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质量守恒定律课例
作者:刘静松 发表时间:2015年05月24日 浏览量:60 分享到空间
课例: 化学反应前后质量关系的探究
池州市贵池区木闸初级中学 刘静松
第一部分:课例研究背景
问题的提出
美国认知教育心理学家奥苏贝尔曾经说过 : “如果我不得不把全部教育心理学原理还原为一条的话,我将会说 , 影响学习的唯一重要的因素是学习者已经知道了什么”。著名化学教育家刘知新也指出:“在教学过程中,指导学生形成合理的认知结构这一课题还是个弱项”,如何在教学设计中通过体现学生的认知规律,从而实现学生的认识的突破,是我一直以来的核心思考点。针对这个问题,我选择了质量守恒定律的教学进行这方面的尝试。
在本课例的教学中,我们总能发现下面的一些问题:
在多数教学设计中,会让学生先进行一个猜想,期待有的学生能认为反应后质量是不守恒,有的学生认为是守恒的。但我在实践中总能发现,学生很少会认为反应前后是不守恒的(除非是为了配合你的教学,违心的讲你爱听的话)。
我们在讲授质量守恒定律的时候,总是不断的强调“参加、全部”等等关键词,甚至让学生复述、背诵。但结果,遇到题目涉及这些方面的内容时,他该错还会错,我们不断强调的效果几乎等于零。
我甚至还遇到这样的例子,一次听课后,我问一个学生“你能说说火柴燃烧中守恒关系吗?”学生的回答竟然:“火柴的质量等于生成的二氧化碳质量”。这样的例子,我发现过很多次。
对上述问题的思考
分析这些问题,我发现它的共性是,那就是教学是不是从学生的认知角度出发,如果教师的教学设计能贴合学生对知识的认知过程,体现其认知过程中的节点,那么这些问题应该是可以解决的。
对此,我针对学生对质量守恒定律的认知过程进行了如下分析:
学生已有的知识储备分析 |
已经积累了一定的元素化合物的知识,对化学变化中物质发生质的变化有了一定认识。对物质的构成知识有一定的理解,对化学变化的一般过程有一定的认识,掌握了一定的天平使用技能 |
学生存在的前概念分析 |
对守恒有一个朴素的认同,但是和物理上的守恒容易混淆。 |
学生认知过程分析 |
就物质来看:是从单一物质的质量到各物质质量总和最后到参加反应的各物质质量总和 就对理论认知看:从实验证明守恒到从微观和本质角度去理解守恒 可能存在的认知障碍:从开放体系到密闭体系、从分步称量到整体称量的实验“思维”转换;从物质质量到微粒质量的理性思维转换 |
学生应用知识的误区分析 |
缺乏正确的对知识的应用方法,容易将问题简化为化学变化前后的物质比较。 |
在这个分析的基础上,我设计了本课题的教学案例。
第二部分:课例研究
1.课例内容简析
探究化学反应前后的质量关系得出质量守恒定律,有利于引导学生从定性认识化学变化到定量角度认识化学变化,并为化学方程式的系列教学做好理论准备,是整个第五单元教学的基础。
2.教学目标分析
课程标准对质量守恒定律这个课题的规定如下:
标准 |
活动与探究建议 |
1. 认识质量守恒定律,能说明化学反应中的质量关系。 2. 认识定量研究对于化学科学发展的重大作用。 |
① 实验探究化学反应前后的质量关系。 ② 用微粒的观点对质量守恒定律做出解释。 |
根据课程标准我设计的本课时目标如下:
1.通过实验探究认识质量守恒定律,并说明常见化学反应中的质量关系。
2.从微观角度认识化学反应中,反应前后原子的种类和原子的数目没有增减,能用微粒的观点对质量守恒定律进行解释,完善了对守恒的认识。
3.通过定量实验的探究活动,锻炼严谨,求实的科学态度。
4. 通过对相关化学史的学习认识到定量研究对化学科学发展的重大作用。
5.通过对实验过程中的数据分析,提高分析及推理能力,并在交流、汇报的活动中锻炼交流和表达能力。
在这些目标中具有突出地位的是:
对质量守恒定律的正确理解,尤其是对“参加”的理解,
如何应用质量守恒定律去分析具体的反应。
第三部分:课例教学方案的实施(教学实录)
一:情景引入
首先通过课件展示一组学生已经接触过的化学变化的漂亮图片,
师:这些美丽的图片展示的都是什么变化,
生集体:化学变化
师:化学变化最为核心的特征是什么?
生集体:生成了新物质
师:原物质转变成新的物质,在这个转变过程中质量有没有改变呢?这个问题一直困惑着人们,你们是怎么看的?
点评:学生对于守恒虽然是有朴素的认同,但这种认同更多的是物理的,其并没有真正意识到化学上的守恒和他已有观念的差异。所以我在实践中首先就是让学生明确我们今天研究的是生成新物质的过程中,质量有没有变。这对于学生来讲,还真是一个未曾接触到的问题。
二:问题的提出
生集体:不变(虽然多数答案仍然是不变,但回答的气势和前面两次的要弱多了)
师:的确,一直以来在人们的脑海中就有这样一个关于守恒的朴素思想,不过直到两百多年前。随着天平的改进,人们得以准确称量物质质量后,这个问题才真正得到科学的分析。
课件展示:拉瓦锡和波义耳的观点 (展示历史上对这个问题回答的针锋相对)
板书课题:化学反应前后的质量关系探究
师:在化学的世界里面,实验是检验真理的最高标准。我们也想去探究一下吗?
点评:通过历史上这些著名化学家的争论,让学生开始反思自己关于守恒的判断有没有科学的根据。关于这个部分的选择,我也有通过蜡烛燃烧实验得出燃烧没有守恒来激起学生疑惑,但我最终还是放弃了用蜡烛燃烧实验,其原因一是:蜡烛没有守恒,其首要的关键是学生对反应物、生成物的分析上出现了问题,和本课题即将讨论的核心问题(生成新物质后质量有没有改变)还是有差异的,其二就是通过化学史来展示探究过程,更容易让学生体会科学本身也是一个发展的过程,同时也有利于后面从现代科学的视野对守恒进行拓展。
三:实验探究
1:合作探究
师通过课件指导学生分组进行下面两个探究活动
探究活动一:硫酸铜溶液和铁反应后质量是否改变?
探究活动二:碳酸钠固体和盐酸反应后质量是否改变?
(提供一个学案,介绍关于上述反应的一般性认识,协助学生展开探究活动)
师巡回指导,协助学生完成天平的操作:并拍摄学生的实验过程(拍摄的图片用于指导学生交流汇报)师展示小组1的活动图片,请该组派一代表汇报。(课件指导学生汇报和交流实验探究结果)
生1:我们进行的是硫酸铜和铁的反应,实验前测量的质量是93克,反应后得到的数据也是93克。我们的结论是反应前后质量没有改变
师:该反应中看到什么现象,能否肯定有新物质生成
生1:看到铁钉表面有红色物质出现,应该是铜,有新物质生成。
师:我在同学们得实验中看到,有的小组是分别测量铁、硫酸铜的质量,有的小组是放在一起测量的,现在回过头来看,大家会选择哪种模式?为什么?
生集体:放在一起
生2:方便些,也快些
生3:误差小些,多次测量误差比一次小
师:这个同学具有严谨的科学精神。
生4:不影响结论,因为我们是判断反应前总质量。
师:很好,抓住了一个关键点,那就是我们的任务是判断生成新物质后总质量有没有变化,而不是个别反应物质量有没有变化,所以我们的关注点不是单一物质的质量。
师展示小组2的活动图片,请该组派一代表汇报。
生5:我们进行的是碳酸钠和盐酸的反应,实验前得质量是86克,反应中有大量气泡产生,反应后的质量是84克,质量减轻了。
点评:这个部分的核心设计意图就是通过学生的实验探究来达到激惑的作用,我们的学生不是很自然相信守恒吗?可是实验的结果咋不是这样?只有学生真正感觉到困惑,才会引起其内心的震撼,从而才会产生真正的思索。从而将其原有朴素的物理守恒认知转化为对化学守恒的认知。同时对分步测量和整体测量的讨论也切合了学生的一个认知规律:“是从单一物质的质量到各物质质量总和最后到参加反应的各物质质量总和”。
2:质疑中前进
师:同学们的汇报分成了明显的两派,这和历史上的争论倒很相似,能分析一下原因吗?
生:碳酸钠和盐酸反应有气体产生,而铁和硫酸铜则没有气体
(学生对比实验是很容易找到问题的症结,但这更多的是一种直觉,而非科学)
师:可是怎样才能证明你的分析是正确的呢?(师引导学生设计一个实验)
探究活动三:在封闭体系中进行碳酸钠和盐酸的反应。
教师演示在可乐瓶中进行该实验,并得出质量不变。
点评:这个部分的设计是为了突破学生对本课题的另一个认识障碍:“从开放体系到密闭体系”,在这个部分设计中面临的最大问题就是“如何对教材实验的取舍”, 本课题教材实验有“白磷燃烧” “铁与硫酸铜反应” “碳酸钠与盐酸反应”“镁带燃烧”。而经常在公开课教学中被引进来的:“蜡烛燃烧”、“氢氧化钠与硫酸铜反应”、“锌和硫酸和反应”等。
我是从实验分类角度进行取舍:首先选择的是开放体系,也是最简单的一种类型,然后拓展到封闭体系。体现了学生的认知过程。对于经常在试题中出现的:锌和硫酸反应(因产生气体的浮力导致测量数据变化),在本课教学中也没有选择,这主要是考虑同本课题的核心内容关系不是很大。虽然对于提高学生的认识和分析能力是有好处,还是放弃了。
3:数据分析
师课件总结学生的结论
师:现在请大家分析一下,硫酸铜和铁反应前你测量的数据93克包含哪些部分?
学生回答,通过交互式课件展示回答的内容
师:请大家分析一下反应后测量的93克又包含哪些物质?
根据学生的回答,课件展示相关内容
课件演示将相同的部分删除,帮助学生形成明确的“参加反应”的概念的认识。
学生练习:写出碳酸钠和稀盐酸的反应中存在的守恒关系。
师:现在我们来总结一下这两个实验,对我们要探究的课题给出一个什么样的结论?
点评:传统的教学行为中,通过不断重复“参加”二字,使学生明确“参加”二字的效果只所以不理想,就是其没有体现学生的认知规律。我在课后通过对学生的习题情况进行分析,发现本课例在解决“参加”这个方面确实比传统模式好。
四:理论拓展
师:不过我们的实验还是太粗糙了,在20世纪初有德国和英国的科学家做了精确度极高的实验,发现反应前后的质量变化小于一千万分之一,这是在实验误差允许的范围内,从而使质量守恒定律有了严谨的实验基础,可是为什么化学反应后物质的种类改变了,而总的质量却没有改变呢?
师利用课件展示:化学变化的一般过程(动画展示水的电解反应)
生观察和思考
板书:原子个数 种类 质量 元素的种类、质量 物质质量
点评:本部分的实践体现了学生认知规律中的:“从实验证明守恒到从微观和本质角度去理解守恒”过程,通过动画突破学生“从物质质量到微粒质量的理性思维转换”的认知障碍。
五:应用知识
师通过课件展示蜡烛燃烧质量减轻的视频,在学生分析其中原因,并讨论改进方法后,通过视频展示蜡烛在封闭空间内燃烧实验。
点评:本部分的设计起到指导学生应用守恒定律分析具体反应的方法,我认为缺乏正确知识应用方法,学生在应用过程中出现错误,是难免的,视频中的实验也再一次体现了科学的严谨性。
六:拓展延伸
师:科学发展是无止境的,能量和质量的守恒已经成为科学家的共识。(通过课件展示人类对质量守恒定律的认识过程)。
点评:让学生体会科学是无止境的,激发学生深入探究的欲望,从而在更高层次上体现化学教育的意义。
第四部分:教学反思
美国教育心理学家加涅曾提出一个口号“为学生设计课堂!”我认为要真正做到为学生设计课堂,在教学中以学生为本,其首要的核心思路就是,分析学生的对知识的认知过程、了解其认知过程中的困惑,针对其困惑,从认知规律角度设计教学流程。我认为我在本课例教学中的成功之处核心就在于此。略述如下:
明确了学生对质量守恒定律的探究问题,让学生意识到并非如学生前概念认知中的守恒。
在设计中体现了对学生认知脉络的把握:首先从是分步测量还是整体测量提醒学生关注“全部的物质”,再通过对数据分析关注“参加的物质”。逐步推进学生对定律的认知。其二从开放的实验推进到封闭的实验,体现了认知的进步。
本课例重视对学生应用知识的方法进行指点,不仅体现在数据分析中引到学生分析反应前后的具体的物质得出反应中的守恒关系式,还体现对蜡烛燃烧实验的分析中,我在以前的教学中总是会问学生:“反应前后质量总和变没变?”,研究了学生的知识应用过程后,我觉得这种问题会掩盖掉学生自身认识的缺陷。不利于其明确反应中的守恒关系式。
本课例在教学中还考虑到了如何让学生建立对科学的正确看法,意识到科学本身也是一个发展的东西,避免学生僵化看待科学,所以非常重视从化学史的角度出发,并引入现代科学对守恒定律的认识,从而体现了为学生的未来发展考虑。
当然,在设计还有一个考虑了很久的问题就是“本课例作为经典案例,有很多可以借鉴的材料,如何对这些材料进行取舍,尤其是如何对众多实验进行取舍”。我最后的基本原则仍然是着眼在学生的认知规律,并突出守恒定律的核心知识点。已在案例实录部分中有体现。
在教学中遇到的主要问题就是学生完成天平操作的能力,不如人意,多数学校学生在平时极少使用天平,甚至在本课题之前都没有用过天平,所以导致本课题的学生探究活动很难在规定的时间内完成实验操作,提供学生的实验操作能力是课堂组织探究活动的最重要保障。此外,学生交流汇报自己的实验结果,我在授课之前还真没有感触,总觉得这个是非常简单的,不就是说一说自己做了什么,得到什么认识吗?可是走近课堂才发现,也不是这样,如果没有很好的提示,学生其实不善于进行交流的。所有这些,可能都和我们的常态课堂教学模式有关,学生已经习惯于听和记,并没有说出自己的东西。
本课例最早形成在09年举行的贵池区西片教研的同课异构中,后来我又以这个课题参加了2010年在黄山举行的安徽省初中化学优质课比赛,并代表池州市获得安徽省一等奖,可以说,它的形成过程本身就是吸收很多人的观点和看法。现而今,总结其中对我影响最大的东西,那就是“研究每一节课的学生认知规律,才是教学的真正灵魂”。