聚焦化学核心素养 培养实验探究能力——以《水的组成》教学设计为例

李莹玮

一、研究背景

《自然界的水》是课程标准中课程内容“身边的化学物质”的重要组成部分。关于水的组成学生在元素和分子原子的学习中已经了解，所以在本节课设计上以人类认识水的组成的化学史实贯穿于始终。对水的组成的认识是通过科学家们的氢气燃烧实验、水的电解实验和对实验现象的探究分析获得的。通过证据推理与模型认知建立守恒观念，初步了解推断化合物组成的思维方法。

二、课堂教学实施环节

课题引入：水是我们身边的重要物质，你知道水的组成吗？证据是什么？

设计意图：开门见山，引领学生回顾已有知识，明确本节课的主题。

1.环节一：揭秘水的组成

阅读资料：18世纪末，普利斯特里把空气和“易燃空气”(氢气)混合后盛在干燥、洁净的玻璃瓶中，当用电火花点火时，发出震耳的爆鸣声，且玻璃瓶内壁上出现了液滴。不久另一位英国科学家卡文迪许用纯氧代替空气进行上述实验，确认所得液滴是水。

学生活动1：请自主阅读材料，回答下列问题。

(2)水是由什么元素组成的？你的证据是什么？

设计意图：该环节由科学史引出问题，吸取前人的经验与思路，收集相应的证据解释氢气氧气在点燃的情况下生成水，利用元素守恒观念可以推知水是由氢、氧元素组成的。

整理推断水的组成的方法(从宏观角度)：由合适的化学反应、定性实验、元素守恒、定性组成。

2.环节二：探究水的组成

演示实验：电解水。

学生活动2：观察实验现象，记录所观察到的实验现象，并分析实验结论。

实验结论(宏观角度)：水由氢、氧两种元素组成。

选择SPSS22.00软件进行分析，计量资料与计数数据的表示方法分别为、率、百分比，对比方法分别为独立样本t检验、χ2检验、配对t检验等，检验值为α=0.05。

引导学生分析得出：水由氢、氧两种元素组成。同时得出利用元素守恒研究物质组成的思路，利用将已知单质化合为未知的化合物，推之其元素组成，反之，利用把未知的化合物分解为已知单质，也能推知其元素组成。

教师提问：该反应的化学本质是什么？水分子中氢原子、氧原子个数比为多少？

实验获得：两电极产生气体体积比为：

提供信息：(1)在同温同压下，气体的体积比等于相应的气体分子个数比；(2)氢气和氧气分子皆是双原子分子。

学生讨论：分析水分子中氢原子、氧原子个数比为多少？

研究结论：水分子中氢原子、氧原子个数比为2 ：1

引导学生分析：根据信息里所提供“气体的体积比等于相应的气体分子个数比” 可以推知生成的氢分子、氧分子的个数比为2:1；“氢气和氧气分子皆是双原子分子”，可以了解氢气分子、氧气分子的微观构成，再根据反应前后原子的个数和种类守恒，可以推知水中氢、氧原子个数比为2:1。

教师讲授(微观角度)：根据精确的实验测定每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的，因此水可以表示为H2O。

设计意图：从宏观角度观察实验现象分析得出水分解可以生成氢气、氧气，利用元素守恒，推知水是由氢、氧元素组成的。从微观角度通过对化学反应本质的分析，让学生在已有证据的基础上结合所给信息得出每个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成的。体会物质构成和化学反应的特点与实质。

整理推断水的组成的方法(从微观角度)：由合适的化学反应、定量实验、原子守恒、定量组成。

3.环节三：巩固提升

【阅读资料】

1.1805年法国化学家盖

●吕萨克精确测定水的组成：

2.同温同压下，气体的体积比等于分子个数比。

学生活动3：

(1)画出水分子、氧气分子和氢气分子(如图1所示 )。

图1

(2)绘制出化合成水的微观过程。

设计意图：该活动可以让学生在已有证据的基础上充分发挥想象力，利用画图的方式表示微粒在化学变化中的变化，利用模型体会物质构成和化学反应的特点与实质，对本节课所学内容进行应用和提升。

4.课程小结

(1)水的组成。宏观：水由氢、氧两种元素组成。

微观：一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。

(2)归纳整理研究纯净物组成的方法(如图2所示)。

图2

板书设计如图3所示。

图3

三、教学反思

本课题在设计上重在落实知识基础的同时，培养学科素养。以人类认识水的组成的化学史实为载体，对水的组成的认识是通过科学家们的氢气燃烧实验、水的电解实验的讨论分析获得的。在课程的传授过程中，注重建立守恒观念，在认识水的组成的基础上建构微观模型，深化学生对分子模型的认识。同时让学生初步了解、推断纯净物组成的方法，为学生的后续学习打下基础。