多维度构建认知模型 高效提升课堂能动性——以“‘碳’探化学用语——学会书写化学方程式”为例

文/卓秀琳

引 言

化学用语是初中化学学科的关键组成部分，正确书写化学方程式也是学生学好化学的基础。笔者以元素符号、化学式含义的复习为切入点，引导学生从化学变化中原子、分子层面的知识解释质量守恒定律，领会反应物及生成物在化学方程式中的关系，明确化学方程式中各符号的含义，正确书写化学方程式并配平简单的化学方程式[1]，从宏观、微观、定性、定量四个维度构建认知模型，帮助学生在探究活动中互动思考，由浅入深地理解化学方程式的含义，培养学生相对分子质量的计算和应用能力，进而提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力。

一、对化学方程式的教学要求

《义务教育化学课程标准（2022 年版）》（以下简称《课程标准》）对正确书写化学方程式、能根据化学反应进行简单计算提出明确要求。《课程标准》还新增了“学习从物质变化、能量变化、反应条件、反应现象、反应类型和元素守恒等视角认识化学反应，初步形成认识化学反应的系统思维意识”[2]。《课程标准》提高了学生对化学反应认识的整体性，明确提出了“能选取实验证据说明质量守恒定律，并阐释其微观本质；能根据实验事实用文字和符号描述、表示化学变化，并正确书写常见的化学方程式”，要求学生深化对化学方程式的理解。《课程标准》在教学策略建议中新增了“通过宏观、微观、符号等多重表征手段，引导学生多角度理解化学反应，配合游戏、联想等多种策略，突破化学方程式的学习难点”。这要求教师要根据学生的实际认知水平设计教学目标，灵活应用教材及相关素材，优化课程的内容结构，密切联系与化学方程式相关的化学用语，让学生更好地把握化学方程式学习的整体性。

二、本节课的设计思路

教师要从学科的角度培养学生在学习过程中提出问题、追根溯源的探索精神。教师如果只是停留在知识传授的传统教学思维上，不仅无法激发学生的探究兴趣，还很难达成提高课堂活力的教学目标。基于以上分析，笔者设计了有针对性的教学策略：（1）在教学活动过程中设计科学知识探索、勇攀高峰等活动，帮助学生经历从元素符号、化学式到化学方程式各个知识点的学习过程，形成逐级攀升的结构化的知识阶梯。（2）利用教学课件和学案设计，从定性、定量、宏观、微观四个维度引导学生对各级化学用语进行分析、理解，达成学习目标。（3）在微观含义的展示中设计小组活动，由问题设计引导学生思考和探索，使学生积极参与课堂活动。（4）在小实验的设计中注重学生实验的规范操作，培养学生认真观察的习惯。教师应在实验中不忘在契合化学学科的规范表达上加以引导，通过师生共同分析与评价，引发学生主动思考、讨论与交流，让小组成员互动合作，在探究质疑中培养学生学以致用、不畏困难的优良学科核心素养。

三、本节课的教学过程

（一）知识层面——铺设化学用语四大维度

1.复习导入，铺设宏观、微观两维度

从燃料木炭导入介绍其组成元素——碳，对碳单质、含碳化合物进行简单回顾，抛出以碳和二氧化碳为具体实例的相关化学用语的探究。

笔者通过课件展示思维导图（如图1），这部分内容设计在学生用的学案中是需要在课前完成的。本节课笔者以元素C 和化学式CO2为代表，通过提问复习的方式从宏观和微观两方面分析元素符号、化学式的含义。为帮助学生回忆之前所学的有关元素符号及化学式的相关内容，笔者在课前将《化合价之歌》作为背景音乐播放，使元素符号的复习这部分内容呼应课后小结1～20 号元素。

图1

设计意图：利用多媒体课件展示思维导图（如图1），通过蒙层处理，让学生从宏观和微观层面对元素符号和分子构成物质的化学式有系统的分析和总结。创设情境，引入课题，将这两个部分的知识点纳入化学用语大概念的结构体系中，并培养学生从宏观和微观两个维度分析的意识。结合课前《化合价之歌》的播放和元素符号的复习唤醒学生对课后小结1～20 号元素的记忆。

2.引入主题，增设定性与定量两维度

问题1：怎样描述一个化学反应呢？

笔者通过列表格让学生从曾经学习和接触过的有关图示、语言描述、文字表达式、化学方程式几个角度分析一个化学反应的描述方式，之后让学生观察几种化学反应的表达方式，分析提取能获取的信息。通过讨论、分析、补充，学生可以从定性的角度分析化学方程式的相关信息。

设计意图：化学方程式可以表达的信息是多方面的，笔者利用列表格填空的形式让学生思考。一个化学反应无论用语言描述还是用文字表达式表示，都只能获取反应物、生成物及反应条件这三个信息，信息量比较有限。学生在完成整张表格的过程中能加强观察和表达，通过已有经验分析出一个化学方程式传递的丰富的化学信息，为从定性和定量的角度分析深层含义埋下伏笔。

学生活动：观看实验小视频《钻石的燃烧》，根据课件中的提示判断钻石燃烧时发生的反应，以小组合作的形式根据要求用发放的小白板和磁扣完成以下几项任务：（1）在白板上写下化学方程式；（2）在化学式下方用磁扣摆出各物质的构成微粒；（3）分别计算各物质相对分子（原子）质量；（4）推算各物质质量比关系。在学生完成任务后，笔者归纳总结任务完成后的内容（如图2）。

图2

问题2：化学方程式表示什么意义？

笔者归纳总结出以下思维导图（如图3）的完整描述，引导学生正确解读化学方程式，了解化学方程式提供的信息。化学方程式表示在某一个化学变化过程中，什么物质参加了反应（反应物逐渐消耗），生成了什么物质（生成物逐渐增加），需要什么条件才能发生这个反应。

图3

接下来，笔者让学生分析反应中微粒的关系，并设计问题：“碳在燃烧时，只有一个碳原子和一个氧分子在反应吗？”学生分析并回答：“碳在燃烧时，不会只有一个碳原子和一个氧分子发生反应。”接着，教师追问：“那我们如何从微观粒子的角度描述这个反应呢？”学生结合化学式的微观含义能轻松找到碳在燃烧时发生反应的碳原子和氧分子的比例是一比一的关系。笔者在学生分析后总结：“每一个碳原子结合一个氧分子生成一个二氧化碳分子。”

设计意图：让学生根据实验小视频《钻石的燃烧》，分析出钻石的成分是碳，钻石燃烧反应就是碳完全燃烧生成二氧化碳的反应，再根据屏幕提供的任务单就对应的化学方程式分析出对应的宏观和微观的含义，并从微观、宏观、定性、定量四个维度分析并完成学案。

3.设置冲突点，四大维度巧探索

笔者带领学生从微观的角度分析化学变化的实质和质量守恒定律中的“三不变”。学生回顾化学变化的实质就是在化学变化中分子可分，原子不可分，原子重新组合成新物质分子的过程。化学变化遵守质量守恒定律，反应前后原子的种类、个数、质量不变。笔者根据课件信息提示“当氧气不足时碳燃烧生成一氧化碳”，并设计活动：在接下来的分组活动中根据课件中的提示用发放的小白板和磁扣完成以下任务：（1）把以下提供的式子抄在白板上（C+O2——CO）；（2）在化学式下方用磁扣摆出各物质的构成微粒并分析。

之后笔者提出问题：“这式子和刚才老师给你们的碳燃烧生成二氧化碳的化学方程式有什么不同？”学生回答：“这个式子中没有体现反应发生的条件；式子中间只有横线，不是等号。”

接着笔者提出第二个问题：“用它来表示这个反应存在什么问题？”学生回答：“反应前后氧原子的数目不同，不遵守质量守恒定律。”笔者在课件上把活动中表示式的微粒比例展示在动画天平上，左盘上一个碳原子和一个氧分子而右盘上一个一氧化碳分子。此时笔者提出第三个问题：“如何实现天平平衡？”学生回答：“如果要实现天平平衡，就要在左盘上增加一个碳原子，在右盘上增加一个一氧化碳分子。”

学生分小组在白板上用磁扣贴出遵守质量守恒定律的微粒比例数量。笔者提出第四个问题：如何在化学方程式上体现出这样的比例关系呢？学生回答：从元素符号和化学式前数字的含义可推出在相应符号前写上对应比例的数字。最后，笔者总结，书写化学方程式时要遵守两个原则：（1）以客观事实为依据，如实写出反应物和生成物的化学式反应条件；（2）遵守质量守恒定律，使等号两边的原子种类和数目相等。

在此基础上，笔者设置小游戏，让学生在电子白板提供的几个化学方程式中“找找碴”。

学生分析：（1）氧化镁的化学式错误；（2）反应缺少反应条件。

设计意图：这部分活动能让学生在已有认知的基础上产生冲突，找出解决的办法。这不仅能让学生用化学变化实质及原子、分子的知识解释质量守恒定律，还能让学生领会化学方程式、反应物及生成物的含义，明确化学方程式中各符号的意义。

4.训练提升，四大维度综合应用

笔者讲解书写化学方程式的步骤（以磷燃烧为例）。然后，笔者引导学生书写水通电分解的化学方程式，意在培养学生观察、分析问题的能力和逻辑思维能力。然后，笔者总结讲解气体符号的含义和使用规则，启发学生在书写化学方程式时要时刻关注和分析反应物与生成物的状态，对生成物中的气体是否标注气体符号做出判断。之后，笔者演示实验操作：将氯化钡溶液加入碳酸钠溶液中，观察实验现象——澄清的溶液变浑浊。之后，笔者引导学生在描述实验现象时要用“产生白色沉淀”的规范表达方式。

生态环境部生态环境监测司有关负责人表示生态环境部会同农业农村部等部门，按照互补不重复、科学经济、动态调整的原则，整合相关行业土壤环境监测点位，统一规划布局、统一制度规范、统一组织领导、统一数据管理和统一信息发布，构建和运行国家网，负责说清全国土壤环境状况的变化趋势。国家网由背景点位、基础点位和风险监控点位组成，目前，包含生态环境部的38880个监测点位、农业农村部的40061个监测点位和自然资源部的1000个监测点位。农业农村部门基于农产品质量安全，布设农产品产地风险点位，开展农产品产地土壤与农产品协同监测工作；生态环境部门负责背景点位、基础点位和风险监控点位的监测工作。

课堂训练环节是学生完成学案中稳扎稳打环节的思考题并分析比较。学生可以在完成思考题的化学方程式书写训练中提高比较、分析、归纳等解题技能。解题后笔者补充小结：从气标和沉标表示还可以看出化学方程式书写中对物质状态的思考和表达。

设计意图：提高书写训练这部分要求，不仅要求学生能从宏观和反应条件及物质状态等定性角度分析化学方程式的基本表达，还要求学生在微观和定量的角度“雕琢”化学方程式，配平是一个很重要的环节。学案设计的稳扎稳打环节集中了配平、根据信息书写化学方程式、根据质量守恒定律判断不完整化学方程式中缺失物质的化学式等典型题型，能够帮助学生构建坚固的化学思维大厦。

（二）选题层面——铺设燃料应用发展线

本节课在讲解化学方程式意义和书写的过程中注重围绕有关碳及碳的化合物查找相关联的资料追古溯今。笔者选择以典型物质碳、一氧化碳等有关物质由古至今的应用实例为信息背景，将相关联的化学知识呈现出来，尤其突出我国在古代就有对相关物质应用的典型事例，以及有关燃料在现代科技中的发展应用。

1.开篇导入，古文引领最早燃料的应用

由课件开篇导入学生在语文课上学过的《卖炭翁》：“卖炭翁，伐薪烧炭南山中……”学生看到熟悉的篇章自然地齐声朗读。接着，笔者简要介绍白居易的名篇《卖炭翁》，引出我国远古时期就使用木炭做燃料，到了宋朝木炭被大量使用。特别说明“炭”是烧火燃料，炭的组成元素为碳。

2.结合原理，适时渗透炼铁原理中碳的应用发展

3.习题资料，展示燃料在古代及现代科技中的应用

习题1：根据资料“从理论计算可知，液态氢和液态氧的混合燃料是运载火箭的最佳液态燃料”，书写该反应的化学方程式。

然后，笔者播放神舟十三号载人飞船发射升空的视频，运载火箭划过夜空，与月亮浪漫同框。这伴月飞行的绝美一幕，在海外社交平台引发关注与热议。学生观看时饶有兴致，观看后神情激昂。

习题2：中国是古代火箭的故乡。中国古代科学家最早运用火药燃气反作用力原理创制火箭。结合黑火药爆炸反应的化学方程式判断其中所缺反应物的化学式：

在学生按质量守恒定律原理分析完成以上习题后，笔者讲解该题，并补充介绍黑火药的发明史：“火药发明于隋唐时期，是古代炼丹家在炼丹过程中发明的，后来其配方由炼丹家转到军事家手里。这就是中国古代四大发明之一的黑火药。”

设计意图：从碳为燃料的简单应用到炼铁中作为还原剂原料的应用发展，从热议的时事神舟十三号载人飞船发射升空到四大发明之一黑火药，素材的核心都围绕碳和碳的化合物展开，也展现了从古至今贯穿其中的燃料应用的科技发展，增强了学生的民族自豪感。

（三）探索层面——铺设未知知识的展望线索

学生活动1：配平以下炼铁原理的化学方程式（信息给予相对原子质量：Fe-56，O-16），根据化学方程式计算反应中氧化铁和铁的质量比。

设计意图：教师小结并在课件呈现以下关系：

为下个课时重点学习化学方程式计算的解题思路作铺垫。

学生活动2：书写燃料甲烷燃烧的化学方程式。

设计意图：提示学生在接下来的第五章中会接触到最简单的有机物甲烷，也为含碳化合物——有机物的学习做提示性预习。

反思与亮点：在书写化学方程式的教学设计中，注重以教材为本，对化学方程式的讲解紧紧抓住“宏观—微观—符号”三重表征，为学生设计思维导图。在帮助学生构建化学用语的模型认知过程中，笔者认为本节课有以下几个亮点。

（1）帮助学生理解化学变化中微观粒子的变化和比例关系，设计了以小磁扣模拟原子的活动，让学生在分组活动中动手操作，用磁扣拼出反应中各物质的微粒图；设计问题形成认知冲突，引导学生思考和探索，直观体验物质在化学变化中的“分子可分，原子不可分”的微观实质。（2）针对化学方程式中要使用沉淀符号的讲解加入了学生操作的小实验，使学生从二氧化碳通入澄清石灰水，看到石灰水变浑浊，体会溶液中有难溶性固体生成的实验事实，帮助学生理解沉淀符号的标注和实验现象的规范描述都有引导作用，培养学生严谨务实的科学品质。（3）在选题方面紧扣化学方程式的常规题型训练，素材选择紧扣含碳物质及燃料发展史的信息背景，内容选择契合课程标准“引导学生认识科学本质，传承科学精神，感悟民族智慧，增强文化自信”的要求。

结 语

学会正确书写化学方程式是中学阶段化学学习的重点和难点，教师应把有关化学用语的知识形成大概念，进行总结和完善，将知识系统化、结构化，解决学生知识零散、缺乏深刻理解等表层学习问题。在本节课教学中，教师通过问题的设计，分组活动的开展，对学生进行由浅入深的知识引导，有效地帮助学生建立了化学学科观念，提高了学科核心素养。