基于发展化学学科能力的教学实践探索——以“质量守恒定律”专题复习教学为例

■周晓芸

基于化学学科本质及特殊要求，将化学学科能力要素确定为实验能力、符号表征能力、模型思维能力、定量化能力。作为有着启蒙性和基础性的初中化学，教师在平时的教学中也要着力发展学生的这些能力。然而，从化学教学现状看，特别是中考化学复习的教学，“知识的简单罗列加试题的操练讲评”仍然是许多教师授课时的主要模式，“被动记忆和机械训练”仍然是不少学生复习的主要方式。笔者于2019 年5 月在江苏省教学新时空“名师课堂”中进行“质量守恒定律”专题复习课的展播，以下是对这节课的回顾与思考。

一、教学目标

1.教学内容。

质量守恒定律是自然科学最基本的定律之一，与能量守恒和转化定律具有同等的重要性。质量守恒定律在《义务教育化学课程标准》中的“物质的化学变化”一级主题中呈现。从课程标准看，本节内容对学生学习提出的要求是：认识质量守恒定律，能说明化学反应中的质量关系；能正确书写化学方程式；能根据质量守恒定律进行简单的计算；认识定量研究对于化学科学发展的重大作用。

其中，“认识质量守恒定律，能说明化学反应中的质量关系”主要是对质量守恒定律这一概念本体的学习和理解，主要包括两个方面：一是基于史实分析与实验探究的概念建立，二是基于化学反应实质对质量守恒定律的微观解释。“能正确书写简单的化学方程式，能根据质量守恒定律进行简单的计算”主要是关于质量守恒定律的具体应用。“认识定量研究对于化学科学发展的重大作用”强调的是对质量守恒定律研究的一种价值认同，关注的是学生在学习时应有的态度与情感。

通过本节课学习，学生从宏观到微观、从定性到定量等层面深入思考，全面再认识质量守恒定律的科学性、严谨性以及应用于化学科学、生活及工农业生产的实际意义，进一步建立“变化观”和“元素观”，同时逻辑思维能力、信息加工处理能力和问题解决能力都得到提高。

2.目标定位。

（1）通过重现科学家对质量守恒定律的发现过程，体会质量守恒定律的发现是一个建立在大量实验基础上的严谨的探索过程。

（2）通过实验回顾，深化对质量守恒定律内涵的认识，归纳总结实验探究质量守恒定律的方法，进一步体验科学探究的过程。

（3）通过微观探析，从化学反应的微观层面解释质量守恒定律，并建立“宏观—微观—符号”的思维方式，形成“变化观”和“元素观”。

（4）通过质量守恒定律的应用，提高用定量方法分析和解决问题的意识和能力，体会定量研究对于化学科学、生活及工农业生产的重要意义。

（5）通过对质量守恒定律的发现及发展的再认识，形成质量守恒定律作为科学定律是不断发展的观念，养成用发展的眼光看问题的习惯。

3.教学重点、难点。

重点：质量守恒定律的含义及实质再探究；质量守恒定律在化学学科和生产生活中的应用。

难点：认识定量研究对于化学学科发展的重要作用。

二、教学过程

环节一：温故知新，明确复习内容。

【图片】镁条燃烧，铁丝燃烧。

【设问】学生说实验现象并用化学方程式表达。

设计意图：教师选择镁条和铁丝燃烧这两个实验，让学生回顾实验现象。一是因为这两个实验是教材中第二章所学，相隔时间有点长，现在回忆正好起到复习巩固的效果；二是因为在初中化学的实验中，这两个实验的现象是比较明显的，在学生的头脑中留下过深刻的印象，更容易引起学生的共鸣。通过对这两个实验的符号表达，学生在书写化学方程式的过程中，更深刻地感受到化学方程式是建立在客观事实基础上的，同时遵守质量守恒定律，从而明确今天的复习主题。

环节二：历史再现，重现发现过程。

【图片文字】回顾波义尔和拉瓦锡的研究。

【学生阅读】罗蒙诺索夫的研究。

【设问1】通过3 段文字信息，讨论交流3 位科学家的研究有哪些相同之处和不同之处。

设计意图：教材中介绍波义尔和拉瓦锡对质量守恒定律的发现史。在本节课中，增加了罗蒙诺索夫对质量守恒定律的研究。通过重现多位科学家对质量守恒定律的发现过程，学生意识到质量守恒定律的发现经历了漫长又曲折的过程，是科学家在对参加化学反应的各物质的质量进行定量研究的过程中总结出来的。这一定律的发现是建立在大量实验基础上的、非常严谨的探索过程。此环节培养了学生乐于探索、善于质疑、精益求精的科学精神。

【设问2】为什么波义尔的结论是装置中物质的总质量是增加的？

设计意图：通过波义尔实验，学生得到启示，用实验探究质量守恒定律时，对于有气体参加的反应应选择密闭的装置。由此可见，科学家对化学反应中物质的质量关系的发现经历了从模糊到清晰并臻于严密的过程。

环节三：实验回顾，总结提升。

【设问1】回顾新授课所做实验，说出实验探究过程中经历了哪些主要操作步骤。

【设问2】通过装置和图片，讨论交流3 个实验的相同之处和不同之处。

【实验探究】气球作为缓冲装置，能否影响最终称量结果呢？

【交流讨论】用实验探究质量守恒定律时，应该考虑哪些因素？

设计意图：质量守恒定律的发现是化学发展史上的一个里程碑，为从定量角度研究化学变化提供了基本依据。所以在实验探究过程中，用称量仪器称量的操作至关重要，而称量的是装置和药品的总质量，那么两次称量的结果是什么？如何从称量相等得到反应中各物质的质量关系呢？这一系列问题的提出，学生由表及里思考，便更加清楚地认识了质量守恒的含义和实质。通过对比3 个实验的相同点和不同点，学生总结出用实验探究质量守恒定律时所要考虑的因素，提高了分析问题、解决问题的能力，培养了严谨求实的科学态度，同时发展了基于证据推理的学科思维能力。

环节四：宏微结合，整合认识。

【学生活动】画出氢气在氧气中燃烧反应前和反应后的微观示意图。

【设问1】通过微观示意图，解释质量守恒定律。

【设问2】通过微观示意图，你能获得哪些信息？

【设问3】从定量角度，你对于这个反应又能获得什么信息？

设计意图：画出微观示意图，让学生在动脑、动手的过程中，更直观地感受到化学反应的实质是原子重新组合形成新的分子的过程。接着通过一连串问题的提出，学生在分析和解决问题的过程中，逐步建立“宏观—微观—符号”的思维方式。

不仅如此，教师在设置问题时，还要引导学生从定性分析到定量研究，从而解决问题。在对氢气燃烧进行定量分析时，学生认识到对于一个化学反应，不仅可以得到参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质质量总和这个结论，还能得到反应中各微粒数之比是固定的，各物质质量比也是固定的，这正是化学方程式进行定量计算的依据。

环节五：定律应用，能力提升。

应用一：

【学生活动1】回顾氢气在空气中燃烧的现象。

【设问1】此实验能证明水的组成吗？

【学生活动2】回顾电解水实验。

【设问2】此实验证明水的组成的依据是什么？

设计意图：氢气燃烧生成水以及电解水两个实验都能证明水的组成。学生利用化学变化过程中，元素的种类不变来进行分析总结，初步建立了“元素守恒”思想。

【练习】有3.2g 某纯净物x在氧气中完全燃烧，生成二氧化碳和水的质量分别为8.8g 和7.2g，请问物质x中含有哪些元素？

设计意图：通过定性的方法证明水的组成。而在实际生活中，通常还需要通过定量计算来确定元素的组成。从定性到定量，也是认识物质的一般过程。此设计旨在培养学生多角度看问题，多方位思考问题。

应用二：

【学生活动】回顾物质的制备。

【设问】制备这些物质的药品和原料的选择。

设计意图：这个问题的提出，既回顾了所学知识，将实验室制备的物质以及工业制备物质进行罗列整理，也培养学生利用质量守恒定律对这些物质所具有的特点进行分类的意识，从而指导我们在进行物质的制备时合理选择药品和原料。通过化学知识的探究学习，学生在今后面临真实情境时，就会具备解决实际问题的能力。

应用三：

【学生活动】产物的推断。

设计意图：化学是创造新物质的科学，但这种创造并不是点石成金的，而是需要符合质量守恒定律。通过此题产物的推断，学生提高了从微观视角利用质量守恒的本质来分析问题和解决问题的能力。

应用四：

【学生活动】化学方程式的计算。

设计意图：随着社会的发展，汽车成为人们出行的主要交通工具。汽车排放的尾气会造成环境污染。在汽车尾气处理系统中安装催化转化器，通过化学反应可以减少汽车尾气的污染。学生通过化学方程式的计算认识到化学在环境保护中的重要作用，增强环境保护的意识。质量守恒定律单元知识内容最核心的功能是引导学生主动使用化学方程式解决实际问题，并在过程中体会定量分析的应用价值，主动认识定量研究对于化学科学、生活及生产的重要意义。

三、教后反思

如果说平时的教学像“栽活一棵树”，那么复习就似“育好一片林”。本节课是质量守恒定律的专题复习，笔者将复习过程变成问题解决过程。本节课以学科观念的建构和学科能力提升为最终目标，突出宏观、微观和符号的三重表征的思维方式。通过对质量守恒定律的含义、实质的再探究，以及质量守恒定律在化学科学和生产生活中的应用的整合再认识，学生体会到定量研究对于化学科学、生活及工农业生产的重要意义，提高了用定量方法分析和解决问题的意识和能力。学生只有将知识的学习上升为观念、思想方法的学习，综合分析知识的能力、应用知识的能力和解决实际问题的能力才都能得到提高。