抓住教學(xué)契機(jī)發(fā)展學(xué)生分析推理與歸納建模的科學(xué)思維
——以“化學(xué)方程式配平”為例

韓東輝

(廣東省深圳市南山區(qū)大學(xué)城麗湖實(shí)驗(yàn)學(xué)校,廣東 深圳 518057)

“如何正確書寫化學(xué)方程式”(第2課時)這一節(jié)課,學(xué)生在學(xué)習(xí)第一課時的基礎(chǔ)上,對于化學(xué)方程式的概念、書寫、意義與讀法等已有一定的了解,但書寫化學(xué)方程式中有一個非常關(guān)鍵的步驟——“配平”卻會產(chǎn)生較大的學(xué)習(xí)障礙[1].

1 教學(xué)的現(xiàn)狀與困惑

教學(xué)過程中筆者了解到,很多學(xué)生只是學(xué)到了課本上講的“觀察法”與“最小公倍數(shù)法”,只能解決部分化學(xué)方程式的配平,而面對一些較為復(fù)雜化學(xué)方程式只是靠機(jī)械記憶,亦即“背化學(xué)方程式”.為減少這種問題的產(chǎn)生,在教學(xué)中,教者一定要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會找到式子的“特點(diǎn)”,據(jù)此確定配平的“起點(diǎn)”,再運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒?形成清晰而嚴(yán)密的推理過程,否則學(xué)生就會“知其然,不知所以然”,“平”了也不知是怎么“配”的.

2 “教”方法與“學(xué)”思維

“科學(xué)思維”是初中學(xué)生要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一.

科學(xué)思維是指人在科學(xué)認(rèn)識活動中對感性認(rèn)識材料進(jìn)行加工、處理的方式與途徑.《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年)》指出:科學(xué)思維是基于事實(shí)與邏輯進(jìn)行的獨(dú)立思考和判斷.而“配平”就是要求學(xué)生經(jīng)自己對反應(yīng)表達(dá)式的分析并找出其特點(diǎn),然后對“反應(yīng)表達(dá)式”用適當(dāng)方法進(jìn)行加工、處理——“配平”的過程.可見,本節(jié)課的內(nèi)容對學(xué)生的分析推理以及歸納建模的“科學(xué)思維”的培養(yǎng)是一個很好的契機(jī).

本節(jié)課設(shè)計的主要創(chuàng)新點(diǎn)在于能夠采用以問題為導(dǎo)向,在解決問題過程中,扣緊學(xué)生“變化守恒”的化學(xué)觀念和“分析推理”、“歸納建模”的科學(xué)思維,教師教“方法”,學(xué)生學(xué)“思維”,“講-練-評”結(jié)合,突破了重、難點(diǎn).下面,以“如何正確書寫化學(xué)方程式”(第2課時)為例,談?wù)勅绾伍_展“配平”的教學(xué)[2].

3 教學(xué)程序設(shè)計

【引課】如何觀察一個人?我們通常是關(guān)注人的“高”“矮”“胖”“瘦”或者“漂亮”“帥氣”……等等.很顯然,這“觀察”抓住了人的局部或整體特征.同樣,面對一道未配平的反應(yīng)表達(dá)式,我們應(yīng)如何抓特征?用何法配平?

活動1.投示【例題1】

熾熱鐵與水蒸氣反應(yīng)生成四氧化鐵和氫氣

教師講解,歸納形成配平“以大定小法”(方法1)

【師問】同學(xué)們,上面的反應(yīng)表達(dá)式有何特點(diǎn)?

【生答】(1)氧原子個數(shù)最多;(2) Fe3O4化學(xué)式最復(fù)雜……

【師講】本題的配平步驟是:

(1)找到原子個數(shù)“最多”的化學(xué)式:以“O”為配平的起點(diǎn).Fe3O4,先配該化學(xué)式有關(guān)鐵、氧兩種元素的原子個數(shù);

(2)配平氧原子個數(shù)時影響到氫原子個數(shù),接著配平氫原子個數(shù).

與學(xué)生一起歸納本題的配平方法——“以大定小法”(方法1).經(jīng)分析,本式有“O”“Fe”兩種元素原子個數(shù)需配平,不難發(fā)現(xiàn),化學(xué)式“Fe3O4”最復(fù)雜,其中兩元素的原子個數(shù)最大,就以“原子個數(shù)最大”的元素作為配平的起點(diǎn),“以大定小”.待這些原子個數(shù)配平后,再據(jù)此配平其他原子個數(shù).用此法解題模型為:找最復(fù)雜化學(xué)式(元素種類最多、原子個數(shù)最大)→用最復(fù)雜的化學(xué)式中原子個數(shù)推其他化學(xué)式前的系數(shù)→根據(jù)求得的系數(shù)再推求出其它化學(xué)式前邊的系數(shù).

活動2.投影出示【例題2】

配平:P + O2——P2O5

【師問】這個反應(yīng)的符號表達(dá)式有何特點(diǎn)?你能說說你的配平方法和過程嗎?

【生答】(1)“O”原子個數(shù)一奇一偶;(2) P2O5化學(xué)式最復(fù)雜……

【生講】我的配平過程如下:

(1)發(fā)現(xiàn)“O”原子個數(shù)相差較大,以此為配平的起點(diǎn).

(2)式子左邊“O”原子為2,右邊為5,“2”與“5””的最小公倍數(shù)為“10”.

(3)在“O2”前面配上“5”,P2O5前面配上“2”,讓“O”原子個數(shù)都變?yōu)椤?0”.

(4)推求“P”前面的系數(shù)為“4”.

(5)改寫成等號并注明反應(yīng)條件:

學(xué)生歸納形成方法:最小公倍數(shù)法(方法2),方法模型如下:找出式子中左、右兩邊各出現(xiàn)一次且原子個數(shù)相差最多的元素作為配平起點(diǎn)→求該元素原子左、右兩邊個數(shù)的最小公倍數(shù)→把式子左右兩邊的該原子個數(shù)均配成最小公倍數(shù)→再推求出其它化學(xué)式前的系數(shù).

活動3.投影出示【例題3】

【師問】例題3中反應(yīng)表達(dá)式有何特點(diǎn)?

【生答】(1)有一個只含一種元素的化學(xué)式;(2) Fe2O3化學(xué)式最復(fù)雜……

【師講】配平過程:

(1)氧元素在式子左右兩邊出現(xiàn)次數(shù)最多,且其個數(shù)一邊為奇數(shù),另一邊為偶數(shù),以氧元素的原子個數(shù)為配平的起點(diǎn),把氧原子個數(shù)由奇數(shù)變?yōu)榕紨?shù):

(2)在“奇數(shù)配偶”時影響了鐵原子個數(shù),接著配平鐵原子個數(shù):

(3)配平鐵原子個數(shù)時影響到了硫原子個數(shù),接著配平硫原子個數(shù):

(4)配平鐵原子與硫原子個數(shù)時影響到氧原子個數(shù),最后在“O2”前面配上適當(dāng)系數(shù),使得氧原子個數(shù)相等(注意:在單質(zhì)化學(xué)式前面配上任何系數(shù),不影響其它原子個數(shù)):

(5)箭號改寫成等號:

(6)注明反應(yīng)條件:

師生一起歸納形成方法:奇數(shù)配偶法(方法3).用“奇數(shù)配偶”配平的方法模型為:找出式子左右兩邊出現(xiàn)次數(shù)最多的元素,如果該元素原子個數(shù)在一邊為奇數(shù),而另一邊為偶數(shù),那么就以這種元素作為配平起點(diǎn)→在含該元素且原子個數(shù)為奇數(shù)的化學(xué)式前面配上一個最小的正偶數(shù),把該元素原子個數(shù)由奇數(shù)變成偶數(shù)→根據(jù)上步的結(jié)果推求其它化學(xué)式前面的系數(shù)[3].

活動4.教師出示【練習(xí)】,學(xué)生嘗試用自己的方法解決問題.

【師問】你能寫出高溫下氧化鐵與一氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成鐵和二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎?你能否說出其配平過程?

【學(xué)生代表書寫并講解】

(2)配平過程是:

①先配平鐵原子個數(shù):

②同時配平碳、氧原子個數(shù):

③當(dāng)化學(xué)式CO、CO2前面同時配上3時,式子左右兩邊C、O原子個數(shù)均相等.此時各種原子個數(shù)都已配平,將箭頭改寫成等號:

④注明反應(yīng)條件:

【教師點(diǎn)評】本反應(yīng)表達(dá)式的特點(diǎn)是有兩個元素符號總是黏連在一起.可以“嘗試系數(shù)法(方法4)”進(jìn)行配平.該方法的模型是:如果式子中有N種元素原子個數(shù)要配平,N-2種元素原子個數(shù)可先配平,而剩下的兩種元素原子個數(shù)要同時配平,那么可先配平N-2種元素原子個數(shù)→在另兩種元素組成的化合物化學(xué)式前按由小到大的順序嘗試性地同時配上正整數(shù)1、2、3……直到兩種元素的原子個數(shù)同時配平.

以上幾種方法都要用到所謂“觀察法”.“觀察”就是看式子有何特點(diǎn),例如原子個數(shù)的“大小”、原子個數(shù)的“奇偶”、化學(xué)式“繁簡”、元素符號在化學(xué)式中是否“黏連”等特點(diǎn).只有找到式子的特點(diǎn),才能找準(zhǔn)配平起點(diǎn).找“特點(diǎn)”是配平的關(guān)鍵.

(編者注:活動5、活動6內(nèi)容略)

【本課總結(jié)】配平的方法主要有:以大定小法、最小公倍數(shù)法、奇數(shù)配偶法、分?jǐn)?shù)系數(shù)法、嘗試系數(shù)法和待定系數(shù)法等.另外,如果是氧化還原反應(yīng),其符號表達(dá)式還可用電子得失或化合價(氧化數(shù))升降配平法和離子-電子法配平.要注意的是,同一道反應(yīng)的符號表達(dá)式,配平方法并不是唯一的,我們擇優(yōu)即可.

【布置作業(yè)】繪制本節(jié)課的思維導(dǎo)圖并完成學(xué)單第五單元課題2(第2課時).