“依据化学方程式的计算”教学再设计

徐爱华

新课标指出：“评价设计与实施应科学、简洁易行；定性评价与定量评价相结合，能有效评价学生的学习结果；任务真实和公平，能提供给学生充分展示的机会，并符合学生不同阶段心理发展的特征……”所以教学中不断尝试，加以设计中体现“真实、实验和有用的化学”理念，促进初中化学教学朝着“在实验中学化学”加以改革。

许多教师认为：化学方程式的计算属于一种计算技能，所以教学中往往采用讲原理、讲例题、讲解题格式与步骤，由学生模仿解题，再配以各种变式训练促进学生熟练掌握这样的设计思路。笔者查阅了不少杂志和网络上关于此课题的教学设计，核心内容多是如此，不同之处在于导入情景和习题选择上。

这样的设计用于应试教育能有效帮助学生解题、得分，不足之处在于：

在培养学生科学素养方面似乎有所欠缺。“依据化学方程式的计算”是为了解决实际生产、实验中的用量、产量问题。可是学生学了之后有没有真正运用到实际中呢？没有。初中阶段几乎没有哪个实验真正用到依据化学方程式计算出的数据，也没有真正验证过依据化学方程式计算得到的数据在实际中有多少误差。学生只是在不断变化的解题环境中运用它，至于计算得到的数据符不符合实际情况，或对实际情况有多少指导价值不再关心、思考。长此以往学生只会纸上谈兵，碰到实际问题缺乏变通和灵活，而且对自己所学知识有多少实用价值没有深刻认识，不会养成用书本知识解决实际问题的思维方式。

没有考虑学生学习心理变化。一些基础不太扎实、学习能力不强的学生在经历“构成物质的基本微粒”、“组成物质的化学元素”、“物质的组成”再到“化学反应中的质量关系”这些化学理论知识的轮番轰炸下，学习化学的热情已经所剩无几，此时“化学方程式的书写与应用”可能成为压倒骆驼的最后一根稻草。因此在老师眼中“依据化学方程式的计算”这部分知识条理清晰，步骤简单，计算也不复杂，在某些学生眼里却成为跨不过的鸿沟，实在是之前的化学理论知识不够扎实及消极学习心理问题的总爆发。此时老师在这里用题海战术训练学生的计算能力将是一项枯燥又低效的活动。我们能不能将这种课上得更生动一点呢？

为此，我们需要对这堂课重新设计，以弥补以上不足。笔者尝试插入实验体现“真实、实验和有用的化学”的理念。以“如何利用高锰酸钾加热分解顺利收集三瓶氧气？”作为贯穿整节课的线索，先由教师讲解化学方程式中各物质之间存在的质量关系，再安排学生进行计算，最后进行定量实验验证，用真实的实验结果而不是解题答案检验学生的学习效果。

一、用什么方式导入课题

学生在完成基础实验一“氧气的制取与性质”过程中普遍遇到一个问题，就是高锰酸钾的用量问题。书本上的实验步骤是这样写的：“向试管中加入少量高锰酸钾粉末……”“连续收集三瓶气体，并使其中一瓶存留少量水”。（2）当时学生认为固体没有具体说明用量时应当取盖满试管底的量，后经老师提醒大约取三药匙的量，但大部分学生还是不敢多取，结果没收集到三瓶气体反应就结束，最后只能重新添加高锰酸钾再次收集，耽误了不少时间。这件事很多学生都有印象，教师告诉他们，以后有办法解决这一问题。所以将这件事作为新课导入：“同学们还记得上次做高锰酸钾分解制氧气的实验吗？有些同学高锰酸钾放少了，结果收集不满三瓶氧气，还有的同学后来又加多了，导致三瓶氧气收满了还在不断放出氧气，造成高锰酸钾浪费。要想正好收集到三瓶氧气到底需要分解多少克高锰酸钾呢？掌握一定计算方法完全可以在实验前把所需的高锰酸钾预算出来。今天我们就来学习这种计算方法，并且你是不是‘精算师通过实验就能进行检验。”这样的导入给学生明确的、富有挑战性的、与学生经历有关系的学习任务，更好地激起他们的学习兴趣和解决问题的迫切愿望。

二、为什么选择高锰酸钾分解实验

这节课该安排哪个实验？很多老师选择以下反应作为本课插入实验，但是几乎没有老师真正愿意将实验中的质量关系测量给学生看。原因是：镁条燃烧由于产物有大量白烟生成，不容易收集会导致数据不准确。镁条和稀硫酸反应制氢气，反应速度够快，但是由于氢气密度太小，要有明显的质量差需生成的氢气体积太大，对收集造成麻烦。双氧水分解制氧气，石灰石和稀盐酸制二氧化碳，这两个反应都是速度越来越慢，反应终点难以判断，耗时太多。生成沉淀的反应要把沉淀进行过滤、洗涤、干燥、称重，更是操作复杂。经实验认证加热碱式碳酸铜、高锰酸钾制氧气和氯酸钾制氧气这几个反应较适合用来验证化学反应中质量关系，它们都符合实验装置简单、实验快速、误差合理这样几个特点。因为之前实验中学生对高锰酸钾制氧气有过困惑，将它作为教学情境会对学生更具吸引力。

三、做实验会浪费时间吗

有教师认为插入一个学生做过的实验会耗费时间，压缩学生做课堂练习的时间，降低整节课的教学效率。其实安排实验充分体现了化学的真实性、实用性，它能激发学生的学习兴趣，使乏味的计算变得实实在在，变得轻松愉快。这样设计渗透了更多的学科思想，不仅提升了学生的科学素养，还为学生终身发展奠定了基础。这节课中学生有更多机会体验探究过程，丰富的探究活动能促进学生多方面能力发展，启发学生将书本知识和实际应用相结合。另外，整个实验从称取装置和药品的质量到搭好装置进行加热，到排水法收集氧气完毕，最后称取装置和固体残留物质量，总计耗时不超过十分钟，动静相宜，确保课堂时间的高效利用。

四、如何保证数据的准确性

可计量和准确性是定量实验的关键，实验室里有量筒和精确度达0.01克的电子天平，基本能满足测量精度要求。本实验围绕“如何利用高锰酸钾加热分解顺利收集三瓶氧气”开展计算，只有用计算所得的高锰酸钾加热恰好收集到三瓶氧气才能让学生信服这种化学计算的巨大应用价值。首先要计算出三瓶氧气的总体积，使用的方法是水替代法，利用量筒量出集气瓶中水的总体积。再从书上查出氧气的密度，算出三瓶氧气的总质量，这里纯在误差，但不大。利用方程式计算出所需的高锰酸钾质量并利用电子天平称取，为准确收集到氧气，必须采用排水法，准确判断开始收集的时机，为防止换瓶时有气体逸出，笔者采用一个约350毫升的矿泉水瓶装上与三瓶氧气等体积的水进行排水法收集。理论上当瓶中水排尽时恰好是反应停止时，实际操作效果很好，给学生不小的震撼，坚定他们化学是“真实的、有用的”这样的思想。

五、学生会有更多收获吗

因为安排实验演示而放弃更多学生练习的机会，学生学到的东西会减少吗？实际上围绕做实验这一环节学生学习了如何测量集气瓶容积，如何将气体体积换算成质量，如何称出装置中药品的质量，如何通过装置反应前后的质量差算出生成气体质量。实际操作中学生还发现电子天平的读数是跳动的，带装置称量要比将药品取出称更简便准确，这些经验的获得都是纸上演算达不到的。由此实验还可引出延伸思考：为什么实际制氧气中高锰酸钾用量比理论计算的多一些？如何计算并验证反应中生成的二氧化锰的质量？如果所用高锰酸钾中含有不分解的杂质，该如何计算杂质的质量分数？