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基于化学实验数据探究化学方程式的意义及书写邬非凡

发表时间：2020/12/29 来源：《教学与研究》2020年12月下作者：邬非凡

[导读] 根据《上海市中学化学课程标准》中的课程定位，通过对“化学问题”的科学探究活动，帮助中学生了解科学、科学的过程以及科学、技术与社会的联系，提高科学技术素养。

上海市教育学会宝山实验学校邬非凡 200439

           一、背景与定位
           根据《上海市中学化学课程标准》中的课程定位，通过对“化学问题”的科学探究活动帮助中学生了解科学、科学的过程以及科学、技术与社会的联系，提高科学技术素养。
           化学变化是化学学科研究的核心内容，物质在发生化学变化时遵循质量守恒定律，而质量守恒定律是自然界的普遍规律之一，因此，质量守恒定律是初中化学的核心素养之一，宏观与微观的联系是化学不同于其他学科最特征的思维方式，所以“宏微结合”也是初中化学的核心素养之一。而化学反应方程式的书写必须遵守质量守恒定律的微观守恒，后续的计算也需要用到质量守恒定律的宏观守恒，所以方程式的书写是质量守恒的体现和基础。
            二、现象与问题
            质量守恒定律教学安排在化学反应方程式的书写之前，用实验来验证质量守恒定律的宏观体现。我以往的教学方式中，反应方程式意义的教授，以电解水反应的微观实质作为引入，结合质量守恒定律，练习书写方程式，从方程式中解读4个意义。发现学生不理解方程式的真实用途，对方程式更多的是背诵。在后面方程式的计算中，往往是为了计算而计算。
             三、改进行动
            质量守恒定律实验，在实际操作中，很难实现。如镁带燃烧因为氧化镁变成气体损失，所以燃烧后的氧化镁的质量并不会明显增加；再比如铜丝加热，由于各种原因，导致质量增重不明显或者基本不变。
           基于我校坚持在课堂中秉承“问题化课堂”，本课我引用学生实验的真实数据，让学生提问，我引导学生形成问题系统，并提供合适的学习支架。让学生更好地理解方程式的应用，为化学反应方程式书写、计算做好充分的理论准备。
            四、课堂实录
            实验一：反应后总质量等于硫酸铜与氢氧化钠质量之和，与学生得到的数据一致。
            实验二：反应后总质量应该小于鸡蛋和醋的总质量，与学生一致。
             实验三：反应后总质量应该大于铜丝的质量，与大部分学生得到的数据不一致，大部分学生得到的数据反应后总质量等于反应前铜丝质量。只有一组质量增重0.1g。

            学生基于对质量守恒定律的理解，改进实验三，并反复测试。
             实验三改进
              ①将铜丝剪成小段，充分加热等于反应前铜丝质量
          ②改用不同铜丝进行实验等于反应前铜丝质量
          实验结果仍然与第一次一样，反应前后固体质量没有增大，只有一组增加0.1g。据分析可能是①电子秤的灵敏度不够；②生成的黑色物质包裹在铜丝表面，阻止反应进行。
         根据铜丝加热“质量增加0.1g”的实验数据，为切入点。让学生思考参与反应的氧气是否是0.1g，同时提供给学生支架。
          学习资料
         ①化学方程式不仅表示参加化学反应的物质以及它们发生反应后的生成物，也能表示反应物和生成物之间量（质量或者物质的量）的关系。
         ②举例：
           表示：每7g一氧化碳气体跟4g氧气在点燃的条件下，生成11g二氧化碳气体。
           在问题化的课堂内，学生进行提问并进行问题系统的整理。
           学生的提问：
          化学方程式中要体现实验中哪些内容？如何书写？
           如何从化学方程式中体现质量守恒定律？
           如何运用化学方程式计算实验理论值？

             学生上黑板书写：
           学生追问：不符合质量守恒定律怎么办？
            教师追问：为何认为不符合质量守恒定律？
            学生回答：左边一个氧分子中有两个氧原子，右边氧化铜分子中只有一个氧原子，不符合质量守恒的微观守恒。
            教师回答：我们可以通过对化学方程式进行“配平”。
            教师提问：好的这个反应方程式完成了，那么请问如何计算氧化铜的理论值呢？
           学生思考、教师引导：之前我们已经学过计算质量比，不需要运用真实质量，可以运用什么呢？
           学生回答：相对原子质量！
           学生活动：
            计算并回答：128g铜丝和32g氧气加热应该生成160g氧化铜
             教师提问：反应物与生成物之间质量的比列关系是128：32：160，也就是4:1:5。那么按照顾这组所取的铜丝的质量，理论上应该实验后得到固体的质量可以得到了吗？
           学生活动：计算并得到，理论值是3.75g与实验值3.1g差0.65g。
           教师提问：那么反应方程式、除了宏观表示，物质之间的反应以及质量之间的比值关系之外，从微观角度还能表达哪些信息？
           学生：铜原子：氧分子：氧化铜分子的个数比是2：1：2
            教师追问：微粒个数比与物质的量之间的比值有和关系？
          学生：铜：氧气：氧化铜之间物质的量之比也是2：1：2
            教师：我们从方程式中不但得到宏观意义，还能得到微粒个数比与物质的量之比的关系，一共四个主要意义。那么方程式的这些功能，在我们的生活生产中，有怎样的作用呢？
          学生：在工厂的生产中，根据要的产品的质量，计算反应物的质量，不浪费
       教师：非常棒！那老师留一个问题给大家，下周我们就要开始研究氧气了，首先要先制取氧气，老师一共需要64g氧气，请大家根据书53页上的实验，帮老师计算一下，需要准备药品各多少克？
        …………
       五、成效与反思
       原本质量守恒定律实验的失败，让学生也很困惑。然而基于学科特质、基于学科核心任务、基于“问题化学习的实施方式，以一个真实的问题出发，知道化学方程式的真实用途，学生对于方程式的理解不但更深刻，而且更自发主动去寻求方程式书写的方法，在真实的情境中激发学生对于化学中相对枯燥的方程式的学习欲望，并结合本节课的内容知道化学在生活生产中的运用，从而提高学生的科学素养。
        反思，整堂课欠缺对实验允许误差的讲解，对于方程式的书写练习时间比较紧凑。