初中化學概念教學實踐

謝敬琴

本文以初中化學“質量守恒定律”為例，提出基于思維模型建構的概念教學方式，通過情境不斷地設置認知沖突，引發思維碰撞，引導學生不斷修正，最終形成其對化學概念的理解。

一、模型初構：探尋歷史過程，初識質量守恒

本節課的導入環節，通過探尋科學家探索化學反應中質量守恒關系的化學史料，引領學生初步構建質量守恒模型。

【問題引導】請大家閱讀導學案內容，下面我們一起對照科學家研究的化學史料（見表1），思考以下幾個問題：（1）波義耳和施塔爾這兩位科學家對物質燃燒時質量變化的假說有什么不同？（2）羅蒙諾索夫的實驗結果對波義耳的火素假說有哪些修正？（3）對比施塔爾的燃素假說，請你說一說拉瓦錫實驗有什么重要意義？

表1 質量守恒定律發展史

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續表

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【學生活動】學生以小組為單位，自主搜集材料，對四位科學家的理論進行深入思考與探究：羅蒙諾索夫在波義耳假說的基礎上，排除外界環境對實驗影響，利用密閉裝置找到了參加化學反應的物質——氧氣，并提出化學反應前后物質的總質量不變的結論，這是質量守恒定律的最早模型；拉瓦錫更注重實驗的科學性和嚴謹性，并通過汞和氧氣加熱、氧化汞加熱分解兩個實驗多角度地驗證了質量守恒定律，并確立了質量守恒定律的重要地位。

二、模型強化：實驗探究分析，建構守恒模型

通過前面化學史的學習，學生深刻意識到得出正確的結論必須經過大量的實驗證明。因此，在本環節教學中重點通過實驗來探究化學反應前后各物質的總量是否相等，從而幫助學生建構質量守恒模型。

活動一：白磷燃燒實驗的演示與探究

師：跟著科學家的步伐，今天我們也來設計實驗驗證一下白磷燃燒前后質量是否不變。如何判斷反應物白磷、氧氣的質量總和與生成物五氧化二磷質量總和相等？

生1：可以用天平分別測出白磷、氧氣、五氧化二磷的總質量。

生2：我們可以用天平比較實驗前后物質的總量，然后判斷總量是否發生變化。

師：從實驗的科學性、可行性等角度對以上兩種思路進行思考，哪一種方法會更好？

生：第二種。

師：拉瓦錫是在密閉容器內進行驗證，那么為了精準測出白磷在空氣中燃燒前后的總質量，我們首先需要設計一個磷燃燒的反應裝置。

【學生活動】學生小組討論，并畫出實驗裝置草稿，根據對學生圖紙的匯總，發現學生主要存在以下兩個問題（圖1）：

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圖1（a） 圖1（b）

【問題引導】利用電子白板拍照展示圖1，并組織討論：若裝置如圖1，會產生什么問題，引導學生預測可能產生的后果，圖1（a）中，由于反應系統是一個開放的狀態，所以可能會有部分生成物跑出，無法正確比較反應前后物質的總質量；圖1（b）是一個完全密閉的裝置，但由于白磷燃燒時會產生氣體，當氣體膨脹時會沖開瓶塞，甚至會導致玻璃瓶爆炸。教師追問解決辦法，逐步引導學生得到最優方案（見圖2）。

然后，教師根據學生的方案進行實驗演示，在此過程中要求學生認真觀察，并思考以下問題：（1）如何引燃白磷？玻璃管、細沙、小氣球的作用是什么？（2）實驗中你觀察到了哪些現象？（3）白磷燃燒前后需要稱量的物質有哪些？什么時候稱量？怎么稱量？（4）請你對白磷燃燒這一化學反應的總質量變化情況進行分析，并建立該反應的物質質量思維框架圖。

【學生活動】學生觀察教師演示實驗，并記錄實驗流程及相關數據，通過小組交流和討論完成以上問題。其中，問題1：在錐形瓶口的橡皮塞上安裝一根玻璃管，在玻璃管上端系牢一個癟氣球，可以防止白磷燃燒使瓶內的氣體膨脹而溢散到瓶外；問題2：白磷燃燒后，整個裝置內產生了大量白煙，小氣球鼓起來，但是當溫度下降后，白煙也沉降下來，氣球慢慢癟掉；問題3：在燃燒前把錐形瓶放在天平的左盤，右盤放砝碼，通過移動游碼來調節天平平衡，然后取下錐形瓶，將瓶塞上的鐵絲在酒精燈上燒紅后接觸，引燃白磷，立刻塞緊瓶塞，待反應結束并冷卻到室溫后重新放在天平上，測量錐形瓶的總物質量。問題4：學生畫出白磷燃燒前后物質質量變化的思維框架圖，并進行展示（見圖3）。

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圖3

結合該思維框架圖，引導學生提取質量守恒的關鍵詞，并構建模型圖，如圖4所示。

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圖4

活動二：對比分析實驗差異

【問題引導】用如圖5所示裝置驗證質量守恒定律，反應前天平平衡，取下左盤的裝置，使稀鹽酸和大理石充分接觸，待充分反應后氣球膨脹，再將其放回到天平左盤，此時天平的指針向右偏轉，這一現象是否符合質量守恒定律？請說明理由。

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圖5

組1：我們發現在利用白磷燃燒來驗證質量守恒定律時，由于白磷燃燒產生了大量的白煙，同時使得錐形瓶溫度升高，此時小氣球會鼓起來，但當溫度下降后，白煙逐漸下沉，此時小氣球慢慢地變癟，所以它不會再受到空氣的浮力作用。

師：不錯，所以這也啟示我們在用白磷燃燒來驗證質量守恒定律時，一定要等待完全反應之后且錐形瓶的溫度恢復到室溫后才能將其放回到天平上，這樣就能避免空氣浮力造成的偏差。

組2：大理石和稀鹽酸反應過程中會產生二氧化碳氣體，它始終能夠讓小氣球膨脹，所以它的體積變大之后不會癟掉，因此，空氣浮力造成的偏差始終無法消除，就會出現天平無法再次平衡的現象。

師：是的，這個實驗同樣帶給我們一個啟示：在驗證質量守恒定律時，針對封閉體系也會存在多種情況，要做到具體問題具體分析。

三、模型深化：實驗探究創新，強化守恒模型

在本環節中，重點結合教材實驗，引導學生小組自主探究，強化學生對質量守恒定律的理解。

學生實驗一：鐵釘和硫酸銅溶液化學反應的實驗探究

儀器及藥品：硫酸銅溶液（放在50 mL燒杯中）、鐵釘1個（放在50 mL錐形瓶中）、鑷子、天平（帶砝碼）。

學生實驗二：碳酸氫鈉粉末和稀鹽酸溶液化學反應的實驗探究

儀器及藥品：碳酸鈉粉末分別放在50 mL錐形瓶中，小試管（放有少量稀鹽酸）放在試管架，天平（帶砝碼）。

小組合作，自主設計實驗方案，分別進行三組實驗，認真觀察記錄，并完成表格內容（見表2）。接下來各小組有序匯報，交流，分享實驗經歷。

【問題引導】請小組代表匯報兩個實驗的現象和結論。

組1：在第一個實驗中，鐵釘和硫酸銅發生化學反應后，鐵釘表面變成紅色，硫酸銅溶液變成綠色。在錐形瓶中仍然有鐵釘和硫酸銅，其化學反應方程為：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。

師：這個實驗中哪些物質參加了反應？反應后錐形瓶內又有哪些物質？哪些物質的量發生了變化？哪些物質的量沒有改變？

組1：通過對比分析發現，燒杯的質量、水的質量未參加反應，沒有參加反應的鐵與硫酸銅的質量不變。因此，參加反應的鐵與硫酸銅的質量總和等于參加反應后銅與硫酸亞鐵質量的總和。

組2：在第二個實驗中，碳酸氫鈉粉末和稀鹽酸溶液發生化學反應，其化學方程式為：NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O。在反應過程中，碳酸氫鈉粉末質量減少，并產生大量氣泡。最后我們發現天平平衡，這說明了化學反應前后物質的總質量相等。

組3：我們小組最后發現天平不平衡，這是怎么回事呢？

師：碳酸氫鈉粉末和稀鹽酸反應后質量為什么減少？

組4：我們猜測可能是實驗裝置不密閉，二氧化碳逸出，導致化學反應后質量減少。

師：不錯，在有氣體參加或生成的反應中，驗證質量守恒定律的實驗裝置一定做到密閉。

表2

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四、總結

質量守恒定律是初中化學的重要概念，其應用貫穿于整個化學學習過程。為了讓學生能夠充分理解質量守恒定律，在本節課教學中，筆者將啟發引導法與探究實驗法相結合，設計了多樣化的學習任務，讓學生從熟悉的化學反應入手，通過層層深入，引導學生從探究實驗中發現問題、分析問題和解決問題，從而自主構建知識體系，掌握質量守恒定律的主要內容。這樣有利于學生實驗探究能力和學科素養的培養，最終達到學科育人的目的。

（作者單位：泗洪縣第二實驗學校）

編輯：陳鮮艷