基于真实情境的化学计算教学——以“依据化学方程式的计算”教学设计为例

沈红英

（苏州市高新区第二中学 江苏 苏州 215129）

化学计算是化学基本技能的重要组成部分。化学计算既要从质的方面来揭示物质的变化规律，又要从量的方面来研究物质的变化结果， 两方面互相联系，互为补充。化学计算的根据是化学反应遵循质量守恒定律和纯净物具有确定的化学元素组成的原理。掌握好化学计算技能的关键是正确理解题意，正确使用化学基本术语和原理，善于找出其中的等量关系、比例关系或函数关系。

根据化学方程式进行计算是化学计算中的重要组成部分， 是质量守恒定律和化学方程式的重要应用，在进行教学时要引导学生复习旧知识。在沪教版教材的第三章学生已经学习了利用化学式计算化合物中元素的质量分数，在本节中又学习了质量守恒定律和化学方程式，将这三个知识点融合起来，对学习根据化学方程式的计算非常有帮助。教学中要充分运用学生已有的知识，引导学生以化学计算为主线构建新的知识网络，在化学计算中加深对化学反应中元素不变和质量守恒的理解。对化学计算题的编制不应该仅仅局限于计算技巧，更应该让学生认识到化学计算是真实的、有用的计算，并非纸上谈兵，毫无实际意义。中考计算题的命题已逐步走出人为编制的、没有实际价值的偏、难、怪的误区，重新走到基本的思想和方法上来，具有真实情境的化学计算更能让学生体会到化学计算的实用价值。

下面以“依据化学方程式的计算”教学案例为例，试图创设一个真实的又可以随着学生知识的生成持续变化的教学情景， 引导学生逐步认识到化学计算并非单纯的数学运算，而是真实的、具有实际意义的计算。

一、教学目标设计

1．知识与技能：根据化学方程式中各物质的相对质量关系，能正确计算出反应物、生成物的质量。

2．过程与方法：能正确分析实验数据，开拓思路，锻炼思维能力。

3．情感态度与价值观：①通过化学方程式计算与化学实验的融合， 体会化学计算中数据的实际意义。②认识化学变化中的定量研究对于科学实验的应用价值。

二、教学过程设计

1．原始教学情境

［视频］太湖美

［问题1］写出生成水的化合反应的化学方程式。这个化学方程式告诉你哪些事实、信息？

［学生活动1］从分析反应事实和微观角度两方面得出化学方程式的含义。

设计意图：优美的旋律让学生兴趣大增，水是生活中最常见的物质，激活学生已有的知识经验：书写化学方程式。同时提高了难度：有水生成的化合反应，且提出了化学方程式的含义。

［问题2］能否从质量角度再思考一下化学方程式的含义？ 能否算出2H2的相对质量？

［学生活动2］得出化学方程式量方面的含义并加以应用。

［小结］化学方程式的含义。强调依据化学方程式进行计算的依据。

设计意图： 通过已学过的氢气燃烧这个化学反应，明确化学方程式所体现出的量的关系，得出依据化学方程式进行计算的依据，学生比较容易接受。

［学生活动3］阅读沪教版教材P107 例题：“碳酸钙与盐酸反应生成二氧化碳， 若需制备二氧化碳8．8g，至少需要碳酸钙多少克？ ”归纳计算步骤、规范计算格式。

设计意图：培养学生阅读能力、理解能力、归纳能力。

2．教学情境的延续一

［过渡］在自然界中二氧化碳可以转化成什么气体？ 实验室里的氧气从哪里来？

［问题3］沪教版教材P55“基础实验1 氧气的制取和性质” 中“向试管中加入少量高锰酸钾……连续收集三瓶气体……”， 结果有的同学只收集到一瓶氧气。若三个集气瓶的规格均125mL，请问高锰酸钾至少为多少克？ （已知氧气的密度为1．43g·L－1）（计算结果精确到0．1）

［学生活动4］板演过程，纠错。

设计意图：用学生的基础实验再次进行格式的规范。在计算题的编制过程中，利用学生进行过的实验，用125mL 的集气瓶收集氧气， 数据的选择真实可靠，实验与计算进行了融合，让学生感受到实验的可计量性。从体积到质量，对学生的计算要求更进了一步。

3．教学情境的延续二

［过渡］制取氧气的量可以用集气瓶直接计量，能否有别的办法呢？ （提示：质量守恒定律，称量固体质量）

［视频］加热高锰酸钾至完全分解

［问题4］取一定量的高锰酸钾放入一大试管中，称量；加热至无气体产生，冷却，再次称量。有关数据记录如下：

?

求①生成多少克氧气？②参加反应的高锰酸钾的质量是多少？

［学生活动5］实物投影，纠错

［学生活动6］取一定量的高锰酸钾放入一大试管中，称量；加热，一段时间后，熄灭酒精灯，冷却，再次称量。有关数据记录如下：

药品和仪器 加热前质量/g 一段时间后，停止加热，完全冷却后质量/g大试管、棉花 58.59固体、大试管、棉花 63.33 63.17

求①参加反应的高锰酸钾的质量是多少？

②高锰酸钾的分解率是多少？

［问题5］小明同学用如下图所示装置，加入一定量的双氧水和二氧化锰，进行反应，锥形瓶内有大量气泡产生，触摸锥形瓶外壁发烫。小明同学认为产生氧气的质量为：m1－m2，你认为呢？ （操作过程均正确）

［学生活动7］学生讨论分析，得出改进装置。

设计意图：学生掌握了计算题的格式后，对于计算题主要进行数据分析。用学生熟悉的实验室制取氧气的两种方法， 通过视频或图片进行计算题的编制，让学生进行分析、讨论，不仅活跃了课堂气氛，让学生感受到学过的知识可以进一步延伸、深化，更能让学生体会到差量法求算氧气质量的差异性和可操作性。

4．教学情境的延续三

［问题6］电解一定质量的水，产生了0．66L 氢气，同时能产生多少升氧气？ （密度：氢气0．09g·L－1，氧气1．43g·L－1）（计算结果精确到0．01）

提示：同温同压下，相同体积的任何气体含有相同的分子数。

设计意图：依据体积和质量之间的关系，根据化学方程式或质量守恒定律， 很容易计算出氧气的体积。学生也可以根据电解水这个实验得到的结论：氧气和氢气的体积比约为1∶2，马上得出答案。而根据提示，对于气体而言，分子数之比就是气体的体积比，根据电解水的化学方程式，答案显而易见，这为高中化学的计算教学埋下了伏笔，奠定了一定的基础。

三、教学设计反思

本课设计的目标是希望学生能根据化学方程式中 “各物质的相对质量之比与实际质量之比一致”这一关系，正确根据一种纯净物的质量计算其他物质的质量。希望学生能根据教材例题掌握根据化学方程式计算的步骤，规范格式上的要求，培养学生从量的方面去认识化学变化。在本课设计过程中，创设的计算情境始终围绕“氧气”这种学生熟悉的、学习过的气体展开。

1．教学情境的创设真实可靠

为了让学生认识到化学计算不是凭空捏造，而是有真实情境的，在例题的选择过程中，务求学生熟悉的反应， 笔者想到了基础实验： 氧气的制取和性质。笔者所任教班级学生在进行这个实验时，确实有几位同学并没有收集到三瓶氧气， 而装置的气密性良好，主要原因就在于取的高锰酸钾的量太少了，所以笔者就想让学生算一算， 究竟至少需要称量多少高锰酸钾。集气瓶的规格有60mL、125mL、250mL、500mL，学生实验时，用了125mL 的集气瓶，故在编制计算题时，就用了该容积的集气瓶。当学生掌握了计算的要求和格式后， 下面的计算主要是数据的分析和处理， 笔者依然选择了高锰酸钾制氧气这个实验，为了得到这个实验数据，笔者做了很多次实验，由于锰酸钾在加热情况下也可以产生氧气， 故每次实验产生氧气的质量比理论值略大， 若选择3．16g高锰酸钾加热至无气体产生，几次实验下来，实际上产生氧气的质量比理论值多0．01－0．03g 左右， 当然0．01g 的电子天平对于第二位小数也存在误差，总体误差不是太大。对于初中学生，笔者认为可以用这些数据采用差量法求算氧气质量。这个实验难度不大，最关键的是在加热高锰酸钾时， 为了使高锰酸钾尽量全部分解，加热时要时不时移动一下酒精灯，最好从离试管口近的固体部位加热到试管底部的固体部位，最终要完全冷却下来再次称量，耗时较长，所以笔者把它拍摄成视频。高锰酸钾完全分解和不完全分解，产生氧气的质量都是固体减少的质量，在完全分解的计算题的基础上， 笔者让学生练习了高锰酸钾不完全分解的计算，着重强调对实验数据的分析是解题的关键。那是不是这种差量法计算气体的量可用于其他反应呢？ 笔者提出双氧水制氧气是放热反应，容器内物质质量的减少不仅有氧气，还有水蒸气，若不想办法使水蒸气留在反应容器内，减少的质量就不仅仅是氧气的量，所以仔细审题是正确计算的关键。最后借助于电解水这个实验编写了一道计算题， 是想让学生从多角度进行化学计算，开拓一下学生的解题思路，同时为高中化学的学习奠定基础。

在上述计算例题的选择过程中，无一不是学生学习过的化学反应，而且数据的获得都有真实的实验情境，并非随便臆造，学生在进行计算学习时，感觉很熟悉，但确实又能获得新知。

2．教学情境的连续性变化以氧气为主线展开

教学情境的变化不能随意设置， 必须找到一条主线，才能使教学形散而神不散。原始的教学情境来源于教材， 激活学生头脑中有关水的化学方程式的知识，引导学生分析化学方程式的含义，最终得出根据化学方程式进行计算的依据并进行有关计算，归纳计算步骤，规范计算格式。延续的教学情境都以氧气为主线步步展开。不管是加热高锰酸钾、双氧水与二氧化锰混合还是电解水， 在编制计算题时都用到了实验过程中产生的氧气： 用体积和密度求算氧气质量、差量法得到氧气质量、用阿伏加德罗定律计算氧气体积。计算方法多样化， 但都紧扣氧气这种物质。以“氢气燃烧”开始，以“电解水”收尾，头尾呼应，也都涉及到了氧气。整个教学情境呈现的每个连续性变化，都以“氧气”为主线展开，有利于学生在探究过程中自主有序地在原有知识的基础上对新知识进行有效构建。

［1］郑丽梅．浅谈基于真实情境的化学课堂教学 ［J］．理科考试研究，2014，（7）