基于培养学科观念的"依据化学方程式的计算"教学

作者：朱纷肖红梅

化学教育 2016年01期

　　“通过具体化学知识和概念的学习，促进学生化学学科思想和基本观念的形成”[1]是2011年版课程标准对初中化学教学所提出的明确要求。化学方程式计算一直以来都是初中化学的重要内容，而且有关这一内容的教学，也已经形成了相对固定的教学模式，即“教师示范、学生模仿，教师讲解、学生操练”。课堂上，学生被动接受，机械训练，气氛沉闷，教学效率不高。即使在初中化学新课程实施十余年的今天，化学方程式计算教学的这一情形在很多课堂上依然如故，大家对此似乎也已经习以为常。“依据化学方程式的计算”一课如何才能上出新意，上出精彩，怎样才能更好地落实2011年版课程标准的精神，体现优质课评比的主题，既是对教师教学理念的考验，更是对教师教学行为的检阅，非常具有挑战性，需要认真研究和积极探索。

　　一、课标要求

　　“依据化学方程式的计算”在课程标准中所属的一级主题是“物质的化学变化”，二级主题为“质量守恒定律”。2011年版课程标准中与该课题有关的要求主要有：能说明化学反应中的质量关系；能依据化学方程式进行简单的计算；认识定量研究对于化学科学发展的重大作用[1]。分析这一要求不难看出，“依据化学方程式的计算”一课的教学，应帮助学生从“量”的角度进一步认识化学变化的规律，学习定量研究化学变化的方法，感受定量研究化学变化的意义。具体的讲，就是要让学生通过“依据化学方程式的计算”学习，既认识到物质在发生化学变化时，不仅可以由一种物质变化为另一种物质，而且这些物质之间在质量等“量”方面还存在着必然的联系，具有一定的关系，化学方程式的计算正是利用了这些“量”的关系实现了对化学变化的定量研究，解决了生活、生产和科学研究中许多与化学变化有关的“量的问题”；又能在认识规律的基础上学会运用化学方程式的简单计算解决实际问题，体会到化学方程式的计算不仅丰富了化学反应内涵，更拓展了化学反应的应用，从而初步形成“物质的变化观”和“化学的价值观”等基本学科观念。

　　二、教材内容

　　“依据化学方程式的计算”位于沪教版义务教育教科书《化学》（九年级上册）第四章第三节，节标题为“化学方程式的书写与应用”。本节共包含有“一、化学反应的表示方法”和“二、依据化学方程式的计算”2方面内容。不难看出，教科书是从化学方程式的应用角度来定位化学方程式计算的。教科书中“依据化学方程式的计算”一课的内容主要分为2部分：（1）认识并理解化学方程式的含义，明确化学反应中物质之间的质量关系，得出化学方程式计算的“依据”；（2）进行有关化学方程式的计算，即学习解答化学方程式计算问题的相关步骤和格式等。因此，本节课教学首先要帮助学生建立化学反应中宏观物质、微观粒子与符号之间的联系，引导学生从微观本质上去认识化学反应中物质的质量比与物质的相对分子质量之间的关系，培养学生从宏观与微观相结合的视角认识化学变化的思维方式；然后再引导学生依据化学反应中各物质间的质量关系，探寻化学方程式计算的具体方法和一般步骤，学习运用数学方法处理与解决化学问题，提高学生从定性与定量相融合的角度理解和应用化学变化的能力。

　　三、教学设计

　　有专家认为，观念建构的教学是活动教学，没有活动，就没有观念的生成。在活动中，一要建立知识结论和发现过程的联系，二要建立知识结论和学习者的联系[2]。因此，“基于培养学科观念”的化学方程式的计算教学，必须重视教学活动的精心设计和有效开展，既要通过活动激发学生的学习兴趣，促进知识的学习，更要通过活动增强学生的体验和感悟，促进观念的形成；既要关注“如何进行计算”，更要关注“为什么要进行计算”以及“依据什么进行计算”。

　　1.注重情境创设，彰显化学方程式计算的意义和价值

　　“初步认识定量研究化学反应对于科学研究和生产实践的作用”是本节课的教学目标之一，这一教学目标的落实，不仅能丰富和培养学生学习化学方程式计算的积极情感，而且对学生形成化学学科的价值观具有极为重要的作用。回顾有关化学方程式计算的教学，一般只是将其作为初中化学的一项重要的计算技能，重点关注的是如何让学生尽快地熟练掌握这项技能，因而把教学的着力点主要放在对化学方程式计算解题步骤的学习和解题格式的规范上。课堂教学方式单一，内容枯燥，学生兴趣不浓，目标达成度不高。那么，该如何帮助学生建立“化学的价值观”，从而使“初步认识定量研究化学反应对于科学研究和生产实践的作用”的教学目标落在实处呢？

　　2011年版初中化学课程标准在“课程基本理念”中强调：为学生创设体现化学、技术、社会、环境相互关系的学习情境，使学生初步了解化学对人类文明发展的巨大贡献[1]。因此，作为初中化学重要内容的化学方程式计算教学，理应注重情境创设，让学生真切地体验并感受到化学方程式计算的实际意义及其应用价值。

　　首先，针对学生在实验中的具体问题引入课题。课一开始即播放视频，真实再现学生在实验室做氧气制取和性质实验时遇到的实际问题：一名学生正在制取氧气，他原准备收集4瓶氧气，但在第4瓶氧气刚刚开始收集时，导管口就没有气泡了。视频的播放，不仅仅是为了引导学生思考：这名学生为什么没能如愿收集到所需的4瓶氧气呢？能不能在动手做实验前就知道制取4瓶氧气需要多少高锰酸钾呢？从而引入本节课的课题：依据化学方程式的计算。

　　然后，以我国科技成就的时事新闻为背景设计问题展开学习。先播放一段遥感卫星18号升空的视频，学生通过观看视频和聆听讲解，了解到卫星之所以能够顺利进入预定轨道，离不开火箭推进器中燃料燃烧所释放的巨大能量。再用PPT呈现以下“资料”：火箭的第三级推进器中常用液氢为燃料，液氧为助燃剂。就此提出问题：如果火箭携带了7t液氢，那么需要多少液氧才能保证这些液氢完全燃烧呢？并引导学生分析：如果液氧过多或者过少可能会出现怎样的情境，将会导致什么样的结果，促使学生发自内心地感叹：准确知道液氧的质量是如此重要。从而产生学习化学方程式计算的强烈欲望和形成努力学习的内驱力。

　　2.强调多重联系，揭示化学方程式计算的本质和依据

　　观念教学是对知识达到理解的教学[2]。化学方程式计算是从量的角度对物质变化规律的研究，是运用数学手段对化学反应的量化处理，而非单纯的数学运算[3]。因此，理解化学方程式的含义，认识化学方程式计算的本质，明确化学方程式计算的依据，应是本节课教学的重点之一。

　　化学方程式不是符号和数字的简单组合，而是对化学反应宏观事实和微观本质的符号表征。实践证明，学生能否理解“可观察的宏观世界，分子、原子和离子构成的微观世界，化学式、化学方程式和元素符号构成的符号世界”这3者之间的联系，是影响学生化学学习的重要因素[4]。因此，化学方程式含义的教学，绝不能采用“告之式”的讲解或简单罗列的方式进行，而应以“多重联系”为策略，加强“宏—微—符”三重表征的联系，帮助学生认识，促进学生理解。

　　首先通过情境创设，提出问题，让学生在计算7t液氢燃烧所需液氧质量的任务驱动下，产生认识化学方程式含义的迫切需求。然后确立不同视角并采用不同形式，引导学生分别从宏观到微观、由定性到定量对化学方程式“”所承载的意义进行充分挖掘。具体的做法是：基于实验及其现象的回顾，引导学生从物质变化的角度看化学方程式：化学方程式表明了反应物、生成物及其反应发生的条件；基于物质构成微观图式的展示，引导学生从物质微观变化的角度看化学方程式：化学方程式表明了构成物质的各微粒的数目关系，即各物质的微粒数之比；基于对相对分子质量的理解和有关推导，引导学生从量化的角度看化学方程式：化学方程式还表示了反应过程中各物质的质量关系，即各物质的质量比。

　　针对初中生的已有认知水平和思维特点，为了帮助学生顺利建立宏观、微观与符号三重表征的联系，加强对化学变化中微观粒子“质”与“量”关系的理解，在引导学生分析的同时，通过PPT逐步展示下列过程：

　　

　　通过以上教学，不仅增强了教学的直观性，而且增强了化学方程式含义学习的可视化，使得对化学反应的定量认识由微观定量到宏观定量的思维过程外显，促进了学生对化学变化中各物质之间所存在的质量关系的理解：化学反应中各物质之间之所以具有一定的质量比，是因为化学变化中构成物质的微粒之间存在着确定的数目比。

　　3.大胆突破传统，探索化学方程式计算的方法和步骤

　　观念建构的课堂文化强调宽松、自由而非设法控制，强调个人发现而非死记硬背[2]。“基于培养学科观念”的化学方程式计算教学，应对已形成的简单模仿和重复操练的传统教学方法方式进行重新审视和大胆变革。

　　（1）尝试应用，自主建构

　　在学生认识了化学反应中物质之间的质量关系后，并不急于进行例题的讲解和示范，而是先让学生依据氢气在氧气中发生燃烧反应时的各物质质量比，完成下列计算（用PPT配合教师提出的问题逐步呈现）：

　　

　　以上活动中，学生能很快完成计算，很有成就感。在此基础上，再回归到课堂教学开始阶段所提出的问题上，请学生“当回火箭推进器的设计师”进行下列计算：使7t液氢恰好完全反应所需的液氧质量。

　　学生尝试计算，教师从中选择有代表性的解题方案进行投影展示：

　　4:32=7:x

　　 x=56

　　针对上式引导学生思考：式中x是从哪来的？代表了什么？4和32有什么含义？只用数字“7”来表示物质的质量是否合理？你又是依据什么列出这个比列式的？通过这一连串问题的提出及其追问，学生由衷地感受到：有关化学方程式计算仅有比例式和结果还不行，必须有合理的步骤来体现计算方法，有恰当的格式来呈现计算过程，只有赋予每一个数字和符号以具体的含义，化学方程式计算才具有明确的意义，才能更好地体现其应有的价值。这时再让学生对照教科书上例题，完善各自的解题方案，并归纳总结计算方法和解题步骤及格式。

　　按照以上设计实施教学，由于化学方程式计算的有关步骤和格式主要是通过学生自我尝试和自主思考，并以自学、自纠的方式获得，不仅丰富了学生的体验，培养了学生自主学习的能力，而且促进了学生的感悟：按照一定的步骤和规范的格式解题，是解决化学方程式计算问题的必然需求，而非教科书和教师的强行规定，从而增强了学生学习并掌握化学方程式计算步骤和格式的自觉性。

　　（2）学以致用，巩固提高

　　观念是看事情、想问题的方式，每一次角度的变化，就是一次观念的改变[2]。“基于培养学科观念”的初中化学教学，应引导学生多角度、多方面地观察和思考问题，多途径、多方案地分析和解决问题。

　　研究表明，技能性知识的掌握有赖于一定量的练习和及时有效的反馈。因此，练习和反馈是本节课教学必不可少的重要环节。但该环节的教学绝不能陷入题海进行机械训练，应从初中生的认知规律和化学方程式计算的特点出发，精心选择素材和设计问题。既要注意问题的情境性和挑战性，以激发学生练习的兴趣，更要注意问题解决的多样性和开放性，以促进学生认识的提升，观念的形成。

　　在进行化学方程式计算的练习教学时，首先通过PPT呈现用煤取暖、烧饭、发电等图片，提出问题：煤的主要成分是碳，以煤作燃料，你希望其中的碳是完全燃烧还是不完全燃烧呢？那么，一定量的碳完全燃烧究竟需要多少氧气？引导学生从关注高科技领域的液氢燃烧，走进关注日常生活中煤的燃烧。学生进行以下练习：为了使9kg碳完全燃烧，至少需要氧气多少千克？通过本题练习，主要是为了让学生在运用中进一步熟悉步骤，规范格式，感悟方法。接着追问：燃烧所生成的二氧化碳质量是多少？并留下较为充足的时间让学生进行计算。设计这一过程的主要目的：①为了在巩固化学方程式计算的同时，帮助学生了解一题多问的化学方程式计算常用的表达方式和书写格式，让学生体验到物质在发生化学变化时只要知道其中1种物质的质量，就可以依据化学方程式计算求出其他任何1种物质的质量，从而进一步感受化学方程式计算的意义和价值。②为了引导学生分别从物质质量守恒的角度，以及利用元素质量守恒的化学式计算来解答同一问题，并让学生对不同解法所应具备的前提条件作出分析，从而使学生能够真切地感受到化学方程式计算应用的广泛性，增强学好化学方程式计算的意愿和动力。

　　（3）对比分析，深化认识

　　在课的最后，重新回到本节课开始的问题情境中，先让学生“算一算”：如果收集4瓶氧气，至少需要生成1.6g的氧气，那么应有多少克高锰酸钾受热发生分解呢？然后分别展示学生中典型的2种不同解法和结果：一种是依据化学方程式的计算，结果为15.8g，另一种是利用元素守恒的化学式计算，结果为3.95g；再引导学生“想一想”：2种解法的结果为什么有差异，哪一种结果是正确的？怎样才能使利用元素守恒的化学式计算准确无误？通过对比分析，主要是为了让学生认识到利用元素守恒进行有关化学反应方面的计算，需要依据化学方程式对反应前后元素的变化情况作出分析，帮助学生进一步感悟化学方程式计算能更直观、更本质地体现物质在发生化学变化时的质量关系，深化学生对化学变化规律的认识。

　　令人欣慰的是，以上关于“依据化学方程式的计算”一课的教学研究，以及参评选手在课堂教学中的出色表现，得到了专家评委的一致认可，荣获了本次优课评比的一等奖。评委在点评时指出：本节课基于课程标准对教材的编排意图进行了认真分析，充分挖掘化学方程式计算[5-7]中所蕴含的学科观念，精心设计教学内容和过程。通过教学情境的创设，引发问题，引导学生主动参与和积极思维。强调宏观与微观的联系，注重学科思维方式的培养，重视对定量研究化学变化方法的理解和应用，弘扬学科价值。在关注学生体验，帮助学生感悟的基础上对“物质的变化观”和“化学的价值观”等学科观念进行渗透和提炼，有效地促进了学生学科基本观念的初步形成。

作者介绍：朱纷，江苏省中小学教学研究室（江苏 南京 210013）；肖红梅，淮安市教研室（江苏 淮安 223001）。