舊知重組，突破新知，促進(jìn)學(xué)生變化觀(guān)的初步形成
——“水的組成”教學(xué)設(shè)計(jì)

李建麗

（廣州市鐵一中學(xué) 廣東廣州 511447）

初三化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生對(duì)化學(xué)變化的認(rèn)識(shí)要經(jīng)歷從宏觀(guān)現(xiàn)象到微觀(guān)解釋?zhuān)瑥亩ㄐ苑治龅蕉垦芯?，從只關(guān)注物質(zhì)變化到同時(shí)關(guān)注到能量變化，從關(guān)注化學(xué)反應(yīng)到關(guān)注化學(xué)與社會(huì)發(fā)展的轉(zhuǎn)變過(guò)程，最終形成對(duì)物質(zhì)化學(xué)變化的穩(wěn)定認(rèn)識(shí)，即物質(zhì)的化學(xué)變化觀(guān)[1]。觀(guān)念形成不可能通過(guò)一節(jié)課或一個(gè)單元的教學(xué)強(qiáng)化就能形成的，因此在教學(xué)中需要制訂長(zhǎng)期計(jì)劃，在教學(xué)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)慢慢滲透，持續(xù)構(gòu)建，逐步形成。

本文以“水的組成”為例來(lái)研究在新課教學(xué)中如何促進(jìn)初三學(xué)生變化觀(guān)的初步形成。

一、課標(biāo)分析

1.認(rèn)識(shí)水是由氫、氧兩種元素組成；了解根據(jù)物質(zhì)分解產(chǎn)物來(lái)推斷物質(zhì)組成的思維方法；在能夠區(qū)分混合物和純凈物的基礎(chǔ)上，知道純凈物還可分為單質(zhì)和化合物，并能夠根據(jù)物質(zhì)的元素組成，判斷單質(zhì)和化合物。知道氧化物是化合物的一種，能從組成上識(shí)別氧化物。

2.通過(guò)水的電解實(shí)驗(yàn)，初步學(xué)習(xí)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定性和定量?jī)蓚€(gè)角度進(jìn)行有序觀(guān)察，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，進(jìn)一步體會(huì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論之間的關(guān)系，再次加深證據(jù)意識(shí)。能畫(huà)出水分子及水分子變?yōu)闅浞肿雍脱醴肿拥哪Ｐ蛨D示，初步建立搭建微觀(guān)模型認(rèn)識(shí)水的組成及其變化的意識(shí)。

3.了解人類(lèi)認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的過(guò)程和方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神。

二、學(xué)情分析

【課前測(cè)評(píng)】對(duì)象，初三全級(jí)268人。

（1）下列實(shí)驗(yàn)不涉及化學(xué)變化的是（ ）。

A.鐵線(xiàn)在氧氣中燃燒 B.膽礬的研碎

C.硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液 D.用澄清石灰水檢驗(yàn)人呼出的氣體

（2）下列現(xiàn)象描述中，正確的是（ ）。

A.鐵絲在空氣中劇烈燃燒，火星四射，生成黑色固體

B.鎂條在空氣中燃燒發(fā)出耀眼的白光，生成白色固體

C.磷在空氣中燃燒產(chǎn)生大量白霧

D.硫磺在空氣中燃燒產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰，并生成二氧化硫氣體

（3）某反應(yīng)的微觀(guān)模擬示意圖（圖1）。從圖中獲得的有關(guān)信息不正確的是（ ）。

圖1 某反應(yīng)的微觀(guān)模擬示意圖

A.分子間存在一定的間隔 B.該化學(xué)反應(yīng)屬于分解反應(yīng)

C.化學(xué)反應(yīng)前后原子的數(shù)目沒(méi)有增減

D.原子是化學(xué)變化中的最小粒子

（4）在一個(gè)盛有澄清石灰水的容器中有一枝燃著的蠟燭，現(xiàn)用一只杯子將蠟燭罩?。▓D2），猜想一下，杯子內(nèi)會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生（ ）。

圖2 實(shí)驗(yàn)圖

A.蠟燭燃燒不變，液面不變

B.火焰逐漸熄滅，液面下降

C.蠟燭燃燒更旺，液面上升

D.火焰逐漸熄滅，液面上升

（5）對(duì)于自來(lái)水的凈水過(guò)程，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）。

A. 常用的絮凝劑有明礬

B. 明礬凈水的過(guò)程中只包含物理變化

C. 反應(yīng)沉淀池中包括吸附沉淀和靜置沉淀

D. 通過(guò)該凈水過(guò)程后，獲得的水仍為混合物

【測(cè)試結(jié)果】得分率分別為98.88%，47.31%，90.00%，56.72%，53.70%。

【測(cè)評(píng)分析】學(xué)生能通過(guò)現(xiàn)象來(lái)判斷是否發(fā)生化學(xué)變化；知道物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，能夠通過(guò)微觀(guān)圖示判斷物質(zhì)的微觀(guān)構(gòu)成，答題情況很好。這說(shuō)明學(xué)生對(duì)于應(yīng)知應(yīng)會(huì)的基礎(chǔ)知識(shí)掌握得很好。測(cè)評(píng)也反應(yīng)出學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)需要重視和解決的問(wèn)題：第（2）題本來(lái)是考查最基礎(chǔ)的知識(shí)，效果卻很差，反映出學(xué)生只是看實(shí)驗(yàn)而不會(huì)有序觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不會(huì)用變化的視角來(lái)看化學(xué)變化，物質(zhì)顏色和狀態(tài)只是死記；當(dāng)反應(yīng)體系中有兩個(gè)或兩個(gè)以上相關(guān)聯(lián)的變化時(shí)不能進(jìn)行推理內(nèi)在聯(lián)系。例如，能分析出蠟燭熄滅，但是蠟燭熄滅與液面變化有什么關(guān)聯(lián)完全想不到；想不到蠟燭燃燒消耗氧氣生成二氧化碳又被吸收，把選項(xiàng)改成填空，得分率更低，如第（4）題；還有對(duì)于水的凈化各個(gè)步驟中的物質(zhì)變化也只是死記住只有消毒是化學(xué)變化，并沒(méi)有理解凈水過(guò)程中各物質(zhì)究竟是怎么變化的，導(dǎo)致錯(cuò)答很多，如第（5）題。

三、教材內(nèi)容及教學(xué)策略分析

“水的組成”是人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第四單元第三課題，是在從混合物中提純純凈物的基礎(chǔ)上探究純凈物的組成。教材從模擬史實(shí)的研究過(guò)程引入，分水的生成和水的分解兩步展開(kāi)。先簡(jiǎn)要介紹氫氣的相關(guān)性質(zhì)，這是模擬水的組成的研究的開(kāi)端，也為后面檢驗(yàn)分解產(chǎn)物提供依據(jù)。氫氣和氧氣反應(yīng)生成了水這種新物質(zhì)，根據(jù)以往知識(shí)，已經(jīng)能得到氫、氧都是水的組成元素。水的分解部分是由實(shí)驗(yàn)探究、觀(guān)察現(xiàn)象、討論分析等組成，具有探究意味，這兩部分內(nèi)容結(jié)合起來(lái)能得到一個(gè)共同的結(jié)論：水是由氫氧兩種元素組成。這兩部分的實(shí)驗(yàn)承載了重要的教育功能。第三部分則是對(duì)水的認(rèn)識(shí)進(jìn)入到分子層面，通過(guò)圖片、模型幫助學(xué)生用微粒的觀(guān)點(diǎn)理解宏觀(guān)現(xiàn)象的本質(zhì)，能夠說(shuō)出水分解為氫氣和氧氣的宏觀(guān)變化過(guò)程中微觀(guān)分子、原子的變化，進(jìn)一步體會(huì)“原子是化學(xué)變化的最小粒子”“化學(xué)變化過(guò)程中元素不變”等觀(guān)念。

在學(xué)習(xí)化學(xué)的初始階段，學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)印象最深刻的是可以做實(shí)驗(yàn)，最困惑的是不知如何學(xué)化學(xué)?；瘜W(xué)是要研究物質(zhì)并創(chuàng)造物質(zhì)，而物質(zhì)的化學(xué)變化是化學(xué)的重中之重，教師要讓學(xué)生慢慢形成穩(wěn)定的變化觀(guān)，學(xué)生要養(yǎng)成在化學(xué)學(xué)習(xí)中主動(dòng)關(guān)注物質(zhì)的變化、物質(zhì)怎樣變化，變化的宏觀(guān)表征和微觀(guān)實(shí)質(zhì)的聯(lián)系的習(xí)慣。

四、實(shí)施過(guò)程

教學(xué)環(huán)節(jié)一：利用舊知識(shí)引入新課題

1.利用舊知、創(chuàng)設(shè)情境，問(wèn)題引入

問(wèn)題1：討論復(fù)習(xí)（圖3），天然水是混合物還是純凈物？哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生了化學(xué)變化？

圖3 自來(lái)水廠(chǎng)凈水過(guò)程示意圖

問(wèn)題2：得到的清水是純凈物嗎？如何將變成純凈物呢？

問(wèn)題3：三課題“水的組成”研究對(duì)象是什么？

【設(shè)計(jì)意圖】鞏固第四單元教材物質(zhì)分為混合物和純凈物，可以通過(guò)一定的方法獲得純凈物，純凈物是由固定的元素組成的，第三課題來(lái)探究純凈物的組成，第四單元?jiǎng)t是用化學(xué)式來(lái)表示純凈物的組成和構(gòu)成。

2.利用已學(xué)知識(shí)分析水的生成

【閱讀】P81資料卡片“水的組成軟揭秘”。

【思考】說(shuō)出科學(xué)家們?cè)谘芯恐凶隽耸裁磳?shí)驗(yàn)，什么物質(zhì)發(fā)生了什么變化？

【教師】氫氣和空氣混合，氫氣燃燒生成了水。

【討論】用所學(xué)知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出什么結(jié)論？

上冊(cè)教材P59頁(yè)，討論：在下列化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物與生成物相比較，分子是否發(fā)生了變化？原子是否發(fā)生了變化？元素是否發(fā)生了變化？）

【教師】物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化是原子和元素種類(lèi)不變。

【設(shè)計(jì)意圖】培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力和鞏固所學(xué)知識(shí)主動(dòng)構(gòu)建新知識(shí)體系，從每個(gè)主題不同的各單元之間形成一條隱形的主線(xiàn)----物質(zhì)的變化，引導(dǎo)學(xué)生從元素種類(lèi)的角度來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的化學(xué)變化，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到物質(zhì)可以發(fā)生化學(xué)變化，化學(xué)變化是有條件的。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化

1.氫氣的燃燒說(shuō)明氫氣在此過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)變化

【引入】 認(rèn)識(shí)水的組成是從研究氫氣的燃燒實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的。為了研究水的組成，先簡(jiǎn)單介紹氫氣。

【驗(yàn)純實(shí)驗(yàn)】用排水集氣法分別收集一滿(mǎn)試管和一半試管氫氣，用拇指堵住試管口靠近酒精燈火焰，移開(kāi)拇指點(diǎn)火。

【學(xué)生】留心觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，滿(mǎn)試管的氣體靠近火焰有輕微的聲響，半試管氣體與空氣的混合物靠近火焰有尖銳的爆鳴聲。

【思考】實(shí)驗(yàn)的目的是什么？

【點(diǎn)燃?xì)錃鈱?shí)驗(yàn)】在帶尖嘴的導(dǎo)管口點(diǎn)燃純凈的氫氣，并在火焰上方罩一個(gè)干冷的燒杯。

【學(xué)生】描述現(xiàn)象：純凈的氫氣在空氣中安靜燃燒，發(fā)出淡藍(lán)色火焰，放出大量熱，罩在火焰上方的燒杯內(nèi)壁出現(xiàn)無(wú)色液滴。

【提問(wèn)】上述過(guò)程中變化的物質(zhì)是什么？有無(wú)新物質(zhì)生成？發(fā)生了什么變化？

【總結(jié)】氫氣點(diǎn)燃時(shí)和氧氣，生成了新物質(zhì)水，是化學(xué)變化，屬于化合反應(yīng)。

【討論】你能得出什么結(jié)論？

【思考】回憶教材上冊(cè)12頁(yè)內(nèi)容，你有什么啟示？

分別取一個(gè)干燒杯和一個(gè)用澄清石灰水濕潤(rùn)內(nèi)壁的燒杯，先后罩在火焰上方，仔細(xì)觀(guān)察燒杯壁上有什么現(xiàn)象發(fā)生。推測(cè)蠟燭燃燒后生成了什么物質(zhì)。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察物質(zhì)變化時(shí)的現(xiàn)象，推理出氫氣和氧氣反應(yīng)生成了水，在結(jié)合第一環(huán)節(jié)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變的結(jié)論，結(jié)合小組討論、老師的指導(dǎo)，得出水由氫氧元素組成，當(dāng)分析物質(zhì)的組成元素時(shí)可以通過(guò)燃燒法得出產(chǎn)物，從而推理出組成元素，使學(xué)生初步學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行科學(xué)探究，并結(jié)合反應(yīng)原理對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行分析的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.通過(guò)水的電解的探究過(guò)程的觀(guān)察、分析，知道水分解產(chǎn)生氫氣和氧氣，由此推斷出水是由氫元素和氧元素組成的。

【探究】電解水實(shí)驗(yàn) 。

【問(wèn)題】實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生變化的是什么物質(zhì)？

【引導(dǎo)】實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀(guān)察兩個(gè)電極附近和玻璃管內(nèi)的現(xiàn)象（按實(shí)驗(yàn)的時(shí)間順序觀(guān)察），并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生】仔細(xì)觀(guān)察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄兩電極和正負(fù)極端的玻璃管內(nèi)的現(xiàn)象。

【分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】有氣泡產(chǎn)生，說(shuō)明產(chǎn)生了難溶于水的氣體。氣體可能是什么？根據(jù)上一個(gè)實(shí)驗(yàn)，可能是氧氣、氫氣，或是水蒸氣。

【追問(wèn)】那怎樣來(lái)驗(yàn)證呢？

【實(shí)驗(yàn)】切斷電源，用燃著的木條檢驗(yàn)兩個(gè)玻璃管的氣體。

【學(xué)生】教材為什么用燃著的木條？為什么不用帶火星的木條？請(qǐng)用學(xué)習(xí)的知識(shí)來(lái)解釋。

【分析】氧氣有助燃性能帶火星的木條復(fù)燃（圖4），證明氧氣用帶火星的木條足以；氫氣可燃（圖5），需要一定的條件才能燃燒，要用燃著的木條。

圖4 氧氣可以使帶火星的木條復(fù)燃

圖5 氫氣在空氣里燃燒

【學(xué)生】觀(guān)察現(xiàn)象，填寫(xiě)表格。

【學(xué)生】分析現(xiàn)象。

【追問(wèn)】?jī)蓸O氣體體積比為2：1，說(shuō)明什么？

【討論】上述實(shí)驗(yàn)中水是否發(fā)生了分解反應(yīng)？生成幾種新物質(zhì)？

【板書(shū)】水通電文字表達(dá)式：水→氫氣+氧氣（分解反應(yīng)）。

【討論】分析水的生成和分解實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明其中的哪些現(xiàn)象和事實(shí)能夠說(shuō)明水不是一種元素，是由氫、氧兩種元素組成的。

【教師】反應(yīng)前后元素種類(lèi)是沒(méi)有變化的，水在通電的條件下發(fā)生了分解反應(yīng)，生成氫氣和氧氣兩種物質(zhì)，組成氫氣的是氫元素，組成氧氣是氧元素；氫氣在氧氣中燃燒生成無(wú)色小液滴等說(shuō)明水并不是一種元素，而是氫、氧元素組成的物質(zhì)。

【結(jié)論】水是由氫元素和氧元素組成的。

【設(shè)計(jì)意圖】鍛煉學(xué)生自主觀(guān)察有序?qū)嶒?yàn)現(xiàn)象，并對(duì)產(chǎn)生現(xiàn)象的原因結(jié)合所學(xué)知識(shí)進(jìn)行合理推理，得到合理結(jié)論的能力；引導(dǎo)學(xué)生現(xiàn)象到結(jié)論、從定性到定量等從多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的化學(xué)變化。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：從微粒的角度解釋水的電解反應(yīng)，揭示宏觀(guān)變化的微觀(guān)本質(zhì)。

【問(wèn)題】水的化學(xué)式為什么可以表示為H2O？

【教師】根據(jù)精確的實(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。

【問(wèn)題】水通電形成氫氣和氧氣在微觀(guān)世界里，他們的微粒經(jīng)過(guò)了怎樣的變化？

【教師演示】用視頻來(lái)展示電解水實(shí)驗(yàn)的微觀(guān)過(guò)程。

【學(xué)生展示】學(xué)生用模型在黑板演示電解水實(shí)驗(yàn)的微觀(guān)過(guò)程。（圖6）

圖6 電解水實(shí)驗(yàn)的微視過(guò)程

【追問(wèn)】在化學(xué)反應(yīng)前后變化的微粒是什么？不變的微粒是什么？

【回顧】化學(xué)變化前后分子發(fā)生了變化，而元素種類(lèi)、原子種類(lèi)沒(méi)有變化，在化學(xué)變化中最小粒子是原子。

【討論】在分析化學(xué)變化時(shí)，你會(huì)從哪些角度來(lái)進(jìn)行？

【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)微粒的變化來(lái)解釋物質(zhì)的化學(xué)變化，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)物質(zhì)從宏觀(guān)認(rèn)識(shí)到微觀(guān)認(rèn)識(shí)，從定性認(rèn)識(shí)到定量認(rèn)識(shí)。

五、教學(xué)評(píng)價(jià)

1.一個(gè)水分子的構(gòu)成是（D ）。

A.一個(gè)氫分子和一個(gè)氧原子

B.兩體積氫和一體積氧

C.氫原子和氧原子

D.兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子

2.下列說(shuō)法正確的是（D ）。

A.水中含有氫分子和氧分子，所以通電后能產(chǎn)生氫氣和氧氣

B.水分子是由氫元素、氧元素組成的

C.電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是，通電后，正極產(chǎn)生氧氣，負(fù)極產(chǎn)生氫氣

D.水是由水分子構(gòu)成的，每個(gè)水分子是由兩個(gè)氫原子、一個(gè)氧原子構(gòu)成的

3.某同學(xué)在做電解水實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用了如右圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置，回答下列問(wèn)題：

①此裝置中a端表示正極，收集到的氣體是氧氣，如b端表示負(fù)極，收集到的氣體是氫氣，兩者體積比是 1：2 ，這說(shuō)明水是由氧元素和氫元素組成的。

②（圖7）顯示表明實(shí)驗(yàn)是“未開(kāi)始”“剛開(kāi)始”、還是“已開(kāi)始一段時(shí)間”？已開(kāi)始一段時(shí)間。

圖7 實(shí)驗(yàn)階段

4.（圖8）表示宇宙飛船發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氫氣和氧氣燃燒生成水的微觀(guān)過(guò)程。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（D ）。

圖8 宇宙飛船發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)氫氣和氧氣燃燒生成水的微觀(guān)過(guò)程

A.氫氣、氧氣和水都是由分子構(gòu)成的

B.氫氣和氧氣燃燒生成水的過(guò)程中，分子種類(lèi)發(fā)生了改變

C.氫氣和氧氣燃燒生成水的過(guò)程中，原子種類(lèi)沒(méi)有發(fā)生改變

D.氫原子和氧原子保持水的化學(xué)性質(zhì)。

評(píng)價(jià)反饋：課堂測(cè)試以上問(wèn)題正確率分別為：100%、92.86%、96.24%、85.71%。通過(guò)分析得知，學(xué)生對(duì)于新授課所獲得的基礎(chǔ)知識(shí)掌握很好，能記住水分子的構(gòu)成；但是對(duì)于第一個(gè)問(wèn)題是較多同學(xué)不能具體評(píng)述，只是記住了結(jié)論。第三題回答較好，說(shuō)明同學(xué)們能有序觀(guān)察實(shí)驗(yàn)并能對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行合理分析并得出結(jié)論。而對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的中的物質(zhì)的變化如何與宏觀(guān)和微觀(guān)相聯(lián)系有一定的理解提升，仍有少部分同學(xué)需要在后續(xù)學(xué)習(xí)中繼續(xù)強(qiáng)化。

結(jié)語(yǔ)

本課例中在各個(gè)教學(xué)節(jié)中通過(guò)以前學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行重組來(lái)引入，以物質(zhì)變化為主線(xiàn)，創(chuàng)設(shè)多種情境，請(qǐng)學(xué)生對(duì)物質(zhì)變化的宏觀(guān)現(xiàn)象的有序觀(guān)察在宏觀(guān)上認(rèn)識(shí)物質(zhì)會(huì)發(fā)生變化；再通過(guò)氫氣燃燒和水的分解條件的不同，認(rèn)識(shí)到物質(zhì)變化是有條件的；通過(guò)觀(guān)察物質(zhì)物質(zhì)變化的現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)物質(zhì)的宏觀(guān)發(fā)生的化學(xué)變化和化學(xué)性質(zhì)、宏觀(guān)認(rèn)識(shí)水在一定條件下可以轉(zhuǎn)化、定量認(rèn)識(shí)水的分解產(chǎn)物的體積比；從微觀(guān)視角解釋水的變化等等，在一系列的主題教學(xué)中逐步幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)變化觀(guān)。