“化学计量在实验中的应用”核心素养培养教学实践研究

曹君剑

摘要：“化学计量在实验中的应用”是形成化学基本观念的关键，是中学阶段学生从定性认识到定量理解化学问题的关键，是从化学课堂走上科学研究和应用实践的关键，基于学生微观和宏观之间的转变进行了设计和探索，希望能对学生形成微观和宏观之间转化观念有所帮助。

关键词：化学计量；物质的量；高中化学；微观；宏观

文章编号：1008-0546（2017）04-0052-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.017

一、 研究背景

1. 本节的地位和作用

物质的量这一核心概念是沟通微观粒子数和宏观物理量之间的桥梁，通过这一“桥梁”可以把宏观的物理量如：物质的质量、气体的体积、溶液的物质的量浓度和微观的微粒数联系起来（见图1），同时物质的量这一概念的形成可以使学生从定性的认识物质的组成上升到定量的计量化学反应，从而把化学反应和化学实验变得可以操控，把化学问题变成更实际的问题（见图2）。

2. 学生认知情况分析

学生普遍反映物质的量一节比较难学，然而“难”究竟“难在哪里？”。只有找准问题所在，进行有效的、有针对性的教学目标设定和教学方法的选择才能做到有的放矢，解决学生的实际困难。綜合分析本节课的学习，学生主要是以下几个方面存在困难：

第一：初中物质微粒性知识太薄弱。据了解，很多学校初三的化学课是考什么就学什么，对于中考比较少考查的内容根本都不讲，造成高一一部分学生对分子、原子、离子、质子、中子、电子等微粒都不甚了解，所以这部分高一学生在计算微粒数的时候感觉无从下手。比如：不少的学生对1mol H2O中为什么有2mol H、1mol O这些问题百思不得其解。其根源就是物质的微粒构成种类和数目方面存在障碍。

第二：学生从定性认识到定量的计算方面存在一定的困难。初中比较浅显地介绍了物质的微粒构成，要求的微粒观是比较低层次的定性了解，对“量”的计算不做要求，因此从定性的认识到定量的计算需要在“化学计量在实验中的应用”也就是物质的量的概念教学中得到突破。

第三：学生在“宏观”和“微观”转变方面存在困难。物质的量概念很陌生，虽然和其他物理量有相似之处，和宏观的“集合体”的概念也有一定的相似之处，但如果不进行相应的教学情景设计和教学思路的引导，学生很难把相似的概念进行对比和联系，在计算时，由于对陌生概念的不理解往往“去蒙”或逢计算就出错。

第四：教学方式带来核心概念理解上的困难。传统的对“化学计量在实验中的应用”这一节课教师偏重讲、练结合，学生往往学了很久对这节课还不甚了解，因为对核心概念物质的量为什么要引入，以及在化学实验中到底有什么作用，还是一知半解，给以后的学习也带来了很多障碍，让学生觉得化学很难学。

二、研究案例的过程

1. 提出问题

如何在“物质的量在实验中的应用”一节中对微粒观的基本思想进行渗透。从近几年中国知网搜到的文章来看，国内研究者对于微粒观的形成普遍开始重视。但有一些侧重理论研究，对课堂中的实施不够具体。如李晓娇在微粒观在中学阶段的要求和在中学化学课堂中实施给予一定的理论指导和实践探索，黄琼对比了基于微粒观形成的教学设计在不同层次的学校、不同层次的学生、不同版本的教材实施中效果的对比。其他的一些研究者是从以下几个方面对 “物质的量”这一核心概念进行突破。第一、选择多样化的宏观教具，创设问题情境，侧重学生从宏观理解微观的物质；第二、针对“物质的量”这一核心概念的研究大多是教师主导下完成的，学生被老师设置的问题牵着走；第三、老师用自己的教学技巧和语言促进学生对“微观的量”到“宏观的量”的联系理解，学生缺乏自主探究形成知识的乐趣。

2. 教学前预设

第一次教学设计基于化学基本概念——微粒观的形成，从概念的引入到活动的设计都进行了精心设计从而突出概念教学的特征，学生的练习和教师的讲授相结合。用课前测试调查了解学生对微粒观的掌握情况——用故事和生活实例引入统计方法在实际问题中的应用——引入物质的量的概念——用物质的量统计微粒数时的换算（NA、N、n三者的转变关系）体会物质的量的作用。—— 引入M，n、M、m三者的关系进行计算。——得出物质的量在化学计量中的应用的方便。

3. 第一次授课时学生研学问题的解决

教学设计以学生微粒观形成为主导，注重学生自主探究知识过程，设计了一些多样化的教学活动，在教学过程中充分调动了学生学习的积极性，学生参与度大大提高，课堂气氛非常融洽和热烈。课后，我对学生关于“物质的量”核心概念的掌握情况进行了访谈，发现学生掌握情况相比之前的教学没有特别明显的突破。课堂上学生听课都很投入，也很“忙”没有提出太多问题，但上完课后对微粒、数量、微观宏观转变依然觉得落实不够到位，“物质的量”这一核心概念大多是教师主导下完成的，课堂上学生是被老师设置的问题牵着走，被动的走完了整个过程，至于为什么引入这个物理量？这个物理量在化学实验中有什么作用，是否带来化学实验的方便？从微观量到宏观量如何转变？等问题学生依然一知半解，只是机械记住了几个公式和物理量的转变关系。缺乏思考物质的量这个核心概念在建立宏观和微观联系中的作用。

4. 二次授课中，研学问题的解决

分析学生的微观与宏观转变的思维障碍点。

学生普遍反映物质的量一节比较难学，然而“难”究竟“难在哪里？”只有找准问题所在，进行有效的、有针对性的教学目标设定和教学方法的选择才能做到有的放矢。

思维障碍一：物质的微粒构成种类和数目方面存在障碍。学生对分子、原子、离子、质子、中子、电子等微粒都不甚了解，所以在计算微粒数的时候感觉无从下手，连微粒都不知道是什么，也就谈不上对微粒“量”的把握。比如：不少的学生对1mol H2O中为什么有2mol H、1mol O这些问题百思不得其解。

教学环节一：

【交流评价】分析学生对“物质微粒组成和量”的掌握情况

【课前预习】调查问卷，点评特征卷

一、①气体、H2O的微粒构成

②金属、C等单质的微粒构成

③可溶性的酸、碱、盐溶质在水中的微粒存在

思维障碍二：学生在“宏观”和“微观”转变方面存在困难。物质的量概念很陌生，和宏观的“集合体”的概念也有一定的相似之处，但如果不进行相应的教学情景设计和教学思路的引导，学生很难把相似的概念进行对比和联系。

对核心概念的作用一知半解。物质的量为什么要引入，在化学实验上到底有什么实际作用。不解决这些问题，学生永远做不到真正掌握这个概念。

如何能有效地实现“微观的量”到“宏观的量”的顺利转化，并有效地落实到具体教学的实施中，是本节课的关键所在。

教学环节二：体会化学实验中微观粒子数“量”的需求和微观粒子数目不可测之间的矛盾

1滴水中的水分子由100个人平均每秒数3个需要大概160多亿年才数的完。数量极其庞大的微观粒子如何统计？

【思考交流】如果你是超市采购员，你如何统计大批量的苹果？

教学环节三：体会物质的量这一物理量在统计微观粒子数量时带来的方便

【课内探究】

1、以总个数计量微观粒子方便吗？以“摩尔”为单位计量微观粒子方便吗？

2、1摩尔H2O分子是 個H2O分子，含有 个H原子，含有 个O原子。

教学环节四：从实际出发，理解物质的量核心概念在沟通微观和宏观的作用

【思考交流】1mol的微观粒子是6.02×1023个是怎样规定的？如果某反应需要1mol的C做反应物，实验室如何获取1molC？

【引导】1mol12C质量为12g，这一数目我们可以顺利地在实验中用天平“称量”出C的原子数。拓展开来，如果我们知道某物质1mol微观粒子的质量也就能在实验室用天平“称出”其微观粒子数。

【思考交流】

1.写出摩尔质量的意义、单位、计算公式。

2.摩尔质量的数值有什么特点。

3.请你用计算公式表示如何用物质的质量去计算物质的微观粒子数。

思维障碍三：学生不了解为什么引入“物质的量”这个概念，对于其在化学实际问题中的应用不甚明了。在化学反应中“物质的量”到底表示什么，怎么把用物质的量把宏观可测与微观化学反应之间的矛盾化解和融合，是学生需要解决的更高层次的问题。

教学环节五：体会核心概念——物质的量在化学反应中的意义

【思考与交流】试用物质的量、微观粒子数、质量等物理量说明反应：H2+CuO[=][△][=][△]Cu+H2O 在反应物和生成物“量”方面表示的意义。

教学环节六：应用训练提升，进一步理解物质的量在微观宏观之间转化的重要意义

【思考与交流】

计算下列结果并写出公式和计算过程

1）某反应需要3.01×1022个C参加反应，实验室需要称量的C为多少克？

2）49g硫酸溶于水中得到溶液中的H+物质的量和个数，SO42-的物质的量和个数为多少？

二、案例研究的评价和分析

教学设计着重从以下两个方面开展课堂活动，促进学生核心概念的构建，宏观和微观之间的转化。

第一，以生为本，从课前调查，到目标制订，再到教学设计和课后调查反思，充分体现了学生为主体，教师为主导的教学理念。

第二，创设有利于学生了解“微观”世界的教学情境。从熟悉的宏观物体的统计方法出发，类比迁移物质微观上微粒量的统计，更加有利于学生从微观到宏观的过渡，符合学生的认知规律。

第三，设计课堂自主探究活动，让学生体验自主获得知识的乐趣，从而从微观上接受和理解“物质的量”在化学中的重要地位和应用价值，激发学生学习化学的热情和动力。

第四，围绕核心概念“物质的量在实验中的应用”设计教学活动，让学生反复体会物质的量的引入对解决实际问题带来的方便。体会摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量的浓度在化学实验中沟通微观和宏观的重要作用。

三、收获和反思

本节课后，在后续的作业中反映出来几个值得深思的问题：

第一，本节课是基于核心概念物质的量的建立，让学生对物质的微粒构成，以及微粒的数量有了更深的认识，比如：哪些物质是由分子组成，哪些物质是由原子组成，哪些物质在水溶液中是离子。

第二，学生对概念的理解和辨析都掌握得很好。从作业和后续的学生访谈中反映出来，学生的概念辨析题都做的不错，基本都能做对，说明这节课的实施还是有成功的地方，对物质的量这个核心概念在沟通微观和宏观的作用，物质的量如何把微粒数换算成宏观可测的质量等问题都能有比较深的体会和准确的认识。

第三，有些学生对于物质的化学式以及方程式中“量”的含义还停留在比较表面的认识，比如：有学生认为H2O是H2和O组成，认为只是两种物质的拼凑，对化学反应的本质——原子重新拆分和组合没有形成概念。

第四，学生对于物质的量的相关概念与符号表达比较陌生，符号与物理量对号入座还不熟练，导致计算中还是会出现问题。

高中化学微观到宏观转变，不是靠一节两节课来形成的，需要长期在日常教学中不断渗透给学生，才能使学生理解和利用化学这个工具去认识和改造社会、生活、科技、环境中的问题，从而让化学成为有用的学科。

参考文献

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