【深度教学！】定量认识化学变化 ——化学方程式！

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1  教学主题内容分析

“定量”是化学问题的本体特征，也是研究物质组成、结构和变化的重要思想和方法。《义务教育化学课程标准(2011年版)》明确提出“认识定量研究对于化学科学发展的重大作用”“用定量的观点和能量的观点初步认识化学变化”[1]。人教版化学(九年级上)第五单元“化学方程式”的课题1“质量守恒定律”[2]是初三学生对化学变化的认识从定性向定量转变的起点。“化学方程式”是介于质量守恒定律和化学方程式书写之间的教学内容，化学方程式作为一种重要的化学用语，以符号的形式，科学、简明地表达了物质间的变化规律，成为连接宏观和微观的桥梁[3],同时，也是联系质量守恒定律和化学计算的中介，是定量计算的基础[4]。该教学内容不仅让学生认识了“化学方程式”这种化学符号，也为学生提供了一种能从宏观、微观两种水平及定性、定量两个层次来认识化学变化的认知工具。可以说，该教学内容对学生此后认识化学变化的发展起着举足起重的作用。

“化学方程式”是一种能同时定性及定量地表征化学变化的宏观事实与微观本质的符号。学生对化学变化的认知逻辑应该是透过感知宏观事实认识微观本质，再从微观角度联系宏观，解释宏观质量关系进而应用化学变化中各物质之间存在一定的质量关系的结论来解决实际的科学实验、工业生产问题[5](见图1)。

图1 学生关于“化学方程式”的认知逻辑   

2 教学目标

基于学生对化学变化及化学方程式的认知逻辑及促进学生深度学习的目的，本节课的教学目的预设为：

(1)能认识到化学反应中各物质质量存在比例关系；

(2)能从微观的角度解释化学反应中各物质质量存在比例关系；

(3)能从宏观、微观及质量的角度理解化学方程式的意义；

(4)能够利用化学方程式中呈现的各物质的质量的比例关系解决一些简单的问题。

3 教学流程

本节课的教学流程详见图3。

图3 教学流程 

4 教学实录

4.1 知识回顾

[教师提问]同学们，什么是质量守恒定律?为什么所有的化学反应都符合质量守恒定律呢?

[学生回答]几乎所有学生给出宏观水平的回答：质量守恒定律指的是反应前后参与反应的物质的总质量等于生成物的总质量；半数学生给出微观水平的回答：化学变化的本质就是分子分为原子，原子再重新组合为新的分子，这个过程中，原子的种类没有改变，原子的数目也没有增减，原子本身的质量也没有改变，宏观上就表现为质量守恒。

4.2 发现规律

[教师设问]质量守恒定律让我们很清晰地看到化学反应前后，参加反应的各物质的总质量和生成物的总质量是相等的，那么参与反应或生成的各物质之间的质量有没有什么关系呢?

[学生观察]请同学们看表1中的一组数据，大家能找到什么规律吗?

表1 氢气与氧气反应各物质的质量数据 

[学生回答]氢气和氧气的质量之和总是等于水的质量，符合质量守恒定律。

[教师追问]还有其他发现吗?我们不妨用横坐标来表示氢气的质量，纵坐标表示参与反应的氧气的质量，然后用表格当中的数据来进行描点，大家看看能否发现规律?

[学生活动]根据表格数据描点、连线，作图(见图4)。

图4 学生画出的数据图像 

[学生回答]参与反应的氢气的质量与氧气的质量是成正比例关系的，这个比例是1∶8。氧气的质量与水的质量也成正比例关系，比例为8∶9。

[学生归纳]所以，氢气在氧气中燃烧的这个反应过程中，参与反应的氢气和氧气以及所生成的水的质量之比为1∶8∶9。

4.3 分析与评价

[教师设问]既然化学反应中的各物质的质量有固定的比例关系，有没有一种表示方法能呈现这种关系?我们先来梳理化学反应中所涉及的信息有哪些。

[布置任务]请以氢气与氧气的反应为例，讨论并列举出该反应中涉及的信息。

[学生活动]分组讨论。

[师生归纳]“氢气与氧气的反应”中涉及的信息(表2)。

表2 “氢气与氧气的反应”中涉及的信息

[布置任务]你能用哪些方式表示“氢气在氧气中燃烧”这个化学变化(图5)

图5 部分学生书写的化学变化表示方式  

[教师设问]这些表示方式能否将化学反应涉及的所有信息表示出来(表3)

表3 学生书写的化学反应表示方式

[学生回答]①是文字表达式，只表示宏观、定性的信息；②是符号表达式，只表示宏观及微观的定性信息；③用分子模型代替化学式画出的符号表达式，所呈现的信息与符号表达式是一致的。这3种方式都无法表示“物质质量之间存在比例关系”(见表3)。

4.4 创造与巩固

[教师设问]大家发现前3种表示方式都未能表示定量意义，那第④种表示方式呢?

[学生回答]方式④明显能表示定量信息中的“原子的数目、质量不变”的信息，凭借该信息也可以推出元素质量不变的信息。

[教师追问]刚才我们分析得出化学变化中“物质质量之间存在比例关系”这个信息能否在方式④体现?

[学生回答]可以吧……

[教师追问]为什么?我们能否从微观的角度来认识这个比例关系?

[学生](沉默，基本没有人能回答出来)

[教师讲解]分子是有质量的，相对分子质量可以表示分子质量的相对大小，是否可以通过各物质分子的相对分子质量来知道反应中各种物质分子的质量之比?我们尝试计算一下。讲解过程见图6。

图6 化学反应中物质质量关系的微观解释  

5 教学反思

笔者认为本节课有较好的实施效果，表现为以下几点：

(1)注重新旧知识联系，促进学生知识结构化发展。

通过回顾质量守恒定律从分子和原子角度分析为什么化学变化前后各物质的质量总和是守恒的，将学生对化学变化的认识引向微观、质量的水平与层次；通过引导学生归纳总结学过的化学变化的表示方式，帮助他们对化学变化表征方式进行分析评价。

(2)注重启发学生参与，发挥教学内容的育人价值。

本节课充分利用了启发式教学优势，在化学反应中物质质量关系的发现、各种表达方式的归纳与评价以及“化学方程式”的建立等教学环节均让学生自觉参与其中，使教师的主导和学生主体有机结合，较好地落实了以学生为主体、教师为主导的教学原则，最大限度地发挥其重要的育人功能的价值。

(3)注重直观教学，充分发挥图像表达的优势。

改变表格数据展示化学反应质量关系的方式，让学生自己做出数据图像，直观形象，又加深了学生对化学反应中物质定量关系的认识。

(4)注重学以致用，当堂评价反馈。

课堂学习后，马上通过具体的化学方程式反馈学生能否正确理解化学方程式的意义；通过例题反馈学生是否能用质量比来推断反应物与生成物的质量。进一步突出了本节课的“定量认识”化学变化这个重点，并及时检测了学生的学习成果。

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引用本文:

叶静怡, 叶宗宝. 基于定量认识化学变化的初中化学深度教学——化学方程式[J]. 化学教育（中英文）, 2023, 44(11): 50-55

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