基于深度教学的化学核心观念建构

李秋香

摘 要：以“水的组成”一课为例，通过改进电解水实验将氢气的验纯与燃烧、水的电解、水的合成和分解的微观分析等活动，阐述在深度教学过程中如何建构化学核心观念。

关键词：深度教学;化学核心观念;水的组成

所谓深度教学，是指教师借助一定的活动情境带领学生超越表层的知识符号学习，进入知识内在的逻辑形式和意义领域，挖掘知识内涵的丰富价值，实现知识教学促进学生全面发展的多元价值。[1]深度教学引领价值观塑造、设置真实情境、围绕高质量问题、加强学科整合、锻炼高阶思维、侧重体验、探究，最终直指学生核心素养的提升。设计系列活动让学生与知识深度相遇，使知识与意义、逻辑的深度融合。笔者选择“水的组成”为例来分析说明。

一、备课综述

（一）教材及学情分析

本课题是人教版《化学（九年级上册）》第4单元课题3“水的组成”第1课时内容，包括氢气的验纯与燃烧、电解水实验、水分解的微观分析等3部分内容。“水的组成”蕴含着丰富的知识价值和方法论价值。主要体现在可以帮助学生初步形成基本的化学核心观念。

学生在第二单元“我们周围的空气”已经学过氧气的性质。在第三单元已经学过物质构成的奥秘，对分子、原子和元素等概念有了一定的了解，对“化学变化中元素种类不变”有了初步的认识，但对“物质”、“元素”、“宏观”与“微观”概念的理解還不到位。[2]在第四单元已经学习了水的存在、用途、物理性质及净化等知识，因此本节课可以直接切入探究水的组成。笔者将原子模型及磁贴模型用于水的组成微观分析，改进电解水实验让学生在深度教学中自主建构化学核心观念。

（二）教学目标分析

1.学生用原子模型模拟水变水蒸气，感知水由水分子构成（微观），初步建立微粒观;回忆拉瓦锡测定氧气占空气含量的实验，学生猜测红色粉末组成，得出化学反应前后元素种类不变，初步建立元素观、守恒观并形成研究物质组成的思路。

2.带着问题阅读书本81页资料卡片第一段，猜测水的组成。同时感受拉瓦锡质疑、实事求是、献身科学的精神;从水分解的角度猜测产生的气体，并设计实验方案检验，后演示改进的电解水实验验证，依据证据得出结论，初步建立转化观、实验观。

二、教学过程

【环节一：魔术激趣，导入新课】用水隐身和水变雪花两个魔术引出水的三态变化。模型模拟得出水由水分子构成，引出课题“水的组成”。

【学生活动】抓住学生注意力。学生用原子模型模拟水隐身的微观过程。评价交流在学案第二题总结：物质三态的变化只是分子间间隔在变，分子种类不变。

【设计意图】魔术激趣引入新课，原子模型模拟微观过程，化抽象为具体，建立宏观与微观的桥梁。

【过渡】宏观上水又是由什么元素组成的呢？18世纪末以前都认为水是一种元素，直至“化学中的牛顿”拉瓦锡发现水不是一种元素组成的。拉瓦锡喜爱阅读化学史，爱思考，善质疑，同时会提出很多猜想，又通过无数的实验去证明猜想，他是一位实事求是、献身于科学的伟大化学家。

【学生活动】学生被拉瓦锡的科学精神感染，动容，甚至有同学留下了泪水。

【设计意图】学生受到科学家的影响，养成读化学史，爱思考，会质疑，提出猜想，用实验验证的科学研究思路。

【环节二：回忆拉瓦锡测定空气中氧气含量】展示拉瓦锡测定空气中氧气含量图片（PPT），以上属于什么基本反应类型，请推断红色粉末含有什么元素？你的依据是？

【学生活动】交流并填写学案三：汞在氧气中加热化合生成红色粉末，红色粉末加热分解生成汞和氧气，推断红色粉末中含汞元素和氧元素，依据是化学反应前后元素种类不变。

【设计意图】学生自主建构物质组成研究模型：从化合和分解的角度，依据是化学反应前后元素种类不变。

【环节三：阅读资料卡片：探究水的合成】拉瓦锡也是用以上方法来研究水的组成。请大家带着问题（PPT）阅读书本81页资料卡片第一段：

1.化学反应的文字表达式是什么？该反应体现了氢气和氧气的什么化学性质？

2.卡文迪许为什么还要用纯氧与氢气反应？目的是什么？

【学生活动】交流分析得出，氢气和氧气生成水，研究物质性质时要进行对比和排除干扰。猜想水由氢元素和氧元素组成。

【设计意图】这是培养学生从阅读中提取信息的能力。从化合的角度来推测水的组成，也是物质组成研究模型的应用。

[过渡]拉瓦锡跟你们一样也猜想水是由氢元素和氧元素组成的，为了确认猜想是否正确，拉瓦锡还会从分解角度研究水。拉瓦锡用通常的加热方法没能分解水，但他创造性地让水蒸气通过发红的枪管，最后得到四氧化三铁和氢气，从而确认水由氢元素和氧元素组成。但后人会沿用他的研究物质组成的方法继续寻找水分解的条件，直到伏特发明电池，尼克尔森首次电解水，发现两个电极附近都有气泡生成，并用排水法收集、检验气体。两种气泡你们猜想是什么？请设计实验方案来验证。

【学生活动】交流已经学过的分解反应条件，得出电解水的条件以及现在研究的重大课题：用太阳能及催化剂来分解水。只要大家努力学习科学文化知识，如果能找到分解水的高效催化剂，你就会是科学发展史上的巨人。

【设计意图】深化物质组成研究模型的应用，通过化学史的介绍让学生明确科学研究思路：1.提出问题;2.猜想与假设;3.制定计划和设计实验;4.进行实验与收集证据;5.分析与论证;6.评估;7.交流与合作。

【环节四：改进电解水实验确认水的组成】交流评价检验方案，后改进电解水实验演示氢气和氧气的检验。从而确认水是由氢元素和氧元素组成。

【学生活动】完成学案第四题第二个表格：设计实验方案来验证氢气和氧气。交流评价检验氢气和氧气的方案。实验现象明显，安全有趣，学生学习热情高涨，喜欢实验，也懂得了猜想后要用实验去验证的科学研究方法。

【设计意图】通过改进实验让学生直观看到现象做出结论，也让学生感受到化学以实验为基础的实验观。

【环节五：改进氢气和氧气的爆鸣实验】水是如何产生氢气和氧气的？展示改进的电解水装置说明优点，通过希沃授课助手手机直播上传电解水过程到黑板电脑。点燃氢气泡泡比较安静，因为氢气较纯净，如果把氢气和氧气混合点燃呢？展示点火枪及收集氢气和氧气混合气体装置。演示氢气和氧气的爆炸射击实验。后展示氢气爆炸的图片及作火箭燃料的图片。

【学生活动】学生观看实验，描述现象，完成学案第四题表格1。学生听到尖锐的爆鸣声，棉花糖像子弹一样的飞出去，既震撼又觉得好玩，跃跃欲试，回味无穷。

【设计意图】培养学生观察与描述实验现象的能力。对于危险品的使用要培养学生的安全观：运用科学知识，多次实验，趋利避害，为我所用，使生活更美好。

【总结】可燃性气体：点燃前一定要验纯。谐音口诀：父亲正养儿毕业（负氢正氧2：1）

【资料】实验证明同温同压时，不同气体分子之间的距离相等，所以不同气体的分子个数比等于体积比。

【环节六：模型模拟水的合成和分解微观过程】用手机希沃授课系统拍照学生用原子模型模拟水的合成及分解微观过程并上传到黑板电脑。

【学生活动】水分子分解产生的氢气分子与氧气分子个数比为2：1。学生搭建模型，交流与评价，总结并完成学案第五题。

【设计意图】从宏-微-符三重表征来理解一个化学反应，初步建立微粒观、元素观、守恒观。

【应用】水能驱动汽车吗？实现的思路是如何的呢？

【学生活动】学生分析、讨论原理及可能遇到的困难，为未来的研究提供方向。

【设计意图】让学生感觉到知识是有用的，只要努力学习科学文化知识就可以使生活更美好。

【表达与交流】这堂课你学到了什么？有哪些体会？

【学生活动】水是由水分子构成，由氢元素和氧元素组成，感受拉瓦锡质疑、实事求是、献身科学的精神┄┄

【设计意图】培养学生总结归纳、表达交流、反思的能力。

【拓展】

1.通常情况下，ρ（O2）=1.429g/L，ρ（H2）=0.090g/L;

2.科学家已经探明氢分子和氧分子都是双原子分子，在同温同压条件下，等体积的不同气体含有相同数目的分子。

3.推理：通过上述实验现象，能否推理出水中氢、氧元素的质量比？以及水分子中氢、氧原子个数比？

【学生活动】学生课后可以继续研究和分析。

【设计意图】从定性与定量两个方面来思考水的组成。

三、教学反思

本课题以发展学生的化学核心观念为中心，“以问促思”、“以思生疑”、“以疑促学”激发出学生的思维，活跃了课堂气氛。在体现以生为主的各项活动中，传授了知识和方法，融洽了师生感情，建构了化学核心观念。课堂条理清晰，脉络分明，与第二单元及第五单元相关内容自然衔接，注重了整体教学效果。课堂中“改进电解水装置发挥了极大作用”，所有实验通过该装置完成，安全，趣味性高，耗时短，废物再利用，现象明显，小巧便利。从而保证了学生思考、讨论、交流的时间比较多。希沃授课助手的使用，放大了视觉空间，提高了教学的震撼力，增强教与学的交互性和趣味性！增强学习的自主性和探究性。通过学生的自主学习-协作学习-交流学习，达到了预期的教学目标。将原子模型用于水组成的微观分析，模型教学将微粒的多重表征等抽象难懂的知识变得形象直观，让学生更深层次地体会到化学反应中原子和元素的守恒，学会从宏观和微观层面来分析化学变化本质，引导学生从表层学习进入深度学习，帮助学生掌握知识的生成过程，从而突破重难点。为学生理解化学变化的实质打下了良好的基础，为学生后續将要学习的质量守恒定律扫清了理解障碍。

参考文献

[1]孟拥军.深度教学理念下的高中物理概念教学策略研究[J].中学物理教学参考，2017，46（19）：5-8.

[2]朱少祥.初中化学“水的组成”教学文献综述[J].中学化学教学参考，2014（21）：68-71.

广东省教育科学“十三五”规划课题“基于高中生核心素养提升的深度教学与课堂评价研究”（课题编号：2019ZQJK002）