基于發展學生核心素養的教學設計
——以“認識化學變化”復習課為例

紀 璇

（常州市花園中學 江蘇 常州 213016）

化學的特征是從微觀層次認識物質，從符號形式描述物質，在不同層面創造物質。［1］初中化學滬教版教材第4章“認識化學變化”包括三節內容：（1）常見的化學反應——燃燒；（2）化學反應中的質量關系；（3）化學方程式的書寫與應用。［2］該章節帶領學生從反應條件、物質變化、能量變化、元素守恒等視角認識化學變化，［3］也能意識到認識化學變化的意義在于人類更能借助控制反應條件和調控物質間的質量關系等方法，使化學變化朝著人類希望的方向發展，甚至優勝劣汰，做出更優選擇。

本文充分挖掘教材內容蘊含的研究化學變化的思路和學科價值，以人類研究化學變化的價值為引領，創設真實的問題情境，遵循學生認知規律，借助問題鏈驅動學生思維，［4］使其意識到研究化學變化時需注重宏微相結合，定性定量相結合，最終使學生形成化學觀念、發展科學思維、經歷科學探究、養成科學態度。［3］

一、教學設計思路

這節課的時代背景是我國神舟十五號載人飛船發射取得圓滿成功，挖掘這個素材，把視線聚焦到火箭發動機，圍繞著認識化學變化的幾個視角，及研究化學變化的價值設計了這節課。這節課學生活動分為兩個環節，環節一：學生先了解火箭發動機的種類和工作原理，為第二個環節做鋪墊。環節二：學生列出選擇火箭燃料需要考慮的因素，根據已有知識和所給數據歸納這些火箭發動機燃料的優缺點。之后學生復習化學變化本質、質量守恒定律和化學方程式書寫等內容；深入探討環保問題，初步樹立綠色發展理念；最后由易到難，從單一因素到多因素，更接近實際，學生完成一道綜合考慮多因素的化學方程式計算。本節課借助實際問題的解決，加深學生對元素觀、微粒觀、變化觀、守恒觀、計量觀等化學觀念的認識。［5］

二、教學過程

播放視頻：神舟十五號成功發射

引入：觀看了神舟十五號成功發射的視頻，相信同學們心中涌出強烈的民族自豪感。今天我們就來了解火箭的一個重要組成部分——火箭發動機。

環節一：初識火箭發動機

學生觀看介紹火箭發動機的視頻，然后說一說在視頻中出現的發動機名稱。教師提出問題：這些發動機的名稱中體現出哪些燃燒條件？物質燃燒還缺少什么條件？學生回答：煤油、液氫、甲烷都具有可燃性，要與氧氣接觸。還缺少溫度達到著火點這個條件。

小結：在一定條件下化學反應才可以發生。

設計意圖：通過列舉幾種火箭發動機，歸納總結，復習燃燒的條件，也讓學生意識到在一定條件下化學反應才可以發生。

環節二：燃料大比拼

在上面環節中主要提到的燃料有煤油，甲烷和液氫等，接下來從不同燃料點燃難易程度這個角度，引出這幾種燃料有各自的優缺點。學生受到啟發，開始尋找這幾種燃料的優缺點。

教師拋出問題：選擇火箭燃料時還需要考慮哪些因素呢？

學生活動：小組討論之后全班交流。學生考慮到的因素有價格、原料是否具有毒性、熱值、重量、密度、安全、環保、儲存……

教師提供數據信息，拋出問題：根據表1中的數據以及已有知識歸納三種燃料的優缺點。

表1 不同燃料的數據對比

學生活動：通過對比歸納出三種燃料的優缺點。

以下是學生的答案匯總（表2）：

表2 學生的答案匯總

設計意圖：通過問題的驅動，引導學生進行科學探究、數據分析、歸納總結、交流評價。學生基于燃料數據分析，總結歸納各燃料優缺點，從而發展科學思維，培養學生科學探究能力、證據推理意識和協同合作能力。

【教師追問】同學們分享時幾乎都提到環保問題。如何確定是否會造成污染？你能具體分析一下嗎？

【生】看產物，煤油和甲烷都是碳氫化合物，完全燃燒產生二氧化碳和水，而氫氣燃燒產物只有水。二氧化碳過多造成溫室效應，所以氫氣最為環保。

【師】通過你的分析，可以看出液氫的燃燒產物最環保，同時也反映出化學變化是產生新物質的過程，而且遵循著質量守恒定律。接下來我們利用氫氣燃燒反應進一步復習化學變化本質。圖1是一張簡化過的液氫液氧發動機的微觀示意圖，同學們先觀察一下，想一想如何描述這張圖中發生的過程。

圖1 液氫液氧發動機微觀示意圖

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

【師】觀察這張微觀示意圖，你還能得出什么結論？

學生觀點：物理變化微粒本身不變，化學變化分子分解成原子再重組成新分子。化學變化中原子種類、數目和質量不變。每兩個氫分子和一個氧分子反應生成一個水分子。然后就能寫出這個反應的化學方程式……

【教師追問】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最佳？

【生】每兩個氫分子結合一個氧分子，氫氣和氧氣質量比為1∶8。

【教師補充】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射時有大量黑煙產生，煤油發生了不完全燃燒，造成空氣污染和燃料浪費提供充足的氧氣、提高氧氣濃度等，可以大大改善這種狀況。

【教師補充】目前采用先進的補燃循環技術，就是燃氣進入燃燒室進行二次燃燒。技術改進后，液氧煤油火箭發射時效率更高，也更環保。由此我們可以發現，人類可以通過調控化學反應釋放更多的能量。

【小結】經過同學們的熱烈討論，我們歸納出了燃料各自的優劣，也認識到化學變化是產生新物質的過程，同時還伴隨著能量的改變。

【師】你會選擇何者作為火箭燃料呢？相信同學們心里都有自己的答案和理由。

學生觀點：絕大多數選擇液氫，主要原因還是因為環保和放熱多。

設計意圖：通過對這些燃料何者更環保這個問題的深入探討，學生利用元素守恒推測出產物并判斷是否存在污染，然后更深入從微觀角度再識液氫液氧發動機的反應本質，區分化學變化和物理變化，也培養了“宏觀-微觀-符號”三重表征的思維方式。接著，引導學生關注化學方程式運用，要釋放最大能量就需要利用物質間的定量關系。最后解決煤油火箭冒黑煙造成污染的問題，本環節利用定性、定量相結合加深學生對元素觀、微粒觀、變化觀、守恒觀、計量觀等化學觀念的認識，解決實際問題。同時，有助于學生養成科學態度，比如綠色化學的理念。

【師】事實上，在選擇火箭燃料時，科學家會綜合考慮諸多因素之后，再做出最優選。接下來我們綜合考慮兩個因素，能量和火箭重量。假設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？

學生活動：分組計算，通過比較得出液氫液氧組合最輕。

【教師追問】能不能不通過化學方程式計算就能得出結論？

【生】液氫熱值最大，所以所需液氫質量最小。根據原子守恒，兩個氫原子結合一個氧原子，而一個碳原子就結合兩個氧原子，很明顯不含碳的氫氣耗氧量最少。

設計意圖：通過相同能量前提下，計算燃料和助燃劑總重這個較為復雜卻更為實際的問題，復習化學方程式計算，也更能讓學生意識到化學方程式計算的價值在于解決實際問題。

【小結】我們發現一旦需要綜合考慮各種因素，這個問題就變得復雜。所以到目前為止，我們國家并沒有找到最優選，所以都不能放棄，并且還在不斷尋找新的更優的可能。你覺得以后的火箭燃料發展趨勢會是怎樣的呢？這個問題作為同學們的課后作業，請同學們查閱相關資料，解答這個問題。

【總結】今天我們通過認識火箭發動機，比較各種火箭發動機的優劣，再次從定性定量，宏觀微觀、能量變化等不同的角度充分認識并研究了化學變化的本質，進一步復習第4章的重要內容。以后的學習生活中，希望同學們能用自己掌握的化學知識解決實際問題，坐著“化學”這艘火箭去創造更美好的生活。

三、教學反思

一節復習課既要引導學生從化學的視角去觀察、分析和處理實際問題，培養學生的科學觀念、科學思維、科學探究和科學態度，［3］也要考慮學生的最近發展區，給予學生有效的引導，通過生生、師生、生本“對話”，讓學生完成知識的有意義建構，從而對已有知識有更深層次的理解。