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在情境探究和知识运用中培养学科观念:《鸡蛋壳中的化学奥秘》教学实录与思考

  2017-07-13   来源:培训学校系统 

  义务教育阶段的化学教学要让学生通过化学知识的学习,构建从化学的视角认识事物、解决问题的思想、方法和观点,逐步形成化学基本观念。教学初三化学专题复习课《鸡蛋壳中的化学奥秘》时,注意利用真实的情境引发探究,体现化学物质和变化观;设计丰富的环节展开探究,体现化学过程观和方法观;通过真实问题的解决,体现化学学科价值观。

  走出校门之后,具体的化学知识很容易被学生遗忘,但是,化学学科特有的思想、方法和观点会在学生大脑中留下深刻的印记,让学生终身受益。后者就是作为化学学科核心素养重要构成的化学基本观念,它是具体化学知识的提炼和升华,内隐于事实、概念、原理等具体的化学知识体系之中,并且随化学知识层次的推进不断发展和深化。因此,义务教育阶段的化学教学要让学生通过化学知识的学习,构建从化学的视角认识事物、解决问题的思想、方法和观点,逐步形成化学基本观念。

  最近,笔者有幸参与了扬州市初中化学乡村教师培育站的展示课活动,展示了一节基于学科观念的初三化学专题复习课:《鸡蛋壳中的化学奥秘》。以下是课堂实录和教学思考。

  一、课堂实录

  (一)情境引入

  师同学们在生活中经常吃鸡蛋,那吃完的鸡蛋壳你们都是怎么处理的呢?

  生扔了。

  生垃圾桶。

  师真可惜!鸡蛋壳真的没有用吗?我们来看一段视频。(播放视频,介绍鸡蛋壳能养花卉、洗瓶子,烤过后能灭蚂蚁,加工后还能“变废为宝”)鸡蛋壳有如此多的用途。那么鸡蛋壳有什么成分呢?

  生(插嘴)碳酸钙。

  (二)探究一:检验鸡蛋壳的成分

  师想验证一下这位同学说的对不对吗?

  生(齐声)想!

  师用什么方法来验证呢?

  生先加稀盐酸,再加澄清石灰水。

  师下面请各小组合作探究鸡蛋壳的成分。鸡蛋壳在广口瓶中,盐酸取大试管量的三分之一,石灰水用小试管取2 ml(约小拇指一指节的高度)。请注意分工合作:2人负责实验,2人负责观察记录,2人负责调控和发言。

  (学生分组实验,发现现象明显。)

  师澄清石灰水变浑浊就说明鸡蛋壳中含有碳酸钙,对吗?

  生不对,只证明含有碳酸根离子。

  师那么如何证明含有钙离子呢?

  (教师投影资料:“很多金属或它们的化合物在灼烧时,火焰呈现特殊的颜色,化学上叫作焰色反应,可以用来检验一些金属或金属化合物。钙离子、铜离子等离子灼烧时会有砖红色、蓝色等不同颜色出现。”)

  师(展示半块建筑用的红砖)这个颜色就是砖红色。

  (学生大笑。)

  师下面请同学们观看视频:家用天然气灼烧鸡蛋壳。(播放视频,显示火焰为砖红色)那么,鸡蛋壳中全是碳酸钙吗?

  生是的。

  生不一定。

  (教师同步投影:鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙。)

  (三)探究二:测定鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数

  师那么,我们如何运用化学方法测定鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数呢?(投影计算公式:碳酸钙质量分数=碳酸钙质量/鸡蛋壳样品质量×100%)关键是要测定鸡蛋壳样品中碳酸钙的质量。请同学们小组讨论有哪些化学方法。

  生(插嘴)与酸反应后将二氧化碳通入氢氧化钡溶液中,根据碳酸钡的质量求二氧化碳的质量。

  师不错,也就是将碳酸钙转化成二氧化碳。那么,如何测定二氧化碳的质量呢?小组合作讨论后写出你们的方案,最好用图示表达,便于展示。

  (学生小组合作讨论。)

  师你们写出了几种方法?

  (教师选择一组学生代表展示。)

  生方法三:鸡蛋壳加稀盐酸,测定装置总质量的变化。

  (教师点评并板书:减重法。)

  师(板书,如图1)转化的思想,将碳酸钙转化成二氧化碳是一种常见的化学方法。(稍停)你们还有其他方法吗?

  生可以灼烧鸡蛋壳并测定剩余固体的质量,由高温分解所得二氧化碳的质量求出碳酸钙的质量。

  师不错。那么,能否不测定二氧化碳的质量,而测定它的体积呢?

  生可以用量气管量出鸡蛋壳加稀盐酸生成二氧化碳的体积,再求出二氧化碳和碳酸钙的质量。

  师你们的办法都很好。今天,老师在现有的条件下选择其中的一种方法来实验。(出示如图2所示的装置)这是一个洗气瓶,其中装有氢氧化钠饱和溶液,用来充分吸收二氧化碳气体。(出示精度为0.01 g的电子天平)你能猜出我用什么方法吗?

  生(多名,大声)增重法。

  师(将洗气瓶放在电子天平上)测定洗气瓶装置原始总质量m1=181.32 g。连接新装置,(将洗气瓶与如图3所示的装置连接)锥形瓶中鸡蛋壳的质量为2.02 g。开始反应了,同学们可以通过投影观察天平读数的变化。

  (完全反应需要5~8分钟时间。在这段时间内,教师引导学生回忆刚才小组合作验证碳酸根离子时固体药品的取用、滴管的使用、同学之间的协作等,纠正其中的错误和欠缺。议论中,学生对化学实验操作有了新的认识:细节往往决定成败!)

  生(提醒)读数不变了,m2=181.78 g。

  师好。下面,请各小组利用增重法的数据进行计算并展示。

  (学生计算。)

  生w(CaCO3)=51.8%。

  (四)拓展探究:优化实验设计

  (教师投影资料:“碳酸钙是鸡蛋壳的主要成分,大约占蛋壳质量的83%~90%。”)

  师你们的计算结果明显偏小,为什么呢?可能有哪些原因?请讨论后回答。

  (学生讨论。)

  生(1)鸡蛋壳未完全反应;(2)二氧化碳未完全被氢氧化钠吸收。

  生(3)气密性不好;(4)盐酸量不足。

  师气密性已经检查,可以排除。提示:锥形瓶中最后除了残留固体和溶液外,还有物质存在吗?

  生哦!还有二氧化碳残留。

  师此外,如果二氧化碳气流产生的速度太快,洗气瓶中的氢氧化钠溶液来不及吸收,测定的结果也会偏小。应该将长颈漏斗换成可以控制速度的反应仪器,用什么呢?

  生分液漏斗。

  师(投影如图4所示的优化实验设计提示,分发如图5所示的自制手写展板)现在,让我们自己来优化上述实验设计。请你们先讨论,再展示各种选择并说明理由。

  (学生讨论、争辩、设计、拼盘。然后,教师请几组学生展示,同时,其他学生在座位上抢答。)

  师第三组展示的设计很准确,你们都是这样设计吗?

  生(兴奋)对!

  师如果选择碳酸氢钠溶液代替C中的硝酸银,行吗?后果会如何?

  生肯定不行啦!

  生会偏大的,二氧化碳变多了。

  师(追问)我们现在的实验装置设计已经无懈可击了吗?

  生(纠结,议论)还有问题吗?

  师友情提示:从E中浓氢氧化钠溶液出来的气体干燥吗?我们需要再添加装置吗?添在哪两个之间呢?

  生(豁然开朗)在E和F之间添加浓硫酸洗气瓶吸水,才更准确。

  师吸收二氧化碳气体也可以选择氢氧化钠固体或者碱石灰的简化装置。

  (五)课堂小结

  师其实,鸡蛋壳中除了碳酸钙,还含有极少量的磷酸钙、磷酸镁等无机物以及少量的蛋白质和脂质等有机物。现在,你想知道为何鸡蛋壳能养花卉、洗瓶子,烤过后能灭蚂蚁,加工后还能“变废为宝”吗?

  生想。

  师我们再来看一段视频。(播放视频,解释鸡蛋壳的各种妙用)学完这节课,你有什么感想和收获?

  生化学是有用的,原来生产生活中的许多应用都蕴涵着化学方法和化学原理。

  生正确运用化学方法解决问题,有助于合理利用自然界的资源,保护我们的生存环境,也有利于改善我们的生活。

  ……

  (课后,许多小组的学生继续兴趣盎然地摆弄着实验的装置,讨论着鸡蛋壳中的化学奥秘。)

  二、教学思考

  (一)利用真实的情境引发探究,体现化学物质和变化观

  物质世界充满化学变化,人类的生活、生产也离不开物质的化学变化。化学物质和变化观是化学基本观念之一。要具体体现化学物质和变化观,离不开真实的化学情境。真实的化学情境能够让学生切实感受到身边的化学物质以及相关的化学变化,引发学生的思考和讨论,使得学生发现其中蕴含的化学知识,理解它们之间的联系,帮助学生对所学内容进行意义建构。

  本节课选择与学生生活有密切联系的鸡蛋壳作为研究对象,设置“鸡蛋壳的妙用”情境,引导学生探究鸡蛋壳成分,感受化学实验。由此,展开后续的问题思考和讨论:“我们如何运用化学方法测定鸡蛋壳中碳酸钙的质量分数?”引导学生将碳酸钙的质量转化成二氧化碳的质量来测定。在利用实验数据计算得出w(CaCO3)后,继续引导学生发现其值偏小,从而对实验进行误差分析和优化设计。最后,又回到“鸡蛋壳的妙用”情境上。

  (二)设计丰富的环节展开探究,体现化学过程观和方法观

  科学的形成是永无止境的探索过程。科学探究是研究、学习化学的重要方法。科学探究既要有观察和实验,也要有推理和判断;当然,还需要有合作和交流。对于科学探究,提出问题和作出猜想尤为重要,猜想(假设)必须有事实作依据,获取事实和证据可以通过观察、实验、调查、阅读等多种手段;此外,从定性到定量、定性与定量相结合也是重要的方法。化学过程和方法观是化学基本观念之一。要具体体现化学过程和方法观,就要设计丰富的探究环节,引导学生经历完整的探究过程。

  本节课中,学生在教师的引领下经历了由定性检验鸡蛋壳中的碳酸钙到定量测定碳酸钙的质量分数,再到推理计算发现误差,引发思维冲突,从而分析误差根源并改良实验装置的探究过程。而且,检验鸡蛋壳的成分和测定鸡蛋壳中碳酸钙的含量的过程都包含假设猜想、设计方案、实验探究、观察分析、评价展示等环节。这样丰富的环节、完整的过程让学生自然地体验到化学探究的乐趣,积极主动地参与化学探究,并从中增进对化学的情感和对化学学习的信心,获取化学知识,解决化学问题,掌握科学探究的基本过程和方法,发展科学探究的能力。此外,在提出问题和作出猜想,通过实验、观察等手段获取事实和证据的过程中,教师特别注意引导学生进行小组合作和交流。这创造了宽松的课堂氛围,打开了学生的心灵之门,让学生进一步感受到科学探究的乐趣,深入地体验到科学探究的过程与方法——课后学生没有停下的思考和讨论便是最好的证明。

  (三)通过真实问题的解决,体现化学学科价值观

  知识作为人类特有的文化创造,具有多重的作用和功能。英国哲学家培根说过:“知识就是力量。”其实,知识本身是没有力量的,只有将知识运用到生产生活实践中,才能使知识产生力量。化学是一门在分子、原子水平上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的基础自然学科。化学知识可以帮助人们科学、合理地应用物质、改造物质,从而改善人类生存环境,提高人类的生活水平;也可以帮助人们认识到物质、环境资源的珍贵,避免对其的糟蹋和破坏,实现人与自然的和谐相处、人类社会的可持续发展。化学学科价值观是化学基本观念之一。为此,化学教学不能停留在“纸上谈兵”的层面,而要引导学生带着化学的眼光辩证地看待身边的世界、生活中的事物,运用化学的知识解决真实的物质及其变化问题,指导生产生活实践。

  本节课中,教师引导学生利用反应检验碳酸根离子和钙离子的方法和原理、反应测定碳酸钙质量的方法和原理以及实验设计和操作的基本知识和技能,解决了鸡蛋壳主要成分及其含量测定的真实问题,从而体会到化学学科的价值;并且,在“鸡蛋壳的妙用”的介绍中,进一步渗透了化学学科价值观——课堂小结时学生的表达是很好的证明。

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