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物質的化學變化 —— 教學設計案例及評析 質量守恒定律

一.指導思想與理論依據

指導思想 根據本節內容特點和學生的實際,采用以實驗探究為主、現代信息技術與學科教學整合的教學方法,進行開放式教學,在發現問題、提出假設、設計實驗等過程中,突出學生主動參與和主動探究,充分展示學生的思維過程,激發學生的學習熱情。學生在愉快的氛圍中感知和探索新知,調動學生自主學習的主動性和積極性。在整個教學過程中,學生體驗科學探究的過程,教師只是一個組織者、參與者,和學生共同探索,使學生真正成為學習的主人,切身感受到化學學習的快樂,品嘗學習成功的喜悅。

理論依據 科學認識的方法論

所有的科學認識都需要采用一系列的科學方法,科學方法是貫穿于所有科學認識的一條脈絡,它體現了科學知識的發生和發展過程。

科學認識的大致過程:發現和明確要解決的問題 ―― 收集有關的資料、文獻和數據 ―― 分析、研究、處理資料、文獻、數據(或提出假說、驗證假說) ―― 發現問題的規律性,得出結論。這個基本過程就是進行科學研究的基本步驟,是以認識論為理論根據的。

科學方法是科學家在認識自然和改造自然的過程中所遵循的途徑以及使用的手段。學生對科學方法的掌握也是在科學認識活動中對實現的,因此,不能脫離基本的科學認識過程單純進行科學方法的培養與訓練。學生對科學認識過程的了解和體驗,也是通過運用具體的科學方法來落實的,不存在沒有具體科學方法的科學認識過程。無論是科學認識的基本過程,還是具體科學研究方法的運用無不滲透著積極的思維活動,無不是在思維的指導下進行的。科學研究尤其強調理性思維,思維是科學認識活動的核心。

科學認識中的方法論必然能夠指導著我們對化學探究學習的理解及其具體的實施,為化學探究學習提供方法論上的依據。

二.教學背景分析

教學內容分析

“質量守恒定律”是化學學習中最為重要的定律之一。 承上啟下,“承上”是指對學生已經學過的幾個重要的化學反應進行抽象和升華。用學生較為熟悉的幾個化學反應粗略地定量測定,發現其中蘊藏的科學規律,概括出:化學反應的實質是在化學反應前后,原子種類和個數都不變的科學規律,從微觀角度找出化學反應的實質。從而達成共識所有的化學反應前后參加反應的物質質量總和等于反應生成的物質質量的總和。 “啟下”是為學生后續學習用化學方程式表示化學反應,正確書寫化學方程式打下良好的理論基礎,認識 “ 質量守恒定律 ” 在化學學習中的重要性,并能自覺運用這一規律解釋身邊的化學現象。

學生情況分析

由于目前初三學生正處于化學學習啟蒙階段,生物課上他們學習了生態平衡,物理課上學習了能量守恒,即化學反應前后能量的總和是相等的。但是他們對身邊的化學現象不敏感,只是初步學會分辨化學變化和物理變化,沒有解釋這些化學變化的能力,更不知道化學反應前后各物質的質量總和有什么關系。他們的思維方式正從形象思維向邏輯思維轉移,他們習慣于依靠感性知識來認識事物。鑒于他們普遍認為當木炭燃燒前后,質量會有所減少,鐵片生銹后,質量會有所增加的事實。要讓學生體驗通過觀察發現問題 —— 提出假設 —— 設計方案 —— 驗證假設 —— 總結規律 —— 揭示本質這一科學過程,在原有的基礎上發展新知。創造條件讓學生自己去學習,讓學生通過自主學習、探究學習、合作學習,達到發展思維、提高能力的目的,培養實事求是、勇于探究的創造精神。

技術準備 模擬電解水的化學反應實質

Flash 動畫演示: 1. 微觀展示電解水的模擬過程。 2. 微觀展示稱量水電解前后質量不變的模擬過程。

軟件取自清華同方數字圖書館。

三.教學目標及內容框架設計

( 1 )通過對化學反應前后反應物與生成物的質量測定,理解“質量守恒定律”以及化學反應中質量守恒的原因。

( 2 )學生通過對實驗的設計和操作,進一步熟悉藥品的取用和物質的稱量(托盤天平的使用)等實驗基本操作技能。

( 3 )學生通過參與“發現問題 —— 提出假設 —— 設計方案 —— 驗證假設 —— 總結規律 —— 探究原因”的教學過程,體驗 “ 假設 ” 這種科學研究方法在化學學習中的應用。

( 4 )提高搜集處理信息、獲取新信息的能力,分析、解決問題以及交流與合作的能力。

( 5 )增強對生活和自然界中化學現象的好奇心和探究欲,以及學習化學的興趣。

( 6 )在對問題的提出、猜想、探索、解決的過程中,初步養成實事求是、言必有據的科學學習態度。

四.教學流程圖

符號

意義

教學內容與教師活動

學生的活動

教師進行邏輯判斷

媒體的應用

環節 1. 創設情景,發現問題

利用信息技術,展現自然界中形形色色的物質及其發生的奇妙的變化,如鎂條、硫黃、紅磷、細鐵絲等物質在空氣中或氧氣中燃燒等,并結合家庭小實驗如蠟燭的燃燒,堿面中加醋等等。提出問題:“我們周圍的物質世界豐富多彩、千變萬化,其中化學變化是化學課研究的主要內容之一。化學變化時物質的種類發生了變化,除此以外,化學變化中是否還伴隨著其他的變化呢?”

學生回答許多答案,教師對于學生的回答給予鼓勵性評價,有意識地以學生學習過的一些化學反應,如火山噴發,冰山融化,創造民主、寬松、和諧的課堂氣氛,學生在良好的學習氣氛中感到無拘無束,暢所欲言,感到化學就在我的身邊,盡情發表自己的看法,思維被激活,不斷閃爍創造的火花。

環節 2. 篩選甄別,引出課題

由于學生探究欲望強烈,發現許多問題,有些可能是幼稚可笑,這都是科學探究的第一步,教師多給予鼓勵,使學生充分發揮想象力,大膽提出各種猜想,激發創造的積極性。但是有些問題與本節課無關,需要甄選,以確定本節的探究課題。應該引導學生思考:生物課上他們學習了生態平衡,物理課上學習了能量守恒,即化學反應前后能量的總和是相等的,但是化學反應前后各物質的質量總和有什么關系呢?通過設疑,激發興趣,引出研究課題。

環節 3. 提出假設,設計方案

首先通過對上述實驗現象的回顧和分析,對化學反應前后各物質的質量總和的關系提出假設。

學生討論后歸納、總結,得出可能出現的三種假設:

一是化學變化后各物質的質量總和增大。

二是化學變化后各物質的質量總和減少。

三是化學變化前后各物質的質量總和相等。

接下來請學生充分發揮自己的想象力,利用教師提供的實驗儀器和藥品,按照自己的意愿選擇儀器、討論設計實驗方案及簡單的實驗記錄表,來驗證自己的假設。

教師至少提供:天平、錐形瓶、小試管、燒杯、單孔橡膠塞、膠頭滴管、帶玻璃棒的橡膠塞、鑷子、氣球等簡單的儀器用品,提供沙子、白磷、氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液等藥品。

學生在新的問題情景中再次激發了探究欲望,他們收集信息(包括課本知識、學生用已有的知識、同學相互之間交流等均是信息來源),同學們開動腦筋,熱烈討論,相互啟發和借鑒,不斷完善設計方案。

教師提出實驗要求:認真仔細,一絲不茍,善始善終,學生開始動手做實驗,并記錄實驗數據,實驗中養成良好的實驗習慣。教師巡視中不斷地答疑,給予指導和鼓勵。

環節 4. 修正假設,重新驗證

請各組學生展示實驗設計方案,匯報實驗結果,交流設計思想,傾聽其他組的做法和想法。

結論可能有上述三種。

組織學生針對不同結論,展開辯論。在辯論中找出實驗依據,指出對方的不足之處。通過辯論找出導致化學反應前后質量總和不相等的原因是實驗方法不科學,裝置不合理,操作不規范,或是數據不完整等。幫助學生逐漸統一意見,提出修正后的假設:化學反應前后質量總和相等。

教師提出指導性問題:若要證明化學反應前后質量總和相等,所設計實驗應滿足什么條件?若有氣體參加或有氣體產生時應注意什么?學生討論出:應該在密閉的條件下進行實驗。于是再讓學生根據這個要求對不合理的實驗設計進行改進,重新實驗,驗證修正后的假設。

環節 5. 總結規律,揭示本質

提出問題:

觀察到什么現象?這些現象能說明什么問題?哪些物質沒有參加反應?它們的質量在化學反應中是否變化?哪些物質參加了反應?參加反應的各物質質量和生成的各物質的質量總和有什么關系?

引導學生去偽存真得出結論:參加化學反應前后的各物質質量總和相等。這個結論是與科學家進行了無數實驗得出的結論相吻合。

利用現代信息技術手段展示科學家發現“質量守恒定律”的化學史的資料。

引導思考:

( 1 )當木炭燃燒前后,質量會有所減少,鐵片生銹后,質量會有所增加,這些實驗現象符合“質量守恒定律”嗎?為什么?

( 2 )為什么參加反應的各物質質量總和等于反應后生成的各物質質量總和?

利用現代信息技術:模擬電解水的化學反應實質,分子的拆分,原子的重新組合。

提出指導性問題:

( 1 )化學反應的實質是什么?

( 2 )化學反應前后分子的種類是否改變?

( 3 )化學反應前后原子的種類是否改變?

( 4 )化學反應前后原子的數目是否增減?

( 5 )化學反應前后原子的質量是否改變?

學生發現:化學反應前后原子的質量沒有改變,化學反應前后原子的數目沒有增減,化學反應前后原子的種類沒有改變。

得出結論:化學反應前后各物質質量總和必然相等。

學生明確了“ 質量守恒定律 ”的本質,突破了本節的難點。

環節 6. 思考判斷,重在應用

幫助學生加深對“質量守恒定律”的理解,進行一些適當的聯系,用“質量守恒定律 ”解釋化學變化中,鞏固對其內涵的理解,在一次次的應用中加深理解、鞏固“質量守恒定律” 。

應用練習:

( 1 )蠟燭燃燒的文字表達式為:蠟燭+氧氣=水+二氧化碳。據此判斷蠟燭中一定含有 ___________ 元素。

( 2 )實驗室用加熱 24.5g 氯酸鉀和 6g 二氧化錳的混合物來制取氧氣,反應完全后,稱得殘留固體物質的質量為 20.9g ,則生成氧氣的質量為 _____g ,同時會生成 ______g 氯化鉀。

提出問題引發思考: 用 KClO3 KCl + O2 來表示實驗室制取氧氣的化學反應,你認為該式子符合“質量守恒定律”嗎?為什么?如果不符合,應該怎樣書寫?這樣給學生留有學習的余地,讓學生帶著新問題走出課堂,再次激發學生的探索欲望,同時為下面繼續學習下節的“化學方程式”的學習埋下伏筆。

課后作業:教材中相應的練習,幫助學生鞏固對“質量守恒定律”的理解和應用。

五.學習效果評價設計

《全日制義務教育化學課程標準(實驗稿)》指出:既要評價學生化學知識的掌握情況,更應重視對學生科學探究能力、情感態度與價值觀等方面的評價。強調過程評價與結果評價并重,強化評價的診斷與發展功能和激勵作用,弱化評價的選拔與淘汰功能。因此我們選取以下學習評價方案,從幾個不同層面對學生的學習進行檢測評價。

( 1 )在一個密閉容器內有 X 、 Y 、 Z 、 Q 四種物質,在一定條件下充分反應,測得

物 質

X

Y

Z

Q

反應前質量/ g

2

2

84

5

反應后質量/ g

待測

24

0

14

試判斷該密閉容器中發生的反應類型。

( 2 )談談你這節課的學習體會。

( 3 )結合觀察生活中的化學現象,就自己感興趣的方面提出研究的問題,并設計一個簡便可行的探究方案。

《質量守恒定律》教學設計評析

概念和原理教學是化學課程的“靈魂”,使學生認識化學的基本內涵,培養學生形成化學基本觀念,是基于觀念建構的教學。

基本概念和原理教學設計注重化學觀念的建構過程,在理清知識脈絡和學生認知脈絡的基礎上設計問題線索,尋找解決問題的證據,學生通過學生學習活動的設計,形成概念。

本教學設計體現了三維學習目標,突出的方面:

1 . 新課程倡導以科學探究為主的多種學習方式,科學探究活動是學生積極主動地獲取化學知識和解決化學問題的重要實踐活動。《質量守恒定律》是進行科學探究的恰當素材,在教學設計中,創設以質量守恒定律的發現為載體的實驗探究活動。探究活動的主線是引導學生體驗實驗探究的主要歷程。 問題線索清晰,在學生已有認識的基礎上,以問題探究的形式,鼓勵學生積極參與探究活動。生活情景激趣引發問題, 提出假設設計方案,修正假設重新驗證,總結規律揭示本質。

2 . 注重以學生為本。本教學設計中,學生通過親身經歷和體驗科學探究活動,增進對科學的情感,學習科學探究的方法。在實驗的過程中,體驗質量守恒定律的形成過程,帶領學生領悟從宏觀到微觀、從現象到本質的認識方法。教師關注學生的主動參與,讓學生自己發現問題,尋找可能的原因。教師不斷地 創設學生感興趣的情境,引發思考和討論, 引導學生思考什么,怎樣去思考,怎樣分析推理,怎樣才能得出正確的結論,怎樣去偽存真,怎樣用實驗事實為依據,以及創設活動并指導學生親自動口、動手、動腦參與到實踐活動中, 在交流的過程中認識反應的本質。 教師調整自身的位置,成為學生學習活動的設計者、組織者、參與者和指導者,較好地突出學生的主體地位,突出學生思維過程的展示,突出學生親歷探究的過程,培養了學生的自主探究意識和實踐能力。

3 .恰當地使用課件 直觀展現電解水的微觀變化過程,幫助學生搭建起宏 觀 物 質 和微 觀 世界的 橋 梁, 幫助學生認識宏觀現象的微觀本質 , 初步領悟從宏觀到微觀、從現象到本質的認識方法, 幫助學生體驗認識物質及其反應的微觀視角。

4 . 用質量守恒定律解釋如 當木炭燃燒前后,質量會有所減少,鐵片生銹后,質量會有所增加等 一些簡單的問題, , 加深對質量守恒定律的理解, 在實際應用的活動設計中實現鞏固和評價雙重功能。

5 . 設計學生活動,使學生置于過程之中,從中體驗“方法”。例如引導學生把生活中的問題轉化為化學問題,進而運用具有學科特點的方法, 用實驗事實作依據,滲透只有實驗才是化學的最高法庭, 過程中體驗和學習方法的使用。

6 .評價方式多樣性,體現過程與結果的共同評價。 在活動中評價,通過活動為下一步教學留下接口。

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