基于观念建构的初中化学项目式单元教学——以“物质变化与能量转化”为例

杨丹丹

(江苏省连云港市徐山中学,江苏 连云港 222000)

化学观念建构的意义是通过研究不同事物与现象之间的关联及规律构建科学理论,从而对一些问题进行解答,其重心是通过化学教学活动产生化学观念认知[1].本文以“物质变化与能量转化”为例进行基于观念建构的初中化学项目式单元教学设计.

1 基于观念建构的初中化学项目式单元教学设计

1.1 初中化学项目式单元教学设计

基于观念建构的初中化学项目式单元教学设计是以化学学科观念目标设计为导向,根据目标设计问题,依据所设问题科学、合理设置项目式单元教学活动.在“物质变化与能量转化”的研究过程中,通过项目式单元教学多角度定性、定量地认识“物质变化与能量转化”,从而建构分类观、元素观以及变化观等化学观念.基于微观角度体会化学在生活中的社会发展价值,系统建构学生的化学价值观[2].

1.2 初中化学项目式单元教学案例设计

1.2.1教学目标制定

本文通过多角度帮助学生认识物质及其变化,体会物质变化过程中的能量转化,意识到其发生存在一定规律和条件且均具有可控性[3].深入探索能量转化的本质,强化化学学科知识理解.

1.2.2教学活动流程

具体教学过程设计见表1.

表1 教学过程设计

1.3 初中化学项目式单元教学案例实施

1.3.1链接学习经验书写化学方程式

【教师】以“水”为“物质变化与能量转化”的研究对象,请同学们回想水电解实验,回答与其相关的实验现象并书写对应化学方程式.

(宏观现象活动内容)

【学生】通电条件下,电解器内的水正、负极区域均有大量气泡形成,分别检验正、负极区域产生的气体,将带火星的木棍靠近正极区域,木棍复燃,表示该区域产生的气体为氧气,将火柴靠近负极区域产生的气体,气体发生燃烧现象,在火焰上方放置干冷的烧杯,杯壁内产生白雾,表示该区域产生的气体为氢气.根据霍夫曼水电解器的U型管刻度可以看出,所产生氧气的体积约为氢气的1/2.

【设计意图】结合宏观与微观角度对物质的变化进行辨识和探析,通过定性、定量的分析才能了解物质的本质[4].

【教师】请同学们思考水分解的微观变化过程,并给出对应的示意图.

【学生】(分组讨论)得出水分子分解微观示意图如图1所示.

图1 水分子分解微观示意图

【教师】通过微观角度我们可以看到,水分子分解为氢、氧原子,2个原子可对应结合成1个分子.请同学们结合图1所示书写水分解微观变化的化学表达式.

【教师】该化学方程式是否完整?

【教师】请同学们思考“氢气在空气中燃烧形成水”的实验现象,并给出对应的示意图.

【学生】(分组讨论)得出氢气燃烧微观示意图如图2所示.

图2 氢气燃烧微观示意图

【教师】请同学们结合图2书写氢气燃烧微观变化的化学表达式.

1.3.2基于“物质变化与能量转化”的化学观念建构

【教师】请同学们结合“水电解”与“氢气燃烧”实验,仔细分析反应物和生成物变化过程中存在的物质变化与能量转化关系.

【学生】水可以在通电条件下转化为氢气和氧气;氢气和氧气可以在点燃的条件下转化为水.

【教师】在水电解实验中氢气被点燃时烧杯外壁有什么触感?这意味着什么呢?

【学生】烧杯外壁发热,表示存在散热现象.

【教师】已知化学变化中存在能量转化情况,同学们可否结合“水电解”与“氢气燃烧”实验对化学反应的能量转化关系进行总结归纳呢?

【学生】电能可转化成化学能,化学能也可转化成热能.

【设计意图】化学教学过程中,除了要观察物质之间存在的变化关系,还需注意能量之间的转化,但是学生常会在学习过程中忽略能量转化情况,需引起重视[5].

【师生】结合氧气的实验室制取原理深入研究“物质变化与能量转化”,在教师引导下学生展开分组讨论,并绘制化学反应中的物质变化与能量转化关系,得到结果如图3所示.

图3 过氧化氢、水、氧气的相互转化关系

【设计意图】“物质变化与能量转化”的化学观念建构过程中涉及了大量的物质及其变化,通过合理建构物质之间的联系能够令学生更好地对化学知识进行理解与掌握,通过绘制适宜的物质变化与能量转化概念图能够令零散的化学知识系统化,有利于化学知识的记忆和理解.

【教师】请同学们分析过氧化氢制取氧气实验过程中的微观变化,并写出对应化学方程式.

【学生】(分组讨论)得出过氧化氢分子分解微观微观变化过程(如图4所示).

图4 过氧化氢分子分解微观示意图

1.3.3基于计算分析的定量研究

【问题驱动】已知某质量为4 g的纯净物R完全燃烧后产生11 g二氧化碳及9 g水,请结合已知条件猜测该物质的化学反应式.

(教师引导、组织学生讨论.)

【学生】根据表达式进行推断,R中必然包括有碳、氢元素,可能存在氧元素;并且R内碳、氢元素的质量分别等同于二氧化碳、水中的碳、氢元素质量.

【教师】请同学们根据化学式计算R中碳、氢元素的质量.

【学生】m(C)=11 g×(12/44)×100%=3 g;m(H)=9 g×(2/18)×100%=1 g.

【教师】现在同学们能否根据计算数据推断出R中是否含有氧元素?

【学生】碳、氢元素的质量和为4 g,等同于R物质的质量,由此可得R物质中不存在氧元素.

【教师】设R的化学式为CxHy,首先需要确定x、y的最简个数比,然后结合化学式的相关计算推导R的化学式.

【学生】m(C)/m(H)=12x/1y=3;x/y=3×1/1×12=1/4,根据计算结果,得出R的化学式为CH4,可知R为甲烷.

【设计意图】通过计算练习令学生深入了解“物质变化与能量转化”在实际问题中的应用,培养学生的定量思维,奠定后续学习基础.

2 基于观念建构的教学设计思考

初中化学知识中涵盖了大量的概念性、理论性知识,整体较为零散,学生无法自主构建化学观念,所以需要通过项目式单元教学令知识系统化、逻辑化,引导学生建构化学观念.以教学目标为教学设计核心,多维度利用教学资源进行学科知识梳理,整体构建化学观念.通过设置有效的教学驱动性问题可以有效提升学生的思维高度,从而推动学生观念建构,提升其化学学科素养.

基于观念建构的初中化学项目式单元教学,能够令学生在较高级别的思维活动过程中强化对化学知识的理解及掌握.化学观念不是以结论的形式独立存在的,其是以化学知识为承载,常隐藏在课程知识体系中,并随着知识层次的提升而不断深化.教师应在教学设计中引导学生思考、认识物质变化和能量转化的关系、本质与规律,在实际教学过程中渗透培养学生的化学观念建构,提升其思维水平,满足新课标要求.