将化学史融入课堂是一个有效拓宽学生视野并提高学生的科学素养的方法。化学史反映了化学原理发展的过程,能够帮助学生充分理解化学知识。但很多教师在教学过程中只注重实验探究,或只是将化学史以片段的形式插入。在进行相关的化学史教学时,教师大多只介绍定律的发现者、发现时间、发现的简单过程和拉瓦锡的贡献[1]。学生对这段历史没有清晰的认识,依据教材孤立地认为是拉瓦锡一个人建立了质量守恒定律,且这个定律没有什么价值等片面的印象。质量守恒定律的发现过程体现着科学家从定性思维到定量思维的转变,而在实际教学中,很多教师只是将质量守恒定律作为一个理论知识传授给学生,忽略了它对学生定量的化学观的形成的积极影响。
本节课采用历史线-探究线相结合的教学方式进行教学,以质量守恒定律的发现史为主线创设教学情景,对每段化学史实提出问题,让学生换位思考,交流讨论,开展质量守恒定律的学习和探究,学会用定量的方法初识化学变化的本质。
波义耳的金属铜煅烧实验——对金属增重产生疑问——激发学生探究热情——施塔尔的燃素学说——解释金属增重原因——与学生已有知识产生冲突——对波义耳的金属铜煅烧实验再次质疑——设计金属煅烧的反应体系——罗蒙诺索夫的金属铜煅烧实验——设计并验证实验— —拉瓦锡的氧化汞实验——播放氧化钴分解实验动画——微观解释质量守恒定律——质量守恒定律的应用。
(1)认识质量守恒定律。
(2)能用微观的观点解释质量守恒定律。
(3)能用质量守恒定律解决一些相关问题。
(1)初步了解科学家建立质量定律的过程和方法。
(2)初步学习结合化学史学习化学的思维。
(1)重温科学家建立质量守恒的过程,体会探究过程的曲折和成功的喜悦。
(2)通过实验探究,发展定性到定量的科学观。
【引入】化学反应必然引起物质的改变,那么反应物和反应后的产物之间有什么关系呢?化学家在很久之前便关注并研究了这个问题。接下来就让我们回到科学家所处的时代,去探寻质量守恒定律的发展足迹。
时空之旅第一站:燃素学说的缘起
【波义耳】我叫波义耳,我非常喜欢做实验,有一次我做了这样一个实验:我将称重后的铜片放入密闭瓶中,将其煅烧。发现铜片逐渐由紫红色变为暗灰色,最后变成了黑色。烧完后,打开密闭瓶,称量金属,发现变重了。我感到非常奇怪,又用铅、锡等其它金属做实验,发现燃烧后都变重了。金属燃烧后质量增加是什么原因引起的呢?
【投影】(见图1)
【提出问题】假如你是波义耳,试想一下,在那个氧气还没有被发现的年代,怎么解释这个现象呢?
【学生讨论】是有东西和金属结合了,导致金属增加了。
式(1)被称为广义的素数分布函数,因此很多数论学者对其进行了研究.比如,在1909年,Landau[3]首先证明了对k≥1有
图1 波义耳实验步骤简图
【设计意图】创设情境,使自己成为“小波义耳”,学会换位思考,只有将自己置身于情境中,学生的思维才能被充分地激活,科学素养才能得到提高。
What’s kind of cosmetic acquisition called success? 2 30
北岛诗的“质地”是坚硬的,是“黑色”的。他的诗有强烈的否定意识和批判精神。洪子诚先生认为,北岛之深刻不仅在于对所处环境的怀疑和批判,更是因其涉及人自身的分裂状况。以北岛的《回答》为例。
【波义耳】我认为应该有一种“热素”,可以从一个物体注入另一个物体,燃烧时与金属结合,导致金属灰质量增加。
时空之旅第二站:燃素学说的发展
【施塔尔】我认为燃烧时燃素飞散,反应物总质量减少,说明燃素具有正质量,但是反应物在反应过程中不会凭空消失,金属燃烧后质量增加,是燃素具有负质量造成的。
燃烧物——燃素——燃烧产物
蜡烛——燃素——灰烬
(正质量)
金属——燃素——金属灰
(负质量)[2]
【提出问题】同学们,你们认为这个解释合理吗?为什么?
【学生讨论】不合理,质量怎么可能有负值呢,一切物体都是有质量的。
【设计意图】创设矛盾情境,通过对施塔尔解释的提问,与学生的已有知识(物体是有质量的)产生冲突,使学生对燃素学说产生质疑,让学生意识到定性认识是片面的,引导学生通过科学的方法来探索原理。
【提出问题】好,同学们,既然认为施塔尔的解释不合理,那我们再次回到波义耳的实验中,仔细分析一下实验过程,有没有不足的地方呢?
【学生讨论】他只称量了金属灰的重量,没有称量其它的质量,而且玻璃瓶一直打开,反应体系一直和空气接触,可能会对实验有影响。
泡菜制作过程中一般会伴随亚硝酸盐含量的逐步增加,给泡菜带来了安全隐患。乳酸菌能够降解亚硝酸盐是由于其含有亚硝酸盐还原酶,该酶能够作用于亚硝酸盐使之分解产生氨[10,11]。将36株乳酸菌株按1%(V/V)接种量接入含125 mg/L的亚硝酸盐培养液中,30 ℃培养,间隔12 h取样,测定培养液中的亚硝酸盐含量,计算菌株对亚硝酸钠的降解率。
【提出问题】那我们该怎么改进这个实验呢?
【学生讨论】在反应过程中需要保持反应装置密闭,可以将金属和容器一起称重。
【设计意图】通过对波义耳实验装置的分析,引导学生按照科学家的思路进行思考,探索波义耳实验的不足,找出波义耳解释的不合理之处,并在此基础上提出改进方案,有助于帮助学生从定性思维逐渐上升到定量思维。
时空之旅第三站:质量守恒定律的雏形
(1)建立地下水水质评价矩阵:设地下水水质待评价样本有x件,则有M1,M2,…Mi(i=1,2,…,x),评价指标有y种,则指标数列为N1,N2,…Nj(j=1,2,…,y),设样本Mi在评价指标Nj下的检测值为Pij,将地下水质量的5种分类标准对应的评价指标也作为实测样本,由此建立了x+5个样本与y种评价指标构成的初始评价矩阵(Pij)(x+5)×y。
【罗蒙诺索夫】我非常反对燃素学说对金属增重现象的解释,我认真研究了波义耳实验的做法,产生了一些疑问:波义耳在做实验前,为什么不称量一下密闭瓶的质量呢?加热后打开密闭瓶,有没有什么东西从容器里“跑出”并改变它的重量?我决定重新做这个实验。
我用天平称量一些锡粉,质量为m1;然后将其放入密闭容器中充分燃烧,反应结束后,不打开容器,直接称量容器,所得质量为m2;称完后,打开容器,取出生成的白色物质,称量,记为m3;再将白色物质放回原来的容器中,再次称量容器的质量,记为m4。
我分析数据后发现,得到一个等式m3=m4-m2+m1。我又拿铁,铜多次重复这个实验,等式仍然成立。这意味着没有热素进入容器,否则容器的质量应该增加。我根据这个现象,提出了“参与反应的物质的总质量,等于反应后产物的总质量”的观点。
【提出问题】请同学们分析一下m3=m4-m2+m1的含义,为什么罗蒙诺索夫能发现这个规律呢?
知识型学习疑难是在信息的编码与整合中产生的学习疑难.编码时出现的问题导致了信息的错误表征、相互冲突和间断(缺漏、跳跃和不确定),造成数学图式生成错误.整合时出现的问题导致信息的偏差、混乱和信息间的排斥、冲击等,造成数学知识模块被提取时表现出知识的不连续、跳跃和不确定.按信息编码形成的数学图式和调用数学知识模块的类型,可以将这两个情况产生的学习疑难分为陈述性知识疑难和程序性知识疑难.
【学生讨论】m4-m2为参加反应的气体的质量,m1为金属锡粉的质量,m4-m2+m1为参加反应物总质量,m3为反应后产物的总质量。
【设计意图】引导学生分析等式的含义,验证罗蒙诺索夫的观点,使学生的思维与科学家的思维巧妙同步,学会用定量的思维解释化学理论。
21天结束后,共99人参加打卡活动,总打卡次数1218次。根据读者在21天的打卡表现,最终评选出31名全勤打卡奖及28名优质打卡奖,在写书评的读者中评选出五名优秀书评奖。开学后我们邀请三十名寒假打卡的读者组织了“寒假21天阅读习惯养成”活动的线下交流会暨颁奖仪式。活动中读者交流寒假打卡的心得体会,邀请两位同学就“如何挑选你要读的书”“如何抽出时间读更多的书”以及“读书给你带来了什么”这三个问题分享了自己的心得和感悟。
他说得不对吗?若不,我怎么无话可说了呢?刚才,从吴站长走时向他投去深情的使我不安的一瞥,我感到自己和他们有了距离。
【提出问题】这个是巧合吗?那没有气体参与的反应是不是也遵循罗蒙诺索夫的观点呢?
【学生实验】铁与硫酸铜的实验。
【设计意图】通过了解罗蒙诺索夫的实验原理,学生在教师的指导下,设计并完成铁和硫酸铜溶液的实验,让学生用定量的方法验证罗蒙诺索夫观点的正确性。
根据我们刚才做的实验,也说明了罗蒙诺索夫的观点是正确的。但在罗蒙诺索夫的时代,由于缺乏严格的实验证据,这项重大的发现没有得到人们应有的重视。
时空之旅第四站:质量守恒定律的建立
【拉瓦锡】我看了波义耳和罗蒙诺索夫的实验,两个结论不一样,到底真相是什么呢?于是我研究了氧化汞的分解和合成反应过程。我将45.0份质量的氧化汞在密闭容器中进行加热后,恰好得到了41.5份质量的汞和3.5份质量的氧气[3]。我又做了其他物质的燃烧比如碳燃烧,磷燃烧等,归纳出了一个规律,在化学反应中,反应前后的总物质保持不变,而且物质的质量也保持不变。
【投影】(见图2和图3)
图2 氧化汞分解实验装置图
图3 拉瓦锡实验步骤简图
【提出问题】拉瓦锡的实验与之前两位的实验相比,有什么优点?
安:是的!这是一个很好的例子,与此同时还有肖邦的晚期作品,比如《“幻想”波兰舞曲》中的某些部分,当我们把其视为“一个又一个和弦”时,演奏总是不得其法,但当我们将其分为“横向上必须突出的主旋律声部”(Voice Leading)和“其余的附带内容”,并相应地将手的重心向演奏主旋律所需手指倾斜,其余手指轻点琴键,我们自然能得到理想的演奏效果。
【学生讨论】实验更加精确了,他还分析了生成物。
【讲述】拉瓦锡不只是定性地观察实验对象,而且用定量的实验为研究提供实验证据,他用精密的实验仪器测量反应前后各个物质的变化。此后,定量研究成为科学家解决问题的基本方法。正是依据科学的实验方法,拉瓦锡推翻了错误的燃素学说,让质量守恒定律为众人所知,而他本人也被称为近代化学之父。
蔬菜的腌制在我国有着悠久的历史,腌制的蔬菜也叫酱菜,其口感是其他一些加工食品无法替代的。但是需要注意酱菜当中含有有害物质,一旦有害物质超过规定的标准和要求,那么势必会导致人们在食用过程中的安全受到一定威胁,尤其是酱菜中亚硝酸盐过量对人体的危害巨大。
【设计意图】通过将拉瓦锡实验与前面的实验进行比较,分析出拉瓦锡实验的先进性,让同学们初步形成从定性思维到定量思维转变的思想,同时让学生了解质量守恒定律是化学发展史上的里程碑。
【提出问题】为什么参与化学反应的物质的总质量等于反应后产物的总质量呢?我们看一下氧化汞分解实验的情况吧。
【课件演示】氧化汞分解实验的微观动画。
【提出问题】在这个微观实验中,化学反应前后,元素种类发生变化了吗?原子个数、原子种类、原子质量发生变化了吗?分子、物质种类发生变化了吗?
【学生讨论】不变:元素种类,原子个数,原子种类,原子质量。变:分子种类,物质种类。
【设计意图】学生在宏观上对质量守恒定律有了较好的认知,通过氧化汞分解的动画,从微观上描述并分析质量守恒定律,使学生对质量守恒定律有更深层次的理解。
【学以致用】古人有“点石成金”的说法,请问这个说法对吗?
这种“以写促读”策略中的“写作”,是为了帮助学生有效提取、梳理、概括文本信息,厘清文章脉络,并掌握相应的阅读策略。阅读和写作的结合点在于对文本信息的归类整理和思路脉络的梳理。在教学中,可以采用画结构图、画线索图、列提纲、做表格等形式。
【学生讨论】不对,石头的主要成分是碳酸钙,只有钙、碳、氧元素,不含金元素,根据质量守恒定律,碳酸钙反应不会有金元素产生,所以这句话是错的。
距2008年的“三鹿奶粉事件”已经过去10年,国家对食品安全犯罪的打击力度明显增强,但类似犯罪仍然层出不穷,“黑心染色馒头”“毒生姜”“僵尸肉”等陆续被曝光,食品安全问题仍然是现阶段关注度很高的社会问题。相关部门由于欠缺全面性的食品安全监管,以至于暴露了食品安全的较多漏洞,甚至带来某些突发性的食物中毒事故。探究其中根源,在于某些经营者单纯关注于谋求利润,忽视了潜在性的毒害食品威胁。[1]因此,如何更有效地预防和打击此类犯罪仍是我们亟待解决的课题。
【课堂小结】通过这节课的学习,你对化学反应有什么新的认识吗?
【作业】如果你能回到过去和某位科学家进行交谈,你会说些什么呢?
【设计意图】回顾质量守恒定律建立的历史,了解化学家对化学发展作出重大贡献的曲折过程,培养学生勇于探索的精神。
“绿色2”是在生态环保问题日益严峻的社会背景下,在可持续发展战略的方针下应运而生的,是转译“Green Revolution”中的“Green”进一步演化形成的。21世纪开始后随着社会的发展,人们环保意识的增强,在汉语修辞的作用下,“绿色2”的使用频率更高,并继续向更独立更自由的方向发展。例如:
本节课按照新课标,将化学史融入课堂,以质量守恒定律的发现史作为主线,通过重现历史——启发提问——探究谈论等活动的开展设计教学过程,突出教学重点,发扬学生的主动性,启迪学生的思维,让学生充分理解质量守恒定律,并挖掘化学史背后蕴含的科学价值,使学生从定性思维转到定量思维,在处理化学实验问题中形成“密闭体系”的意识,作出更科学的思考。
参考文献
[1] 姜鹏,郑长龙,袁旭富.关于“质量守恒定律”化学史教学的几个问题的讨论[J].化学教育,2008(9):77-78
[2] 郭晓丽,王澜,魏锐.“质量守恒定律”的建立过程分析及其对教学的启示[J].化学教育,2017,38(11):78-80
[3] 肖芬.质量守恒定律及其应用[J].初中生必读,2003(10):30-31
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