本是同根生 相兼出效奇——初中物理教学引入化学教具与实验之案例

叶鸣扬

(南京师范大学附属中学树人学校，江苏 南京 210011)

1 引入化学教具之案例：走进分子世界

1.1 物理教学中的困难

“走进分子世界”是初中生探知微观世界的第一课，本节内容与学生生活联系较少，十分抽象，且学生尚不具备相关化学知识，故本节之难，不在知识的总体要求上，而在于微观模型的建构。

本节课的教学目标之一为：通过活动了解分子模型的主要内容，知道分子是保持物质化学性质的最小单元。苏科版初中物理教材安排了两个学生活动：(1) 用放大镜或低倍显微镜观察素描炭笔画出的线；(2) 观察并比较水和酒精充分混合前后总体积的变化，继而引导学生选择一种微观模型来解释观察到的现象。学生经过思考后，不难选出“模型3：物质是由微粒组成的，微粒之间有空隙”。活动环节之后，关于什么是分子，教材正文中进行了如下介绍：“他们(科学家)还发现，物质被分到一定程度后，就不再保持其原有的性质了。科学家把能保持物质化学性质的最小微粒称为分子。”

教材编写者的思路为：在学生缺少化学基础的学情下，借助此前六章较少采用的以文献资料为主、以科学发展史为线索的探究形式。但八年级学生还不知道何为“化学性质”，对于用未知概念定义抽象的新概念，如果以直接呈现的形式告知学生的话，学生无法理解，只能机械记忆，新课学习的体验可能由此变得乏味，这里对教师提出了“用教材教，而非教教材”的要求。

笔者在介绍分子概念之后，引入了化学教具——分子球棍模型，初步解决了这一问题。

1.2 教学片段

师：什么叫作保持化学性质的最小微粒呢？请看老师带来的两杯水(图1)。

图1

师(端起烧杯A)：这杯所盛的是水，为无色透明液体，水是由什么组成的？

生：一个氧、两个氢。

水作为生活中最常见的物质，其分子式为H2O，这是很多学生早已接触到的课外知识，或来自科普读物，或来自家长介绍，甚至在一些商业广告中都能看到。作为八年级学生，还没有接触“元素”“原子”等概念，能说出“一个氧，两个氢”，教师即可给予肯定。

师：(举起一个H2O分子模型)这个模型就代表着一个水分子，红色大球代表氧，白色小球代表氢。(端起烧杯B)那么老师带来的第二杯“水”，就是由4个水分子模型构成的“水”。

学生觉得新奇，有趣。

师：大家知道水有哪些性质吗？

生：无色、无味、标准大气压下沸点为100 ℃、密度为1 g/cm3、能灭火……

师：能灭火其实反映了水的一些化学性质，不可燃、不助燃。

师：(端起烧杯A)如果我将这一杯水倒去一半，剩下的水还具有“灭火的性质”吗？

生：具有。

生：依然有。

师：假设将这杯水一直分割下去，(举起最后一个水分子模型)它还能再被分吗？

学生猜测：模型中的“球”与“棍”是否可以拆开？教师演示，可以拆开。

师：科学家发现，当这最后一个水分子再被拆分之后，红球代表的氧、白球代表的氢将都不再具有“灭火的性质”。同学们以后会在化学课中学习，如果再将它们重新两两组合(图2)，它们不但不能灭火，还能燃烧或助燃。

图2

师：水保持其“能灭火”这一化学性质的最小结构是什么？

生：一个红球连两个白球。

师：是的。H2O就是一个水分子，是保持水一切化学性质的最小微粒，而非更小的H、O或者其他微粒。

如此设计既能帮助学生形象、直观地理解分子为保持化学性质的最小微粒，又能衔接本章第三节“探索更小的微粒”中的第一句话：“科学家研究发现，分子是由原子构成的。例如，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。”为将来学生理解原子和分子的结构关系做了铺垫。

2 引入化学实验之案例：初识家用电器和电路

2.1 教学中的困难

“初识家用电器和电路”是初中学生学习电路的第一课，本节课的教学目标之一是：知道电路的基本组成及其作用。苏科版初中物理教材设计了“活动13.1：初步调查家用电器”，体现了教材突出能量主线，从能量转化的角度来引导学生对常见家用电器进行再认识的编写意图。

在教学实际中笔者发现，从能量转化的角度来认识和分析电路组成部分时，学生的困难不在于用电器，而在于电源。教材中关于电源的解读体现在“信息快递”中的一句话：“电源是能持续供电的装置。从能量转化的观点来看，电源是把其他形式的能转化为电能的装置。”

八年级学生接触过太阳能电板，对于太阳能转化为电能的能量转化过程，学生是可以接受的。但是对于化学电池供电时，将化学能转化为电能的过程，学生难以理解。其根本原因在于初中化学课不涉及原电池内容，学生不知道也从未关注过电池在供电过程中，其内部究竟发生了什么。仅仅学习了两个月化学的九年级学生，接触到的为数不多的化学反应基本都伴随着发光、发热这些明显的现象，所以潜意识中会认为，只有燃烧放热才是释放化学能的体现，电池内部储存的就应该是“电”，何来化学能呢？

如果再进一步讨论蓄电池在充电的过程中能量转化、在电路中相当于电源还是用电器时，更是难上加难，作业中“错了再错”是常事，根本原因依然是学生的不理解。

如何帮助学生理解电池是通过内部的化学反应来对外提供电能的呢？考虑到在前一章的学习中，学生已经了解到燃烧是化学能转化为内能的过程，笔者在教学中引入了锌、铜、稀盐酸组成的原电池装置，既用来说明电池放电是化学能转化为电能的过程，又用化学反应来衔接看似没有关联的热、电两章。

2.2 教学片段

2.2.1 引入新课，介绍用电池供电时的能量转化情况，简述电池简史

师：在上一章我们学习了燃料的燃烧。燃烧是一种什么反应？能量如何转化？

生：是化学反应，化学能转化为内能。

师：很好！今天我们再来看一个反应。

教师取出器材：盛有稀盐酸的玻璃容器、铜片、锌片、导线两根、灵敏电流计，并连接为如图3所示的原电池装置。

图3

师：现在，老师将铜片和锌片浸入稀盐酸溶液中，你观察到什么现象？

生：电表指针偏转了！

师：说明这套装置正在对外……

生：放电！

师：我们再等一等，看看还有什么现象。

教师将实物投影摄像头对准铜片，可见铜片上有气泡析出(图4)，这是氢离子在铜片附近获得电子后生成的氢气。

图4

生：铜片上有气泡产生。

师：将来大家会在化学课中学习到，这些气泡是反应中生成的氢气。有新的物质生成，说明这是什么反应？

生：是化学反应。

师：在这个化学反应中虽然没有发光，也没有明显的吸、放热现象，但是却可以对外“放电”！你认为在该装置“放电”的过程中，能量如何转化？

生：化学能转化为电能。

师：我们在八年级还学习过太阳能电板，它可将光能转化为电能。像这类能将其他形式的能转化为电能的装置，称之为电源。

师：其实这个实验大家在小学科学课就见过，只不过当时用的不是稀盐酸，而是另一种酸性物质，大家回想起来了吗？

生：水果电池。

师：水果电池“放电”时，内部也在发生化学反应，也是将化学能转化为电能。不过人们发现这类电池在使用时极不方便，溶液或者水果汁容易外溢，于是科学家找到了替代品。

引导学生阅读教材中的“信息库”，教师简介干电池的构造，使学生明白干电池供电时内部发生的也是化学反应，亦可简述干电池的优点：反应物质封闭于锌筒内不外溢，此谓“干”。

2.2.2 突破难点：蓄电池充电时的能量转化

师：联系生活经验，这种干电池有何缺点？

生：不能循环使用，废弃后会污染环境。

师：生活中有可以反复使用的电池吗？

生：有！蓄电池。

师：是的，比如电动车的电瓶。如何给电瓶充电？

生：用充电站的插座给电瓶充电。

师：充电的效果是使原本损失殆尽的化学能得以恢复，以供下一次“放电”；而用户因消耗了电能，需要为此支付电费。所以蓄电池在充电的过程中，能量如何转化？

生：与电池“放电”相反，电能转化为化学能。

九年级学生在学习电学前，已经在化学课上学过氢气在氧气中点燃生成水、电解水分解为氢气和氧气的反应，知道有些反应在改变反应条件的情况下，是可以逆向进行的。关于蓄电池充电过程，教师可以做以下简单拓展：其实蓄电池在充电过程中，内部发生了和“放电”过程相逆的化学反应，“放电”后的生成物在获得外来电能之后又变回了放电前的反应物，重新“积蓄”起了化学能。

3 结语

3.1 本是同根生

常言道：“理化不分家”，物理学和化学都是以实验为基础、研究物质组成的自然学科。化学的飞速发展建立在物理学理论日趋完善的基础之上，而化学的发展也深刻地影响着物理学的进步，可以说二者相辅相成，交叉融合。

3.2 相兼出效奇

初中物理和化学有着密切的联系，有着很多交叉重叠的内容。物理教师和化学教师如能相互增进对对方学科的了解，打通学科界限，能在物理、化学联系度较大的章节教学中，互相借鉴，实验器材兼容，促进学生对难点的理解，更高效地开展教学。

在物理课堂中引入化学素材，应注意以下3点：

(1) 为物理所用，勿偏离主题

在物理教学必要时引入化学实验，其目的在于为解释定义和原理服务。教师讲解与学生讨论的核心依然是物理问题，案例中的适度拓展也是为更好地达成物理教学目标，不可偏离主题。

(2) 助学生理解，忌平添概念

在涉及物质微观结构以及化学能转化的教学中，借助化学实验能让抽象问题形象化，加深学生印象，促进学生理解。但在很多知识点上，物理学往往是“先行者”，所以教师在备课时要充分考虑学生的接受能力，杜绝使用超前的化学概念，加重学生的学习负担。故笔者用“能灭火”作为化学性质之代表，用“酸性物质”代替“电解质溶液”。

(3) 促学科融合，留发展空间

化学中的许多知识，学生在物理课上已经接触过。尽管在很多问题上，两门学科讨论的侧重点不同，研究的方向也有所不同，但从学生长远发展的角度而言，物理教师应当有做好铺垫、留有悬念的意识。这样既能让学生对未来的化学学习充满期待，又能使学生在化学学习之旅中，有“如见故人”的亲切感，真正实现学科融合。