基于觀念建構(gòu)的初中化學(xué)項目式單元教學(xué)
——以“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”為例

楊丹丹

(江蘇省連云港市徐山中學(xué),江蘇 連云港 222000)

化學(xué)觀念建構(gòu)的意義是通過研究不同事物與現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)及規(guī)律構(gòu)建科學(xué)理論,從而對一些問題進(jìn)行解答,其重心是通過化學(xué)教學(xué)活動產(chǎn)生化學(xué)觀念認(rèn)知[1].本文以“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”為例進(jìn)行基于觀念建構(gòu)的初中化學(xué)項目式單元教學(xué)設(shè)計.

1 基于觀念建構(gòu)的初中化學(xué)項目式單元教學(xué)設(shè)計

1.1 初中化學(xué)項目式單元教學(xué)設(shè)計

基于觀念建構(gòu)的初中化學(xué)項目式單元教學(xué)設(shè)計是以化學(xué)學(xué)科觀念目標(biāo)設(shè)計為導(dǎo)向,根據(jù)目標(biāo)設(shè)計問題,依據(jù)所設(shè)問題科學(xué)、合理設(shè)置項目式單元教學(xué)活動.在“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”的研究過程中,通過項目式單元教學(xué)多角度定性、定量地認(rèn)識“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”,從而建構(gòu)分類觀、元素觀以及變化觀等化學(xué)觀念.基于微觀角度體會化學(xué)在生活中的社會發(fā)展價值,系統(tǒng)建構(gòu)學(xué)生的化學(xué)價值觀[2].

1.2 初中化學(xué)項目式單元教學(xué)案例設(shè)計

1.2.1教學(xué)目標(biāo)制定

本文通過多角度幫助學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)及其變化,體會物質(zhì)變化過程中的能量轉(zhuǎn)化,意識到其發(fā)生存在一定規(guī)律和條件且均具有可控性[3].深入探索能量轉(zhuǎn)化的本質(zhì),強(qiáng)化化學(xué)學(xué)科知識理解.

1.2.2教學(xué)活動流程

具體教學(xué)過程設(shè)計見表1.

表1 教學(xué)過程設(shè)計

1.3 初中化學(xué)項目式單元教學(xué)案例實施

1.3.1鏈接學(xué)習(xí)經(jīng)驗書寫化學(xué)方程式

【教師】以“水”為“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”的研究對象,請同學(xué)們回想水電解實驗,回答與其相關(guān)的實驗現(xiàn)象并書寫對應(yīng)化學(xué)方程式.

(宏觀現(xiàn)象活動內(nèi)容)

【學(xué)生】通電條件下,電解器內(nèi)的水正、負(fù)極區(qū)域均有大量氣泡形成,分別檢驗正、負(fù)極區(qū)域產(chǎn)生的氣體,將帶火星的木棍靠近正極區(qū)域,木棍復(fù)燃,表示該區(qū)域產(chǎn)生的氣體為氧氣,將火柴靠近負(fù)極區(qū)域產(chǎn)生的氣體,氣體發(fā)生燃燒現(xiàn)象,在火焰上方放置干冷的燒杯,杯壁內(nèi)產(chǎn)生白霧,表示該區(qū)域產(chǎn)生的氣體為氫氣.根據(jù)霍夫曼水電解器的U型管刻度可以看出,所產(chǎn)生氧氣的體積約為氫氣的1/2.

【設(shè)計意圖】結(jié)合宏觀與微觀角度對物質(zhì)的變化進(jìn)行辨識和探析,通過定性、定量的分析才能了解物質(zhì)的本質(zhì)[4].

【教師】請同學(xué)們思考水分解的微觀變化過程,并給出對應(yīng)的示意圖.

【學(xué)生】(分組討論)得出水分子分解微觀示意圖如圖1所示.

圖1 水分子分解微觀示意圖

【教師】通過微觀角度我們可以看到,水分子分解為氫、氧原子,2個原子可對應(yīng)結(jié)合成1個分子.請同學(xué)們結(jié)合圖1所示書寫水分解微觀變化的化學(xué)表達(dá)式.

【教師】該化學(xué)方程式是否完整?

【教師】請同學(xué)們思考“氫氣在空氣中燃燒形成水”的實驗現(xiàn)象,并給出對應(yīng)的示意圖.

【學(xué)生】(分組討論)得出氫氣燃燒微觀示意圖如圖2所示.

圖2 氫氣燃燒微觀示意圖

【教師】請同學(xué)們結(jié)合圖2書寫氫氣燃燒微觀變化的化學(xué)表達(dá)式.

1.3.2基于“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”的化學(xué)觀念建構(gòu)

【教師】請同學(xué)們結(jié)合“水電解”與“氫氣燃燒”實驗,仔細(xì)分析反應(yīng)物和生成物變化過程中存在的物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系.

【學(xué)生】水可以在通電條件下轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣;氫氣和氧氣可以在點燃的條件下轉(zhuǎn)化為水.

【教師】在水電解實驗中氫氣被點燃時燒杯外壁有什么觸感?這意味著什么呢?

【學(xué)生】燒杯外壁發(fā)熱,表示存在散熱現(xiàn)象.

【教師】已知化學(xué)變化中存在能量轉(zhuǎn)化情況,同學(xué)們可否結(jié)合“水電解”與“氫氣燃燒”實驗對化學(xué)反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系進(jìn)行總結(jié)歸納呢?

【學(xué)生】電能可轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,化學(xué)能也可轉(zhuǎn)化成熱能.

【設(shè)計意圖】化學(xué)教學(xué)過程中,除了要觀察物質(zhì)之間存在的變化關(guān)系,還需注意能量之間的轉(zhuǎn)化,但是學(xué)生常會在學(xué)習(xí)過程中忽略能量轉(zhuǎn)化情況,需引起重視[5].

【師生】結(jié)合氧氣的實驗室制取原理深入研究“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”,在教師引導(dǎo)下學(xué)生展開分組討論,并繪制化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,得到結(jié)果如圖3所示.

圖3 過氧化氫、水、氧氣的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系

【設(shè)計意圖】“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”的化學(xué)觀念建構(gòu)過程中涉及了大量的物質(zhì)及其變化,通過合理建構(gòu)物質(zhì)之間的聯(lián)系能夠令學(xué)生更好地對化學(xué)知識進(jìn)行理解與掌握,通過繪制適宜的物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化概念圖能夠令零散的化學(xué)知識系統(tǒng)化,有利于化學(xué)知識的記憶和理解.

【教師】請同學(xué)們分析過氧化氫制取氧氣實驗過程中的微觀變化,并寫出對應(yīng)化學(xué)方程式.

【學(xué)生】(分組討論)得出過氧化氫分子分解微觀微觀變化過程(如圖4所示).

圖4 過氧化氫分子分解微觀示意圖

1.3.3基于計算分析的定量研究

【問題驅(qū)動】已知某質(zhì)量為4 g的純凈物R完全燃燒后產(chǎn)生11 g二氧化碳及9 g水,請結(jié)合已知條件猜測該物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)式.

(教師引導(dǎo)、組織學(xué)生討論.)

【學(xué)生】根據(jù)表達(dá)式進(jìn)行推斷,R中必然包括有碳、氫元素,可能存在氧元素;并且R內(nèi)碳、氫元素的質(zhì)量分別等同于二氧化碳、水中的碳、氫元素質(zhì)量.

【教師】請同學(xué)們根據(jù)化學(xué)式計算R中碳、氫元素的質(zhì)量.

【學(xué)生】m(C)=11 g×(12/44)×100%=3 g;m(H)=9 g×(2/18)×100%=1 g.

【教師】現(xiàn)在同學(xué)們能否根據(jù)計算數(shù)據(jù)推斷出R中是否含有氧元素?

【學(xué)生】碳、氫元素的質(zhì)量和為4 g,等同于R物質(zhì)的質(zhì)量,由此可得R物質(zhì)中不存在氧元素.

【教師】設(shè)R的化學(xué)式為CxHy,首先需要確定x、y的最簡個數(shù)比,然后結(jié)合化學(xué)式的相關(guān)計算推導(dǎo)R的化學(xué)式.

【學(xué)生】m(C)/m(H)=12x/1y=3;x/y=3×1/1×12=1/4,根據(jù)計算結(jié)果,得出R的化學(xué)式為CH4,可知R為甲烷.

【設(shè)計意圖】通過計算練習(xí)令學(xué)生深入了解“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”在實際問題中的應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生的定量思維,奠定后續(xù)學(xué)習(xí)基礎(chǔ).

2 基于觀念建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計思考

初中化學(xué)知識中涵蓋了大量的概念性、理論性知識,整體較為零散,學(xué)生無法自主構(gòu)建化學(xué)觀念,所以需要通過項目式單元教學(xué)令知識系統(tǒng)化、邏輯化,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)觀念.以教學(xué)目標(biāo)為教學(xué)設(shè)計核心,多維度利用教學(xué)資源進(jìn)行學(xué)科知識梳理,整體構(gòu)建化學(xué)觀念.通過設(shè)置有效的教學(xué)驅(qū)動性問題可以有效提升學(xué)生的思維高度,從而推動學(xué)生觀念建構(gòu),提升其化學(xué)學(xué)科素養(yǎng).

基于觀念建構(gòu)的初中化學(xué)項目式單元教學(xué),能夠令學(xué)生在較高級別的思維活動過程中強(qiáng)化對化學(xué)知識的理解及掌握.化學(xué)觀念不是以結(jié)論的形式獨(dú)立存在的,其是以化學(xué)知識為承載,常隱藏在課程知識體系中,并隨著知識層次的提升而不斷深化.教師應(yīng)在教學(xué)設(shè)計中引導(dǎo)學(xué)生思考、認(rèn)識物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系、本質(zhì)與規(guī)律,在實際教學(xué)過程中滲透培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)觀念建構(gòu),提升其思維水平,滿足新課標(biāo)要求.