思维建模在初中化学教学中的实践研究

一、教学主题内容

“常见气体的实验室制取”是人教版义务教育九年级化学课程中的重要内容，在新课程标准中同属于“科学探究与化学实验”和“物质性质与应用”这两个主题。涉及到化学科学本质、实验探究、化学实验探究的思路与方法、科学探究的态度等核心内容。学生通过学习实验室制取气体的一般思路方法，能够初步形成化学实验探究的思路与方法，了解围绕实验目的确定实验原理、选择实验仪器、组装实验装置、设计实验步骤、实验并完成实验记录的过程。学习不同类型化学实验探究活动的一般思路与基本方法。

二、基于学业质量的教学目标

1.能够独立设计并进行基本实验制备及验证氧气和二氧化碳的存在。

2.具备选择合适实验药品与仪器的能力，根据预设的实验计划，圆满达成必要的实验任务，并且准确地记录实验现象；能够阐释实验思路与技巧，评估实验操作的科学性与逻辑性，展现出一丝不苟、积极求证的科学精神。

3.借助在基础实验中获得的探究策略与技能，融合关于物质构成与转化的知识，应对实际情境下简单的实验挑战，进行有效的分析与解答。

4.能通过小组合作探索实验，体现创新思维和面对难题不退缩的坚韧品质。

三、教材内容分析

本部分内容在人教版化学九年级上册，第二和第六单元。第二单元着重讲解了氧气实验室制备的基础理论、操作流程及安全注意事项。而第六单元首先阐述了二氧化碳的实验室制备原理，随后引导学生探讨制备二氧化碳装置的选择、检验及收集二氧化碳的方法，最终通过这些具体内容，提炼出实验室制备气体思路与方法。

四、学生学情

在学习第二单元《实验室制取氧气》时，鉴于学生化学知识尚处于初级阶段，教材直接提供了制氧气所需药品和装置，着重讲解利用高锰酸钾制氧气的基本过程和其关键步骤及注意事项。到第六单元《二氧化碳实验室制取研究》时，学生已牢固掌握元素观、变化观、守恒观等核心化学观念，熟悉化学实验基本原则与常用仪器使用，能够熟练操作基础实验，并对实验探究流程有一定了解，具备一定自主探究能力，但尚未系统建立气体制备的思路方法。因此，本教学旨在深化学生既有知识框架，侧重培养科学探究思维，通过实践与探究活动，构建简易模型，促进学生将理论知识灵活应用于解决实际问题中，从而逐步形成完善的气体制备思路。

五、基于学业要求的教学过程设计

设计富含启发性的探究课题，引领学生亲历完整的探究历程，强化科学逻辑在实践中的运用，依托实验探究与动手操作，深化化学理论认识，加深对化学学科及探究本质的领悟，提升学生的科研探索力与创新思维。努力营造有利环境，确保高质量完成基础实验，充分发挥必做实验的教学功能及育人价值。

六、初中化学常见气体制取的思维建模过程

1.实验室制取二氧化碳的药品选择

【教师】 引导学生观察实验室制取氧气的三种药品：KMnO4、KClO3、H2O2的组成，寻找它们组成上的共同点，归纳总结实验室制取气体选择药品的思路方法。

【学生】分析反应药品发现它们均含有氧元素，分解才能制取氧气，从而进一步理解质量守恒定律中化学反应过程元素种类不变的学科观念。

【教师】在实验室选取制备二氧化碳的试剂时，应注意哪些要点？回顾所学，哪些化学反应能够产生二氧化碳？这些反应是否都适合作为实验室制二氧化碳？

【学生】从学过的反应中找出能生成二氧化碳的化学反应，分析后得出反应物必须有碳元素和氧元素，列举出一些生成二氧化碳的反应并从反应条件、制取气体的速度、制得气体的纯度等方面，讨论能否用于实验室制取二氧化碳气体。

【教师】根据质量守恒定律分析石灰石或大理石（主要成分是碳酸钙）与稀盐酸或石灰石或大理石与稀硫酸反应能生成二氧化碳，是否可以用于实验室制取二氧化碳？请同学们通过实验探究，观察实验现象、讨论后回答。

【学生】进行实验探究，讨论并填写下表。

【设计意图】复习实验室制取氧气的药品，讨论并构建实验室制取气体药品的选择思维模型：是反应物必须有相应元素，且反应物价廉易得，反应速度适中持续易于收集，制取气体较纯净。

2.实验室制取二氧化碳装置的选择

（1）发生装置选择

【学生】发生装置是由反应物的状态和反应条件决定。制取常见气体的发生装置的类型及适应范围，大概如下几种：

【设计意图】复习实验室制取氧气的发生装置，选择实验室制取二氧化碳的发生装置，构建根据反应物状态和反应条件选择实验室制取气体发生装置的思维模型。

（2） 收集装置选择

【教师】实验室制氧气的收集方法有哪些？分别根据什么氧气的什么性质？

【学生】根据气体的密度和水溶液性及气体是否与水或空气中的成分反应，总结出常见气体的收集装置的模型。

【设计意图】回顾氧气实验室制备的收集装置，学习选择二氧化碳的收集装置，构建选择实验室制取气体收集装置思维模型。

【教师】选择课本所给的仪器组装制取二氧化碳的装置。设计可拖动实验仪器动画组装激发学生兴趣。

【学生】讨论并派代表组装。

【教师】展示学生组装制取二氧化碳的装置。

【学生】讨论各装置的优点和使用注意事项。

【教师】请同学们讨论并完成实验室制取如下两种气体的发生装置和收集装置。

【学生】学生讨论并完成练习

【设计意图】应用新建的模型来解决问题，巩固所学内容并迁移应用知识解决新问题

3.实验室制取二氧化碳步骤的选择

【教师】回顾实验室用高锰酸钾制取氧气步骤，制二氧化碳的步骤应该怎样？请构建实验室制气体的步骤思维模型。

【学生】制取二氧化碳气体的步骤为：检查装置气密性，装置固体药品，固定装置，加液药品，收集，验满，检验。

【学生】建立制取气体步骤的思维模型是，检查气密性—装固体药品—固定装置—（装置液体药品）-加热（不需要的直接下一步）—（除杂）—收集—验满—检验—尾气处理（由于学生新课学习知识局限性除杂和尾气处理放到学完酸、碱、盐再详细探究）。

4.二氧化碳气体验满和检验方法选择

【教师】氧气的验满和检验方法是？根据什么原理？怎样验满和检验二氧化碳，构建气体验满和检验的思维模型。

【学生】因为氧气有助燃性的化学特性，用带火星的木条来验满和检验。二氧化碳不支持燃烧也不能燃烧的化学性质，用燃着木条验满二氧化碳。二氧化碳和氮气均不助燃，验证二氧化碳利用其使澄清石灰水浑浊的特性。将气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑即表明该气体为二氧化碳。

【学生】构建气体的验满的思维模型是利用该气体的化学性质，气体的检验方法是利用该气体的化学性质特性。

5.师生总结实验室制取气体的思维模型

【教师】请同学们用所给药品和仪器，制取一瓶二氧化碳并验满和检验。

【学生】分组完成实验，体验实验探究的方法和乐趣。

责任编辑 徐国坚