纪 璇

（常州市花园中学 江苏 常州 213016）

化学的特征是从微观层次认识物质，从符号形式描述物质，在不同层面创造物质。［1］初中化学沪教版教材第4章“认识化学变化”包括三节内容：（1）常见的化学反应——燃烧；（2）化学反应中的质量关系；（3）化学方程式的书写与应用。［2］该章节带领学生从反应条件、物质变化、能量变化、元素守恒等视角认识化学变化，［3］也能意识到认识化学变化的意义在于人类更能借助控制反应条件和调控物质间的质量关系等方法，使化学变化朝着人类希望的方向发展，甚至优胜劣汰，做出更优选择。

本文充分挖掘教材内容蕴含的研究化学变化的思路和学科价值，以人类研究化学变化的价值为引领，创设真实的问题情境，遵循学生认知规律，借助问题链驱动学生思维，［4］使其意识到研究化学变化时需注重宏微相结合，定性定量相结合，最终使学生形成化学观念、发展科学思维、经历科学探究、养成科学态度。［3］

一、教学设计思路

这节课的时代背景是我国神舟十五号载人飞船发射取得圆满成功，挖掘这个素材，把视线聚焦到火箭发动机，围绕着认识化学变化的几个视角，及研究化学变化的价值设计了这节课。这节课学生活动分为两个环节，环节一：学生先了解火箭发动机的种类和工作原理，为第二个环节做铺垫。环节二：学生列出选择火箭燃料需要考虑的因素，根据已有知识和所给数据归纳这些火箭发动机燃料的优缺点。之后学生复习化学变化本质、质量守恒定律和化学方程式书写等内容；深入探讨环保问题，初步树立绿色发展理念；最后由易到难，从单一因素到多因素，更接近实际，学生完成一道综合考虑多因素的化学方程式计算。本节课借助实际问题的解决，加深学生对元素观、微粒观、变化观、守恒观、计量观等化学观念的认识。［5］

二、教学过程

播放视频：神舟十五号成功发射

引入：观看了神舟十五号成功发射的视频，相信同学们心中涌出强烈的民族自豪感。今天我们就来了解火箭的一个重要组成部分——火箭发动机。

环节一：初识火箭发动机

学生观看介绍火箭发动机的视频，然后说一说在视频中出现的发动机名称。教师提出问题：这些发动机的名称中体现出哪些燃烧条件？物质燃烧还缺少什么条件？学生回答：煤油、液氢、甲烷都具有可燃性，要与氧气接触。还缺少温度达到着火点这个条件。

小结：在一定条件下化学反应才可以发生。

设计意图：通过列举几种火箭发动机，归纳总结，复习燃烧的条件，也让学生意识到在一定条件下化学反应才可以发生。

环节二：燃料大比拼

在上面环节中主要提到的燃料有煤油，甲烷和液氢等，接下来从不同燃料点燃难易程度这个角度，引出这几种燃料有各自的优缺点。学生受到启发，开始寻找这几种燃料的优缺点。

教师抛出问题：选择火箭燃料时还需要考虑哪些因素呢？

学生活动：小组讨论之后全班交流。学生考虑到的因素有价格、原料是否具有毒性、热值、重量、密度、安全、环保、储存……

教师提供数据信息，抛出问题：根据表1中的数据以及已有知识归纳三种燃料的优缺点。

表1 不同燃料的数据对比

学生活动：通过对比归纳出三种燃料的优缺点。

以下是学生的答案汇总（表2）：

表2 学生的答案汇总

设计意图：通过问题的驱动，引导学生进行科学探究、数据分析、归纳总结、交流评价。学生基于燃料数据分析，总结归纳各燃料优缺点，从而发展科学思维，培养学生科学探究能力、证据推理意识和协同合作能力。

【教师追问】同学们分享时几乎都提到环保问题。如何确定是否会造成污染？你能具体分析一下吗？

【生】看产物，煤油和甲烷都是碳氢化合物，完全燃烧产生二氧化碳和水，而氢气燃烧产物只有水。二氧化碳过多造成温室效应，所以氢气最为环保。

【师】通过你的分析，可以看出液氢的燃烧产物最环保，同时也反映出化学变化是产生新物质的过程，而且遵循着质量守恒定律。接下来我们利用氢气燃烧反应进一步复习化学变化本质。图1是一张简化过的液氢液氧发动机的微观示意图，同学们先观察一下，想一想如何描述这张图中发生的过程。

图1 液氢液氧发动机微观示意图

【生】氢气和氧气被压缩成液态，分子间间隙变小。然后，在火箭中发生化学变化，反应中分解成氢、氧原子，最后生成水分子排出。

【师】观察这张微观示意图，你还能得出什么结论？

学生观点：物理变化微粒本身不变，化学变化分子分解成原子再重组成新分子。化学变化中原子种类、数目和质量不变。每两个氢分子和一个氧分子反应生成一个水分子。然后就能写出这个反应的化学方程式……

【教师追问】那如果要液氢燃烧放出最大能量，液氢和液氧以何种比例反应最佳？

【生】每两个氢分子结合一个氧分子，氢气和氧气质量比为1∶8。

【教师补充】由于煤油的成分中含碳量较高，所以我们看到以前的液氧煤油火箭发射时有大量黑烟产生，煤油发生了不完全燃烧，造成空气污染和燃料浪费提供充足的氧气、提高氧气浓度等，可以大大改善这种状况。

【教师补充】目前采用先进的补燃循环技术，就是燃气进入燃烧室进行二次燃烧。技术改进后，液氧煤油火箭发射时效率更高，也更环保。由此我们可以发现，人类可以通过调控化学反应释放更多的能量。

【小结】经过同学们的热烈讨论，我们归纳出了燃料各自的优劣，也认识到化学变化是产生新物质的过程，同时还伴随着能量的改变。

【师】你会选择何者作为火箭燃料呢？相信同学们心里都有自己的答案和理由。

学生观点：绝大多数选择液氢，主要原因还是因为环保和放热多。

设计意图：通过对这些燃料何者更环保这个问题的深入探讨，学生利用元素守恒推测出产物并判断是否存在污染，然后更深入从微观角度再识液氢液氧发动机的反应本质，区分化学变化和物理变化，也培养了“宏观-微观-符号”三重表征的思维方式。接着，引导学生关注化学方程式运用，要释放最大能量就需要利用物质间的定量关系。最后解决煤油火箭冒黑烟造成污染的问题，本环节利用定性、定量相结合加深学生对元素观、微粒观、变化观、守恒观、计量观等化学观念的认识，解决实际问题。同时，有助于学生养成科学态度，比如绿色化学的理念。

【师】事实上，在选择火箭燃料时，科学家会综合考虑诸多因素之后，再做出最优选。接下来我们综合考虑两个因素，能量和火箭重量。假设一艘火箭升空需要燃料提供1.5×1010kJ能量，哪种组合燃料和助燃剂总重是最轻的？

学生活动：分组计算，通过比较得出液氢液氧组合最轻。

【教师追问】能不能不通过化学方程式计算就能得出结论？

【生】液氢热值最大，所以所需液氢质量最小。根据原子守恒，两个氢原子结合一个氧原子，而一个碳原子就结合两个氧原子，很明显不含碳的氢气耗氧量最少。

设计意图：通过相同能量前提下，计算燃料和助燃剂总重这个较为复杂却更为实际的问题，复习化学方程式计算，也更能让学生意识到化学方程式计算的价值在于解决实际问题。

【小结】我们发现一旦需要综合考虑各种因素，这个问题就变得复杂。所以到目前为止，我们国家并没有找到最优选，所以都不能放弃，并且还在不断寻找新的更优的可能。你觉得以后的火箭燃料发展趋势会是怎样的呢？这个问题作为同学们的课后作业，请同学们查阅相关资料，解答这个问题。

【总结】今天我们通过认识火箭发动机，比较各种火箭发动机的优劣，再次从定性定量，宏观微观、能量变化等不同的角度充分认识并研究了化学变化的本质，进一步复习第4章的重要内容。以后的学习生活中，希望同学们能用自己掌握的化学知识解决实际问题，坐着“化学”这艘火箭去创造更美好的生活。

三、教学反思

一节复习课既要引导学生从化学的视角去观察、分析和处理实际问题，培养学生的科学观念、科学思维、科学探究和科学态度，［3］也要考虑学生的最近发展区，给予学生有效的引导，通过生生、师生、生本“对话”，让学生完成知识的有意义建构，从而对已有知识有更深层次的理解。