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摘 要: 在初中化学教学中,教师准确应用化学用语对学生化学思维的形成具有重要意义。因此,文章指出,教 师要以化学方程式教学为核心内容,引导学生复习总结元素符号、化学式等相关知识点,设计更契合学生认知水 平的学习任务,借助磁扣拼图和信息技术的辅助,最大限度地调动学生的学习能动性,构建化学用语的多维度认 知模型。
引 言
化学用语是初中化学学科的关键组成部分,正确 书写化学方程式也是学生学好化学的基础。笔者以元 素符号、化学式含义的复习为切入点,引导学生从化 学变化中原子、分子层面的知识解释质量守恒定律, 领 会反应物及生成物在化学方程式中的关系,明确化学 方程式中各符号的含义,正确书写化学方程式并配平 简单的化学方程式 [ 1] ,从宏观、微观、定性、定量四个维度构建认知模型,帮助学生在探究活动中互动思 考,由浅入深地理解化学方程式的含义,培养学生相 对分子质量的计算和应用能力,进而提高学生理论联 系实际、解决实际问题的能力。
一、对化学方程式的教学要求
《义务教育化学课程标准(2022 年版) 》(以下简 称《课程标准》)对正确书写化学方程式、能根据化 学反应进行简单计算提出明确要求。《课程标准》还新 增了“学习从物质变化、能量变化、反应条件、反应 现象、反应类型和元素守恒等视角认识化学反应,初 步形成认识化学反应的系统思维意识”[2]。《课程标准》 提高了学生对化学反应认识的整体性, 明确提出了“能选取实验证据说明质量守恒定律, 并阐释其微观本质; 能根据实验事实用文字和符号描述、表示化学变化, 并 正确书写常见的化学方程式”,要求学生深化对化学方 程式的理解。《课程标准》在教学策略建议中新增了“通 过宏观、微观、符号等多重表征手段,引导学生多角度理解化学反应,配合游戏、联想等多种策略,突破 化学方程式的学习难点”。这要求教师要根据学生的 实际认知水平设计教学目标,灵活应用教材及相关素 材,优化课程的内容结构,密切联系与化学方程式相 关的化学用语,让学生更好地把握化学方程式学习的 整体性。
二、本节课的设计思路
教师要从学科的角度培养学生在学习过程中提出 问题、追根溯源的探索精神。教师如果只是停留在知 识传授的传统教学思维上,不仅无法激发学生的探究 兴趣,还很难达成提高课堂活力的教学目标。基于以 上分析,笔者设计了有针对性的教学策略:(1)在教 学活动过程中设计科学知识探索、勇攀高峰等活动, 帮 助学生经历从元素符号、化学式到化学方程式各个知 识点的学习过程, 形成逐级攀升的结构化的知识阶梯。 (2) 利用教学课件和学案设计, 从定性、定量、宏观、 微观四个维度引导学生对各级化学用语进行分析、理 解,达成学习目标。(3)在微观含义的展示中设计小 组活动,由问题设计引导学生思考和探索,使学生积 极参与课堂活动。(4)在小实验的设计中注重学生实 验的规范操作,培养学生认真观察的习惯。教师应在 实验中不忘在契合化学学科的规范表达上加以引导, 通 过师生共同分析与评价,引发学生主动思考、讨论与 交流,让小组成员互动合作,在探究质疑中培养学生 学以致用、不畏困难的优良学科核心素养。
三、本节课的教学过程
(一)知识层面——铺设化学用语四大维度
1. 复习导入,铺设宏观、微观两维度
从燃料木炭导入介绍其组成元素——碳,对碳单 质、含碳化合物进行简单回顾,抛出以碳和二氧化碳 为具体实例的相关化学用语的探究。
Ⅰ探元素符号
笔者通过课件展示思维导图(如图 1),这部分内 容设计在学生用的学案中是需要在课前完成的。本节 课笔者以元素 C 和化学式 CO2 为代表,通过提问复习 的方式从宏观和微观两方面分析元素符号、化学式的 含义。为帮助学生回忆之前所学的有关元素符号及化 学式的相关内容,笔者在课前将《化合价之歌》作为 背景音乐播放,使元素符号的复习这部分内容呼应课 后小结 1~20 号元素。
设计意图:利用多媒体课件展示思维导图(如图 1),通过蒙层处理,让学生从宏观和微观层面对元素 符号和分子构成物质的化学式有系统的分析和总结。 创设情境,引入课题,将这两个部分的知识点纳入化 学用语大概念的结构体系中,并培养学生从宏观和微 观两个维度分析的意识。结合课前《化合价之歌》的 播放和元素符号的复习唤醒学生对课后小结 1~20 号元 素的记忆。
2. 引入主题,增设定性与定量两维度
问题 1:怎样描述一个化学反应呢?
笔者通过列表格让学生从曾经学习和接触过的有 关图示、语言描述、文字表达式、化学方程式几个角 度分析一个化学反应的描述方式,之后让学生观察几 种化学反应的表达方式,分析提取能获取的信息。通 过讨论、分析、补充,学生可以从定性的角度分析化 学方程式的相关信息。
设计意图:化学方程式可以表达的信息是多方面 的,笔者利用列表格填空的形式让学生思考。一个化 学反应无论用语言描述还是用文字表达式表示,都只 能获取反应物、生成物及反应条件这三个信息,信息量比较有限。学生在完成整张表格的过程中能加强观 察和表达,通过已有经验分析出一个化学方程式传递 的丰富的化学信息,为从定性和定量的角度分析深层 含义埋下伏笔。
学生活动:观看实验小视频《钻石的燃烧》,根据 课件中的提示判断钻石燃烧时发生的反应,以小组合 作的形式根据要求用发放的小白板和磁扣完成以下几 项任务:(1)在白板上写下化学方程式;(2)在化学式 下方用磁扣摆出各物质的构成微粒;(3)分别计算各物 质相对分子(原子) 质量;(4) 推算各物质质量比关系。 在学生完成任务后,笔者归纳总结任务完成后的内容 (如图 2)。
问题 2:化学方程式表示什么意义?
笔者归纳总结出以下思维导图(如图 3)的完整描 述,引导学生正确解读化学方程式,了解化学方程式 提供的信息。化学方程式表示在某一个化学变化过程 中,什么物质参加了反应(反应物逐渐消耗),生成了 什么物质(生成物逐渐增加),需要什么条件才能发生 这个反应。
接下来,笔者让学生分析反应中微粒的关系,并 设计问题:“碳在燃烧时,只有一个碳原子和一个氧 分子在反应吗?”学生分析并回答:“碳在燃烧时,不 会只有一个碳原子和一个氧分子发生反应。”接着,教 师追问:“那我们如何从微观粒子的角度描述这个反应 呢?”学生结合化学式的微观含义能轻松找到碳在燃烧 时发生反应的碳原子和氧分子的比例是一比一的关系。 笔者在学生分析后总结:“每一个碳原子结合一个氧分子生成一个二氧化碳分子。”
设计意 图:让学生根据实验小视频《 钻石的燃 烧》,分析出钻石的成分是碳,钻石燃烧反应就是碳完 全燃烧生成二氧化碳的反应,再根据屏幕提供的任务 单就对应的化学方程式分析出对应的宏观和微观的含 义,并从微观、宏观、定性、定量四个维度分析并完 成学案。
3. 设置冲突点,四大维度巧探索
笔者带领学生从微观的角度分析化学变化的实质 和质量守恒定律中的“三不变”。学生回顾化学变化的 实质就是在化学变化中分子可分,原子不可分,原子 重新组合成新物质分子的过程。化学变化遵守质量守恒 定律,反应前后原子的种类、个数、质量不变。笔者根 据课件信息提示“当氧气不足时碳燃烧生成一氧化碳”,并 设计活动:在接下来的分组活动中根据课件中的提示用 发放的小白板和磁扣完成以下任务:(1)把以下提供的 式子抄在白板上(C+O2——CO) ;(2)在化学式下方用 磁扣摆出各物质的构成微粒并分析。
之后笔者提出问题:“这式子和刚才老师给你们的 碳燃烧生成二氧化碳的化学方程式有什么不同?”学生 回答:“这个式子中没有体现反应发生的条件;式子中 间只有横线,不是等号。”
接着笔者提出第二个问题:“用它来表示这个反应 存在什么问题?”学生回答:“反应前后氧原子的数目 不同,不遵守质量守恒定律。”笔者在课件上把活动中 表示式的微粒比例展示在动画天平上,左盘上一个碳 原子和一个氧分子而右盘上一个一氧化碳分子。此时 笔者提出第三个问题:“如何实现天平平衡?”学生回 答:“如果要实现天平平衡,就要在左盘上增加一个碳 原子,在右盘上增加一个一氧化碳分子。”
学生分小组在白板上用磁扣贴出遵守质量守恒定 律的微粒比例数量。笔者提出第四个问题:如何在化 学方程式上体现出这样的比例关系呢?学生回答:从 元素符号和化学式前数字的含义可推出在相应符号前 写上对应比例的数字。最后,笔者总结,书写化学方 程式时要遵守两个原则:(1)以客观事实为依据,如 实写出反应物和生成物的化学式反应条件;(2)遵守 质量守恒定律,使等号两边的原子种类和数目相等。
在此基础上,笔者设置小游戏,让学生在电子白 板提供的几个化学方程式中“找找碴”。
学生分析:(1)氧化镁的化学式错误;(2)反应 缺少反应条件。
设计意图:这部分活动能让学生在已有认知的基础上产生冲突,找出解决的办法。这不仅能让学生用 化学变化实质及原子、分子的知识解释质量守恒定 律,还能让学生领会化学方程式、反应物及生成物的 含义,明确化学方程式中各符号的意义。
4. 训练提升,四大维度综合应用
笔者讲解书写化学方程式的步骤(以磷燃烧为例)。 然后, 笔者引导学生书写水通电分解的化学方程式, 意 在培养学生观察、分析问题的能力和逻辑思维能力。 然后,笔者总结讲解气体符号的含义和使用规则,启 发学生在书写化学方程式时要时刻关注和分析反应物 与生成物的状态,对生成物中的气体是否标注气体符 号做出判断。之后,笔者演示实验操作:将氯化钡溶 液加入碳酸钠溶液中,观察实验现象——澄清的溶液 变浑浊。之后, 笔者引导学生在描述实验现象时要用“产 生白色沉淀”的规范表达方式。
课堂训练环节是学生完成学案中稳扎稳打环节的 思考题并分析比较。学生可以在完成思考题的化学方 程式书写训练中提高比较、分析、归纳等解题技能。 解题后笔者补充小结:从气标和沉标表示还可以看出 化学方程式书写中对物质状态的思考和表达。
设计意图:提高书写训练这部分要求,不仅要求 学生能从宏观和反应条件及物质状态等定性角度分析 化学方程式的基本表达,还要求学生在微观和定量的 角度“雕琢”化学方程式, 配平是一个很重要的环节。 学案设计的稳扎稳打环节集中了配平、根据信息书写 化学方程式、根据质量守恒定律判断不完整化学方程 式中缺失物质的化学式等典型题型,能够帮助学生构 建坚固的化学思维大厦。
(二)选题层面——铺设燃料应用发展线
本节课在讲解化学方程式意义和书写的过程中注 重围绕有关碳及碳的化合物查找相关联的资料追古溯 今。笔者选择以典型物质碳、一氧化碳等有关物质由 古至今的应用实例为信息背景,将相关联的化学知识 呈现出来,尤其突出我国在古代就有对相关物质应 用的典型事例,以及有关燃料在现代科技中的发展 应用。
1. 开篇导入,古文引领最早燃料的应用
由课件开篇导入学生在语文课上学过的《卖炭 翁》:“卖炭翁,伐薪烧炭南山中……”学生看到熟悉 的篇章自然地齐声朗读。接着,笔者简要介绍白居易 的名篇《卖炭翁》,引出我国远古时期就使用木炭做燃 料,到了宋朝木炭被大量使用。特别说明“炭”是烧 火燃料,炭的组成元素为碳。
2. 结合原理,适时渗透炼铁原理中碳的应用发展
笔者在选择有关化学方程式配平训练例题时,选 择了炼铁原理的化学方程式配平。这部分内容涉及碳 燃烧生成二氧化碳、二氧化碳和炽热的碳反应生成一 氧化碳,以及一氧化碳作为炼铁的还原剂等知识。笔 者向学生介绍,我国在战国时期广泛使用的铁器就是 利用碳高温还原法炼铁制作而成,补充碳在历史上的 应用和发展。
3. 习题资料,展示燃料在古代及现代科技中的应用
习题 1:根据资料“从理论计算可知,液态氢和液 态氧的混合燃料是运载火箭的最佳液态燃料”,书写该 反应的化学方程式。
然后,笔者播放神舟十三号载人飞船发射升空的 视频,运载火箭划过夜空,与月亮浪漫同框。这伴月 飞行的绝美一幕,在海外社交平台引发关注与热议。 学生观看时饶有兴致,观看后神情激昂。
习题 2:中国是古代火箭的故乡。中国古代科学家 最早运用火药燃气反作用力原理创制火箭。结合黑火药
爆炸反应的化学方程式判断其中所缺反应物的化学式:
2KNO3+S+3 点燃 K2S+N2 ↑ +3CO2 ↑
在学生按质量守恒定律原理分析完成以上习题 后,笔者讲解该题,并补充介绍黑火药的发明史:“火 药发明于隋唐时期,是古代炼丹家在炼丹过程中发明 的,后来其配方由炼丹家转到军事家手里。这就是中 国古代四大发明之一的黑火药。”
设计意图:从碳为燃料的简单应用到炼铁中作为 还原剂原料的应用发展,从热议的时事神舟十三号载 人飞船发射升空到四大发明之一黑火药,素材的核心 都围绕碳和碳的化合物展开,也展现了从古至今贯穿其 中的燃料应用的科技发展,增强了学生的民族自豪感。
(三)探索层面——铺设未知知识的展望线索
学生活动 1:配平以下炼铁原理的化学方程式(信 息给予相对原子质量:Fe-56. O-16),根据化学方程 式计算反应中氧化铁和铁的质量比。
设计意图:教师小结并在课件呈现以下关系: 3CO+Fe2O3 高温 2Fe+3CO2160 2×56为下个课时重点学习化学方程式计算的解题思路 作铺垫。
学生活动 2:书写燃料甲烷燃烧的化学方程式。
设计意图:提示学生在接下来的第五章中会接触 到最简单的有机物甲烷,也为含碳化合物——有机物 的学习做提示性预习。
反思与亮点:在书写化学方程式的教学设计中, 注 重以教材为本, 对化学方程式的讲解紧紧抓住“宏观— 微观—符号”三重表征,为学生设计思维导图。在帮 助学生构建化学用语的模型认知过程中,笔者认为本 节课有以下几个亮点。
(1)帮助学生理解化学变化中微观粒子的变化 和比例关系,设计了以小磁扣模拟原子的活动,让学 生在分组活动中动手操作,用磁扣拼出反应中各物质 的微粒图;设计问题形成认知冲突,引导学生思考和 探索,直观体验物质在化学变化中的“分子可分,原 子不可分”的微观实质。(2)针对化学方程式中要使 用沉淀符号的讲解加入了学生操作的小实验,使学生 从二氧化碳通入澄清石灰水,看到石灰水变浑浊,体 会溶液中有难溶性固体生成的实验事实,帮助学生理 解沉淀符号的标注和实验现象的规范描述都有引导作 用,培养学生严谨务实的科学品质。(3)在选题方面 紧扣化学方程式的常规题型训练,素材选择紧扣含碳 物质及燃料发展史的信息背景,内容选择契合课程标 准“引导学生认识科学本质,传承科学精神,感悟民 族智慧,增强文化自信”的要求。
结 语
学会正确书写化学方程式是中学阶段化学学习的 重点和难点,教师应把有关化学用语的知识形成大概 念,进行总结和完善,将知识系统化、结构化,解决 学生知识零散、缺乏深刻理解等表层学习问题。在本 节课教学中, 教师通过问题的设计, 分组活动的开展, 对 学生进行由浅入深的知识引导,有效地帮助学生建立 了化学学科观念,提高了学科核心素养。
[参考文献]
[1] 化学教参编写组.教师教学用书[M].北京:科学出版社,2012.
[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准[M].北京:北京师范大学出版社,2022.
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