資源簡介

——《尋找地球以外的生命-探究水的組成》教學設計
摘要：本案例創設真實問題地球以外存在生命嗎，圍繞水的組成探究，開展項目式學習，精心設計了層層遞進的任務進行驅動,從宏觀到微觀、從定性到定量探究水的組成。學生在項目式學習過程中能體驗完整的探究的過程，并自主總結提升研究物質組成的一般方法——“分法”和“合法”等，發展從宏觀到微觀認識物質的水平，發展從定性到定量實驗探究的水平，發展社會價值的認識水平，提高解決實際問題的水平，促進學生化學核心素養的發展。
關鍵詞： 水的組成 項目式學習 任務驅動 核心素養 初中化學
項目式學習承載著發展學生核心素養和學科能力的功能，同時又充分體現了現代教育理論以學生為本的理念?！绊椖渴綄W習是指基于課程標準，以小組合作方式對真實問題進行探究，從而獲得學科知識的核心概念和原理，發展創新意識和一定的學科能力的教學活動。”在項目開展過程中，教師角色從傳統的控制者向學生學習的促進者轉換，可以極大地調動學生的積極性，培養學生的合作能力和探究意識，豐富并拓寬學生的學習內容和視野，提高學生的創新意識和實踐能力，促進學生科學精神和人文精神的養成。
本案例涉及的教學內容為“義務教育教科書人教版上冊第四單元課題三水的組成”。水的組成是初三化學的重要教學內容,是初三學生應學習和掌握的重點內容，也是未來進一步研究和認識其他物質組成的重要基礎。本教學設計以尋找地球以外的生命為情境，創設真實的有價值的問題組織學生開展項目式學習，將探究水的組成的融入到真實情境中，設計了層層遞進的任務進行驅動,引導學生在自主體驗基礎上，總結提升研究物質組成的一般方法——“分法”和“合法”。在項目式學習過程中使學生體驗完整的實驗探究的過程，有利于培養學生的證據推理和科學探究的核心素養。通過水的電解實驗探究水的宏觀組成，進而氫氣燃燒的定量實驗，探究水分子的微觀構成，發展從定性到定量實驗探究的水平，發展從宏觀到微觀認識物質的水平，通過圍繞確定水的組成實際問題的解決，發展社會價值的認識水平，提高解決實際問題的水平。最終促進學生化學核心素養的發展。
“素養為本”的教學與評價目標
1、教學目標
通過水的電解實驗現象分析水的宏觀元素組成，結合氫氣燃燒的定量實驗分析水分子的微觀構成。
以水為例，體驗并初步了解研究物質組成的一般方法（“分法”和“合法”），初步建構分析物質組成的思維模型。
通過實驗收集證據，從宏觀到微觀，從定性到定量，對水的組成進行分析、推理和判斷，實現問題的解決。
能從所含元素種類對純凈物進行簡單的分類，掌握單質、化合物、氧化物的概念。
2、評價目標
通過對水的通電分解的探究，診斷并發展學生對化學反應的認識進階（宏-微-符-曲，四重表征）和對物質的認識從宏觀辨識到微觀探析的水平（基于經驗水平、基于思維水平）。
通過對水得出組成的宏觀定性探究和氫氣燃燒的定量微觀分析，結合實驗方案的設計和交流，診斷并發展學生實驗探究的水平（定性水平、定量水平）。
通過課堂收獲的交流討論，診斷并發展學生對化學價值的認識水平(學科價值視角、社會價值視角、學科和社會價值視角)。
3、教學重難點
以水為例，體驗并初步了解研究物質組成的一般方法（“分”法和“合”法），初步建構分析物質組成的思維模型。
通過實驗收集證據，從宏觀到微觀，從定性到定量，對水的組成進行分析、推理和判斷，實現問題的解決。
項目式學習實施流程
(
項目活動
) (
任務驅動
) (
素養發展
)
(
真實情景中發現問題，分析問題，提出猜想，進行實驗探究，得出結論。
) (
宏觀辨識、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、變化的觀念、守恒的思想
)
(
1、
水是不是一種元素？
)
(
宏觀辨識與微觀探析，從定性到定量
) (
從質量、氣體體積兩個角度，定量分析水分子的原子構成。完成微觀示意圖。
) (
2、
水分子的原子構成是怎樣的
)
(
分類的思想、宏觀辨識與微觀探析
、
科學態度與社會責任
) (
3、
物質的簡單分類
（水屬于哪一類物質？）
) (
從已知物質出發，對純凈物進行簡單的分類，
建構物質的簡單分類樹
，
并能從宏觀和微觀理解物質的分類。
)
三、項目教學過程
（一）項目活動主題一：項目導入，情景驅動問題探究
教師活動過程 學生活動過程
課前播放視頻：《探索地球以外的生命》 [提出問題]我們如何確定發現的物質就是水？想一想，怎么探究水的組成？ 收看視頻，踴躍思考回答。 大多同學想到從水的性質，少數想到水的微觀構成。
[設計說明]創設真實情境，使教學密切聯系實際：科學家們致力于尋找地球以外的生命，水是生命之源，如何確定發現的物質就是水，讓學生帶著任務和興趣，參與到課堂中來。開展項目式學習，任務驅動，充分調動學生的積極性，讓學生在學習中感悟“身邊的化學”、“有用的化學”，認識化學在促進社會發展的積極作用，體現學科應用與育人的價值。
項目活動主題二：水是不是一種元素？——宏觀辨識、定性探究
[設計說明]學生在教師的引導下開展本項目的學習，在自主體驗基礎上，掌握研究物質組成的一般方法——“分法”和“合法”。
該環節學生體驗了完整的探究過程：提出問題，水是一種元素嗎？激發學生的思考。接著回顧歷史，尋找證據→重現氫氣燃燒實驗→提出新的問題，作出假設→ 設計實驗方案→實驗并觀察記錄實驗現象→解釋和結論。有利于培養學生證據推理和科學探究的核心素養。
電解水實驗中精心設計了的問題串：看到什么現象？→液面上是什么？→兩試管中產生的氣體一樣多嗎？→兩邊生成的氣體一樣嗎？→體積不同就不一樣嗎？應該怎么證明？→生成了氫氣和氧氣，說明水中含有什么元素。為什么？→水中就只含氫元素和氧元素嗎？利用環環相扣的問題進行驅動,層層深入剖析，最終得出水的組成的結論。有利于培養學生縝密的思維和深入思考的高階思維。
使用手持技術，展示化學反應的動態過程，拓展學生的視野，發展學生對化學反應的認知水平，感受化學反應的動態過程，發展學生化學學科獨有的“四重表征”的思維。
教師活動過程 學生活動過程
[提問]水是一種元素嗎？ [介紹歷史]介紹普利斯特里、卡文迪許關于氫氣燃燒的實驗。 [演示實驗]氫氣的燃燒 思考回答。 聆聽。 觀察記錄實驗現象。根據實驗，得出猜想和結論：水不是一種元素，由氫元素和氧元素組成。
[提問]如何進一步證明水是由氫元素和氧元素組成的？ [方法指導]從拉瓦錫探究空氣成分的實驗，歸納研究物質組成的常見方法：“分”法和“合”法。 [實驗方案的設計]水的高溫分解或者通電分解。 [實驗探究]演示電解水實驗，提問問題串：看到什么現象？→液面上是什么？→兩試管中產生的氣體一樣多嗎？→兩邊生成的氣體一樣嗎？→體積不同就不一樣嗎？應該怎么證明？→生成了氫氣和氧氣，說明水中含有什么元素。為什么？→水中就只含氫元素和氧元素嗎？ 回顧拉瓦錫所做的實驗，思考總結：研究物質組成的常見方法：“分”法和“合”法。 設計實驗方案并簡單評價。在教室中選擇進行電解水實驗。 實驗觀察、 思考回答、 收集證據：“正氧一，負氫二”、 結合“元素守恒”思想分析歸納、 得出結論：水是由氫元素和氧元素組成的。 完成導學案，寫出水電解反應的文字表達式。
[拓展視野]手持技術，展示水電解過程中得到的兩種氣體的壓強-時間曲線。 觀看、聆聽 感受水通電分解的動態過程。
項目活動主題三： 水分子的微觀原子構成是怎樣的？——微觀探析、定量探究
教師活動過程 學生活動過程
[提問]只含有氫元素和氧元素的物質，
就一定是水嗎？ [過渡]確定物質的組成，不只要了解元素種類，還要分析構成物質的微粒的構成。水是由水分子構成的，進一步定量地推斷水分子的構成情況。 [宏微結合，從質量分析]重復拉瓦錫的實驗可以得出，每36g的水，分解得到4g氫氣和32g氧氣。從而可以知道，水當中，氫元素的質量，氧元素的質量之比8:1.就可以進一步得出水的化學式是H2O。 [水分子模型展示]一個水分子中有一個氧原子，兩個氫原子。 [水通電分解微觀模擬] 聯想到過氧化氫。回答不是。并說出，二者的區別在于分子中氧原子的個數。 思考、回答 舉起水分子模型，體會無數的水分子就構成了水這種物質。 前后四人小組合作，模擬水分解的過程。 模擬和觀看水的通電分解微觀動畫，再次體會化學變化的微觀實質。
[過渡]宏觀上，除了質量可以測量，我們還能測量什么？ [宏微結合，從體積分析]提供資料：法國化學家蓋.呂薩克利用以下實驗精確測定水的組成：2體積的氫氣和1體積的氧氣點燃生成了2體積的水蒸氣。已知同溫同壓下，氣體的體積比為分子個數比。即，每兩個氫分子和每一個氧分子點燃生成了2個水分子。 [小結]化學學科區別于其他學科的重要特征：研究物質，從宏觀到微觀到符號三重表征。 回答：體積。 閱讀資料。 完成導學案中微觀示意圖，推測每個水分子的原子構成。 得出水的微觀分子構成。
[大展拳腳.學以致用]科學家們發現的物質是不是水呢？你會怎么做？ 堿式碳酸銅是一種綠色粉末狀固體，加熱后可分解生成氧化銅、二氧化碳和水。推理堿式碳酸銅的組成，并說明你推理的依據。 [拓展延伸]確定物質的組成，現代技術，還有哪些方法？ 歸納和應用研究物質組成的一般方法（“分法”和“合法”），分析未知物的組成，初步建構分析物質組成的思維模型。 知道除了“分法”和“合法”，還有物質燃燒法，儀器分析法等。
[設計說明]本環節調動學生原有認知，與前面實驗結論產生認識沖突，激發學生的思考，只分析物質的元素組成是不夠確定一種物質的。引導學生，從宏觀定性地分析元素的組成，深入到到微觀定量實驗探究活動，從宏觀到微觀，從定性到定量，實現問題的解決。發展學生“宏觀辨識和微觀探析”的核心素養。引導學生體會定量研究的方法對于研究物質組成的重大作用。通過學以致用活動，歸納和應用研究物質組成的一般方法（“分法”和“合法”），分析未知物的組成，初步建構分析物質組成的思維模型：通過“分法”和“合法”研究物質的宏觀元素組成→定量實驗分析物質的微觀微粒構成→確定物質組成。拓展介紹研究物質組成的其他方法，使學生知道，化學是發展的。
項目活動主題四：物質的簡單分類（水屬于哪一類物質？）
教師活動過程 學生活動過程
[提問]世界上有幾千萬種物質，只有對物質進行合理的分類，才能更好地研究和應用物質。物質可以怎么分？還可以根據什么標準來進一步分類呢？ [回歸]水屬于哪一類物質？ [思考、回顧]物質分為混合物和純凈物，并舉例。發現純凈物分類的一種方法，根據所含元素的種類，分為單質和化合物，化合物中特殊的一類，氧化物。 [建構物質的簡單分類樹]完成導學案相關。 回答：水是純凈物、化合物、氧化物
[小組活動]請同學們舉起氫分子、 請同學們舉起水分子、 把水分子、氫分子和氧分子都舉起來 [隨堂練習] 感受純凈物微觀上由一種分子構成。 單質由一種分子構成，并且每個分子中只有一種元素的原子。 化合物是由一種分子構成。每個分子中有兩種以上的元素的原子。 混合物由多種分子構成。 完成隨堂練習。
板書設計：
[設計說明]分類法是化學學習中一種很重要的方法。讓學生說出自己知道的、學過的物質，感受物質種類的龐大和分類法的重要性。通過觀察思考，尋找分類的依據，自主建構物質的簡單分類樹。通過水的通電分解的例子，結合分子模型，引導學生不僅僅從宏觀元素種類來進行純凈物的分類，還要理解微觀實質，宏微結合，更好地進行概念的建構，
項目活動主題五：學生交流本節課的收獲和體會，小結本節課內容。
[設計說明]梳理本節課的內容，深化對水的組成的認識，讓知識系統化。掌握水的合成和水的分解，了解研究物質組成的一般方法（“分法”和“合法”），初步建構分析物質組成的思維模型，使化學守恒的思想和方法觀念內化、模型化。能拓展遷移，在日后的學習中運用分類的思想。
四、基于“素養為本”的評價與教學反思
創設有意義、真實的問題情境，開展項目式學習，使教學密切聯系實際。任務驅動，充分調動學生的積極性，最終實現問題的解決，培養學生的社會責任感，體現學科應用與育人的價值。
注重培養學生的探究意識和合作能力，發展學生的證據推理和科學探究的核心素養。努力豐富并拓寬學生的學習內容和視野，提高學生的創新意識和實踐能力，促進學生科學精神和人文精神的養成。
發展從宏觀到微觀認識物質的水平，發展從定性到定量實驗探究的水平，通過圍繞確定水的組成實際問題的解決，發展社會價值的認識水平，提高解決實際問題的水平。最終促進學生化學核心素養的發展。
參考文獻：
項目式學習：培養學生核心素養的課堂教學活動
李焱.基于化學發展史的初中化學教學實踐——水的組成教學過程與評析
張永梅.基于核心素養培養的物質組成教學——以研究水的組成為例
郭瑋.突出化學學科價值和注重學生認知發展的教學研究——以水的組成為例
杜曉雯.如何在化學教學中培養學生的化學核心素養——以水的組成一課為例
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