创真实情境促深度学习

王兆怡

摘要：化学计算是初中生的必备能力，笔者通过趣味实验创设真实的问题情境，精心设计多样的、互动性的课堂活动，帮助学生在问题解决的过程中发展化学计算能力，感受定量计算对化学研究的积极作用，促进化学基本观念的形成。

关键词：真实情境;化学方程式计算;化学教学;教学设计

文章编号：1008-0546（2022）02x-0058-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02x.016

依据化学方程式的计算是初中学生必备的化学基本能力，是沪教版初中化学教材的重点和难点，也是导致学生两级分化的原因之一。根据有关调查，为应对中考的压力，在传统的教学中，教师通常将化学计算作为一种数学运算工具，多注重在计算方法的讲授和应试技巧的操练等方面下功夫，最常见的教学模式是：例题板演——模仿练习——纠错订正——习题再练。经验证明多数学生通过这种方式也能掌握计算方法，但是他们不理解化学计算的依据和原理、意义和价值，由此导致学生对化学计算课缺乏兴趣，课堂效率不高[1]。

因此，笔者在本节课中精心设计了多样的、互动性的课堂活动，帮助学生建立“宏观-微观-符号”三重表征间的联系，有效增进对化学计算的依据和原理的理解，掌握化学方程式计算的技能;通过创设解决真实问题的教学情境，引导学生体验和感受化学计算在科研和生产中的应用意义，促进化学基本观念的形成，发展化学学科素养。

一、教材分析

本课题在课程标准中所对应的学习要求为：能根据化学方程式进行简单的计算，认识定量研究对于化学科学发展的重大作用[2]。在之前的教学中学生已接触了化学计算的部分内容：依据化学式的简单计算、质量守恒定律的概念和内涵，本课的学习将带领学生进一步从定量的角度认识化学变化，丰富定量研究的学科内涵。沪教版九年级化学教材中，将本课内容分为3个部分：（1）认识化学方程式的含义，（2）解答有关化学方程式的简单计算，（3）某些特定情况下，依据化学式或化学方程式计算有关物质的质量[3]。这三个部分的内涵逻辑关系是层层递进的，因此教学中首先要培养学生从宏观视角逐步进入到微观本质上去认识化学反应中物质间的质量关系，对于学生难以理解的概念，教师可通过创设真实而有意义的学习情境，利用比喻、模型等手段去说明，增强知识的直观性;同时利用化学计算解决问题的重要前提是能准确理解化学语言、概念和原理，善于挖掘题目关键信息，在教学中应给予学生充分读题的时间，对于难点内容鼓励学生进行小组交流讨论，多角度、多侧面地思考问题，充分调动学生的潜在能力，从而深化理解、提升解题能力。

二、设计思路

本节课的情境线、活动线、知识线的设计如图1所示。

三、课堂实录

环节1：趣味实验

实验名称：会唱歌的肥皂泡实验仪器及药品：烧杯、酒精灯、利用注射器（60mL）和三通阀自制的气体发生装置（该装置可控制反应的开始和结束，如图2）、锌粒、稀盐酸、肥皂水、木条。

实验步骤：

（1）注射器1中放入适量锌粒，注射器2中加入适量稀盐酸，调节三通阀，使两个注射器连通，利用活塞将稀盐酸推入注射器1中。可观察到：注射器1中产生大量气泡，且注射器1的活塞向外移动。

（2）当注射器1内的活塞退至50mL时立即按住活塞。可观察到：注射器1内的液体回流到注射器2内，固液分离，反应停止。

（3）调节三通阀使注射器1与输液管连通，将注射器内的气体推入烧杯内的肥皂水中至约45mL，用一根燃着的小木条去点燃肥皂泡。可观察到：肥皂泡被点燃发出爆鸣声，在烧杯口产生一团较大的火焰（如图3）。

【提出问题】问题1：实验中消耗了45mL氢气（质量约为0.004g），要将这些氢气完全燃烧，所反应的氧气质量是多少？问题2：利用锌和稀盐酸的反应制备氢气，如果要產生0.004g氢气，至少需要锌的质量是多少？要解决这些问题，我们需要学习化学计算。

设计意图：通过创新实验创设问题情境，笔者使用的这种装置不是教材中常见的装置，学生有新鲜感，它带来的生动直观的现象很好地激发了学生的兴趣，同时实验中获得的氢气的体积数据为下面教学的开展提供了真实的计算情境。

环节2：探寻依据

【化学史资料】德国化学家里希特通过艰苦的钻研，将数学引入了化学，创立了化学计量学。在他的名著《化学元素测量术》一书中，揭示了化学反应中的质量关系：在化学反应中各物质之间的质量比是固定的。依据这一固定的质量比，我们可以用一种物质的质量求出反应中其他任意物质的质量。化学家们将质量比关系蕴藏在了化学方程式中。

【提问】以氢气燃烧的反应为例说明化学方程式能表示哪些含义？

【生】表示氢气和氧气在点燃的条件下生成水这个事实。

【追问】这是宏观含义。在微观上，方程式又表示了什么呢？

【学生分组活动】利用不同大小和颜色的磁钉拼出氢气燃烧反应的微观示意图，结合示意图思考：化学方程式的微观含义？

学生搭建的微观示意图如图4，通过组内交流讨论得出：在微观上，化学方程式表明了反应中各物质的微粒个数比关系。

【引导】你能算出氢气、氧气、水的相对分子质量吗？在我们搭建的微观示意图中，这些微粒的相对质量可以怎么表示？在氢气燃烧的反应中各物质的质量比可以怎么表示？

【学生归纳】化学方程式揭示了反应中各物质的质量比关系。

【提问】依据氢气燃烧反应中的各物质质量比关系，你能完成下列计算吗？（见图5）

【追问】回到我们最初的问题，你能利用氢气的质量是0.004g，算出消耗氧气的质量吗？

【生】消耗氧气的质量为0.032g。

设计意图：以里希特的化学史作为过渡，让学生通过化学史料获得了化学计算的相关背景知识，从而自然进入化学方程式含义的学习。通过拼接氢气燃烧反应的微观示意图的活动，引导学生利用磁钉形象来想象和感知微觀世界，帮助其理解分子的个数比和质量比的计算。各物质质量比关系的练习中，数据设置上刻意降低了运算的难度，以化解学生内心对化学计算的恐惧情绪。

环节3：问题解决

【提问】知道了解题思路，那我们该怎样写计算过程才规范呢？带着这个问题，请同学们阅读课本107页的例题，并思考：1依据化学方程式的计算过程一般分为几步？2你能模仿书本例题的步骤和格式，写出问题1的解题过程吗？

【学生活动】阅读例题，归纳总结计算的一般步骤，尝试解决问题1。根据老师板演的解题过程再对自己的答案进行修正完善。

【练习】同学们已经顺利找到了问题1的答案，很棒。现在你们能解答问题2吗：利用锌和稀盐酸的反应制备氢气，如果要产生0.004g氢气，至少需要锌的质量是多少？

【学生活动】完成计算过程。教师在班级内巡视和辅导，选取有代表性的学生作答情况，利用手机授课助手投屏到一体机上，请学生对于这些作答的情况进行点评，归纳总结解题步骤及格式的注意事项。

设计意图：通过学生自主阅读、模仿例题、总结步骤和方法等活动，培养学生的分析归纳能力。利用多媒体投屏技术，可以高效快速的展示学生的练习情况，鼓励学生对作答情况进行互评，进一步规范答题步骤，提升计算解题能力。

环节4：题型变化

【题型变化1：过量问题】取6.5g锌与足量的含20g氯化氢的稀盐酸充分反应，最多生成氢气的质量为多少？

【PPT展示】这样的计算过程正确吗？（如图6）

解：设最多生成氢气的质量为x。

答：最多生成氢气的质量为0.55g

【学生分析】用于计算的数据应该是反应物实际

参加反应的质量。应选取锌的质量带入计算，从而修正计算过程。

【题型变化2：混合物计算】取13g含锌的质量分数为80%的锌合金与足量的稀盐酸充分反应，最多生成氢气的质量为多少？（其余杂质不与稀盐酸反应）

【PPT展示】这样的计算过程正确吗？（如图7）

解：设最多生成氢气的质量为x。

答：最多生成氢气的质量为0.4g

【学生分析】反应中的各物质质量比是指纯净物之间的质量关系。13g是混合物锌合金的质量，需要把它转化为纯净物质量后，再进行计算。

设计意图：对于变式计算的学习采用了看题纠错的活动设计，没有让学生直接书写计算过程，一是避免学生在课堂上进行大量的计算训练而变得疲惫，二是因为这两种题型的突破更重在对题目的分析和理解，通过小组交流和讨论，教师引导点拨，分析归纳出解题关键，从而突破难点。

环节5：思维拓展

【过渡】氢气的获取还可采用电解饱和食盐水的方式。在电解食盐水的反应中，若反应了234g的氯化钠，能生成氯气的质量为多少克？你有哪些方法可以解答这一问题？

【学生活动】完成计算过程。大多数的学生都选择了依据化学方程式进行计算，有少部分学生选择了从元素质量守恒的角度依据化学式进行计算。教师对这两种解题过程分别用手机投屏后，请学生对其进行点评，重点引导学生针对第二种方法分析它解题的思路和计算的依据。

【追问】在其他的计算问题中，这两种方法都可行吗？

【PPT展示】这两种解法哪种是正确的呢？（如图8）电解食盐水生成氢气：

【学生分析】生成物中的氢氧化钠和氢气都含有氢元素，反应物中的氢元素并未完全转化到氢气中去，因此解法二是错误的。

【师生归纳】依据化学式计算的适用条件。

设计意图：这部分内容在教材中是采用了电解氧化铝的反应作为计算情境，但笔者希望学生能意识到，运用化学式计算的时候要注意反应物中的元素是否全部转化到目标生成物中的这一问题，因此，选择了电解食盐水的反应作为载体来设计问题。在这个反应中，氯化钠中的氯元素全部转化到产物氯气中去，因此氯气的质量等于氯化钠中氯元素的质量。而水中的氢元素没有全部转化到氢气中去，因此氢气的质量不能直接等于水中氢元素的质量。通过氯元素和氢元素计算问题的对比，让学生能更深入地理解依据化学式计算的原理。

环节6：总结归纳

【总结】通过这节课的学习，我们利用化学计算解决了“肥皂泡”的相关问题。我们学习化学计算的意义，不仅在于解决实验中的问题，更重在应用到生活、生产乃至科技研究中去。

【视频】“长征五号”火箭升空影像和其设计师黄兵在演讲活动中的介绍：火箭中大量使用了液氢和液氧的推进剂组合，六百多吨的液氧、五六十吨的液氢，这个规模在世界上的液体火箭中是数一数二的情况。

【学生交流】通过观看视频，结合本节课学习的内容说一说你的想法。

设计意图：播放“长征五号”的视频，通过展示我国在航天航空事业中的卓越成就能增强学生的民族自豪感，同时火箭助推器中利用的反应就是本课情境中的主要反应氢气燃烧，火箭中携带的液氢和液氧质量的确定与化学计算密切相关，让学生真切的感受到化学计算的实际意义，增强学好化学计算的内驱力。

四、教学反思

本节课设计立足于课标理念，坚持以学生为本，根据学生的认知发展水平和已有知识储备，强调学生探索和获取新知的过程，精心设计了真实生动、富有意义的学习情境——“会唱歌的肥皂泡”创新实验，引出氢气的两个化学计算问题。笔者利用注射器作为氢气的发生装置，一是增强课堂的趣味性，消除了学生对于化学计算的畏惧情绪;二是体现计算的真实性，注射器有刻度，便于获取生成氢气的体积数据，从而让学生认识到化学计算是真实的，数据来源是可靠的，化学计算题的编制不是凭空捏造的。在教学过程中，以创新实验为明线，以氢气的相关计算为暗线，通过组织多种形式的活动，帮助学生对知识进行自主的构建，合作拼搭化学反应模型，建立“宏-微-符”之间的联系，引导学生自主总结化学计算的原理、方法和规范，通过学生互评列举计算中的错误，归纳计算的注意要点，不断完善计算技能。

参考文献

[1]杨砚宁.创设真实情境提高化学计算教学实效[J]化学教学，2018（11）：52-55.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3]王祖浩，王磊.全日制义务教育教科书（化学九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2012.

1944500520270