思維建模在初中化學(xué)教學(xué)中的實(shí)踐研究

一、教學(xué)主題內(nèi)容“常見(jiàn)氣體的實(shí)驗(yàn)室制取”是人教版義務(wù)教育九年級(jí)化學(xué)課程中的重要內(nèi)容，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中同屬于“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”和“物質(zhì)性質(zhì)與應(yīng)用”這兩個(gè)主題。涉及到化學(xué)科學(xué)本質(zhì)、實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的思路與方法、科學(xué)探究的態(tài)度等核心內(nèi)容。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路方法，能夠初步形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的思路與方法，了解圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定實(shí)驗(yàn)原理、選擇實(shí)驗(yàn)儀器、組裝實(shí)驗(yàn)裝置、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)記錄的過(guò)程。學(xué)習(xí)不同類型化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的一般思路與基本方法。二、基于學(xué)業(yè)質(zhì)量的教學(xué)目標(biāo)1.能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)并進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)制備及驗(yàn)證氧氣和二氧化碳的存在。2.具備選擇合適實(shí)驗(yàn)藥品與儀器的能力，根據(jù)預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，圓滿達(dá)成必要的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并且準(zhǔn)確地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；能夠闡釋實(shí)驗(yàn)思路與技巧，評(píng)估實(shí)驗(yàn)操作的科學(xué)性與邏輯性，展現(xiàn)出一絲不茍、積極求證的科學(xué)精神。3.借助在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中獲得的探究策略與技能，融合關(guān)于物質(zhì)構(gòu)成與轉(zhuǎn)化的知識(shí)，應(yīng)對(duì)實(shí)際情境下簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)挑戰(zhàn)，進(jìn)行有效的分析與解答。4.能通過(guò)小組合作探索實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)創(chuàng)新思維和面對(duì)難題不退縮的堅(jiān)韌品質(zhì)。三、教材內(nèi)容分析本部分內(nèi)容在人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)，第二和第六單元。第二單元著重講解了氧氣實(shí)驗(yàn)室制備的基礎(chǔ)理論、操作流程及安全注意事項(xiàng)。而第六單元首先闡述了二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制備原理，隨后引導(dǎo)學(xué)生探討制備二氧化碳裝置的選擇、檢驗(yàn)及收集二氧化碳的方法，最終通過(guò)這些具體內(nèi)容，提煉出實(shí)驗(yàn)室制備氣體思路與方法。四、學(xué)生學(xué)情在學(xué)習(xí)第二單元《實(shí)驗(yàn)室制取氧氣》時(shí)，鑒于學(xué)生化學(xué)知識(shí)尚處于初級(jí)階段，教材直接提供了制氧氣所需藥品和裝置，著重講解利用高錳酸鉀制氧氣的基本過(guò)程和其關(guān)鍵步驟及注意事項(xiàng)。到第六單元《二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制取研究》時(shí)，學(xué)生已牢固掌握元素觀、變化觀、守恒觀等核心化學(xué)觀念，熟悉化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本原則與常用儀器使用，能夠熟練操作基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)探究流程有一定了解，具備一定自主探究能力，但尚未系統(tǒng)建立氣體制備的思路方法。因此，本教學(xué)旨在深化學(xué)生既有知識(shí)框架，側(cè)重培養(yǎng)科學(xué)探究思維，通過(guò)實(shí)踐與探究活動(dòng)，構(gòu)建簡(jiǎn)易模型，促進(jìn)學(xué)生將理論知識(shí)靈活應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題中，從而逐步形成完善的氣體制備思路。五、基于學(xué)業(yè)要求的教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)富含啟發(fā)性的探究課題，引領(lǐng)學(xué)生親歷完整的探究歷程，強(qiáng)化科學(xué)邏輯在實(shí)踐中的運(yùn)用，依托實(shí)驗(yàn)探究與動(dòng)手操作，深化化學(xué)理論認(rèn)識(shí)，加深對(duì)化學(xué)學(xué)科及探究本質(zhì)的領(lǐng)悟，提升學(xué)生的科研探索力與創(chuàng)新思維。努力營(yíng)造有利環(huán)境，確保高質(zhì)量完成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮必做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能及育人價(jià)值。六、初中化學(xué)常見(jiàn)氣體制取的思維建模過(guò)程1.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的藥品選擇【教師】引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的三種藥品：KMnO4、KClO3、H2O2的組成，尋找它們組成上的共同點(diǎn)，歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)室制取氣體選擇藥品的思路方法?！緦W(xué)生】分析反應(yīng)藥品發(fā)現(xiàn)它們均含有氧元素，分解才能制取氧氣，從而進(jìn)一步理解質(zhì)量守恒定律中化學(xué)反應(yīng)過(guò)程元素種類不變的學(xué)科觀念?！窘處煛吭趯?shí)驗(yàn)室選取制備二氧化碳的試劑時(shí)，應(yīng)注意哪些要點(diǎn)？回顧所學(xué)，哪些化學(xué)反應(yīng)能夠產(chǎn)生二氧化碳？這些反應(yīng)是否都適合作為實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳？【學(xué)生】從學(xué)過(guò)的反應(yīng)中找出能生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)，分析后得出反應(yīng)物必須有碳元素和氧元素，列舉出一些生成二氧化碳的反應(yīng)并從反應(yīng)條件、制取氣體的速度、制得氣體的純度等方面，討論能否用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳?xì)怏w。【教師】根據(jù)質(zhì)量守恒定律分析石灰石或大理石（主要成分是碳酸鈣）與稀鹽酸或石灰石或大理石與稀硫酸反應(yīng)能生成二氧化碳，是否可以用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳？請(qǐng)同學(xué)們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、討論后回答?！緦W(xué)生】進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，討論并填寫(xiě)下表。【設(shè)計(jì)意圖】復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的藥品，討論并構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制取氣體藥品的選擇思維模型：是反應(yīng)物必須有相應(yīng)元素，且反應(yīng)物價(jià)廉易得，反應(yīng)速度適中持續(xù)易于收集，制取氣體較純凈。2.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳裝置的選擇（1）發(fā)生裝置選擇【學(xué)生】發(fā)生裝置是由反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件決定。制取常見(jiàn)氣體的發(fā)生裝置的類型及適應(yīng)范圍，大概如下幾種：【設(shè)計(jì)意圖】復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的發(fā)生裝置，選擇實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的發(fā)生裝置，構(gòu)建根據(jù)反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件選擇實(shí)驗(yàn)室制取氣體發(fā)生裝置的思維模型。（2）收集裝置選擇【教師】實(shí)驗(yàn)室制氧氣的收集方法有哪些？分別根據(jù)什么氧氣的什么性質(zhì)？【學(xué)生】根據(jù)氣體的密度和水溶液性及氣體是否與水或空氣中的成分反應(yīng)，總結(jié)出常見(jiàn)氣體的收集裝置的模型?！驹O(shè)計(jì)意圖】回顧氧氣實(shí)驗(yàn)室制備的收集裝置，學(xué)習(xí)選擇二氧化碳的收集裝置，構(gòu)建選擇實(shí)驗(yàn)室制取氣體收集裝置思維模型?！窘處煛窟x擇課本所給的儀器組裝制取二氧化碳的裝置。設(shè)計(jì)可拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器動(dòng)畫(huà)組裝激發(fā)學(xué)生興趣?！緦W(xué)生】討論并派代表組裝?！窘處煛空故緦W(xué)生組裝制取二氧化碳的裝置?！緦W(xué)生】討論各裝置的優(yōu)點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)。【教師】請(qǐng)同學(xué)們討論并完成實(shí)驗(yàn)室制取如下兩種氣體的發(fā)生裝置和收集裝置?！緦W(xué)生】學(xué)生討論并完成練習(xí)【設(shè)計(jì)意圖】應(yīng)用新建的模型來(lái)解決問(wèn)題，鞏固所學(xué)內(nèi)容并遷移應(yīng)用知識(shí)解決新問(wèn)題3.實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳步驟的選擇【教師】回顧實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣步驟，制二氧化碳的步驟應(yīng)該怎樣？請(qǐng)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制氣體的步驟思維模型?！緦W(xué)生】制取二氧化碳?xì)怏w的步驟為：檢查裝置氣密性，裝置固體藥品，固定裝置，加液藥品，收集，驗(yàn)滿，檢驗(yàn)?！緦W(xué)生】建立制取氣體步驟的思維模型是，檢查氣密性—裝固體藥品—固定裝置—（裝置液體藥品）-加熱（不需要的直接下一步）—（除雜）—收集—驗(yàn)滿—檢驗(yàn)—尾氣處理（由于學(xué)生新課學(xué)習(xí)知識(shí)局限性除雜和尾氣處理放到學(xué)完酸、堿、鹽再詳細(xì)探究）。4.二氧化碳?xì)怏w驗(yàn)滿和檢驗(yàn)方法選擇【教師】氧氣的驗(yàn)滿和檢驗(yàn)方法是？根據(jù)什么原理？怎樣驗(yàn)滿和檢驗(yàn)二氧化碳，構(gòu)建氣體驗(yàn)滿和檢驗(yàn)的思維模型?！緦W(xué)生】因?yàn)檠鯕庥兄夹缘幕瘜W(xué)特性，用帶火星的木條來(lái)驗(yàn)滿和檢驗(yàn)。二氧化碳不支持燃燒也不能燃燒的化學(xué)性質(zhì)，用燃著木條驗(yàn)滿二氧化碳。二氧化碳和氮?dú)饩恢?，?yàn)證二氧化碳利用其使澄清石灰水渾濁的特性。將氣體通入澄清石灰水中，石灰水變渾即表明該