對客觀物質(zhì)世界的認識包括對物質(zhì)的組成、形態(tài)、屬性、運動變化等的認識。義務(wù)教育階段的化學教育旨在幫助學生正確認識并理解物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律,是學生形成正確物質(zhì)世界認識觀的關(guān)鍵階段。質(zhì)量守恒定律作為化學中的一個基本定律,被納入初中九年級《化學》(人教版)上冊第五單元課題1的內(nèi)容當中,屬于課程標準中的一個重要主題。此知識點主要包括質(zhì)量守恒定律概念的介紹及其內(nèi)在實質(zhì)的解釋以及質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用及其分析兩個方面。通過質(zhì)量守恒定律的教學,教師引導學生進一步加深對物質(zhì)世界化學變化的認識與理解,培養(yǎng)學生從宏觀到微觀尺度分析問題的能力、從“變”與“不變”中理解物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力、從實驗?zāi)Ｐ蜆?gòu)建到內(nèi)在機理解釋的探究能力,進而形成對客觀物質(zhì)世界的科學認識。一、教學前期分析(一)知識分析質(zhì)量守恒定律作為自然界最為基礎(chǔ)的一個守恒規(guī)律,是初中階段化學課程中的一個重點內(nèi)容。從學科知識來看,質(zhì)量守恒定律揭示了化學變化前后質(zhì)量不變的客觀事實,構(gòu)建了對于化學變化的宏觀認識;在微觀層面,質(zhì)量守恒定律從原子級別解釋了化學變化的實質(zhì),拓展了對于化學變化認識的新維度。質(zhì)量守恒定律的學習有利于學生形成系統(tǒng)分析化學變化的思路和方法,提升對于物質(zhì)世界化學變化的科學認識。(二)教材內(nèi)容及考試要求人教版教材中質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容為:參加化學反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后各物質(zhì)的質(zhì)量總和。教材也對質(zhì)量守恒定律進行了微觀層面的解釋:化學反應(yīng)的實質(zhì)是參加反應(yīng)的各物質(zhì)的原子重新組合形成新物質(zhì)分子的過程,在化學反應(yīng)前后,原子的種類沒有改變、數(shù)目沒有增減、原子的質(zhì)量也沒有發(fā)生改變,因此參加化學反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后各物質(zhì)的質(zhì)量總和?；谫|(zhì)量守恒定律這一知識點進行的考查包括多個方面:(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律解釋一般化學現(xiàn)象,從質(zhì)量、元素、原子等角度理解化學變化的實質(zhì)內(nèi)涵;(2)根據(jù)質(zhì)量守恒定律確定化學反應(yīng)方程式中某物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)式、相對分子質(zhì)量或者某元素質(zhì)量,配平化學方程式?？傊?質(zhì)量守恒定律屬于中考以及階段性考試等各類考試中的核心考點,是初中化學階段的重要知識之一。(三)學情分析學生在學習該課程之前已經(jīng)對常見的化學現(xiàn)象有所了解,對于化學變化前后的質(zhì)量變化具有感性認識,但對化學變化前后物質(zhì)質(zhì)量的一般變化規(guī)律仍然難以進行科學分析與合理解釋,這說明需要進一步從化學變化的實質(zhì)來理解化學變化的質(zhì)量變化規(guī)律。因此,需要圍繞常見的化學現(xiàn)象、歷史上的科學嘗試以及組織學生開展相關(guān)實驗,讓學生認識、理解并掌握質(zhì)量守恒定律。二、教學目標及教學設(shè)計(一)教學目標(1)了解質(zhì)量守恒定律的含義,能從化學變化中原子守恒的視角解釋質(zhì)量守恒定律,能夠運用質(zhì)量守恒定律解釋化學變化。(2)通過質(zhì)量守恒定律研究過程中的實驗探究,認識化學研究中的實驗設(shè)計思路與方法。(3)拓展宏觀與微觀層面的科學研究思維,初步建立科學的物質(zhì)世界認識觀。(二)教學設(shè)計1.教學流程2.教學過程本課設(shè)計思路為基于化學史實角度認識質(zhì)量守恒定律概念,創(chuàng)設(shè)質(zhì)量守恒定律發(fā)展史上的實驗復盤情境,通過實驗過程中的宏觀現(xiàn)象認知質(zhì)量守恒定律,再結(jié)合實驗從微觀角度解釋質(zhì)量守恒定律?？紤]到實驗的可操作性、學生的可參與性以及實驗結(jié)果的可分析性,同時充分考慮到從宏觀與微觀角度理解質(zhì)與量變化的關(guān)系,設(shè)計了如下的教學方案。環(huán)節(jié)一化學史上的實驗復盤教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動教學意圖聯(lián)系生活【講述】生活中有很多物質(zhì)可以燃燒,同學們能舉出一些例子嗎?你們認為物質(zhì)燃燒后質(zhì)量如何變化?聯(lián)系生活和所學化學知識,回答問題。引出學生對反應(yīng)前后質(zhì)量變化的思考。構(gòu)建模型燃素說物質(zhì)燃燒氧化論【實驗】首先,我們來做“濾紙燃燒”的實驗,同學們注意觀察。(請一位同學上臺演示實驗)【提問】據(jù)此,請你們預測物質(zhì)燃燒后質(zhì)量變化,是增加,還是減少?觀察實驗現(xiàn)象。思考問題,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)回答:紙張燃燒,產(chǎn)生白煙,化為灰燼,質(zhì)量減輕?！咀穯枴磕敲凑埓蠹宜伎?你們認為質(zhì)量減輕的原因是什么?【講述】沒錯,確實是某些可燃物減少了,你們的想法和16世紀的化學家們不謀而合,他們認為可燃物由燃素構(gòu)成。燃素是由無數(shù)細小而活潑的微粒構(gòu)成的物質(zhì)實體。這種微粒既能同其他元素結(jié)合而形成化合物,也能以游離方式存在。化學家認為燃燒是分解、釋放燃素的過程,燃燒產(chǎn)物應(yīng)該比可燃物質(zhì)量輕?！驹O(shè)問】可燃物燃燒后質(zhì)量一定都減少嗎?回答:某些可燃成分減少了!【講述】其實這樣的疑惑同樣存在于17世紀的英國化學家波義耳心中,為了探究可燃物燃燒后質(zhì)量變化規(guī)律,他曾經(jīng)做了一個著名的實驗,他在敞口容器中加熱金屬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)容器中固體的質(zhì)量增加了。金屬加熱質(zhì)量真的會變大嗎?下面我們一起來驗證波義耳的實驗結(jié)論?！緦嶒灐拷處熝菔捐F絲棉燃燒實驗,并測反應(yīng)前后質(zhì)量變化(邀請學生協(xié)助觀察反應(yīng)前后質(zhì)量變化)?！驹O(shè)問】你能根據(jù)“燃素說”幫助波義耳解釋質(zhì)量變大的原因嗎?觀察實驗和交流討論?；卮?空氣中的某種燃素與鐵絲結(jié)合,質(zhì)量增重?！驹O(shè)問】究竟物質(zhì)燃燒后質(zhì)量變化的特征是什么呢?有沒有規(guī)律呢?下面我們再繼續(xù)通過紅磷燃燒實驗探究物質(zhì)燃燒前后質(zhì)量變化的規(guī)律。觀察實驗現(xiàn)象,回答:不科學嚴謹?！驹O(shè)問】根據(jù)燃素說,紅磷燃燒后消失,說明燃素消失了,理論上質(zhì)量應(yīng)該變小,但是為什么質(zhì)量不變呢?你認為可能的原因是什么?請你提出假設(shè)?！局v述】沒錯,拉瓦錫也認為“燃素說”是錯誤的!他通過著名的氧化汞分解和生成實驗推翻了燃素說。拉瓦錫提出了物質(zhì)燃燒氧化論?！驹O(shè)問】請你分析拉瓦錫的氧化汞分解和生成以及紅磷燃燒實驗,質(zhì)量前后都不變的可能原因是什么?！咎崾尽孔⒁膺@兩個實驗中用到的反應(yīng)裝置與前面實驗的區(qū)別,你能想到什么?回答:開放體系和密閉體系對反應(yīng)前后質(zhì)量的測量有影響。通過實驗引發(fā)學生思考并且使其認識燃燒前后物質(zhì)的狀態(tài)和質(zhì)量關(guān)系,通過燃素說初步建立微觀概念。使學生學會就已學的知識和實驗現(xiàn)象進行思維碰撞,積極思考。從燃素說過渡到波義耳實驗再到拉瓦錫實驗,從變小到變大再到不變,促使思維不斷轉(zhuǎn)變。環(huán)節(jié)二探究實驗開展學生通過化學史上的實驗復盤,了解質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程,將對定律感性的認識逐漸發(fā)展成為理性的認識;基于不同實驗條件下產(chǎn)生的不同結(jié)果的辨析,不斷透過實驗現(xiàn)象追尋科學結(jié)論。為了進一步加強學生對于定律的掌握與運用,繼續(xù)開展一系列探究實驗,讓學生在新的化學變化中理解質(zhì)量守恒定律的本質(zhì)以及化學變化的內(nèi)涵。教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動教學意圖證據(jù)推理模型認識宏觀辨識微觀探析【講述】直到道爾頓提出了原子論,我們才可以用化學反應(yīng)的微觀變化來解釋反應(yīng)前后質(zhì)量的變化關(guān)系。請同學們看電解水的微觀變化?！疽曨l】模擬水電解反應(yīng)過程:H2O通電→H2+O2【問題】反應(yīng)前后有哪些不變,又有哪些改變?觀察角度不變改變宏觀微觀【小結(jié)】實質(zhì):在化學反應(yīng)中,反應(yīng)前后原子的種類沒有改變,數(shù)目沒有增減,原子的質(zhì)量也沒有改變。觀察并思考。改變:宏觀———物質(zhì)的種類;微觀———分子種類。不變:微觀———原子種類、數(shù)目和質(zhì)量?！咎釂枴棵靼琢速|(zhì)量守恒定律后,新的問題又來了:剛剛我們做實驗中紙張和鐵絲燃燒為什么反應(yīng)前后質(zhì)量不相等,難道這種說法有特例?你們的看法是什么?相互討論,提出想法。使學生從宏觀到微觀、從定性到定量地認識化學反應(yīng)前后的變化情況?？茖W探究創(chuàng)新意識【過渡】雖然我們通過燃燒發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律,但是其他化學變化是否也遵循質(zhì)量守恒呢?下面請大家小組合作來驗證。【提問】你們能根據(jù)今天所學的內(nèi)容來預測化學反應(yīng)前后質(zhì)量如何變化嗎?你們的依據(jù)是什么?如何完成該實驗?實驗一:鐵釘與硫酸銅溶液的反應(yīng)Fe+CuSO4→Cu+FeSO4實驗二:碳酸鈉與鹽酸溶液的反應(yīng)Na2CO3+HCl→NaCl+H2O+CO2↑分組討論,設(shè)計方案;小組實驗,給出解釋,得出結(jié)論。以實驗為基礎(chǔ)培養(yǎng)學生分析問題能力和創(chuàng)新意識?？茖W論證形成結(jié)論【結(jié)論】質(zhì)量守恒定律:參加化學反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和,等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。微觀本質(zhì):在化學反應(yīng)中,反應(yīng)前后原子的種類沒有改變,數(shù)目沒有增減,原子的質(zhì)量也沒有改變?！局v述】今天我們從燃素說到物質(zhì)燃燒氧化論再過渡到原子論,從現(xiàn)象到本質(zhì)、從宏觀到微觀,認識了化學反應(yīng)前后質(zhì)量的變化關(guān)系。學了這么多,你們又有哪些收獲呢?聯(lián)系所學歸納總結(jié),發(fā)表觀點。使學生學會歸納總結(jié)所學知識并會運用已學的知識解決某些問題。三、總結(jié)與升華——構(gòu)建正確的物質(zhì)世界認識觀(一)科學史追溯質(zhì)量守恒定律作為化學這座學科大廈的地基之一,建立在大量科學實驗的基礎(chǔ)之上,涉及物質(zhì)“質(zhì)”與“量”的宏觀與微觀變化,是科學家通過多個理論的提出以及反復多次論證才得以確立的。16世紀末德國化學家施塔爾提出“燃素說”,他定義“燃素”是由無數(shù)細小而活潑的微粒構(gòu)成的物質(zhì)實體。燃素的微粒既能以游離方式的存在,也能與其他元素結(jié)合而形成化合物。因此,施塔爾認為物質(zhì)在空氣中燃燒是物質(zhì)失去燃素、空氣得到燃素的過程,燃燒產(chǎn)物的質(zhì)量必然減輕?！叭妓卣f”體現(xiàn)了當時的科學家依據(jù)物質(zhì)燃燒這一現(xiàn)象嘗試解釋化學變化一般伴隨質(zhì)量變化方向規(guī)律,然而受到當時認識與實驗手段的限制,表現(xiàn)出的是一種最樸素的物質(zhì)世界認識觀。17世紀英國化學家波義耳設(shè)計在一個敞口的容器中加熱金屬,結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后容器中固體的質(zhì)量增加了,這有效地駁斥了“燃素說”,但是他并未提出全新的理論來解釋已有的實驗現(xiàn)象。18世紀法國化學家拉瓦錫在密封容器中研究氧化汞的分解與生成時,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前后體系中物質(zhì)的總質(zhì)量不變,這就在宏觀層面初步提出了化學反應(yīng)前后質(zhì)量守恒的概念。從施塔爾的“燃素說”發(fā)展到拉瓦錫的“物質(zhì)燃燒氧化論”,初步建立了質(zhì)量守恒定律的實驗雛形,但僅從宏觀層面揭示了“量”的不變,并沒有給出更深層次的“質(zhì)”的理解。直到19世紀英國化學家道爾頓提出“原子論”,認為物質(zhì)都是由原子組成的,這才從微觀層面上解釋了質(zhì)量守恒定律的內(nèi)在實質(zhì)——化學反應(yīng)前后原子的質(zhì)量、數(shù)量與種類保持不變,因而反應(yīng)前后的物質(zhì)質(zhì)量之和必然不變。縱觀質(zhì)量守恒定律的確立,經(jīng)歷了樸素的物質(zhì)世界認識觀到科學的物質(zhì)世界認識觀的發(fā)展過程,對質(zhì)量守恒定律發(fā)現(xiàn)史的學習,有助于學生建立科學的物質(zhì)世界認識觀。(二)化學史實驗復盤以化學史發(fā)展為情境主線,以實驗復盤為手段,以問題線索為輔助來探究化學反應(yīng)前后的質(zhì)量變化關(guān)系,構(gòu)建化學反應(yīng)前后表觀質(zhì)量三種不同的變化結(jié)果(質(zhì)量減少、質(zhì)量增加與質(zhì)量不變),幫助學生更深刻地認識化學反應(yīng)的內(nèi)在本質(zhì),發(fā)現(xiàn)自己的認識誤區(qū),更深刻地理解化學反應(yīng)中物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系,掌握質(zhì)量守恒定律,并通過所掌握的規(guī)律分析,解釋相應(yīng)的化學物質(zhì)變化問題。