启蒙学生的物质变化观——以蜡烛变化研究为例

王庆元 邓婵玉

(1.北京市通州区教师研修中心,北京 101100;2.北京市通州区第二中学,北京 101100)

“化学观念”是化学课程中学生要发展的核心素养之一.吉利斯皮认为：“在化学主要观念中,化学变化观是最重要的,因为各种各样的化学变化是化学的核心”[1].

《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称《新课标》)指出化学观念是人类探索物质的组成与结构、性质与应用、化学反应及其规律所形成的基本观念,是化学概念、原理和规律的提炼与升华,是认识物质及其变化,以及解决实际问题的基础[2].

本单元选取学生比较熟悉的蜡烛为研究对象,整合北京版九年级《化学》第一章知识点“物质变化概念”和第六章第一节“探索燃烧与灭火”的教学内容进行单元教学设计,帮助学生建构物质的变化观.

2.1 学生情况分析

针对物质变化对学生进行前期调研发现：95.45%的学生知道物质变化可以分为物理变化和化学变化,但对于物理变化、化学变化的本质区别是模糊不清的,甚至有46.97%的学生认为物理变化也有新物质产生.87.88%的学生认为物质变化需要一定条件,78.79%同学认为物质变化可以调控,但不清楚如何调控物质变化.

2.2 教学目标

基于以上分析,确定教学图如下：

(1)通过对蜡烛变化的研究,体会物质是可以变化的,且变化具有多样性,能从本质上区分物理变化和化学变化,培养分类观念和归纳的习惯;通过对蜡烛变化过程中现象的描述,感受物质变化伴随现象发生且有能量的转化.

(2)通过对蜡烛燃烧条件的研究,理解物质变化需要一定条件;通过对物质变化的表征,初步感受表征的意义及表征方式的选择,为今后学习化学用语奠定基础.

(3)通过从物质变化、能量变化、反应条件、反应现象、变化表征等视角认识物质变化,初步形成认识物质变化的系统思维框架.

(4)通过寻找辨别物质变化种类的证据,感受实验研究的一般方法,提升证据意识和基于证据的推理能力.

(5)通过对蜡烛燃烧条件的调控,实现调控物质的变化,引导学生感受我们如何应用、控制物质变化,激发其研究和学习的兴趣,培养科学态度,提升社会责任感.

2.3 教学重难点

重点：初步构建认识物质变化的框架,对化学变化观进行启蒙,体会实验的研究方法,感受人与化学的关系.

难点：形成研究物质变化的整体思维意识,体会从多种视角和整体研究的思维方法.

2.4 教学流程

教学流程如图1所示.

图1 教学流程

问题1：观察蜡烛的变化

【教师】你见过哪些物质变化,你认为什么是物质变化?

【学生】举例.物质发生改变就是变化.

【教师】物质能发生怎样改变呢?今天我们选取生活中比较常见的蜡烛为例来研究“物质变化”.

【教师】你可以让蜡烛发生怎样的变化呢?

布置任务：请大家结合实验台上的仪器和药品设计实验使蜡烛发生变化,进行实验并记录现象.请大家注意要观察蜡烛变化前和变化后的现象,并记录.(仪器药品：烧杯、小刀、火柴 、玻璃片、水、石灰水)

【学生】进行实验,观察、记录.

该过程没有给学生具体的固定实验方案.除点燃、切割等操作,还有一些学生将蜡油滴入水中,甚至把蜡油放在火焰上加热,在动手操作过程中既可观察到蜡烛熔化和凝固这样的变化,也能感受到蜡烛的密度,并在有意或无意间检验了熔化、凝固后的物质是否为蜡烛;有的学生根据小学科学课经验,利用烧杯和石灰水检验蜡烛燃烧的产物;有的学生看过一些科学实验视频,会去点燃蜡烛熄灭后的烟.该过程开放度大,学生可去探索更多自己想知道的内容,以此激发其探究欲望.

问题2：对以上蜡烛的变化进行分类

【教师】数字可以分为整数、分数,正数,负数,词语也可以按照词性分为动词、名词等.分类是我们研究具有共同特征的一类事物的重要学习方法.蜡烛的变化这么多,你能否按照一定依据将变化进行分类?

【学生】分组讨论,对蜡烛的变化进行分类.

【学生】分为物理变化和化学变化.

【教师】哪些是物理变化?哪些是化学变化?为什么?

【学生】有新物质产生的是化学变化,比如：蜡烛燃烧产生二氧化碳和水;没有新物质产生的是化学变化,如蜡烛熔化后还是蜡烛.

【教师】所以我们可以按照物质种类是否变化来进行分类.

【教师】发光放热是能量改变的一种体现.物质变化伴随着能量变化,而人类生活、生产都需要消耗能量,所以能量变化也将是化学研究的重要内容.将在高中大学深入学习.在化学变化中伴随着能量变化,多以热量的形式体现.

【教师】蜡烛燃烧过程中,热量如何变化?

【学生】放出热量.

【教师】蜡烛燃烧可以产生热量,属于放热的过程,当然,也有与其相反需要吸热才能发生变化的过程,你能举例吗?

【学生】蜡烛熔化.

【教师】我们可以从能量改变角度对变化进行分类,如吸热和放热的变化.

学生自发提出很多分类角度,感受不同标准导致的分类的多样性,体会分类要按照一定依据“分”,而不仅仅是归纳特征.同时学生也存在缺乏关注变化本质的问题,如按照是否发生形变分类、是否发光等.教师引导学生聚焦到按照能量变化和物质种类是否变化的视角进行分类,回归到化学研究的主要问题.这个过程培养了学生的分类观念和证据意识,同时也培养学生归纳的科学思维.

问题3：分析蜡烛燃烧和熔化的变化类型,说明依据.

【教师】现在我们从物质种类是否发生变化来给蜡烛变化分类.并说出你的依据.

【学生1】蜡烛被切割,是物理变化.因为没有新物质产生.切下来的仍然是蜡烛.

【教师】你有什么证据证明切下来的仍然是蜡烛吗?

【学生1】把切下来的再去点燃,如果可以点燃证明是蜡烛.

(学生有了利用物质的性质检验物质的思想,只是不够严谨.)

【学生2】熔化是化学变化,因为产生了蜡油这种新物质.

【学生3】熔化是物理变化,因为没有产生新物质.蜡油仍然是蜡烛.

【教师】两位同学的争议点是什么?

【学生】蜡烛熔化是否有新物质产生.

【教师】怎么证明呢?

【学生】要证明蜡油到底是蜡烛还是新物质.可以点燃蜡油,如果和蜡烛燃烧一样就是蜡烛.

(学生此时有了比较明确的应用物质特性,证明物质存在的思想.)

【教师】大家认为蜡烛燃烧是化学变化的原因是什么?

【学生】蜡烛燃烧产生水和二氧化碳.

【教师】水和二氧化碳是新物质证据是什么呢?

【学生】蜡烛不燃烧没有水和二氧化碳.

【教师】如何证明?

【学生】检验蜡烛不燃烧时是否产生二氧化碳和水.

通过不断追问证据,学生一步步由应用定义区分变化,逐渐到深入思考寻找证据,利用物质特征证明是否有新物质生成.学生更深刻地体会证据对于化学研究的重要性,进一步理解“现象”不是判断是否发生化学反应的依据.

问题4：表征蜡烛的变化

【教师】数学有等式表示关系,物理有公式表示不同量的关系.如何表示蜡烛熔化和蜡烛燃烧的变化?

【学生】讨论,表达.

(学生想到用图示等方式,引导学生要体现出“变化”,通过变化前和变化后的对比才能体现变化.)

【教师】现阶段我们可以用表达式,来表示物质变化.“→”左侧是变化前,右侧是变化后请大家表征这两个变化.

通过同学之间不同表征结果的比较,感受物质变化是可以通过一些形式表征的,并思考更优化的表征方式,进一步理解“变化”的本质.

本课时学生从现象、分类、表征等角度认识物质变化,初步建立认识物质变化的框架.

核心素养导向的单元教学设计,对教师的专业素养要求更高.要求教师的备课是高瞻远瞩,从上到下俯瞰教学,使教学在有限时间内更高效、更合理、更科学.教师在教学设计时可跨章节整合教材知识和素材,让教学更趋合理和高效.这就需要教师无论在专业知识方面还是教育理念方面都要不断学习提升,要通过大视角、高站位去设计单元整体教学,引领学生通过学习达到或认识到“上位”的观念,促进其更好发展.

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