基于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“認(rèn)識(shí)化學(xué)變化”復(fù)習(xí)課為例

紀(jì) 璇

（常州市花園中學(xué) 江蘇 常州 213016）

化學(xué)的特征是從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，從符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。［1］初中化學(xué)滬教版教材第4章“認(rèn)識(shí)化學(xué)變化”包括三節(jié)內(nèi)容：（1）常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)——燃燒；（2）化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系；（3）化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)與應(yīng)用。［2］該章節(jié)帶領(lǐng)學(xué)生從反應(yīng)條件、物質(zhì)變化、能量變化、元素守恒等視角認(rèn)識(shí)化學(xué)變化，［3］也能意識(shí)到認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的意義在于人類(lèi)更能借助控制反應(yīng)條件和調(diào)控物質(zhì)間的質(zhì)量關(guān)系等方法，使化學(xué)變化朝著人類(lèi)希望的方向發(fā)展，甚至優(yōu)勝劣汰，做出更優(yōu)選擇。

本文充分挖掘教材內(nèi)容蘊(yùn)含的研究化學(xué)變化的思路和學(xué)科價(jià)值，以人類(lèi)研究化學(xué)變化的價(jià)值為引領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，借助問(wèn)題鏈驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維，［4］使其意識(shí)到研究化學(xué)變化時(shí)需注重宏微相結(jié)合，定性定量相結(jié)合，最終使學(xué)生形成化學(xué)觀念、發(fā)展科學(xué)思維、經(jīng)歷科學(xué)探究、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度。［3］

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

這節(jié)課的時(shí)代背景是我國(guó)神舟十五號(hào)載人飛船發(fā)射取得圓滿成功，挖掘這個(gè)素材，把視線聚焦到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，圍繞著認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的幾個(gè)視角，及研究化學(xué)變化的價(jià)值設(shè)計(jì)了這節(jié)課。這節(jié)課學(xué)生活動(dòng)分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)節(jié)一：學(xué)生先了解火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的種類(lèi)和工作原理，為第二個(gè)環(huán)節(jié)做鋪墊。環(huán)節(jié)二：學(xué)生列出選擇火箭燃料需要考慮的因素，根據(jù)已有知識(shí)和所給數(shù)據(jù)歸納這些火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的優(yōu)缺點(diǎn)。之后學(xué)生復(fù)習(xí)化學(xué)變化本質(zhì)、質(zhì)量守恒定律和化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)等內(nèi)容；深入探討環(huán)保問(wèn)題，初步樹(shù)立綠色發(fā)展理念；最后由易到難，從單一因素到多因素，更接近實(shí)際，學(xué)生完成一道綜合考慮多因素的化學(xué)方程式計(jì)算。本節(jié)課借助實(shí)際問(wèn)題的解決，加深學(xué)生對(duì)元素觀、微粒觀、變化觀、守恒觀、計(jì)量觀等化學(xué)觀念的認(rèn)識(shí)。［5］

二、教學(xué)過(guò)程

播放視頻：神舟十五號(hào)成功發(fā)射

引入：觀看了神舟十五號(hào)成功發(fā)射的視頻，相信同學(xué)們心中涌出強(qiáng)烈的民族自豪感。今天我們就來(lái)了解火箭的一個(gè)重要組成部分——火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

環(huán)節(jié)一：初識(shí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

學(xué)生觀看介紹火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的視頻，然后說(shuō)一說(shuō)在視頻中出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)名稱。教師提出問(wèn)題：這些發(fā)動(dòng)機(jī)的名稱中體現(xiàn)出哪些燃燒條件？物質(zhì)燃燒還缺少什么條件？學(xué)生回答：煤油、液氫、甲烷都具有可燃性，要與氧氣接觸。還缺少溫度達(dá)到著火點(diǎn)這個(gè)條件。

小結(jié)：在一定條件下化學(xué)反應(yīng)才可以發(fā)生。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)列舉幾種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，歸納總結(jié)，復(fù)習(xí)燃燒的條件，也讓學(xué)生意識(shí)到在一定條件下化學(xué)反應(yīng)才可以發(fā)生。

環(huán)節(jié)二：燃料大比拼

在上面環(huán)節(jié)中主要提到的燃料有煤油，甲烷和液氫等，接下來(lái)從不同燃料點(diǎn)燃難易程度這個(gè)角度，引出這幾種燃料有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)生受到啟發(fā)，開(kāi)始尋找這幾種燃料的優(yōu)缺點(diǎn)。

教師拋出問(wèn)題：選擇火箭燃料時(shí)還需要考慮哪些因素呢？

學(xué)生活動(dòng)：小組討論之后全班交流。學(xué)生考慮到的因素有價(jià)格、原料是否具有毒性、熱值、重量、密度、安全、環(huán)保、儲(chǔ)存……

教師提供數(shù)據(jù)信息，拋出問(wèn)題：根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)以及已有知識(shí)歸納三種燃料的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 不同燃料的數(shù)據(jù)對(duì)比

學(xué)生活動(dòng)：通過(guò)對(duì)比歸納出三種燃料的優(yōu)缺點(diǎn)。

以下是學(xué)生的答案匯總（表2）：

表2 學(xué)生的答案匯總

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究、數(shù)據(jù)分析、歸納總結(jié)、交流評(píng)價(jià)。學(xué)生基于燃料數(shù)據(jù)分析，總結(jié)歸納各燃料優(yōu)缺點(diǎn)，從而發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力、證據(jù)推理意識(shí)和協(xié)同合作能力。

【教師追問(wèn)】同學(xué)們分享時(shí)幾乎都提到環(huán)保問(wèn)題。如何確定是否會(huì)造成污染？你能具體分析一下嗎？

【生】看產(chǎn)物，煤油和甲烷都是碳?xì)浠衔?，完全燃燒產(chǎn)生二氧化碳和水，而氫氣燃燒產(chǎn)物只有水。二氧化碳過(guò)多造成溫室效應(yīng)，所以氫氣最為環(huán)保。

【師】通過(guò)你的分析，可以看出液氫的燃燒產(chǎn)物最環(huán)保，同時(shí)也反映出化學(xué)變化是產(chǎn)生新物質(zhì)的過(guò)程，而且遵循著質(zhì)量守恒定律。接下來(lái)我們利用氫氣燃燒反應(yīng)進(jìn)一步復(fù)習(xí)化學(xué)變化本質(zhì)。圖1是一張簡(jiǎn)化過(guò)的液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的微觀示意圖，同學(xué)們先觀察一下，想一想如何描述這張圖中發(fā)生的過(guò)程。

圖1 液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)微觀示意圖

【生】氫氣和氧氣被壓縮成液態(tài)，分子間間隙變小。然后，在火箭中發(fā)生化學(xué)變化，反應(yīng)中分解成氫、氧原子，最后生成水分子排出。

【師】觀察這張微觀示意圖，你還能得出什么結(jié)論？

學(xué)生觀點(diǎn)：物理變化微粒本身不變，化學(xué)變化分子分解成原子再重組成新分子?；瘜W(xué)變化中原子種類(lèi)、數(shù)目和質(zhì)量不變。每?jī)蓚€(gè)氫分子和一個(gè)氧分子反應(yīng)生成一個(gè)水分子。然后就能寫(xiě)出這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式……

【教師追問(wèn)】那如果要液氫燃燒放出最大能量，液氫和液氧以何種比例反應(yīng)最佳？

【生】每?jī)蓚€(gè)氫分子結(jié)合一個(gè)氧分子，氫氣和氧氣質(zhì)量比為1∶8。

【教師補(bǔ)充】由于煤油的成分中含碳量較高，所以我們看到以前的液氧煤油火箭發(fā)射時(shí)有大量黑煙產(chǎn)生，煤油發(fā)生了不完全燃燒，造成空氣污染和燃料浪費(fèi)提供充足的氧氣、提高氧氣濃度等，可以大大改善這種狀況。

【教師補(bǔ)充】目前采用先進(jìn)的補(bǔ)燃循環(huán)技術(shù)，就是燃?xì)膺M(jìn)入燃燒室進(jìn)行二次燃燒。技術(shù)改進(jìn)后，液氧煤油火箭發(fā)射時(shí)效率更高，也更環(huán)保。由此我們可以發(fā)現(xiàn)，人類(lèi)可以通過(guò)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)釋放更多的能量。

【小結(jié)】經(jīng)過(guò)同學(xué)們的熱烈討論，我們歸納出了燃料各自的優(yōu)劣，也認(rèn)識(shí)到化學(xué)變化是產(chǎn)生新物質(zhì)的過(guò)程，同時(shí)還伴隨著能量的改變。

【師】你會(huì)選擇何者作為火箭燃料呢？相信同學(xué)們心里都有自己的答案和理由。

學(xué)生觀點(diǎn)：絕大多數(shù)選擇液氫，主要原因還是因?yàn)榄h(huán)保和放熱多。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)這些燃料何者更環(huán)保這個(gè)問(wèn)題的深入探討，學(xué)生利用元素守恒推測(cè)出產(chǎn)物并判斷是否存在污染，然后更深入從微觀角度再識(shí)液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)本質(zhì)，區(qū)分化學(xué)變化和物理變化，也培養(yǎng)了“宏觀-微觀-符號(hào)”三重表征的思維方式。接著，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)方程式運(yùn)用，要釋放最大能量就需要利用物質(zhì)間的定量關(guān)系。最后解決煤油火箭冒黑煙造成污染的問(wèn)題，本環(huán)節(jié)利用定性、定量相結(jié)合加深學(xué)生對(duì)元素觀、微粒觀、變化觀、守恒觀、計(jì)量觀等化學(xué)觀念的認(rèn)識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題。同時(shí)，有助于學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度，比如綠色化學(xué)的理念。

【師】事實(shí)上，在選擇火箭燃料時(shí)，科學(xué)家會(huì)綜合考慮諸多因素之后，再做出最優(yōu)選。接下來(lái)我們綜合考慮兩個(gè)因素，能量和火箭重量。假設(shè)一艘火箭升空需要燃料提供1.5×1010kJ能量，哪種組合燃料和助燃劑總重是最輕的？

學(xué)生活動(dòng)：分組計(jì)算，通過(guò)比較得出液氫液氧組合最輕。

【教師追問(wèn)】能不能不通過(guò)化學(xué)方程式計(jì)算就能得出結(jié)論？

【生】液氫熱值最大，所以所需液氫質(zhì)量最小。根據(jù)原子守恒，兩個(gè)氫原子結(jié)合一個(gè)氧原子，而一個(gè)碳原子就結(jié)合兩個(gè)氧原子，很明顯不含碳的氫氣耗氧量最少。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)相同能量前提下，計(jì)算燃料和助燃劑總重這個(gè)較為復(fù)雜卻更為實(shí)際的問(wèn)題，復(fù)習(xí)化學(xué)方程式計(jì)算，也更能讓學(xué)生意識(shí)到化學(xué)方程式計(jì)算的價(jià)值在于解決實(shí)際問(wèn)題。

【小結(jié)】我們發(fā)現(xiàn)一旦需要綜合考慮各種因素，這個(gè)問(wèn)題就變得復(fù)雜。所以到目前為止，我們國(guó)家并沒(méi)有找到最優(yōu)選，所以都不能放棄，并且還在不斷尋找新的更優(yōu)的可能。你覺(jué)得以后的火箭燃料發(fā)展趨勢(shì)會(huì)是怎樣的呢？這個(gè)問(wèn)題作為同學(xué)們的課后作業(yè)，請(qǐng)同學(xué)們查閱相關(guān)資料，解答這個(gè)問(wèn)題。

【總結(jié)】今天我們通過(guò)認(rèn)識(shí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，比較各種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)劣，再次從定性定量，宏觀微觀、能量變化等不同的角度充分認(rèn)識(shí)并研究了化學(xué)變化的本質(zhì)，進(jìn)一步復(fù)習(xí)第4章的重要內(nèi)容。以后的學(xué)習(xí)生活中，希望同學(xué)們能用自己掌握的化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，坐著“化學(xué)”這艘火箭去創(chuàng)造更美好的生活。

三、教學(xué)反思

一節(jié)復(fù)習(xí)課既要引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的視角去觀察、分析和處理實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度，［3］也要考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，給予學(xué)生有效的引導(dǎo)，通過(guò)生生、師生、生本“對(duì)話”，讓學(xué)生完成知識(shí)的有意義建構(gòu)，從而對(duì)已有知識(shí)有更深層次的理解。