思維建模在初中化學教學中的實踐研究

一、教學主題內容

“常見氣體的實驗室制取”是人教版義務教育九年級化學課程中的重要內容，在新課程標準中同屬于“科學探究與化學實驗”和“物質性質與應用”這兩個主題。涉及到化學科學本質、實驗探究、化學實驗探究的思路與方法、科學探究的態(tài)度等核心內容。學生通過學習實驗室制取氣體的一般思路方法，能夠初步形成化學實驗探究的思路與方法，了解圍繞實驗目的確定實驗原理、選擇實驗儀器、組裝實驗裝置、設計實驗步驟、實驗并完成實驗記錄的過程。學習不同類型化學實驗探究活動的一般思路與基本方法。

二、基于學業(yè)質量的教學目標

1.能夠獨立設計并進行基本實驗制備及驗證氧氣和二氧化碳的存在。

2.具備選擇合適實驗藥品與儀器的能力，根據(jù)預設的實驗計劃，圓滿達成必要的實驗任務，并且準確地記錄實驗現(xiàn)象；能夠闡釋實驗思路與技巧，評估實驗操作的科學性與邏輯性，展現(xiàn)出一絲不茍、積極求證的科學精神。

3.借助在基礎實驗中獲得的探究策略與技能，融合關于物質構成與轉化的知識，應對實際情境下簡單的實驗挑戰(zhàn)，進行有效的分析與解答。

4.能通過小組合作探索實驗，體現(xiàn)創(chuàng)新思維和面對難題不退縮的堅韌品質。

三、教材內容分析

本部分內容在人教版化學九年級上冊，第二和第六單元。第二單元著重講解了氧氣實驗室制備的基礎理論、操作流程及安全注意事項。而第六單元首先闡述了二氧化碳的實驗室制備原理，隨后引導學生探討制備二氧化碳裝置的選擇、檢驗及收集二氧化碳的方法，最終通過這些具體內容，提煉出實驗室制備氣體思路與方法。

四、學生學情

在學習第二單元《實驗室制取氧氣》時，鑒于學生化學知識尚處于初級階段，教材直接提供了制氧氣所需藥品和裝置，著重講解利用高錳酸鉀制氧氣的基本過程和其關鍵步驟及注意事項。到第六單元《二氧化碳實驗室制取研究》時，學生已牢固掌握元素觀、變化觀、守恒觀等核心化學觀念，熟悉化學實驗基本原則與常用儀器使用，能夠熟練操作基礎實驗，并對實驗探究流程有一定了解，具備一定自主探究能力，但尚未系統(tǒng)建立氣體制備的思路方法。因此，本教學旨在深化學生既有知識框架，側重培養(yǎng)科學探究思維，通過實踐與探究活動，構建簡易模型，促進學生將理論知識靈活應用于解決實際問題中，從而逐步形成完善的氣體制備思路。

五、基于學業(yè)要求的教學過程設計

設計富含啟發(fā)性的探究課題，引領學生親歷完整的探究歷程，強化科學邏輯在實踐中的運用，依托實驗探究與動手操作，深化化學理論認識，加深對化學學科及探究本質的領悟，提升學生的科研探索力與創(chuàng)新思維。努力營造有利環(huán)境，確保高質量完成基礎實驗，充分發(fā)揮必做實驗的教學功能及育人價值。

六、初中化學常見氣體制取的思維建模過程

1.實驗室制取二氧化碳的藥品選擇

【教師】 引導學生觀察實驗室制取氧氣的三種藥品：KMnO4、KClO3、H2O2的組成，尋找它們組成上的共同點，歸納總結實驗室制取氣體選擇藥品的思路方法。

【學生】分析反應藥品發(fā)現(xiàn)它們均含有氧元素，分解才能制取氧氣，從而進一步理解質量守恒定律中化學反應過程元素種類不變的學科觀念。

【教師】在實驗室選取制備二氧化碳的試劑時，應注意哪些要點？回顧所學，哪些化學反應能夠產生二氧化碳？這些反應是否都適合作為實驗室制二氧化碳？

【學生】從學過的反應中找出能生成二氧化碳的化學反應，分析后得出反應物必須有碳元素和氧元素，列舉出一些生成二氧化碳的反應并從反應條件、制取氣體的速度、制得氣體的純度等方面，討論能否用于實驗室制取二氧化碳氣體。

【教師】根據(jù)質量守恒定律分析石灰石或大理石（主要成分是碳酸鈣）與稀鹽酸或石灰石或大理石與稀硫酸反應能生成二氧化碳，是否可以用于實驗室制取二氧化碳？請同學們通過實驗探究，觀察實驗現(xiàn)象、討論后回答。

【學生】進行實驗探究，討論并填寫下表。

【設計意圖】復習實驗室制取氧氣的藥品，討論并構建實驗室制取氣體藥品的選擇思維模型：是反應物必須有相應元素，且反應物價廉易得，反應速度適中持續(xù)易于收集，制取氣體較純凈。

2.實驗室制取二氧化碳裝置的選擇

（1）發(fā)生裝置選擇

【學生】發(fā)生裝置是由反應物的狀態(tài)和反應條件決定。制取常見氣體的發(fā)生裝置的類型及適應范圍，大概如下幾種：

【設計意圖】復習實驗室制取氧氣的發(fā)生裝置，選擇實驗室制取二氧化碳的發(fā)生裝置，構建根據(jù)反應物狀態(tài)和反應條件選擇實驗室制取氣體發(fā)生裝置的思維模型。

（2） 收集裝置選擇

【教師】實驗室制氧氣的收集方法有哪些？分別根據(jù)什么氧氣的什么性質？

【學生】根據(jù)氣體的密度和水溶液性及氣體是否與水或空氣中的成分反應，總結出常見氣體的收集裝置的模型。

【設計意圖】回顧氧氣實驗室制備的收集裝置，學習選擇二氧化碳的收集裝置，構建選擇實驗室制取氣體收集裝置思維模型。

【教師】選擇課本所給的儀器組裝制取二氧化碳的裝置。設計可拖動實驗儀器動畫組裝激發(fā)學生興趣。

【學生】討論并派代表組裝。

【教師】展示學生組裝制取二氧化碳的裝置。

【學生】討論各裝置的優(yōu)點和使用注意事項。

【教師】請同學們討論并完成實驗室制取如下兩種氣體的發(fā)生裝置和收集裝置。

【學生】學生討論并完成練習

【設計意圖】應用新建的模型來解決問題，鞏固所學內容并遷移應用知識解決新問題

3.實驗室制取二氧化碳步驟的選擇

【教師】回顧實驗室用高錳酸鉀制取氧氣步驟，制二氧化碳的步驟應該怎樣？請構建實驗室制氣體的步驟思維模型。

【學生】制取二氧化碳氣體的步驟為：檢查裝置氣密性，裝置固體藥品，固定裝置，加液藥品，收集，驗滿，檢驗。

【學生】建立制取氣體步驟的思維模型是，檢查氣密性—裝固體藥品—固定裝置—（裝置液體藥品）-加熱（不需要的直接下一步）—（除雜）—收集—驗滿—檢驗—尾氣處理（由于學生新課學習知識局限性除雜和尾氣處理放到學完酸、堿、鹽再詳細探究）。

4.二氧化碳氣體驗滿和檢驗方法選擇

【教師】氧氣的驗滿和檢驗方法是？根據(jù)什么原理？怎樣驗滿和檢驗二氧化碳，構建氣體驗滿和檢驗的思維模型。

【學生】因為氧氣有助燃性的化學特性，用帶火星的木條來驗滿和檢驗。二氧化碳不支持燃燒也不能燃燒的化學性質，用燃著木條驗滿二氧化碳。二氧化碳和氮氣均不助燃，驗證二氧化碳利用其使澄清石灰水渾濁的特性。將氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾即表明該氣體為二氧化碳。

【學生】構建氣體的驗滿的思維模型是利用該氣體的化學性質，氣體的檢驗方法是利用該氣體的化學性質特性。

5.師生總結實驗室制取氣體的思維模型

【教師】請同學們用所給藥品和儀器，制取一瓶二氧化碳并驗滿和檢驗。

【學生】分組完成實驗，體驗實驗探究的方法和樂趣。

責任編輯 徐國堅