主题情境统领单元复习——以“物质的化学变化”为例

王庆元 北京市通州区教师研修中心

付 晖 北京市通州区永乐店中学

“物质的化学变化”单元的复习重点是学生可以从多角度认识化学变化，这里的多角度主要包含能够从化学变化的特征、化学反应的类型、化学反应中的质量守恒与能量变化、化学反应的表示方法等多个化学视角，认识物质的性质、转化，并能够确定物质组成等。

传统的复习课多采取“知识梳理—练习讲解—巩固提升”的模式进行，学生学习兴趣不高，学习效果也一般。完备的知识应来自真实的教学情境，所以本节课教学围绕“火箭燃料燃烧提供能量”这一真实情境展开，对物质的化学变化学习主题阶段性复习进行探索与尝试。

一、知识内容分析

本节课是在学生对燃烧已有一定认识的基础上展开的，通过对不同燃料的分析，使学生能够从变化类型、物质角度、微粒角度、定量关系、能量转化、变化条件、反应现象、反应的应用、对反应的调控等多角度再次认识物质的燃烧。通过对燃烧反应的分析建立认知模型，使学生能够将此模型应用于其他化学变化。

“物质的化学变化”主题下所涉及的主要内容如图1。

图1 “物质的化学变化”主题主要知识内容及其关系

在课程实施环节，围绕“长征系列火箭燃料”创设一条情境线，通过情境引发问题，针对问题引导学生开展讨论与思考；通过讨论活动引领学生产生新的认知，从不同角度加深学生对化学变化的认识和理解。

二、学情分析

学生已经能够根据是否有新物质产生对“物质的变化”进行分类，可以用文字和符号等形式表示物质的变化过程；通过对可燃物燃烧条件的学习，知道可燃物燃烧需要满足一定条件，同时学生也知道可以通过改变氧气浓度、物质接触面积等条件实现对反应的调控；通过对吸热反应和放热反应的学习，学生了解到化学变化的过程会伴随能量转化，在生产生活中可以对反应产生的能量加以利用；通过对质量守恒定律的学习，学生能够从定量角度对化学反应进行分析和简单计算。

学生对于化学变化的认识是零散的、不成体系的。例如，学生刚刚完成对“质量守恒定律”一章内容的学习，学生虽然能够有意识地从质量角度分析化学反应，但更多关注的是物质种类的变化以及被消耗的反应物与生成物质量间的等量关系，而忽略在变化过程中原子种类及数目、元素种类保持不变等特性。

三、教学目标与复习思路

（一）教学目标

1.通过对液氢、液氧反应的分析，使学生意识到对燃烧反应的认识可以有多种角度；

2.通过对多种火箭燃料的介绍，使学生知道可以通过调控实现操控反应、改变其释放的能量的目的；

3.通过从多角度对燃烧反应的认识，形成对化学变化的认知模型。

（二）复习思路

在教学过程中，通过对液氢、液氧燃烧反应的讨论，使学生意识到对于该化学反应的认识可包含方程式、守恒关系、物质的变化、反应条件、实验现象、反应中的能量变化等方面。

在初步形成认知模型后，继续分析煤油、液氧和偏二甲肼、四氧化二氮这两组组合如何能够使反应产生的能量最大化，意识到可以通过改变可燃物或助燃物种类、改变物质间的接触面积、改变反应物的质量比等形式对反应进行调控，体会调控化学反应的重要意义。学生可以对上述认知模型进行补充与完善，从而形成对化学变化的完整认知体系。（具体环节设置见表1）

表1 “物质的化学变化”复习课的环节设置

四、教学实践

（一）重难点分析

1.教学重点：引导学生从化学变化中尽可能多的获得信息，从而意识到对化学变化的认识可以是多角度的。

2.教学难点：形成多角度认识化学变化的认知模型。

（二）教学过程

师：我们已经学习了很多化学变化，其中燃烧是一类特殊的反应，对燃烧的研究和应用伴随着人类文明的发展。当今社会的发展更是离不开燃烧，比如利用燃烧释放的能量将火箭送入太空，去探索地球以外的领域。

说到火箭发射，就不能不提我国自主研发的长征系列，长征五号火箭就是利用液氢液氧燃烧获得能量。让我们一起再次回顾长征五号火箭升空这一激动人心的时刻吧。

（学生观看长征五号火箭升空视频，感受燃烧对人类生活与进步的影响，并意识到燃烧的重要性。）

【活动1】请在纸条上写出液氢燃烧的化学方程式，并从多角度描述燃烧的特点。

生：液氢燃烧是化学变化，属于化合反应。

生：该反应能够体现反应过程的反应物、生成物和反应条件。

生：该反应能够体现质量守恒定律的内容，比如反应过程中元素种类、原子种类、原子数目不变。

生：该反应能够体现各物质间的质量关系。

生：该反应是燃烧反应，伴随发光、放热的现象。

师：我们对于反应的认识要“有序”，可从类型、物质、元素、微粒的种类和质量、反应条件、能量变化和反应的应用等角度来认识反应。并不是所有的火箭都使用液氢、液氧为发动机推进剂。这个组合有很多的优势，但也存在一定劣势。

【阅读任务1】请你通过阅读资料，找到液氢、液氧做燃料的劣势。

生：阅读资料后进行总结——液氢易蒸发，存储难度较大，在技术方面要求比较高。

师：因为液氢密度小，不同燃料在等质量情况下，液氢占的体积就比较大，故此长征五号火箭还有了一个名字叫“胖五”。

（学生观看长征五号火箭与长征七号火箭的对比图，感受它们的区别。）

师：有的火箭也会选择煤油与液氧这样的燃料组合，比如长征七号运载火箭。煤油的成分比液氢复杂，又称火油、火水，是对石油分馏后获得的含碳、氢元素的混合物，露营用的煤油灯里烧的就是煤油。

【阅读任务2】通过阅读资料，找到利用煤油做燃料的优势和劣势。

学生阅读资料后进行总结——

优势：价格适中，无毒无污染，环保绿色，且煤油沸点高，易储存，不易泄漏，技术要求不高。

劣势：液氧沸点较低，不易储存；比冲低于液氢。

【活动2】请根据煤油的组成元素，推测它燃烧之后的产物，并写出该过程的文字表达式。

（学生小组合作完成并进行展示说明。）

师：因为煤油含碳元素，如果煤油不完全燃烧，发动机会出现积碳的现象。如何调控，促进煤油的燃烧，使反应更加充分呢？说说你的思路与具体做法。

生：可通过增大物质间的接触面积或增加氧气浓度来促进煤油的充分燃烧，如雾化、喷淋、提高氧气的量等。

师：我们也可通过改变可燃物或助燃物的种类实现对燃烧反应的调控。

在长征三号火箭的发射照片上可以看到，在火箭升空的瞬间会有大量很重的红棕色烟雾出现，因为这款火箭的推进剂是偏二甲肼和四氧化二氮。

【阅读任务3】通过阅读资料，找到利用偏二甲肼与四氧化二氮做燃料的优势和劣势。

学生阅读资料后进行总结——

优势：沸点较高，燃料不易泄露，在常温下便于储存运输，价格较为便宜。

劣势：有剧毒，不环保，腐蚀性极强。

师：偏二甲肼与四氧化二氮做推进剂的其中一个优点就是不需要点火装置，两种物质接触即会发生燃烧反应并释放热量。

【活动3】补全图2偏二甲肼和四氧化二氮反应的微观示意图。写出该反应的化学方程式，说说你对燃烧又有了什么新的认识。

图2 偏二甲肼和四氧化二氮反应的微观示意图

生：依据反应前后原子种类、个数不变，在反应后微观示意图中画出3 个氧分子。结合反应微观图完成化学方程式书写。

生：燃烧不一定需要有氧气参加，其他有助燃性的物质也可替代氧气发挥作用。

生：燃烧也不一定要有点燃的条件，可燃物着火点低于室温时，不需要点燃可燃物就能燃烧。

师：同学们已经掌握了定性和定量相结合、宏观与微观相结合的角度认识化学变化。

生：补充完善板书设计，如图3。

图3 板书设计

五、教学反思

（一）注重情境创设

情境的创设有助于激发学生的学习兴趣，更重要的是可以引出真实问题，引导学生不断进行探索。“火箭燃料选择”这一情境的意义体现在以下三个方面：第一，情境有效承载“认识化学变化”这一核心知识；第二，情境具有较强的逻辑性，由学生已知的氢气在氧气中燃烧入手，在对已知反应进行分析后，通过改变可燃物、改变助燃物、改变反应条件、改变物质的接触面积等条件，实现对反应的调控；第三，情境具有很好的育人价值，让学生在学习化学知识的同时，增强民族自豪感与自信心，且在无声中逐步渗透爱国情怀，发挥育人功能。

（二）尝试多角度认识化学变化

任何问题都可以从多方面、多角度进行分析，化学反应也不例外。学生对于问题的分析多局限于当下所学知识，而经常忽略问题间的联系。通过方程式你能获得哪些信息？对于燃烧反应你又有了哪些新的认识？这些问题旨在引导学生从多角度对反应进行分析，不能只局限在当前所学质量守恒定律的内容，要将之前所学变化类型、反应类型、方程式含义、反应现象等内容进行联系，从而形成认识化学反应的一般思路与模式。

（三）形成结构化认识

通过对真实问题的分析，使学生能够利用宏观、微粒、符号等多重含义表征化学变化，也使学生可以有意识地从多角度对化学反应进行调控，从而初步形成利用化学反应解决物质制备和检验等实际问题的思路，理解化学反应的应用价值与合理调控，在学生头脑中构建起结构化认识。新授课是将知识逐步拆解，将复杂问题简单化，这有助于学生的理解和掌握；而复习课则要将学生头脑中细碎的零散知识聚拢化，使学生形成系统认知。本节课三个主要环节的设计，层层深入，有助于学生在头脑中形成有关认识燃烧反应的知识网络，并逐步拓展，进而成为认识化学反应的思维模型。在潜移默化中训练学生的科学思维，培养学生的科学素养，使学生真正成为学习的主人。