創真實情境促深度學習

王兆怡

摘要：化學計算是初中生的必備能力，筆者通過趣味實驗創設真實的問題情境，精心設計多樣的、互動性的課堂活動，幫助學生在問題解決的過程中發展化學計算能力，感受定量計算對化學研究的積極作用，促進化學基本觀念的形成。

關鍵詞：真實情境;化學方程式計算;化學教學;教學設計

文章編號：1008-0546（2022）02x-0058-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.016

依據化學方程式的計算是初中學生必備的化學基本能力，是滬教版初中化學教材的重點和難點，也是導致學生兩級分化的原因之一。根據有關調查，為應對中考的壓力，在傳統的教學中，教師通常將化學計算作為一種數學運算工具，多注重在計算方法的講授和應試技巧的操練等方面下功夫，最常見的教學模式是：例題板演——模仿練習——糾錯訂正——習題再練。經驗證明多數學生通過這種方式也能掌握計算方法，但是他們不理解化學計算的依據和原理、意義和價值，由此導致學生對化學計算課缺乏興趣，課堂效率不高[1]。

因此，筆者在本節課中精心設計了多樣的、互動性的課堂活動，幫助學生建立“宏觀-微觀-符號”三重表征間的聯系，有效增進對化學計算的依據和原理的理解，掌握化學方程式計算的技能;通過創設解決真實問題的教學情境，引導學生體驗和感受化學計算在科研和生產中的應用意義，促進化學基本觀念的形成，發展化學學科素養。

一、教材分析

本課題在課程標準中所對應的學習要求為：能根據化學方程式進行簡單的計算，認識定量研究對于化學科學發展的重大作用[2]。在之前的教學中學生已接觸了化學計算的部分內容：依據化學式的簡單計算、質量守恒定律的概念和內涵，本課的學習將帶領學生進一步從定量的角度認識化學變化，豐富定量研究的學科內涵。滬教版九年級化學教材中，將本課內容分為3個部分：（1）認識化學方程式的含義，（2）解答有關化學方程式的簡單計算，（3）某些特定情況下，依據化學式或化學方程式計算有關物質的質量[3]。這三個部分的內涵邏輯關系是層層遞進的，因此教學中首先要培養學生從宏觀視角逐步進入到微觀本質上去認識化學反應中物質間的質量關系，對于學生難以理解的概念，教師可通過創設真實而有意義的學習情境，利用比喻、模型等手段去說明，增強知識的直觀性;同時利用化學計算解決問題的重要前提是能準確理解化學語言、概念和原理，善于挖掘題目關鍵信息，在教學中應給予學生充分讀題的時間，對于難點內容鼓勵學生進行小組交流討論，多角度、多側面地思考問題，充分調動學生的潛在能力，從而深化理解、提升解題能力。

二、設計思路

本節課的情境線、活動線、知識線的設計如圖1所示。

三、課堂實錄

環節1：趣味實驗

實驗名稱：會唱歌的肥皂泡實驗儀器及藥品：燒杯、酒精燈、利用注射器（60mL）和三通閥自制的氣體發生裝置（該裝置可控制反應的開始和結束，如圖2）、鋅粒、稀鹽酸、肥皂水、木條。

實驗步驟：

（1）注射器1中放入適量鋅粒，注射器2中加入適量稀鹽酸，調節三通閥，使兩個注射器連通，利用活塞將稀鹽酸推入注射器1中?？捎^察到：注射器1中產生大量氣泡，且注射器1的活塞向外移動。

（2）當注射器1內的活塞退至50mL時立即按住活塞?？捎^察到：注射器1內的液體回流到注射器2內，固液分離，反應停止。

（3）調節三通閥使注射器1與輸液管連通，將注射器內的氣體推入燒杯內的肥皂水中至約45mL，用一根燃著的小木條去點燃肥皂泡。可觀察到：肥皂泡被點燃發出爆鳴聲，在燒杯口產生一團較大的火焰（如圖3）。

【提出問題】問題1：實驗中消耗了45mL氫氣（質量約為0.004g），要將這些氫氣完全燃燒，所反應的氧氣質量是多少？問題2：利用鋅和稀鹽酸的反應制備氫氣，如果要產生0.004g氫氣，至少需要鋅的質量是多少？要解決這些問題，我們需要學習化學計算。

設計意圖：通過創新實驗創設問題情境，筆者使用的這種裝置不是教材中常見的裝置，學生有新鮮感，它帶來的生動直觀的現象很好地激發了學生的興趣，同時實驗中獲得的氫氣的體積數據為下面教學的開展提供了真實的計算情境。

環節2：探尋依據

【化學史資料】德國化學家里希特通過艱苦的鉆研，將數學引入了化學，創立了化學計量學。在他的名著《化學元素測量術》一書中，揭示了化學反應中的質量關系：在化學反應中各物質之間的質量比是固定的。依據這一固定的質量比，我們可以用一種物質的質量求出反應中其他任意物質的質量。化學家們將質量比關系蘊藏在了化學方程式中。

【提問】以氫氣燃燒的反應為例說明化學方程式能表示哪些含義？

【生】表示氫氣和氧氣在點燃的條件下生成水這個事實。

【追問】這是宏觀含義。在微觀上，方程式又表示了什么呢？

【學生分組活動】利用不同大小和顏色的磁釘拼出氫氣燃燒反應的微觀示意圖，結合示意圖思考：化學方程式的微觀含義？

學生搭建的微觀示意圖如圖4，通過組內交流討論得出：在微觀上，化學方程式表明了反應中各物質的微粒個數比關系。

【引導】你能算出氫氣、氧氣、水的相對分子質量嗎？在我們搭建的微觀示意圖中，這些微粒的相對質量可以怎么表示？在氫氣燃燒的反應中各物質的質量比可以怎么表示？

【學生歸納】化學方程式揭示了反應中各物質的質量比關系。

【提問】依據氫氣燃燒反應中的各物質質量比關系，你能完成下列計算嗎？（見圖5）

【追問】回到我們最初的問題，你能利用氫氣的質量是0.004g，算出消耗氧氣的質量嗎？

【生】消耗氧氣的質量為0.032g。

設計意圖：以里希特的化學史作為過渡，讓學生通過化學史料獲得了化學計算的相關背景知識，從而自然進入化學方程式含義的學習。通過拼接氫氣燃燒反應的微觀示意圖的活動，引導學生利用磁釘形象來想象和感知微觀世界，幫助其理解分子的個數比和質量比的計算。各物質質量比關系的練習中，數據設置上刻意降低了運算的難度，以化解學生內心對化學計算的恐懼情緒。

環節3：問題解決

【提問】知道了解題思路，那我們該怎樣寫計算過程才規范呢？帶著這個問題，請同學們閱讀課本107頁的例題，并思考：1依據化學方程式的計算過程一般分為幾步？2你能模仿書本例題的步驟和格式，寫出問題1的解題過程嗎？

【學生活動】閱讀例題，歸納總結計算的一般步驟，嘗試解決問題1。根據老師板演的解題過程再對自己的答案進行修正完善。

【練習】同學們已經順利找到了問題1的答案，很棒?，F在你們能解答問題2嗎：利用鋅和稀鹽酸的反應制備氫氣，如果要產生0.004g氫氣，至少需要鋅的質量是多少？

【學生活動】完成計算過程。教師在班級內巡視和輔導，選取有代表性的學生作答情況，利用手機授課助手投屏到一體機上，請學生對于這些作答的情況進行點評，歸納總結解題步驟及格式的注意事項。

設計意圖：通過學生自主閱讀、模仿例題、總結步驟和方法等活動，培養學生的分析歸納能力。利用多媒體投屏技術，可以高效快速的展示學生的練習情況，鼓勵學生對作答情況進行互評，進一步規范答題步驟，提升計算解題能力。

環節4：題型變化

【題型變化1：過量問題】取6.5g鋅與足量的含20g氯化氫的稀鹽酸充分反應，最多生成氫氣的質量為多少？

【PPT展示】這樣的計算過程正確嗎？（如圖6）

解：設最多生成氫氣的質量為x。

答：最多生成氫氣的質量為0.55g

【學生分析】用于計算的數據應該是反應物實際

參加反應的質量。應選取鋅的質量帶入計算，從而修正計算過程。

【題型變化2：混合物計算】取13g含鋅的質量分數為80%的鋅合金與足量的稀鹽酸充分反應，最多生成氫氣的質量為多少？（其余雜質不與稀鹽酸反應）

【PPT展示】這樣的計算過程正確嗎？（如圖7）

解：設最多生成氫氣的質量為x。

答：最多生成氫氣的質量為0.4g

【學生分析】反應中的各物質質量比是指純凈物之間的質量關系。13g是混合物鋅合金的質量，需要把它轉化為純凈物質量后，再進行計算。

設計意圖：對于變式計算的學習采用了看題糾錯的活動設計，沒有讓學生直接書寫計算過程，一是避免學生在課堂上進行大量的計算訓練而變得疲憊，二是因為這兩種題型的突破更重在對題目的分析和理解，通過小組交流和討論，教師引導點撥，分析歸納出解題關鍵，從而突破難點。

環節5：思維拓展

【過渡】氫氣的獲取還可采用電解飽和食鹽水的方式。在電解食鹽水的反應中，若反應了234g的氯化鈉，能生成氯氣的質量為多少克？你有哪些方法可以解答這一問題？

【學生活動】完成計算過程。大多數的學生都選擇了依據化學方程式進行計算，有少部分學生選擇了從元素質量守恒的角度依據化學式進行計算。教師對這兩種解題過程分別用手機投屏后，請學生對其進行點評，重點引導學生針對第二種方法分析它解題的思路和計算的依據。

【追問】在其他的計算問題中，這兩種方法都可行嗎？

【PPT展示】這兩種解法哪種是正確的呢？（如圖8）電解食鹽水生成氫氣：

【學生分析】生成物中的氫氧化鈉和氫氣都含有氫元素，反應物中的氫元素并未完全轉化到氫氣中去，因此解法二是錯誤的。

【師生歸納】依據化學式計算的適用條件。

設計意圖：這部分內容在教材中是采用了電解氧化鋁的反應作為計算情境，但筆者希望學生能意識到，運用化學式計算的時候要注意反應物中的元素是否全部轉化到目標生成物中的這一問題，因此，選擇了電解食鹽水的反應作為載體來設計問題。在這個反應中，氯化鈉中的氯元素全部轉化到產物氯氣中去，因此氯氣的質量等于氯化鈉中氯元素的質量。而水中的氫元素沒有全部轉化到氫氣中去，因此氫氣的質量不能直接等于水中氫元素的質量。通過氯元素和氫元素計算問題的對比，讓學生能更深入地理解依據化學式計算的原理。

環節6：總結歸納

【總結】通過這節課的學習，我們利用化學計算解決了“肥皂泡”的相關問題。我們學習化學計算的意義，不僅在于解決實驗中的問題，更重在應用到生活、生產乃至科技研究中去。

【視頻】“長征五號”火箭升空影像和其設計師黃兵在演講活動中的介紹：火箭中大量使用了液氫和液氧的推進劑組合，六百多噸的液氧、五六十噸的液氫，這個規模在世界上的液體火箭中是數一數二的情況。

【學生交流】通過觀看視頻，結合本節課學習的內容說一說你的想法。

設計意圖：播放“長征五號”的視頻，通過展示我國在航天航空事業中的卓越成就能增強學生的民族自豪感，同時火箭助推器中利用的反應就是本課情境中的主要反應氫氣燃燒，火箭中攜帶的液氫和液氧質量的確定與化學計算密切相關，讓學生真切的感受到化學計算的實際意義，增強學好化學計算的內驅力。

四、教學反思

本節課設計立足于課標理念，堅持以學生為本，根據學生的認知發展水平和已有知識儲備，強調學生探索和獲取新知的過程，精心設計了真實生動、富有意義的學習情境——“會唱歌的肥皂泡”創新實驗，引出氫氣的兩個化學計算問題。筆者利用注射器作為氫氣的發生裝置，一是增強課堂的趣味性，消除了學生對于化學計算的畏懼情緒;二是體現計算的真實性，注射器有刻度，便于獲取生成氫氣的體積數據，從而讓學生認識到化學計算是真實的，數據來源是可靠的，化學計算題的編制不是憑空捏造的。在教學過程中，以創新實驗為明線，以氫氣的相關計算為暗線，通過組織多種形式的活動，幫助學生對知識進行自主的構建，合作拼搭化學反應模型，建立“宏-微-符”之間的聯系，引導學生自主總結化學計算的原理、方法和規范，通過學生互評列舉計算中的錯誤，歸納計算的注意要點，不斷完善計算技能。

參考文獻

[1]楊硯寧.創設真實情境提高化學計算教學實效[J]化學教學，2018（11）：52-55.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]王祖浩，王磊.全日制義務教育教科書（化學九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2012.

1944500520270