初三化学学科核心素养导向的教学设计：物质的性质与变化（第一课时）

初三化学学科核心素养导向的教学设计：物质的性质与变化（第一课时）

  一、指导思想与理论依据

  本课时教学设计严格遵循《义务教育化学课程标准（2022年版）》的核心理念，以发展学生化学学科核心素养为根本宗旨。理论构建上，深度融合建构主义学习理论、概念转变理论以及探究式学习（Inquiry-BasedLearning,IBL）模式。教学设计强调以学生已有的生活经验和前科学概念为认知起点，通过创设具有挑战性的真实问题情境，引导学生在主动探究、合作交流、实验论证的过程中，实现从宏观现象到微观本质、从感性认识到理性思维的跨越，自主构建“物理变化”与“化学变化”的科学概念，并深刻理解其判别依据与内在联系。同时，本设计秉持“单元整体教学”思想，将此课时置于“开启化学之门”的宏观单元脉络中，视其为学生形成化学学科思维方式和掌握科学探究方法的关键奠基课。

  二、课程标准与教材分析

  本课时对应的课程标准内容要求为：“认识物质是在不断运动的，物质的变化是多样的；认识化学变化的基本特征，初步了解化学反应的本质；知道物质发生化学变化时伴随有能量变化，初步形成‘在一定条件下物质可以转化’的观念。”学业要求包括：“能识别和说明生活中常见的物理变化和化学变化；能基于实验事实，归纳物理变化和化学变化的本质区别；能通过实验探究，初步学习观察、描述和记录实验现象的方法。”

  教材（沪教版）将此内容安排在第一章第二节，具有承上启下的枢纽作用。“承上”在于衔接第一节“化学给我们带来什么”，将学生对化学的初步兴趣和朦胧认知，引导至对化学研究对象的理性聚焦；“启下”则为后续学习物质的组成、结构、用途及具体化学反应定律奠定坚实的认知基础。教材通过“观察与思考”、“活动与探究”等栏目，呈现了蜡烛燃烧、镁条燃烧等经典实验，提供了概念建立的素材。然而，为实现更高水平的教学，本设计将对教材内容进行深度重构与拓展：一是引入更贴近学生现代生活经验的情境与实验素材（如食品脱氧剂、自热火锅发热包）；二是强化数字化实验手段的融合，使变化过程中的能量、质量等变化可视化、定量化；三是设计阶梯式问题链，驱动学生思维从现象描述逐步深入到本质探寻。

  三、学情分析

  教学对象为初中三年级学生，正处于从具体运算思维向形式运算思维过渡的关键期。他们的认知特点如下：

  已有知识经验：学生在小学科学课程及日常生活中，已接触过诸如冰融化、铁生锈、纸张燃烧等现象，对“变化”有丰富的感性认识，但尚未形成清晰、科学的分类概念。部分学生可能存在“发光发热的变化就是化学变化”、“状态改变就是新物质生成”等迷思概念。

  能力基础：具备一定的观察能力和简单的实验操作能力，但对如何系统、有序地观察和描述化学实验现象，如何从现象中提炼本质结论，仍缺乏系统训练。小组合作学习的模式正在熟悉中。

  心理与兴趣特征：对化学实验充满好奇与期待，喜欢动手操作，容易被鲜明、有趣的实验现象吸引。但思维的持久性和深度有待引导，需要教师设计有梯度、有挑战的任务来维持其探究动机。

  潜在困难：从宏观现象抽象出“新物质生成”这一本质判别标准存在难度；对“化学变化伴随能量变化”的理解可能停留在“放热”的片面认知；对“化学变化中同时发生物理变化”这一辩证关系理解困难。

  基于以上分析，教学策略应着重于：创设认知冲突，引发概念转变；提供结构化观察指导，培养科学方法；设计环环相扣的探究活动，搭建思维脚手架；鼓励合作与表达，在交流中修正和完善概念。

  四、教学目标

  基于核心素养的细化与可操作性原则，确立以下三维融合的教学目标：

  1.化学观念与科学思维

  -通过实验观察、比较与分析，能准确归纳物理变化与化学变化的基本特征，初步建立“变化观”与“物质观”。

  -能基于“是否生成新物质”这一本质标准，判断和解释生活中的常见变化，辨识并纠正相关迷思概念。

  -能辩证地认识化学变化与物理变化之间的联系，理解“化学变化中一定伴随物理变化”。

  -初步体会从宏观现象辨识到微观本质探析的化学学科思维方式。

  2.科学探究与实践能力

  -经历完整的“提出问题-设计实验-观察记录-分析结论”的探究过程，重点学习如何有序、全面、准确地描述实验现象。

  -能合作完成研磨、加热、滴加试剂等基本实验操作，初步养成规范、安全的实验习惯。

  -尝试运用数字化传感器（如温度、压力传感器）获取实验数据，体验定量研究在化学探究中的价值。

  3.科学态度与责任

  -在探究活动中感受化学变化的神奇与美妙，增强学习化学的兴趣和求知欲。

  -树立“世界是物质的，物质是运动变化的”辩证唯物主义观点萌芽。

  -通过讨论化学变化的应用（如食品保鲜、能源利用）与不当控制带来的问题（如火灾、腐蚀），初步认识科学技术的两面性，增强安全意识和环保意识。

  五、教学重难点

  教学重点：物理变化和化学变化概念的建立；化学变化的本质特征（有新物质生成）及其判断依据。

  教学难点：从宏观现象推断“新物质生成”的思维过程；理解化学变化与物理变化的辩证关系。

  六、教学准备

  1.实验仪器与药品（分组，4-6人一组）

  -实验一（物质形态变化）：冰块（盛于烧杯）、酒精灯、石棉网、三脚架、蒸发皿、火柴。

  -实验二（形状改变）：石灰石碎块、研钵、研杵、蜡烛、小刀。

  -实验三（化学变化探究）：镁条、砂纸、坩埚钳、酒精灯；氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、试管、滴管；碳酸氢钠粉末、食醋（稀醋酸）、药匙、小烧杯；密封包装的食品脱氧剂（主要成分为铁粉）一包、自热火锅发热包（演示用，严禁学生拆解）、氧气传感器（可选）。

  -实验四（能量变化感知）：生石灰（氧化钙）、水、100mL烧杯、温度传感器及数据采集器（连接投影）；氯化铵固体、氢氧化钡晶体（八水合）、玻璃片、玻璃棒。

  -通用：护目镜、手套、废物回收杯、抹布。

  2.数字化与多媒体资源

  -交互式电子白板课件，内含问题链、现象记录表、微观模拟动画（如冰融化成水、镁与氧气反应生成氧化镁的分子模型动态过程）。

  -高清晰度实物投影仪，用于放大展示实验细节。

  -温度传感器实时数据曲线投影。

  3.学习材料

  -学生活动导学案（含实验记录表、思考讨论题）。

  -概念建构思维导图模板（课堂生成用）。

  七、教学过程实施

  （一）情境激疑，锚定课题（预计用时：8分钟）

  教师活动：播放一段精短的蒙太奇视频，依次呈现：冰川消融、钢铁厂铁水奔流、面包烘焙中膨胀变色、节日烟花璀璨绽放、铁质栏杆锈迹斑斑、蓄电池为汽车供电启动。视频静音，仅配以富有节奏感的背景音。

  学生活动：沉浸观看，直观感受物质世界变化的丰富多彩。

  教师引导：视频中的场景，都在讲述同一个主题——变化。这是我们身处世界的永恒旋律。作为即将系统学习化学的你们，面对这些纷繁复杂的变化，心中会产生哪些疑问？

  预设学生提问：这些变化是怎么发生的？它们有什么不同？为什么有的变化可逆（如冰化水），有的不可逆（如面包烤焦）？变化过程中能量从哪里来，到哪里去？

  教师提炼与聚焦：大家的疑问非常棒，直指化学研究的核心。化学，正是研究物质的组成、结构、性质与变化规律的科学。今天，我们就化身“变化侦探”，首先学习如何对变化进行分类，并揭开不同类型变化背后的秘密。我们的探究任务是：建立一套科学的标准，对这些变化进行分类，并阐明分类的依据。

  设计意图：利用极具视觉冲击力和思维发散性的视频，快速激活学生的已有经验，激发认知冲突和探究欲望。将学生的自发提问转化为本课的核心驱动任务，使学习目标从外部设定转化为内部需求，体现“以学为中心”的理念。

  （二）任务驱动，初探变化（预计用时：15分钟）

  任务一：探究一组“简单”的变化

  教师布置分组实验，并提供结构化观察指导卡：“请从物质的形态、大小、颜色、温度等可感知的方面，仔细记录变化前、变化中、变化后的情况。”

  实验1-1：取一块冰，观察后置于蒸发皿中微热，观察融化过程，继续加热至沸腾，观察水蒸气。

  实验1-2：取一小段蜡烛，用小刀切下一小片，观察截面；再将切下的小块蜡烛放在蒸发皿中微微加热，观察其熔化。

  实验1-3：取一块石灰石，观察后放入研钵，用研杵轻轻研磨成粉末。

  学生分组实验、观察、记录。教师巡视指导，重点关注学生观察的全面性和描述的准确性。

  小组汇报与初步归纳：学生代表描述现象。教师引导全班汇总：这些变化中，物质的状态（固、液、气）、形状、大小发生了改变。一个关键追问：“变化后的物质和变化前相比，还是同一种物质吗？冰、水、水蒸气是什么关系？蜡烛块和蜡烛液呢？大块石灰石和粉末呢？”学生基于生活经验（水可以结冰、蜡烛液可凝固）能认同：本质未变，是同一种物质。

  教师引入概念：像这样，没有生成新物质的变化，在化学上称为物理变化。通常表现为物质形态、状态的改变。

  设计意图：从学生最熟悉、最无争议的变化入手，降低认知门槛。通过亲手操作和细致观察，积累感性材料。通过关键追问，引导学生超越现象，思考“物质本身是否改变”，为物理变化概念的构建铺平道路。

  （三）实验探究，建构概念（预计用时：22分钟）

  任务二：遭遇“不寻常”的变化——寻找新物质生成的证据

  教师引言：侦探之旅不会总是一帆风顺。接下来，我们将遇到一组更具挑战性的案例。它们往往伴随着更“激烈”或更“奇妙”的现象。我们的任务是：寻找证据，判断这些变化中是否有“新物质”生成。

  探究活动一：镁的“闪光”之变

  学生操作：用砂纸打磨一段镁条（去除氧化膜），观察其银白色金属光泽。教师演示（或学生在教师严密监督下操作）：用坩埚钳夹持镁条，在酒精灯外焰上点燃。提醒学生务必戴好护目镜，不可直视强光。

  现象观察与证据分析：学生描述：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，生成白色粉末状固体。

  教师引导深度思考：

  1.这束白光和我们刚才加热蜡烛时的火光，在能量释放的强度上有何不同？（引导学生感知化学变化常伴随显著的能量变化，常以光、热等形式释放）。

  2.生成的白色粉末还是镁吗？你能提出什么证据？（颜色、状态均与银白色的镁条不同）我们能否让它变回镁条？（不能，不可逆）这强烈暗示了什么？（生成了新物质）

  探究活动二：溶液中的“色彩魔术”

  学生操作：取一支试管，加入约2mL硫酸铜溶液（蓝色），用滴管逐滴加入氢氧化钠溶液（无色），振荡观察。

  现象与证据：立即生成蓝色絮状沉淀。引导分析：两种无色或蓝色的液体混合，产生了状态、颜色均不同的固体。这无疑是生成了新物质的直观视觉证据。

  探究活动三：气泡中的秘密

  学生操作：取少量碳酸氢钠粉末于小烧杯，加入少量食醋。

  现象与证据：立即产生大量无色气泡。追问：气泡可能是什么？（学生可能猜是空气）如何证明它不是空气？（可引导回忆空气成分，或直接告知食醋与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，为后续学习埋下伏笔）产生气体是生成新物质的重要证据。

  探究活动四：身边的隐形卫士——脱氧剂探秘

  教师出示一包未开封的月饼或糕点中的脱氧剂。学生观察包装说明（通常写有“主要成分：铁粉”等）。打开包装，将粉末倒在纸上观察（灰黑色）。提问：把它放在空气中，它会变化吗？如何设计一个简单的实验，证明变化是否发生？

  学生讨论设计：可能提出称量质量（增加，因结合了氧气）、用磁铁吸引（反应后铁生锈，磁性减弱）、观察颜色变化等。

  教师演示或引导学生操作：将部分脱氧剂粉末置于表面皿，暴露在空气中一段时间后对比。可借助氧气传感器（若具备）显示密闭容器中氧气含量的下降。现象与证据：粉末颜色可能变深，传感器数据显示氧气减少。分析：铁粉与空气中的氧气发生了缓慢变化，生成了新物质（铁锈）。

  归纳与概念建立：

  引导学生对比“任务一”和“任务二”的所有实验，从现象和本质上总结不同。

  学生归纳：第二组变化常伴随发光、放热、颜色改变、生成沉淀、产生气体等可观测的宏观现象。最关键的是，这些现象强烈提示有新物质生成，且变化通常是不可逆的。

  教师精准定义：这种生成新物质的变化，叫做化学变化，也叫化学反应。发光、放热、变色、生成沉淀、产生气体等，是我们判断可能发生了化学变化的辅助现象（或伴随现象），但最根本的判断依据是是否生成新物质。

  概念辨析练习（快速抢答）：判断下列变化是物理变化还是化学变化，并说明依据。(1)灯泡通电发光；(2)天然气燃烧；(3)水结成冰；(4)粮食酿酒。重点辨析(1)：强调电灯发光是电能转化为光能和热能，但灯丝本身（钨）没有变成新物质，是物理变化。

  设计意图：此环节是本课的核心。通过一组特征鲜明的化学变化实验，提供丰富的感性材料。引导学生从观察宏观现象入手，学习如何将这些现象作为“线索”或“证据”，推理“新物质生成”这一本质结论。强调“现象”与“本质”的关系，避免学生将某些现象（如放热）绝对化为判断标准。引入脱氧剂这一真实情境下的化学变化，体现化学与生活的紧密联系，并初步渗透定量研究和控制变量的思想。

  （四）深化理解，辨析关系（预计用时：10分钟）

  思维挑战一：蜡烛燃烧——是物理变化还是化学变化？

  回顾导入视频中的蜡烛燃烧。播放慢镜头视频或动画模拟：蜡烛燃烧时，烛芯附近的蜡受热熔化（液体蜡沿烛芯爬升），然后液体蜡汽化，石蜡蒸气在烛芯上方被点燃，发生燃烧。

  小组讨论：这个复杂的过程中，包含了几种变化？分别是什么类型？你的理由是什么？

  学生分析汇报：包含两种变化：(1)固态蜡熔化、汽化——物理变化；(2)石蜡蒸气与氧气反应生成二氧化碳和水——化学变化。

  教师总结提升：由此可见，许多实际过程是复杂的。化学变化发生的过程中，往往同时伴随着物理变化。但我们可以抓住本质：判断一个过程是否是化学变化，关键看是否有新物质生成这一主线过程。

  思维挑战二：感受变化的“冷”与“热”——化学变化中的能量转换

  演示实验1（放热反应）：向烧杯中加入少量生石灰（氧化钙），插入温度传感器探头，缓缓加入少量水，投影显示温度实时上升曲线。现象：水沸腾，烟雾弥漫（注意安全解释），温度显著升高。

  演示实验2（吸热反应）：将氢氧化钡晶体与氯化铵晶体在玻璃片上混合，用玻璃棒轻轻搅拌。学生触摸烧杯外壁或观察传感器温度曲线。现象：混合物变得糊状，温度明显降低，有氨味（提醒不可凑近猛吸）。

  讨论与归纳：化学变化不仅生成新物质，还伴随着能量的变化，通常表现为吸热或放热。能量变化也是化学变化的一个重要特征。自热火锅、暖宝宝就是利用了放热化学变化，而某些冷敷包则利用了吸热化学变化。

  设计意图：通过蜡烛燃烧的案例分析，破解教学难点，帮助学生辩证地看待物理变化和化学变化的联系，深化对化学变化本质的理解。通过对比鲜明的能量变化实验，打破学生“化学变化一定放热”的片面认知，建立更全面的“变化与能量”观念，并与现代科技产品相联系，体现学科价值。

  （五）总结提炼，体系初建（预计用时：5分钟）

  学生自主构建概念图：以“物质的变化”为中心词，在导学案上或通过小组合作在白板上构建思维导图，区分物理变化与化学变化的定义、本质区别、判断依据、常见伴随现象、联系与实例。

  教师展示优秀范例并系统梳理：

  -分类标准：是否生成新物质。

  -物理变化：无新物质生成，多为形态、状态改变（分子本身不变，只是间距、排列方式改变）。

  -化学变化：有新物质生成（分子破裂，原子重新组合成新分子）。常伴随发光、放热、变色、生成沉淀、产生气体等现象，并伴随能量变化。

  -联系：化学变化中一定伴随物理变化；物理变化中不一定发生化学变化。

  -化学研究的对象：主要是化学变化及其规律。

  首尾呼应：回到课堂伊始的视频和问题。现在，你能用今天所学的标准，对视频中的变化进行分类并解释了吗？（学生口头尝试）看，我们已经成为初步合格的“变化侦探”了！

  设计意图：引导学生自主梳理和归纳，将零散的知识点整合成结构化的认知网络。教师的总结提升至微观层面进行简要解释（分子原子层面），为后续学习埋下伏笔。呼应导入情境，让学生体验学以致用的成就感，形成认知闭环。

  八、板书设计

  （左侧）物质的变化

   一、物理变化

    1.定义：没有生成新物质的变化。

    2.特征：常表现为形态、状态、形状等改变。

    3.本质：分子本身不变。

    4.实例：冰→水→水蒸气；蜡烛熔化；矿石粉碎。

  （中间，用大括号连接左右，并标注“分类标准：是否生成新物质”）

  （右侧）二、化学变化（化学反应）

    1.定义：生成新物质的变化。

    2.本质特征：有新物质生成（微观：分子破裂，原子重组）。

    3.判断依据：是否生成新物质（根本）。

     常伴现象：发光、放热、变色、生成沉淀、产生气体等（辅助）。

    4.特征：常伴随能量变化（吸热或放热）。

    5.实例：镁条燃烧、酸碱中和、碳酸氢钠与醋反应、铁生锈。

  （下方，居中）三、联系：化学变化中一定伴随物理变化。

  九、作业设计与评价

  1.基础巩固作业（必做）：

   (1)列举生活中5个物理变化和5个化学变化的实例，并简要说明判断理由。

   (2)教材课后练习题（针对本节内容部分）。

  2.实践探究作业（二选一）：

   选项A（家庭小实验）：观察并记录厨房中发生的三种变化（如炒菜、白糖溶解、面粉发酵等），尝试判断其类型，并用照片或视频记录关键证据。

   选项B（微型研究报告）：查阅资料，了解“自热火锅”发热包的成分和工作原理，从“物质变化与能量变化”的角度，撰写一份不超过300字的简要说明。

  3.拓展思考作业（学有余力者选做）：

   思考题：“石墨在高温高压下可以转变为金刚石。这个过程是物理变化还是化学变化？请阐述你的观点和推理过程。”（旨在引导学生思考在更复杂情境下如何运用本质标准进行判断，触及同素异形体转化的知识边缘）。

  评价方式：

  -过程性评价：课堂参与度、实验操作规范性、小组合作贡献、导学案完成情况。

  -表现性评价