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教学基本信息
课题
探究水的组成
是否属于地方课程校本课程
否
学科
化 学
学段： 初 中
年级
初 三
相关领域
化学推理能力培养 三重表征的化学教学 化学史
教材
书名： 《九年级化学上册 》 出版社：人教社 出版日期： 年 月
指导思想与理论依据
前苏联教育家维果茨基的最近发展区理论表明，教育对儿童的发展能起到主导作用和促进作用，但需要确定儿童发展的两种水平：一种是已经达到的发展水平；另一种是儿童可能达到的发展水平，表现为“儿童还不能独立地完成任务，但在成人的帮助下，在集体活动中，通过模仿，却能够完成这些任务”。这两种水平之间的距离，就是“最近发展区”。
把握“最近发展区”，能加速学生的发展。
在教学设计的过程中,我们不仅要知道学生认知发展的起点，还要知道学生认知发展的终点，更要清楚学生认知发展的路径，以及学生的认知发展从起点到终点会经过几个重要的阶段，在每个阶段会有哪些障碍点。其中,如何确定学生认知发展的终点是至关重要的。
这节课不同于以往教学之处在于，首先我们教学设计时确定的认知终点，不是知识技能所达到的目标，而是对学生的化学学习会产生重大影响的能力培养的目标。其次课前在和学生的访谈中发现，学生已经知道水是由氢、氧元素组成的，并且知道水的分子式是H2O，这是学生的认知起点。学生这节课的认知障碍在于并不清楚这些结论是怎么来的。 所以设计这节课时，情景素材的选取，学生活动的设计，关键问题的提出都围绕学生的认知障碍点来设置。最后，对学生化学能力的培养落点在学生的三重表征之上。
情景素材选取的是化学史上科学家是如何通过实验事实推理水的组成的。设计学生活动时，把水的组成作为已知的信息，重点放在从实验事实到结论的推理过程。不但要做定性的推理，还要做定量地推理。最终实现学生学会探究物质组成的一般方法。
教学背景分析
2、教材解读
《水的组成》这节内容，利用氢气和氧气生成水的实验事实，以及电解水的实验，让学生建立元素守恒的思想。进一步巩固对分子、原子、元素基本概念的理解，为学习化学式和化学方程式的书写打下基础。
3、学情分析
在备课前教师设计了两个问题，对一百一十个学生进行了调查。学生的反馈情况表明，学生在初学化学的过程中，前面的学习内容都是停留在宏观，定性的层面，还很难主动地思考微观层面的问题。学生最困惑的是，化学课记忆的东西多，推理的东西少。非常想知道要从什么角度思考问题和利用什么方法解决问题，但缺少工具的支持。对已经学习过的概念无法建立它们之间有意义的联系。这些概念似乎只有在做题的过程中才能用到。
4、学法指导
在设计《水的组成》这节课时，希望把研究水的组成的方法提取出来，推广到认识纯净物的一般方法。这个认识过程正是化学史上从定性研究，到定量研究，从提出假说，不断用实验去验证，推翻假说，再依据事实重新建立新的理论的过程。
学生应当认识到基于元素的研究，是研究物质的组成的第一步，是宏观层面的，定性的研究。但是元素组成物质在微观层面是多种多样的，原因是原子的种类、数目和组合方式，都会发生变化。这样就使得宏观的物质世界具有多样性。
在进入微观的研究过程中，必须要建立定量的思想。努力通过实验的的手段，获取数据。然后经过理性的分析，才能推出物质的微观组成。
文字，图示，化学方程式等都是化学语言。建立这三重表征方式之间的联系，并用这三种方式去描述化学反应现象和化学反应的微观过程，是学习化学的基本方法。
5、教学素材的选用
刚刚接触化学不久的初三学生，对水的认识和早期人类的认识是相似的。人类探究水的组成经历了两千多年的时间。这个漫长的过程中积淀下来的化学思想和方法，是化学的精髓。但如果化学史实仅仅作为背景资料在课堂上呈现，它的价值就无法得以充分的利用。
因此，把这段化学史，用问题链串接起来，让学生参与到当时科学家的探究过程中，在课堂上经历科学家对水的组成的认识过程，不但能利用元素守恒思想，通过推理从实验中寻找证据支持“水是由氢氧元素组成的”结论，还能向科学家一样经过推理从实验现象中分析一个水分子的微观构成。这样，学生对水的组成的认识就不是只停留在记忆的层面，而是实现了真正的理解。
教学目标(内容框架)
知识与技能
1、理解水是氢元素和氧元素组成的
2、能根据实验事实推理“一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的”
3、会用文字、图示、化学符号表征化学物质
过程与方法
1、 应用元素守恒思想，寻找实验证据，支持“水是由氢元素和氧元素组成的”结论，经历从实验现象到结论的推理过程
2、 用小磁铁模拟盖吕萨克实验的微观过程，推翻道尔顿的原子假说，建立宏观与微观的联系
3、 通过探究水的组成，学习研究物质组成的一般方法
情感 态度和价值观
1、渗透化学研究从宏观到微观，从假说到实验到建立新学说的思想
2、感受研究物质组成的深远意义
教学过程(文字描述)
【 环节一 引入】
【教师活动】循环播放1953年米勒在实验室合成制造蛋白质的基本成分实验录像。
“在上帝创造的自然界旁边，化学家又创造了另一个世界” （有机化学合成之父伍德沃德）
【学生思考】研究物质的组成，对研究人类的起源和人类社会发展的重大意义。
【 环节二 探究水的元素组成】
【教师提问】“水”是人类生活中最常见的物质之一，同学们知道水的组成吗？
【学生回答显示认知起点】水是由氢氧元素组成、水就是H2O。
【教师过渡】一个结论很容易记住，但是人类对水的组成的探究经历了多少年才得到这个结论呢？
从公元前六百多年，到1811年，用了两千四百多年的时间。在这个过程中值得我们学习和研究的事情，将在这节课和大家一起分享。
在这两千多年中，经过了几个重要的阶段，才使人类形成对水的正确的认识？
【教师引发思考】
1、展示PPT引出问题：确定水的元素组成的科学家，是以什么实验作为证据，支持“水是由氢元素和氧元素组成的”结论？
2、播放录像提出问题：氢气燃烧和蜡烛燃烧，这两个实验哪一个可能作为证据支持“水是由氢元素和氧元素组成的”结论？
【学生小组讨论显示认知障碍】大多数小组认为氢气燃烧实验可以作为证据，个别小组认为两个实验都可以作为证据。但几乎所有学生都不能用元素守恒的思想解释原因。
【教师引导并追问】科学的结论要有证据的支持，还要有已被证实的理论作为依据进行严格的推理。我们已经学习过元素守恒和原子守恒，蜡烛燃烧不能作为实验证据，支持“水是由氢元素和氧元素组成的”这个结论的原因是什么？
【学生回答表明初步形成用元素观点研究物质组成】：
1、小组1：蜡烛和氧气反应，产物是两种，所以不能判断。
2、小组2：应该说出依据，是根据元素守恒，反应物中碳、氢、氧元素，生成物中有二氧化碳，含碳氧元素，那么水的可能元素组成有很多种。
【教师小结】用简单的案例多次在证据、依据和结论之间寻找联系，强化学生的科学的推理方式，同时让学生由被动的思维变为主动的思维方式，形成化学推理的模式。
【 环节三 探究水分子的构成】
【教师过渡】了解水的元素组成，还不够，需要了解它的原子构成。是谁最先进入微观层面研究水的构成? 从微观角度进一步认识水的组成，道尔顿采用假设法，他的证据是什么？结论是什么？依据什么？
【给出资料，提供学生学习过程中所需的工具支持】
道尔顿的原子学说 1803年
氢气、氧气、氮气等气体都是由一个一个的原子构成。
在化学反应中原子的个数和种类都不变。
一个氢原子H和一个氧原子O结合成水分子HO
【学生小组讨论得出结论，形成新的认知起点】
1、道尔顿假说的结论是一个水分子是由一个氢原子和一个氧原子构成
2、在白板上用小磁铁模拟道尔顿学说氢气和氧气生成水的微粒比例
3、根据教师提供的资料：在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的粒子。进而推导出根据道尔顿假说，一体积氢气和一体积氧气反应应该生成一体积水蒸气。在这个过程中学生要形成宏观的气体体积和微粒个数之间的比例关系的联系，为下一步推理提供依据。同时要学会利用化学反应的微观本质是分子拆分成原子，而原子再重新组合成新物质的分子，在这个过程中不论是种类还是个数原子都是守恒的这个推理依据。在做好了充分的推理训练的准备的基础上，教师引出下一个事实证据，电解水实验。
【应用推理矛盾，引发认知冲突】
1、教师演示电解水的实验让学生直观地看到气体的体积比是不一样的，大约是二比一。
2、道尔顿的结论和实验证据不匹配。他把定性实验作为一个能确定比例关系的定量结果的证
据，导致假说不成立。
【进一步推理，扫清认知障碍，形成正确的认识】
1、 学生认为：水电解产生的氢气和氧气体积比是2：1，一个水分子中氢原子数目是氧原子的两倍。
2、教师讲解：在同温同压下，相同体积的不同气体含有相同数目的粒子，但水不是气态的，所以不能直接从体积中看出个数关系。
3、关键问题：哪个科学家的定量实验，修正了道尔顿学说呢？根据实验证据和已给大家资料的科学依据，能推出怎样的结论呢？
4、盖·吕萨克1809年，用两体积氢气和一体积氧气反应，得到了两体积水蒸气。
5、学生活动：分别小白板上和大屏幕表示这个反应的微观过程。
【根据推理，建立宏观和微观的联系，实现有意义的化学符号的认识】
1、教师过渡：做出实验的科学家，并没有将实验证据的功能全部挖掘出来，另一个科学家，根据
实验事实又提出新的假说，就是分子学说。1811年阿伏加德罗提出简单气体不是
以单个的原子存在的,而是以分子的形式存在
2、学生活动：用小球模型，化学符号来表示反应中的分子。
这个活动的环节是非常重要的，也是学生的学习思维方式发生质的飞跃的一步。通过这个环节，让学生从只能从宏观的角度来认识化学反应转变为能够从微观的角度分析化学反应。实现化学符号（化学式），小球模型，文字表述之间的三重表征的统一。
化学不同于其他学科的最大的特征就是，证据到结论的推理方式，还有就是化学符号系统，模型系统，和文字表述系统的多样化。这种三重表征的统一，不是通过做题实现的，是通过学生在活动中，感悟到的。在这个活动中，学生进一步认识到，为什么不同的物质化学式不同，为什么化学方程式会有不同的系数关系。
【 环节四 应用迁移】
1、教师过渡：我们是否能用科学家们研究物质的组成的方法，来确定一个陌生的物质的组成？在我提供给大家的实验证据的基础上，你们会做出怎样的推理呢？
2、问题提出：在常温常压下，有一种陌生的气体，如果有2体积，在电火花作用下就会产生1体积氮气和3体积氢气。请同学们研究该陌生气体的组成。
3、学生活动：进一步固化研究物质的组成的方法和对化学符号，小球模型，文字表述三重表征的统一。
在这个过程中,需要学生能清楚地用语言表达出,怎样确定未知物的元素组成?在探究过程中,怎样运用资料信息,把宏观的气体体积比例关系,转化成微观的分子个数比的关系。进一步，推出未知物质的分子组成中的原子个数关系？
在这个过程中，学生会暴露出思维的障碍点，比如，图片中的一组同学在摆放小球的过程中，就没有将气体的比例关系考虑进去，推出错误的氢气的化学式，教师借此机会，让同学们体会，一种纯净物的化学式是不会改变的，所以用科学的方法可以测定物质的分子组成。
在白板上用小磁铁，完成了推理过程后，学生突然发现，把小磁铁转化成化学符号，然后把个数标上，就是一个化学方程式。他们对自己发现了化学方程式的微观含义而欣喜。
4、提出研究方向：在学生对研究物质的组成形成了一个基本的思路后，放一段录像，引发学生更多的思考。其实关于水的组成还有一个角度，没有研究，实验证据是摩擦过的气球会使水流偏转，你觉得是什么原因呢？提出你的假设。
【结束语】1953年米勒在实验室模仿原始地球可能存在的环境，空气中有水，但是没有氧气，有甲烷，氢气，和氨。他在实验室中将水和这些气体混合，用本生灯模仿阳光，为了模拟闪电，他用电流刺激混合物。几天后，他发现结果非常惊人。液体里含的有机化合物是制造蛋白质的基本成分。也是引发生命的主角。米勒虽然没有在实验室中创造出生命，但他创造出生命的潜在性。这个意义重大。只要有了正确的环境和条件，任何地方都有可能孕育生命。研究物质的组成对人类社会具有深远的影响。因为物质的性质是由它的结构和组成决定的。化学家通过研究物质的组成可以合成出许多新物质，带来的人类社会的进步和发展。
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