基于生活化学实验的学科观念启蒙

基于生活化学实验的学科观念启蒙

一、教学设计思路分析本节内容选自沪科版九年级化学（上册）第一章第二节，既是化学学习的入门课，又是九年级学生接触化学变化的开端。学生在小学阶段学习了科学科目，并在八年级开始学习物理，已经具备了一定的自然科学常识。之前的第一节学习中学生已经初步了解了化学在生产生活中的应用，但并未提出明确的化学概念。本课时作为系统认识化学学科的开端，直接提出了化学的研究对象，主要引领学生初步系统地认识化学。因此在本节课的讲授过程中，将充分利用学生的已有经验，以生活情境和实验现象为载体，并联系物理概念进行多维类比引导学生学习新知。由于本部分内容缺乏具体性和生动性，内容相对单一，但又要达到理解运用的要求，所以对教师具有一定挑战性。因此本节课打破原有教材常规内容，以实验导入，联系前概念和已有生活经验开展问题解决。再用一盒泡腾片的探究带领一组实验贯穿大半课堂，并强调学生动手参与，鼓励自主探究。其中教师以引导者的角色对学生进行及时的指导与反馈，实验素材选用的标准为易操作、现象明显，且仪器和药品的选用多体现生活气息。最后回归教材，用蜡烛燃烧进行知识总结。整堂课采用由表及里、由浅入深的渐进式教学方法，从外在表现到内在特质，从“化学变化”到“化学性质”，从简单的生活化趣味实验逐渐过渡到要求较高的自主探究实验。二、教学设计方案（1）教学重难点重点：化学变化与物理变化的本质区别。难点：化学变化和物理变化的辨别比较，化学性质和物理性质的概念。（2）教学方法讲授法、演示法、实验法。（3）教学过程实录【新课导入】拿出两杯无色透明液体，告知学生分别是酒精和水，让学生发散思维分辨出它们，并鼓励学生验证提出的方案。表1是最后得到的预设方案。教师（过渡）：在刚才的活动中，同学们用自己的智慧实践了很多方案，也感受了多种多样的变化，比如本来澄清的液体竟然被点着了。而化学正是一门研究物质性质和变化的学科。【知识点教学】教师：（多媒体）展示多幅物质变化的图片（如木条被折断，木材燃烧，铁矿石的粉碎和炼成钢铁，食物腐败，酒精挥发和燃烧等），引导学生展开想象，将图片分类。教师（引导）：同学们的分类方法都存在合理性。但是同学们有没有发现素材中有些变化是有新物质生成的，而有些变化则没有？例如，木条被折断，只是木条形状上发生了变化而没有生成新的物质。而食物发生腐败后，会散发出难闻的气味，说明有一种有异味的气体产生。这就是今天要一起学习的物质变化的分类方式——物理变化和化学变化。教师：物理变化特点是没有新物质生成；化学变化的特点是有新物质的生成。从化学和物理变化的特点中，同学们发现两种变化中二者最大的区别是什么？教师：将全班分为两大组，分别找出上述多媒体图片中发生化学变化和物理变化的图片，并说明变化过程。（学生分组作答）教师（过渡）：生活中每时每刻都在发生各种变化。如何辨别它是物理变化还是化学变化呢？本节课，小科学家们就亲自来探究一下化学变化中“新物质”的表现形式。【实验活动1】教师：大家吃过泡腾片么？教师：老师带了一管泡腾片（随即拿出准备好的市售VC泡腾片）。让我们取一片放到水里，告诉我，你们看到了什么。学生：泡腾片周围出现了很多气泡。教师：那么泡腾片放入水中发生了化学变化吗？请说出你的理由。学生：发生了。因为有气泡产生了！这是原来没有的新物质。教师：一定吗？我们知道药片的粉末中间存在很多细小的空隙，其中躲藏着很多空气，当水进入空隙时也会“逼”出很多气泡哦。如何证明是发生化学变化产生的气泡还是药片中空隙中的气泡呢？学生：泡腾片产生的气泡多。教师：这个思路很好。如果拿一个同样大小的其他药片放入水中作为参照，比较它跟泡腾片放入水中时气泡产生的多少，是不是就可以更加有力的证明你的猜想了呢？（教师拿出准备好的大小相近的止痛片和一片泡腾片，同时将其分别放入两杯水中，让学生观察现象。）教师：经过对比，我们知道VC泡腾片在水中确实产生了新的物质——一种气体，所以产生气体也是化学变化的一个重要特征。生活中还有哪些产生气泡的例子？学生：可乐打开时，会有气泡冒出来。教师：很好！别看现象简单，里面学问大。可乐打开产生气泡的过程，不仅有化学变化还有物理变化。关于可乐中的气泡是如何产生的，在以后的学习中我会给大家答案。但是不是所有能产生气体的都是化学变化呢？学生：不是。烧水时，会产生很多水蒸气，水蒸气只是液态水蒸发的结果。因为没有新物质生成，所以不是化学变化。教师：回答得很好！状态的改变可能为我们判断化学变化带来干扰，我们得分辨这种气体是不是新产生的物质。既然泡腾片遇到水会发生变化，那么在存储的时候一定要注意防潮。你们有什么除湿的好方案吗？学生：像旺旺雪饼一样，放个干燥剂在里面吧！教师：很好！泡腾片的储存正是利用同时放置干燥剂的方法防止药片变质失效的。你们知道干燥剂为什么会吸水吗？它在遇到水的时候都发生了什么？下面我们就来研究一下这盒子里的干燥剂。【实验活动2】先取出包装盒内的干燥剂包（主要成分为生石灰），将适量水倒入盛有干燥剂粉末的试管中。（实验前后，走到同学中让学生触摸杯壁，感受温度变化）教师：同学们发现试管壁的温度发生了什么变化呢？教师：我只是在干燥剂里放了一些蒸馏水，怎么会发热的呢？这股热量是从何而来的呢？教师：原来干燥剂在试管里并没有变热，加了蒸馏水后却热了起来，那么这股热量一定是由于水和干燥剂之间发生了变化，产生了新的物质而伴随产生的。（学生恍然大悟）教师：干燥剂中其实蕴藏着能量，在遇到水之后发生化学变化将原有的能量以热量的方式释放了出来。【实验活动3】教师：（取部分实验活动2中的干燥剂上层清液，让学生通过吸管，向清液中吹气）大家看到干燥剂清液发生了怎样的变化？教师：为什么会变浑浊？教师：如何证明它是新的物质呢？教师：只要是新物质必然有新的特征。原本的石灰水是澄清透明的而现在出现了沉淀。只要我们稍微辨别一下这种沉淀物质，是不是就可以证实我们的猜想了呢？学生：这种沉淀不溶于水。教师：非常好！请这位同学演示给大家看。（用倾析法得到静置后的固体沉淀）学生：（在沉淀中再加入蒸馏水，发现沉淀不溶解）。教师：我们已经证明了当我们呼出的二氧化碳与澄清石灰水发生了化学变化，产生了不溶于水的沉淀，同时沉淀也是判断溶液中发生化学变化的重要依据。在大家日后的学习过程中，二氧化碳与澄清石灰水反应变浑浊将成为重要的鉴别二氧化碳的实验。不过你认为生活中所有浑浊的现象都是因为发生了化学变化吗？学生：泥浆水应该不是。教师：泥浆水是一个典型例子。泥水之所以会形成沉淀是泥中的沙石由于重力的作用沉降下来，沙石还在里面没有发生什么变化，所以并没有新物质生成。【实验活动4】教师：研究完了干燥剂，不知道大家还记不记得刚刚那个干燥剂遇水发热后温暖的试管。能量的表现形式其实还有很多，下面我们来感受另一种能量的表现形式。（拿出节日时燃放的小烟火，请一位同学上台点燃）教师：烟火发生了什么变化？学生：烟火发光，还听到嘶嘶声。教师：小烟火的燃烧过程发生了化学变化吗？教师（追问）：你如何证明呢？（举起燃烧后烟火的残骸，引导学生观察燃烧后的烟火）学生：烟火燃烧后变黑了。教师：很好！烟火在燃烧后产生了黑色的新物质，所以可以说烟火在燃烧时发生了化学变化。生活中还有很多能够燃烧的物质。你能举出几例吗？教师：很好。蜡烛、火柴、纸、木头等这些东西在燃烧后都会产生一些黑色新物质。大家对燃烧现象印象最为深刻的莫过于火了吧？火是光能和热能的综合表现形式，从能量的角度看，就是将原本储存在物质中的能量通过转化以新的形式释放出来。那么，请同学们想一想是不是所有发光发热的变化都是化学变化呢？学生：白炽灯是通电使灯丝发光的，不属于化学变化吧？教师：的确不是！白炽灯是把电能转化成光能，在停止通电后灯泡中的灯丝并没有发生变化，产生新的物质，是物理变化。请问化学变化中把物质中蕴藏的能量转化光和热的过程是可以逆转的吗？即光能或热能能够转化为化学能吗？学生：……教师：转化过程是可逆的。植物的光合作用就是将太阳光能转化为植物内部的能量，而我们平时用的干电池就是将化学能转化为电能很好的例子。许多事实表明，化学变化都伴随着能量的吸收及释放。【实验活动5】教师：（事先在一张白纸上用酚酞试剂写上“Chemistry！”晾干后放在信封里，再将干燥剂与水反应产生的石灰水装在喷壶中，加水稀释）今天我收到英语老师的一封“密信”，可是上面什么字都没有。各位同学能帮我解开谜团吗？学生（纷纷抢答）：用碘酒、用火烧……（提出多种方案）教师：大家的知识面很广，其实刚才我们做实验的干燥剂溶液也能帮我们找到答案。哪两位同学来帮忙解开这个谜团？（一位同学用手举着白纸，另一位用喷壶将液体均匀地喷洒在白纸上，纸面出现了红色的字）教师：变色了！刚才的白纸上显现出红色，能否说明有新物质产生？学生：可以。这一定是化学变化！教师：相信这是英语老师送给我和大家的寄语！Chemistry！化学的学习就是不断探索和尝试的过程。然而颜色的变化不能说明一定发生了化学变化，例如光线的投射使白墙变色、颜料的涂抹使白纸变色，都是物理变化。【过渡小结】教师：经过一系列有趣的实验，我们发现在化学反应中，会呈现发光、发热、生成沉淀、放出气体、变色等现象，也通过实例了解到有这些表现形式的不一定就是化学变化。要想准确判断物质变化，最根本的要看什么？学生：是否有新物质生成。教师：很好！当判断变化类型时，大家通常利用了物质的性质。就好像你在选择穿什么、吃什么时其实都是在根据物品的特征或者性质决定。比如你在选择穿衣服时，可能会根据衣服的颜色、款式或者干净程度、舒适程度来做决定。科学家为了某种目的选择物质也取决于物质的性质——物质在变化中都会表现出各种各样的性质——换句话说就是物质的能力。其中不需要化学变化就能表现出来的叫做物理性质，如物质的颜色、状态、熔点、沸点、硬度、气味等。这里有两层含义：一是不需要变化就表现出来的性质，二是物理变化过程中表现出来的性质。而物质在化学变化中体现出来的性质叫做化学性质，例如前面我们看到的干燥剂与水能够反应放热、二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊等。（提供必要材料，引导学生自主探究，观察并记录物质的物理变化、化学变化以及其中性质表现。）【自主探究】准备材料：1根蜡烛、小刀、半烧杯水、1包火柴、1块白瓷板、1片表面皿、1片玻璃片。活动单位：学习小组。教师：（带领学生一起观察点燃前蜡烛的物理性质，包括颜色、气味、状态、软硬度等，并及时记录在表格里）强调实验安全，提醒做好防护措施。（学生将蜡烛点燃，利用提供的材料，小组内观察蜡烛点燃时发生的现象，并完成表2。）教师：需要强调的是化学变化和化学性质的联系。在叙述物质的性质时，往往包含以下字眼，例如能、会、可以、易、难等。每种物质都具有自己的一些性质，这如同每个人都有自己独特的指纹一样。根据物质的性质差异，我们可以将不同物质进行鉴别。例如本节课一开始对于酒精和水的鉴别，大家能在课后总结一下其中涉及哪些物理和化学性质吗？【小结】通过这节课的学习，我们知道物质的变化虽然有千万种，但究其本质而言只有两种——物理变化和化学变化，另外我们还学习了物理性质和化学性质。学习性质可以让我们了解物质并将它们应用于生活，而理解性质则需要从物质的组成和结构角度进行探索和研究，这些是我们日后要关注的关键问题。【课后练习与思考】（1）回家与家长一起在家里找找化学变化的例子，并将它们记录下来，针对其中一个案例展开生动的描述（介绍什么物质反应，可能生成什么物质，以及该反应有什么用），下节课向大家汇报，争取交流中有所获得。（2）切开的苹果不一会儿就会变成褐色。这是物理变化还是化学变化？为什么？[1]三、教学反思（1）本节课的素材筹备“用教材教，而不是教教材”。我们教学设计依托于沪科版教材，但实践在人教版地区，同样适用、好用，与后续内容相互配合，打破了一直以来由教材版本造成的体系差异。我们还改变了教材上不好做、不便做的实验，调整了教材上原有蜡烛实验的出现位置和功能，补充了大量利用生活素材完成的趣味实验、简易实验。设计过程中参考了一些优秀的国外教材，例如《科学探索者·化学反应》、《科学启蒙·物质科学》。将国外教材中的语言、实验、呈现方式、评价方式在教学设计中应用起来，加强课堂教学的思考和探究，是开展比较教育研究最终落实的形式之一。例如《科学探索者·化学反应》中对化学变化的五种常见现象分别以图片和实验呈现，正好与沪科版所强调的内容相配合，所以我们也采取了这种形式[2]。（2）教学线索教学设计通常伴随着贯穿始终的线索。我们尝试了这样的设计思路：化学变化与物理变化的区别作为本课时教学重点，其设计内容存在分散性。为了将原本分散的要点串联，保证课堂教学顺畅连贯，我们利用一盒泡腾片将本节课多个实验活动串联起来。首先利用包装中的泡腾片遇水放出气体探讨出放气的现象，再利用泡腾片遇水变质引出干燥剂的作用进而研究干燥剂，并利用干燥剂完成了化学变化放热以及生成沉淀等特征的教学，联系干燥剂遇水放热的现象组织实验总结出了发光的表现形式，并将这两种形式总结为能量的变化，接着用富有趣味性的“无字天书”实验总结出颜色变化的特征。而最后对于蜡烛燃烧分析，是一个综合了物理变化和化学变化、体现了不同物理性质和化学性质的实验案例，既可以为前面五个小实验的知识作总结，又与一开始的酒精和水的辨别实验遥相呼应，体现思考的递进和知识的应用，还烘托了沪科版教材强调的“观察”方法，全面、科学的方法在化学学习过程中得以逐步体现。（3）教学预设和试验反馈九年级学生以感性认识为习惯，在没有全面接触化学学科内容时，不能综合应用学科知识解决深度问题，所以作为化学启蒙课，需要增强课堂互动性和实验趣味性，充分激发大家学习兴趣。变化是化学的本质，是化学学科的重要特点之一。化学变化贯穿整个化学学科的学习，化学变化的描述也是整个中学阶段化学知识学习的重点和难点，因此在这节启蒙课上特别加强学生对化学变化的观察和描述，是基本科学方法的一个锻炼。在课后练习与思考中，我们从多种角度设计了开放性较强的课后活动。因为该设计内容量大，课堂上探究活动的进度和教学秩序较难控制，不易达到预期的教学效果，所以布置学生与家长合作整理生活中的化学变化，以科学写作形式表达，不仅能够锻炼学生的观察和总结的能力，也借家长的参与来普及和推广化学。四、专家评价（1）体现多层次教学理念作为中学化学的启蒙课，常常会流于单薄的教学内容，学生只能简单接受两组基本概念，很难产生学习兴趣。而如果过分联系教材后面知识，讲得太深学生难以接受，会产生厌学心理。本设计充分考虑了学生已有经验，从兴趣教学到方法教学进而上升为观念教学；教学中以丰富的实验案例贯串始终，符合九年级学生认知规律；逐步引导学生探究新知，体会乐趣，符合教学规律。例如课堂导入环节中的酒精和水的识别活动，利用问题导入的手段，从实物、实验和媒体展示等多维度给学生感官上的刺激，鼓励学生利用已有经验知识解决问题，激发学生兴趣点，在课堂开始就牢牢抓住学生注意力。（2）培养批判性思维形成批判性的思维方式是学生实现创新首先应具备的素质。如果学生习惯于批判性的思维活动，能够反复深入地思考问题，思维自然就会更加开阔、灵活，见解也必然更加深刻、新颖[3]。因此，批判性思维的养成是改变机械被动学习的有效手段，而从化学启蒙