基于化学式计算的定量认识-九年级化学“物质组成的表示”单元第三课时教学设计

基于化学式计算的定量认识——九年级化学“物质组成的表示”单元第三课时教学设计一、教学内容分析

《义务教育化学课程标准（2022年版）》明确指出，学生需“认识物质的组成与结构，能用化学式表示某些常见物质的组成，并利用相对原子质量进行有关物质组成的简单计算”。本课时“物质组成的定量表示”正是这一要求的关键落点，它标志着学生从对物质组成的定性描述（是什么）迈向量化表征（有多少）的认知飞跃。在单元知识链中，本课承上启下：它深度融合了前两课时所学的“化学式”与“化合价”知识，并将其置于数学计算的逻辑框架中加以应用，为后续学习“化学反应中的质量关系”奠定了不可或缺的定量分析基础。从核心素养视角审视，本课是发展“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”素养的绝佳载体。学生需要将宏观物质、微观粒子构成与化学式这一符号模型建立精确的数量关联，通过计算推理来证实或预测物质的组成，这一过程深刻体现了科学的定量化思想与方法。

授课对象为九年级学生，他们已掌握元素符号、化学式的含义及书写，并初步了解了相对原子质量的概念。然而，将微观的原子数量关系转化为宏观可度量的质量比例，对学生而言存在显著的认知跨度。常见的学习障碍主要体现在：一是对“相对分子质量”作为“集体相对质量”的理解存在模糊，易与相对原子质量混淆；二是在计算元素质量分数时，对“部分与整体”的关系模型建立困难，难以灵活处理变式问题（如求样品纯度、逆运算求化学式等）。此外，学生在数学比例运算上的熟练程度也存在个体差异。因此，教学需通过直观的模型（如分子比例模型）、阶梯式的任务设计以及即时反馈，搭建认知脚手架，化解抽象性。在过程评估上，将设计嵌入式的“迷你计算”、小组互评与针对性提问，动态诊断学生在各计算环节的掌握情况，并准备差异化的支持材料（如计算步骤提示卡、进阶挑战卡），以满足不同层次学生的学习需求。二、教学目标

在知识与技能层面，学生将系统建构基于化学式的定量计算认知模型。他们不仅能准确阐述相对分子质量、元素质量比、元素质量分数的定义，更能熟练运用这些概念进行规范计算。具体表现为：给定化学式，能独立、无误地计算出其相对分子质量、各元素质量比及指定元素的质量分数。

在过程与方法层面，本课致力于发展学生的信息转化与模型应用能力。学生将经历“化学式→微观粒子数量关系→相对质量关系→实际质量关系”的完整推理链条。他们能够从标签、说明书等真实信息源中提取化学式数据，通过建模计算解决简单的实际问题，例如：“这袋化肥中，氮元素的实际含量是多少克？”

在情感态度与价值观层面，教学旨在引导学生体会化学定量研究的价值与严谨性。通过解读商品标签、评估广告宣称等情境，学生能感受到化学计算对生产、生活的指导意义，初步形成基于数据、实事求是的科学态度，并在此过程中体会运用知识解决实际问题的成就感。

在学科思维层面，本节课核心发展的是“定量思维”与“模型思维”。学生需超越对化学式的符号认知，将其视为一个蕴含丰富数量关系的数学模型。我们将通过问题链引导，如“如何用数字‘称量’一个水分子？”、“从‘H₂O’这两个字母和数字中，我们能挖掘出哪些隐藏的比例关系？”，驱动学生主动探寻符号背后的定量规律，建立“组成决定比例，比例反映组成”的思维模型。

在评价与元认知层面，我们将引导学生建立计算过程的自我监控意识。学生将学习使用计算清单核对关键步骤（如：原子个数是否乘对？相对原子质量是否用准？），并能在同伴分享或教师点评后，反思自己解题策略的优劣，主动调整学习方法。三、教学重点与难点

教学重点是相对分子质量及元素质量分数的计算。确立该重点的依据在于其在本单元乃至整个初中化学定量体系中的枢纽地位。从课标看，它们是“物质组成”大概念下定量表达的核心技能，是连接微观化学式与宏观质量比例的桥梁。从学业评价看，这两类计算是中考化学的经典考点，不仅常以基础题型直接考查，更是解决混合物纯度计算、化学式推断等综合性问题的必备基础，充分体现了对学生定量分析能力的立意。

教学难点在于元素质量分数计算方法的理解及其在真实、复杂情境中的灵活应用。难点成因主要有二：一是思维上的抽象性。学生需从“部分/整体”的数学比例模型中，理解“元素质量分数”的物理意义，这是一个从具体数字运算到抽象关系建模的跨越。二是应用上的迁移障碍。即使掌握了纯净物的计算，当面临“含杂质物质中某元素含量”、“判断商品营养成分宣称是否属实”等情境时，学生往往难以识别问题的本质仍是核心公式的应用。突破方向在于：强化对计算公式（元素相对原子质量×原子个数/相对分子质量×100%）中每个部分意义的理解，并设计从简单到复杂、从纯净物到混合物的阶梯式应用情境，帮助学生剥离情境外壳，直击计算模型核心。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件（含分子结构动画、阶梯式任务与即时反馈功能）、实物分子比例模型（如H₂O、CO₂）、商品包装袋（化肥、钙片）。1.2学习材料：分层学习任务单（含基础版与进阶版）、课堂巩固练习活页、板书记划（预留核心公式与模型图区域）。2.学生准备2.1知识准备：复习化学式的书写与含义，熟记常见元素的相对原子质量。2.2物品准备：计算器、化学课本、笔记本。3.环境预设3.1座位安排：按4人异质小组就坐，便于合作讨论与互助。五、教学过程第一、导入环节

1.创设认知冲突情境：教师手持一袋化肥，指向营养成分标识“NP₂O₅K₂O151515”。“同学们，农民伯伯选购化肥时最关心这个标签。大家猜猜，这串数字‘151515’代表什么意思？”（学生可能猜测是质量、比例等）。在简要解释这是氮、磷、钾元素的质量分数后，追问：“可标签上写的是P₂O₅和K₂O，并不是单纯的磷元素和钾元素，厂家为什么这样标？我们又该如何计算出这袋化肥中真实的磷元素含量是多少呢？这里面就需要解开一个关于化学式的‘数字密码’。”

1.1提出核心驱动问题：“今天，我们就化身‘化学解码员’，学习如何从物质的化学式出发，进行一系列定量计算，揭开物质组成中隐藏的数字秘密。我们的核心任务是：掌握基于化学式的三大定量计算——相对分子质量、元素质量比和元素质量分数。”

1.2勾勒学习路径与激活旧知：“我们将分三步走：第一步，学习如何给一个‘分子团队’称重（相对分子质量）；第二步，分析这个‘团队’内部各成员的‘体重’比例（元素质量比）；第三步，解决像化肥标签这样的实际问题，计算某个特定成员占整个团队的‘份额’（元素质量分数）。要完成这些，离不开我们的老朋友——化学式和相对原子质量，请大家快速回忆一下。”第二、新授环节任务一：为分子“称重”——相对分子质量的计算教师活动：首先，利用水分子（H₂O）的比例模型或动画，引导学生回顾。“大家看，这是一个水分子，它由2个H原子和1个O原子构成。我们知道每个H原子相对质量约是1，O原子约是16。那么，整个水分子的相对质量该如何表示呢？”引出“相对分子质量”定义：化学式中各原子相对原子质量的总和。接着，教师进行规范板演：Mr(H₂O)=1×2+16×1=18。强调关键步骤：“这里最容易出错的就是忘记乘原子个数，比如把H₂的‘2’丢了。”然后，通过课件出示CO₂、Ca(OH)₂等化学式，进行“我来说，你来算”的迷你竞赛。“注意，Ca(OH)₂中的‘OH’是个整体，括号外的下标2意味着什么？对，它要乘以括号内的每一个原子。”学生活动：观察模型，理解相对分子质量是分子内所有原子相对质量之和。跟随教师板演，在任务单上完成模仿计算。参与迷你计算竞赛，快速口答或演算，特别注意有括号的化学式中原子的计数。小组内相互检查计算步骤。即时评价标准：1.计算过程是否体现了“原子相对原子质量×原子个数”的步骤。2.对于含原子团或括号的化学式，原子个数是否计算正确。3.计算结果的准确性与单位（“1”通常省略）的规范性。形成知识、思维、方法清单：★相对分子质量的定义与意义：化学式中各原子相对原子质量的总和，是衡量分子相对质量的物理量，单位为1，常省略不写。它建立了微观分子与宏观可称量物质之间的桥梁。▲计算规范与易错点：计算口诀：“查（相对原子质量）、乘（原子个数）、加（总和）”。易错点警示：切勿遗漏原子个数；原子团有下标时，需将下标乘以其内部所有原子。★模型建构初步：将化学式视为一个“求和”的数学模型，这是所有后续定量计算的基础。任务二：剖析内部“比例”——计算元素质量比教师活动：“知道了水分子的总‘重量’，我们再来看看里面的氢和氧，它们的‘重量’比例是多少呢？”引导学生从计算式出发：m(H):m(O)=(1×2):(16×1)=1:8。“看，这个简洁的1:8，就是水分子中氢、氧元素的质量比，它是一个固定值，无论水是一滴还是一片海。”然后，创设辨析情境：“那么，对于过氧化氢（H₂O₂），它的氢氧元素质量比还是1:8吗？请大家动手算算看。”“算出来是1:16？为什么和水不一样了？大家想想，根本原因是什么？”引导学生得出核心结论：物质不同，化学式不同，元素质量比就不同。所以，元素质量比是物质的特征属性之一。学生活动：根据教师对水元素质量比的推导，理解计算原理：各元素相对原子质量与其原子个数乘积之比。计算H₂O₂中H与O的质量比，并对比H₂O，直观感受化学式变化导致比例变化。通过讨论，理解元素质量比是物质固有属性的含义。即时评价标准：1.能否正确列出各元素“相对原子质量×原子个数”的乘积。2.能否将比例化为最简整数比。3.能否通过对比不同物质的数据，理解元素质量比是物质的一种特征性质。形成知识、思维、方法清单：★元素质量比的计算与意义：化学式中各元素的质量比等于其原子的相对原子质量总和之比。计算结果是固定比值，反映了物质组成元素的质量关系特征。★从计算到性质：通过对比H₂O与H₂O₂的计算结果，引导学生建立“定量差异体现本质不同”的思维，深化“结构决定性质”的学科观念。▲技能强化：巩固“先求各元素总相对质量，再化为最简比”的计算流程。任务三：破解标签“密码”——元素质量分数的计算与应用教师活动：回到导入的化肥标签问题。“现在，我们来攻克最难也是最有用的部分：如何计算某元素在物质中的‘份额’，也就是质量分数。”以水中氢元素质量分数为例，引导学生建模：“水（H₂O）中氢元素的质量分数，就是氢元素的总相对质量占整个水分子相对分子质量的百分比。”板演公式与计算：ω(H)=(1×2)/18×100%≈11.1%。“这个11.1%意味着什么？就是说，每100份质量的水中，大约有11.1份是氢元素的质量。”然后，出示碳酸钙（CaCO₃）化学式，“谁来试试计算钙元素的质量分数？大家注意，这里钙的原子个数是1，可别看到‘Ca’就激动。”学生计算后，教师引入变式：“假设这是一片含碳酸钙500mg的钙片，其中钙元素的实际质量是多少？”引导学生完成“纯净物质量×元素质量分数=元素实际质量”的换算。“看，我们就能自己评估一片钙片的含钙量了！”学生活动：理解元素质量分数的定义和公式：某元素质量分数=(该元素相对原子质量×原子个数)/相对分子质量×100%。模仿计算CaCO₃中Ca的质量分数。尝试应用公式，计算500mg碳酸钙中钙元素的质量，体会公式的实际应用价值。小组讨论：解释化肥标签上“以P₂O₅形式标识”的含义，并尝试定性比较。即时评价标准：1.能否准确复述并理解元素质量分数的计算公式及其每个部分的含义。2.计算过程是否规范，百分号处理是否正确。3.能否在简单情境中应用公式进行“物质质量”与“元素质量”的相互推算。形成知识、思维、方法清单：★元素质量分数的核心公式与意义：ω(元素)=(Ar×n)/Mr×100%。其核心意义在于表达了部分与整体的定量关系，是联系宏观物质质量与微观元素组成的枢纽公式。★公式的变形与应用：衍生公式：元素实际质量=物质质量×ω；物质质量=元素实际质量/ω。这是解决实际问题的关键。▲情境化理解：理解商品标签中“以某某形式计”是行业惯例，其计算原理不变，但需注意对应的化学式。★综合思维提升：本任务是前两个任务的综合与应用，要求学生灵活调度相对分子质量、原子个数等计算要素，是定量思维的综合体现。第三、当堂巩固训练

本环节设计分层练习，学生可根据自身情况选择完成至少两个层次。

基础层（巩固概念与直接应用）：1.计算NH₄HCO₃的相对分子质量。2.求Fe₂O₃中铁、氧元素的质量比。3.计算CO(NH₂)₂（尿素）中氮元素的质量分数（保留一位小数）。“同学们，这些是今天必会的基本功，一定要算准、练熟。”

综合层（情境应用与简单分析）：1.某品牌酱油标签注明：每100mL酱油含钠元素约2000mg（以NaCl计）。试通过计算说明，这约相当于含有多少克氯化钠？2.比较等质量的SO₂和SO₃中，硫元素的质量大小。“这一层需要你把公式用活，像第一题就是‘已知元素质量反求物质质量’的逆运算，第二题则要跳出直接计算，想想有没有更巧妙的比较方法？”

挑战层（解决真实问题）：有一包不纯的硝酸铵（NH₄NO₃）肥料，经测定其含氮量为32%。请通过计算判断，这包肥料的纯度（即NH₄NO₃的质量分数）是多少？“这道题有点挑战性，它把纯净物的元素质量分数和混合物的纯度问题结合起来了。想想，混合物中的含氮量来自哪里？它和纯净硝酸铵的含氮量之间有什么关系？小组可以讨论一下。”

反馈机制：学生独立完成后，首先进行小组内互评，重点核对计算过程和结果。教师巡视，收集典型解法与共性问题。随后进行集中讲评，展示优秀、规范的解题步骤，并针对“挑战层”问题，邀请有思路的学生分享其分析过程（如：设样品为100g，则氮元素为32g，这部分氮全部来自其中的纯NH₄NO₃，列方程求解），深化对核心公式迁移应用的理解。第四、课堂小结

引导学生以思维导图或知识框架图的形式进行自主总结。“请大家用3分钟时间，梳理一下本节课我们破译的‘化学式定量计算密码本’主要包括哪几章？每章的核心公式和关键点是什么？”邀请学生代表上台展示并讲解其总结图。教师在此基础上进行升华：“今天我们学习的计算，本质上是在化学式（符号模型）、微观粒子数（数量模型）和宏观质量（比例模型）之间建立精确的转换关系。掌握这套‘转化’本领，我们就能像解读密码一样，从简单的化学式中读出丰富的定量信息，这是化学学科理性之美的重要体现。”

作业布置：1.必做作业：课本相关基础计算题；完成学习任务单上未完成的巩固练习。2.选做作业（二选一）：（1）调研家中某食品或用品包装上的营养成分表，选取一种成分（如蛋白质、钠等），根据标识尝试进行类似今天的定量分析。（2）查阅资料，了解“相对分子质量”概念在化学发展史上的重要意义，并撰写一段简短的小报告。六、作业设计

基础性作业（全体必做）：1.计算下列物质的相对分子质量：H₂SO₄，(NH₄)₂SO₄，C₆H₁₂O₆（葡萄糖）。2.计算氧化铝（Al₂O₃）中铝、氧元素的质量比。3.计算硝酸钾（KNO₃）中氮元素的质量分数。（设计意图：巩固三种核心计算技能，确保全体学生掌握最基本、最规范的运算流程。）

拓展性作业（建议大多数学生完成）：情境任务——“我是营养评估员”。某儿童钙片标签标明主要成分为碳酸钙（CaCO₃），每片含钙300mg。请你通过计算：①验证该片剂中碳酸钙的理论质量应为多少？②假设该钙片中还含有少量调味剂等辅料（视为无钙），实际每片质量为1.25g，请估算该钙片中碳酸钙的纯度（质量分数）约为多少？（设计意图：将计算置于真实生活情境中，要求学生综合运用元素质量分数计算和逆运算，并初步接触纯度概念，提升知识迁移和应用能力。）

探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：微型项目探究——“揭秘真假葡萄糖”。已知葡萄糖的化学式为C₆H₁₂O₆。市售有一种“葡萄糖口服液”，其成分标签模糊。请设计一个简单的、基于定量计算的鉴定方案思路（无需具体实验操作），说明如何通过测定数据来判断该口服液中主要成分是否为葡萄糖。（提示：可从元素质量比或元素质量分数的角度思考）。（设计意图：这是一个开放性的探究问题，鼓励学生将本节课所学的定量思想应用于物质鉴定这一实际化学问题中，培养其科学探究意识和创新思维。）七、本节知识清单及拓展

1.★相对分子质量（Mr）：化学式中各原子的相对原子质量的总和。其意义在于将肉眼不可见的分子质量以相对大小的形式呈现，是联系微观与宏观的桥梁。计算时需注意：单位是“1”，常省略；务必乘以原子个数。

2.▲相对分子质量与相对原子质量的关系与区别：相对分子质量建立在相对原子质量的基础上，是针对分子（或特定离子团）等微观粒子集体的相对质量。前者是“团队总重”，后者是“成员个体重量”。

3.★元素质量比：物质中各元素的质量之比，等于其化学式中各元素原子的相对原子质量总和之比。其核心价值在于：对于纯净物，它是一个固定不变的常数，是物质的特征属性之一。例如，水中氢氧元素质量比恒为1:8。

4.▲最简整数比：计算元素质量比时，结果通常要求化为最简整数比，这使比例关系更加清晰明了。

5.★元素质量分数（ω）：某元素的质量与组成物质的各元素总质量之比。其计算公式ω=(Ar×n)/Mr×100%是本节最核心的定量模型。理解该公式的关键是明确其中每一个符号的意义：Ar(相对原子质量)，n(化学式中该元素原子个数)，Mr(相对分子质量)。

6.★公式的变形与应用：由ω=m(元素)/m(物质)可衍生出两个极其重要的实用公式：①m(元素)=m(物质)×ω；②m(物质)=m(元素)/ω。这组公式实现了物质质量与元素质量之间的相互换算，是解决实际问题的“万能钥匙”。

7.▲关于“100%”：公式中“×100%”意味着计算结果以百分数形式表示，它强调了这是一个比例关系。在计算过程中，可以最后乘以100%，也可以在运算过程中始终带着百分号思维。

8.★纯净物与混合物中的元素质量：对于纯净物，其元素质量分数是固定值。对于混合物，其中某元素的质量分数不固定，且混合物中某元素的质量=各纯净组分中该元素质量之和。这是解决混合物相关计算问题的基本原理。

9.▲商品标签中的“以……计”：如“含磷量以P₂O₅计”、“含钾量以K₂O计”。这是一种行业习惯表示法，目的是统一标准、便于比较。计算时，需使用P₂O₅或K₂O的化学式进行计算，得到的是相当于多少该氧化物的量，而非单一元素的直接质量分数。

10.★计算的一般步骤与规范：建议遵循“一写（正确书写化学式）、二查（查出相关相对原子质量）、三算（代入公式计算）、四答（完整规范作答）”的流程，养成良好的计算习惯，避免因步骤混乱导致的错误。

11.▲常见错误警示：①计算相对分子质量时漏乘原子个数；②计算元素质量比时未化为最简比或顺序错误；③计算元素质量分数时，Ar或n取值错误，或忘记“×100%”；④在复杂情境中，不能准确识别出哪是“物质质量”，哪是“元素质量”。

12.★学科思想提炼：定量思维与模型认知：本课学习的本质是建立和应用“化学式定量计算模型”。通过这个模型，我们将定性的化学符号（化学式）转化为一系列可计算、可比较的定量关系，从而更精确地认识、区分和利用物质。这是科学从定性走向定量的重要一步。八、教学反思

（一）教学目标达成度评估从预设的当堂巩固训练反馈来看，“基础层”题目正确率较高（预计>85%），表明大多数学生已初步掌握三种基本计算的操作流程，知识技能目标基本达成。“综合层”题目的完成情况呈现分化，关于酱油中NaCl质量的计算，约有60%的学生能顺利实现公式逆用，体现了较好的迁移能力；而比较SO₂与SO₃中硫元素质量大小的题目，部分学生仍倾向于先设质量再具体计算，未能自发想到利用“等质量物质中元素质量比正比于其质量分数”的捷径，这表明定量比较的思维灵活性有待进一步培养。情感目标在课堂气氛和学生参与度上有所体现，尤其在解读商品标签时，学生表现出了明显的兴趣和求知欲。

（二）核心环节有效性分析“任务三：元素质量分数的计算与应用”是本课的高潮与难点所在。教学中采用“从定义出发建立模型→用纯净物例题巩固→向实际情境（钙片）迁移”的阶梯设计，符合学生的认知规律。实践证明，将抽象的公式与“每100份中的份额”这一具体解释相结合，有效降低了学生的理解门槛。“原来质量分数就是‘占份儿’啊！”——学生的这类即时反馈说明了比喻的适切性。然而，在应对“挑战层”的肥料纯度问题时，尽管有小组讨论铺垫，仍只有少部分学生能迅速建立“混合物中元素质量=纯净物部分提供的该元素质量”这一等量关系。这提示，在搭建“脚手架”时，或许可以更前置地设计一个从“已知纯物质质量求元素质量”到“已知混合物中元素质量反推纯