中產(chǎn)生了大量的白煙。

生22：我們小組認為，我們測得反應后的質(zhì)量之所以增加，是因為有氧氣參加了反應。

師：是不是所有小組的實驗中都有氧氣參加反應？都有白煙生成？

生：是的。

師：那我們應該怎樣表達更完整更科學呢？各小組繼續(xù)討論。

生24：我們小組弄明白了。因為氧氣參加反應，生成固體的質(zhì)量增加;因為白煙散逸到空氣中，使得固體質(zhì)量減少。最終結(jié)果是大還是小還是不變都有可能。

師：很好！同學們能夠透過不同情況下測量結(jié)果的表象，更為深入地認識化學反應前后的質(zhì)量關(guān)系的本質(zhì)，是學習能力提升的表現(xiàn)。

設計意圖：通過實驗、比較、判斷、分析，不斷地揭示矛盾和解決矛盾，學習用科學的眼光看待具體的實驗，具體問題具體分析，從而獲得科學的結(jié)論。通過這一活動，學生進一步明確“密閉體系”在驗證質(zhì)量守恒定律實驗中的作用，形成正確的實驗觀;也進一步意識實驗體系對化學實驗研究的重要性，體系決定著反應的探究裝置。

活動7：對質(zhì)量守恒定律進行微觀解釋師：為什么所有化學反應都遵守質(zhì)量守恒定律呢？

師：以水的分解為例，你能說說這一反應的本質(zhì)是什么？從微觀角度來說，為什么反應前后物質(zhì)質(zhì)量不變？

小組討論。教師出示水分解變化的微觀示意圖（圖10），播放動畫視頻。

生25：我們小組認為，水分解的過程中，水分子分裂成氫原子和氧原子，每兩個氫原子結(jié)合成一個氫分子，每兩個氧原子結(jié)合成一個氧分子。在分解前后，因為氫原子和氧原子的個數(shù)沒有改變，所以，總質(zhì)量不變。

師：是的。因為化學反應前后，原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量均不變，所以，化學反應前后元素的種類、質(zhì)量不變，物質(zhì)的總質(zhì)量不變。

設計意圖：核心素養(yǎng)與化學觀念的形成是密不可分的，引導學生從微觀層面粒子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變推理到宏觀物質(zhì)反應前后的總質(zhì)量不變，建立宏觀與微觀相結(jié)合的思想，能從微粒和變化的視角分析和解釋質(zhì)量守恒定律，形成微粒觀，發(fā)展變化觀。

質(zhì)量守恒定律是初中化學的一個重要規(guī)律，其應用貫穿于整個化學學習過程。在此之前，學生已學習分子、原子、元素、化學式等知識，有了一定的微觀想象能力。本節(jié)課教學中，筆者設計了多樣化的學習任務，從學生熟悉的化學反應入手，進行分類和比較，并分層次進行定量實驗和科學推理，進而從微觀角度分析化學反應的實質(zhì)，引導學生建構(gòu)化學反應中“物質(zhì)變化的定量關(guān)系”這一大概念。從定量的角度來認識物質(zhì)間的化學變化是重要的科學思維方式，借助實驗數(shù)據(jù)來分析問題，凸顯了數(shù)據(jù)作為證據(jù)的有效性和充分性，由此可見，定量研究對于科學發(fā)展是非常重要的。

緊扣學習目標的話題設置，有條有理的實驗設計，圍繞問題解決的合作學習，小組間的自評和互評，促進學生自主學習和深度學習，增強了學生認識問題、解決問題的能力，發(fā)展科學思維能力;化學史料情境蘊含科學思維和科學研究方法，引導學生理性看待科學發(fā)展過程中的失誤或局限性，通過實驗驗證科學家的重要結(jié)論，建立結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，有利于學生樹立正確的科學價值觀，最終達到學科育人的目的[3]。

參考文獻

[1]葉立軍，王思凱.學科育人指向的課堂教學特征及策略研究[J].教學與管理，2021（11）：96-98.

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[3]王琳.聚焦學科核心素養(yǎng)提升的初中化學教學探索[J].化學教育（中英文），2021，42（21）：66-72.