物質(zhì)組成的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

竇星星 孫應(yīng)倫

關(guān)鍵詞：水的組成;教學(xué)設(shè)計(jì);構(gòu)建模型

一、問(wèn)題的提出

課程主題“身邊的化學(xué)物質(zhì)”，要求認(rèn)識(shí)和探究身邊的化學(xué)物質(zhì)，了解化學(xué)變化的奧秘。在聽(tīng)課調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)多數(shù)教師在教學(xué)時(shí)重視實(shí)驗(yàn)、注重小組合作，但實(shí)際教學(xué)效果卻不盡如人意。究其原因多為元素及其化合物知識(shí)點(diǎn)繁多復(fù)雜，不成體系，學(xué)生記憶困難，而更多的原因則與教師的教學(xué)有關(guān)，教師的教學(xué)缺乏系統(tǒng)性，沒(méi)有在教學(xué)中建立模型，沒(méi)有幫助學(xué)生構(gòu)建研究物質(zhì)組成的思路和方法，這顯然不利于學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展[1]。

本文以“水的組成”教學(xué)為例，體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，闡述身邊的化學(xué)物質(zhì)組成的研究方法，構(gòu)建研究物質(zhì)組成的一般思路。

二、教學(xué)內(nèi)容分析

1.課標(biāo)要求

（1）科學(xué)探究：學(xué)會(huì)根據(jù)某些性質(zhì)檢驗(yàn)和區(qū)分常見(jiàn)的物質(zhì);（2）身邊的化學(xué)物質(zhì)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推斷水的組成;（3）物質(zhì)構(gòu)成的奧秘：通過(guò)進(jìn)行水的電解實(shí)驗(yàn)，能從元素組成上認(rèn)識(shí)氧化物，能區(qū)分單質(zhì)和化合物;（4）物質(zhì)的化學(xué)變化：認(rèn)識(shí)定量研究;（5）化學(xué)與社會(huì)發(fā)展：認(rèn)識(shí)氫氣燃燒，防范爆炸。課標(biāo)要求從氫氣燃燒和電解水兩個(gè)實(shí)驗(yàn)入手，從定性和定量?jī)蓚€(gè)角度認(rèn)識(shí)水的組成，培養(yǎng)學(xué)生閱讀、分析、對(duì)比、歸納和表達(dá)等能力。在教學(xué)中應(yīng)注重對(duì)學(xué)生思維和能力的培養(yǎng)，滲透宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想的學(xué)科核心素養(yǎng)，構(gòu)建研究物質(zhì)組成的一般思路。

2.教材分析

（1）內(nèi)容分析

本節(jié)課安排在人教版初中化學(xué)上冊(cè)第四單元課題3，先介紹氫氣的性質(zhì)及驗(yàn)純、氫氣的燃燒實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行水的組成探究實(shí)驗(yàn)，不斷深入認(rèn)識(shí)水的組成，掌握研究物質(zhì)組成的思路和方法。通過(guò)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，有利于幫助學(xué)生構(gòu)建研究身邊物質(zhì)的方法，滲透學(xué)科素養(yǎng)，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察、數(shù)據(jù)記錄、分析概括的能力，深刻體會(huì)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值。

（2）“水的組成”知識(shí)的邏輯聯(lián)系（見(jiàn)表1）

（3）教材欄目分析（見(jiàn)表2）

教材中的欄目圍繞“水由氫元素和氧元素組成”這個(gè)中心而設(shè)計(jì)，如何通過(guò)這些素材在有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)物質(zhì)組成的分析，這是本節(jié)課的難點(diǎn)，教材通過(guò)幾個(gè)欄目，循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)氫氣和水兩種物質(zhì)，從氫氣的燃燒和水的電解兩個(gè)實(shí)驗(yàn)得出水的組成，從水分子分解示意圖得出水的微觀構(gòu)成。體會(huì)燃燒法和分解法是研究物質(zhì)組成的基本方法。

3.學(xué)情分析

“水的組成”是初中學(xué)生第一次學(xué)習(xí)物質(zhì)的組成，教學(xué)中應(yīng)該在學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上幫助學(xué)生搭建研究物質(zhì)組成的學(xué)科支架，為今后學(xué)習(xí)身邊的化學(xué)物質(zhì)、元素及其化合物的性質(zhì)做好鋪墊。本節(jié)課的教學(xué)更注重學(xué)科的邏輯性和實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性，注重對(duì)方法的提煉與總結(jié)，注重科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评硭季S的培養(yǎng)。調(diào)動(dòng)學(xué)生的前認(rèn)知，將學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)同物質(zhì)組成的研究方法緊密聯(lián)系起來(lái)，豐富和完善學(xué)生的認(rèn)知[2]。

三、教學(xué)過(guò)程

1.教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)

教學(xué)目標(biāo)：（1）通過(guò)閱讀資料，了解水的組成發(fā)展史，重溫化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變的思想，并依據(jù)此思想開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，體會(huì)研究物質(zhì)組成的兩種方法——燃燒法與分解法;（2）通過(guò)氫氣的燃燒和水的電解實(shí)驗(yàn)，得出水由氫、氧元素組成的結(jié)論，構(gòu)建研究物質(zhì)組成的一般思路;（3）用水分子分解示意圖闡述水的微觀構(gòu)成，分析化學(xué)變化的實(shí)質(zhì);（4）通過(guò)篩選、比較認(rèn)識(shí)單質(zhì)與化合物，初步建立分類(lèi)意識(shí)，認(rèn)識(shí)分類(lèi)法是化學(xué)研究的基本方法。

教學(xué)重點(diǎn)：水的電解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述和水的組成的確定。

教學(xué)難點(diǎn)：研究物質(zhì)組成的基本方法，從元素組成上區(qū)別單質(zhì)和化合物、識(shí)別氧化物。

2.教學(xué)過(guò)程

[導(dǎo)入]“金、木、水、火、土”是中國(guó)古代五行學(xué)說(shuō)的五種元素，請(qǐng)問(wèn)同學(xué)們，以你現(xiàn)在的認(rèn)識(shí)來(lái)看，水是一種元素嗎？水由什么組成呢？

環(huán)節(jié)一：回顧科學(xué)家的探索之路

[師]引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材81頁(yè)的資料卡片。科學(xué)家普利斯特里把“易燃空氣”和空氣混合后盛在干燥、潔凈的玻璃瓶中，用電火花點(diǎn)火，發(fā)出震耳的爆鳴聲，玻璃瓶?jī)?nèi)壁出現(xiàn)液滴。不久后另一位科學(xué)家卡文迪許用純氧代替空氣進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，確認(rèn)得到的液滴是水，并確定兩份體積的“易燃空氣”與1份體積的氧恰好化合成水。但由于當(dāng)時(shí)“燃素說(shuō)”的束縛，兩位科學(xué)家得出錯(cuò)誤的結(jié)論，認(rèn)為是兩種氣體中含有水。后來(lái)科學(xué)家拉瓦錫重復(fù)了他們的實(shí)驗(yàn)，并做了一個(gè)相反的實(shí)驗(yàn)：讓水蒸氣通過(guò)燒紅的槍管，得到“易燃空氣”，通過(guò)分析，他認(rèn)為水不是一種元素，是“易燃空氣”和氧的化合物，打破了“燃素說(shuō)”的束縛，得到了正確的結(jié)論。由此，水的組成被揭秘。

[師]你能從三位科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出研究水的組成的兩種方法嗎？

[生]思考、討論。通過(guò)燃燒和分解可研究出水的組成，即用燃燒法和分解法可以研究物質(zhì)的組成。

[師]我們?cè)诘谌龁卧n題3“元素”中已經(jīng)學(xué)過(guò)，化學(xué)反應(yīng)前后元素不會(huì)改變。科學(xué)家研究水的組成采用了燃燒法和分解法，根據(jù)燃燒產(chǎn)物可以推斷物質(zhì)的元素組成，通過(guò)分解反應(yīng)的產(chǎn)物也可以推斷物質(zhì)的元素組成。我們可以“水的組成”為例，將物質(zhì)組成的研究方法推廣到其他復(fù)雜物質(zhì)組成的研究中，為高中研究物質(zhì)組成的學(xué)習(xí)埋下伏筆。

設(shè)計(jì)意圖：回顧科學(xué)家的探索之路，引導(dǎo)學(xué)生分析及初步提煉研究物質(zhì)組成的基本方法，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)做鋪墊。

環(huán)節(jié)二：重走科學(xué)家的探索之路[師]請(qǐng)各位同學(xué)站在巨人的肩膀上，以科學(xué)家的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，即燃燒反應(yīng)和分解反應(yīng)為指導(dǎo)，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變的理論，設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證水的組成。

[生]小組討論。

[師]提示學(xué)生：要想證明水的組成，可設(shè)計(jì)一個(gè)生成物只有水的實(shí)驗(yàn)或者反應(yīng)物只有水的實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素不變即可得出正確結(jié)論。

[生]討論。

方案一：A+B→水氫氣的燃燒。

方案二：水→A+B 水的分解。

[方案一]產(chǎn)物只有水的反應(yīng)：氫氣的燃燒。

[實(shí)驗(yàn)1]展示一瓶氫氣，學(xué)生說(shuō)出氣體的顏色、狀態(tài)，聞氣味。并用氫氣流吹肥皂泡，觀察氫氣泡的運(yùn)動(dòng)軌跡，得出氫氣的密度比空氣小的結(jié)論。

[實(shí)驗(yàn)2]在帶尖嘴的導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣，觀察火焰的顏色。在火焰上方罩一個(gè)冷而干燥的小燒杯，過(guò)一會(huì)兒，觀察現(xiàn)象。

[生]觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。

[總結(jié)]氫氣與氧氣燃燒生成了水，發(fā)生了化學(xué)變化。反應(yīng)物中含有氫元素和氧元素，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變，則生成物水應(yīng)該由氫元素和氧元素組成。因此燃燒法是研究物質(zhì)元素組成的方法之一。

[實(shí)驗(yàn)3]點(diǎn)燃?xì)錃夂涂諝獾幕旌衔?，進(jìn)行氫氣的驗(yàn)純。

用小試管收集少量氫氣，用拇指堵住試管口，靠近火焰，移開(kāi)拇指。

[生]觀察現(xiàn)象。發(fā)出尖銳的爆鳴聲說(shuō)明氫氣不純;聲音很小說(shuō)明氣體較純。

[師]強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)：點(diǎn)燃?xì)錃馇耙葯z驗(yàn)氫氣的純度。

[方案二]反應(yīng)物只有水的反應(yīng)：水的分解。

[實(shí)驗(yàn)4]在電解器玻璃管里加滿(mǎn)水，接通直流電源，觀察并記錄兩個(gè)電極附近和玻璃管內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象，并比較兩玻璃管內(nèi)氣體的體積。切斷上述裝置中的電源，用燃著的木條分別在兩個(gè)玻璃管尖嘴口檢驗(yàn)電解反應(yīng)中產(chǎn)生的氣體，觀察并記錄發(fā)生的現(xiàn)象。

[生]觀察并描述實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象，與同伴交流，得出結(jié)論。

[師]正極端玻璃管的現(xiàn)象說(shuō)明有氧氣產(chǎn)生，負(fù)極端的現(xiàn)象說(shuō)明有氫氣產(chǎn)生，且產(chǎn)生的氣體體積比約為2∶1，由這一實(shí)驗(yàn)可從定量角度認(rèn)識(shí)水的組成。

[總結(jié)]水在通電的條件下發(fā)生分解，產(chǎn)生了氫氣和氧氣，由于化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變，以此推斷水由氫元素和氧元素組成。分解法也是研究物質(zhì)元素組成的一種方法。

[師]演示電解水微觀過(guò)程動(dòng)畫(huà)。根據(jù)精準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定，每個(gè)水分子是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成的，當(dāng)水分子分解時(shí)，生成了氫原子和氧原子，2個(gè)氫原子結(jié)合成1個(gè)氫分子，很多氫分子聚集成氫氣;2個(gè)氧原子結(jié)合成1個(gè)氧分子，很多氧分子聚集成氧氣。通過(guò)動(dòng)畫(huà)，從定量角度認(rèn)識(shí)水分子的原子個(gè)數(shù)比。

[師]電解水產(chǎn)生的氫氣和氧氣的體積比通常大于2∶1，其原因是什么？在水中加入硫酸鈉或氫氧化鈉的目的是什么？

[生]討論交流。

[師]點(diǎn)評(píng)總結(jié)。

[總結(jié)]從科學(xué)家的視角出發(fā)，觀察氫氣燃燒和水的分解兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，得出水由氫元素和氧元素組成的結(jié)論。在今后學(xué)習(xí)物質(zhì)的組成時(shí)，我們就可以仿照這樣的方法來(lái)進(jìn)行研究。

板書(shū)如圖1所示。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生以燃燒反應(yīng)和分解反應(yīng)為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出研究水的組成的實(shí)驗(yàn)方案，從定性角度研究水的組成。再通過(guò)微觀圖示及氣體的體積比從定量的角度解析原子個(gè)數(shù)比。宏觀、微觀結(jié)合，突破難點(diǎn)，突破學(xué)生的認(rèn)知障礙，幫助學(xué)生構(gòu)建研究物質(zhì)組成的方法和思路。

環(huán)節(jié)三：從元素組成的角度對(duì)純凈物分類(lèi)[師]展示給學(xué)生一些寫(xiě)有純凈物化學(xué)式的卡片，讓學(xué)生對(duì)其分類(lèi)：分成只由一種元素組成的物質(zhì)和由兩種或兩種以上元素組成的物質(zhì)。

[生]按要求完成分類(lèi)。

[師]講解單質(zhì)和化合物的概念。

請(qǐng)同學(xué)們從由兩種元素組成的化合物中找出其中一種是氧元素的化合物。

講解氧化物的概念。讓學(xué)生列舉其他的氧化物，鞏固概念。

[總結(jié)]歸納總結(jié)純凈物分類(lèi)的依據(jù)及意義，感受物質(zhì)分類(lèi)的重要性。

設(shè)計(jì)意圖：從元素組成的角度幫助學(xué)生理解單質(zhì)和化合物的區(qū)別和聯(lián)系，完善物質(zhì)分類(lèi)的思想和體系。

[課堂小結(jié)]（1）氫氣的燃燒;（2）水的分解;（3）純凈物的分類(lèi)。

四、教學(xué)反思

初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求引導(dǎo)學(xué)生觀察和探究一些身邊的化學(xué)物質(zhì)，幫助學(xué)生理解其對(duì)生活的影響，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的好奇心和探索欲望。本課立足于用對(duì)“水的組成”的探究解決真實(shí)問(wèn)題，在此過(guò)程中不斷完善學(xué)生分析物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的模型，從而構(gòu)建研究物質(zhì)組成的一般思路和方法。教學(xué)過(guò)程中主線(xiàn)突出，注重從學(xué)生解決問(wèn)題的角度出發(fā)，進(jìn)行設(shè)問(wèn)和探究，更貼近學(xué)生的真實(shí)情況，讓學(xué)生明確應(yīng)該用什么知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題，并在解決真實(shí)問(wèn)題中不斷調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。本課利用實(shí)驗(yàn)探究的方式，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。