质量守恒定律-九年级化学探究性教学设计

质量守恒定律——九年级化学探究性教学设计

一、教学背景与设计理念

（一）教材与学情分析

本节课选自人教版九年级化学上册第五单元课题1，是学生从定性理解化学变化转向定量分析的起点，在化学知识体系中占据着承上启下的核心地位。【核心内容】在此之前，学生学习了分子、原子、元素以及化学方程式的基础含义，了解了化学变化的本质是分子分裂成原子，原子重新组合成新分子的过程，这为本节课从微观角度理解质量守恒提供了理论支撑。然而，学生此前对化学变化的关注点多集中于物质种类的改变、现象的描述，较少从“质量”这一可测量的物理量出发思考变化前后的关系。九年级学生的思维正处于从形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，他们对宏观实验现象充满好奇，但将宏观现象与微观本质建立联系、形成定量的守恒观念，仍存在认知跨度。因此，本课的设计核心在于通过精心设计的探究实验，制造认知冲突，引导学生跨越宏观与微观的鸿沟，自主构建质量守恒定律的内涵，并初步学会运用该定律解决简单的化学问题。

（二）设计理念与核心素养导向

本教学设计严格遵循《义务教育化学课程标准（2022年版）》的理念，以发展学生化学学科核心素养为宗旨。【非常重要】摒弃传统的灌输式教学模式，采用“基于真实问题、引导探究发现、强化证据推理、注重模型建构”的教学策略。具体而言，以“化学变化前后物质的总质量是否发生变化”这一核心问题为驱动，引导学生经历“提出问题——猜想假设——设计实验——进行实验——收集证据——解释论证——表达交流——得出结论”的科学探究全过程。在此过程中，着重培养学生的“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”以及“科学态度与社会责任”等核心素养。强调将学习的主动权交还给学生，教师作为引导者、支持者和学习环境的创设者，让学生在动手、动脑、动口的实践活动中，深刻理解质量守恒的本质，体验科学发现的乐趣，形成严谨求实的科学态度。

二、教学目标与重难点设定

（一）教学目标

1.【基础】通过实验探究，理解质量守恒定律的含义，能准确描述其内容：参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。

2.【基础】能从微观角度解释质量守恒定律，认识到化学反应前后原子的种类、数目和质量不变是质量守恒的根本原因。

3.【重要】初步学会运用质量守恒定律解释和解决一些简单的化学实际问题，如判断元素种类、推断物质组成、进行简单计算等。

4.【非常重要】经历质量守恒定律的探究过程，学习科学探究的一般方法，培养观察、记录、分析实验现象和处理实验数据的能力。

5.通过对化学反应中质量关系的分析，培养学生定量研究问题的意识和辩证唯物主义世界观，认识到物质世界的和谐统一。

（二）教学重难点

1.【高频考点】【重点】质量守恒定律的含义及其应用。

2.【难点】【热点】从微观角度理解质量守恒定律的本质，以及如何引导学生自主设计实验并分析实验过程中可能影响结果的因素（如有气体参加或生成的反应）。

三、教学方法与准备

（一）教学方法

本课综合运用探究式教学法、问题驱动教学法、小组合作学习法以及多媒体辅助教学法。以核心问题贯穿始终，学生在小组内通过讨论、实验、分析，主动构建知识，教师则在关键节点进行点拨、追问、总结，实现师生互动、生生互动的深度学习。

（二）教学准备

1.教师准备：多媒体课件（包含动画模拟微观过程、历史上科学家探究质量守恒的故事、典型例题等）、演示实验器材（天平、锥形瓶、带导管的单孔塞、气球、细沙、小试管、酒精灯、火柴、烧杯等）、学生分组实验器材（每小组天平、锥形瓶、橡皮塞、小试管、气球、细沙、硫酸铜溶液、铁钉、碳酸钠粉末、稀盐酸、澄清石灰水等）。所有实验用品均需提前检查，确保安全有效。

2.学生准备：预习教材内容，回顾分子、原子的相关知识，准备好实验记录本。

四、教学实施过程

（一）创设情境，激趣导入

【教学过程起始】

教师活动：展示一段震撼的化学变化视频，内容涵盖镁条燃烧发出耀眼白光、铁钉与硫酸铜溶液反应由浅绿色变为蓝色并析出红色固体、蜡烛燃烧火焰跳动蜡油流淌但最终质量减轻。视频结束后，教师提出问题：“同学们，这些变化多么奇妙！物质发生了改变。但请大家思考一个更深刻的问题：在这些变化中，物质的总质量是否也发生了改变？是增加了？减少了？还是保持不变？”这一问题直接指向本节课的核心，迅速将学生的注意力从对现象的感性欣赏，引向对本质的理性思考。紧接着，教师简要介绍历史上拉瓦锡等科学家对化学反应质量关系的探索，以此激发学生的求知欲和科学探索精神。【非常重要】由此，自然地引出本节课的探究课题——物质在发生化学变化前后，总质量究竟如何变化？

（二）引导猜想，设计方案

1.猜想与假设

教师组织学生以小组为单位，基于已有的生活经验和知识储备，对上述问题进行猜想。学生们可能会提出三种假设：总质量增加、总质量减少、总质量不变。教师鼓励学生大胆说出自己的猜想并简要陈述理由。例如，认为质量增加的同学可能联想到铁钉生锈后质量变重；认为质量减少的同学则可能举出木头燃烧后化为灰烬、质量变轻的例子；认为质量不变的同学则可能从“物质不灭”的朴素观念出发。教师不对任何猜想进行评判，而是肯定大家的积极思考，并指出，科学结论不能仅凭感觉和猜测，必须通过严谨的实验来验证。

2.设计与讨论

教师提出任务：“如何设计实验来验证我们的猜想呢？我们需要测量哪些量？如何测量？需要注意哪些问题？”将学生分成若干小组，引导他们围绕提供的实验器材（锥形瓶、小试管、橡皮塞、气球、天平、硫酸铜溶液、铁钉、稀盐酸、碳酸钠粉末等）进行讨论，设计出初步的实验方案。【难点】教师巡回指导，特别提示学生思考：对于有气体参加或生成的反应，应该如何确保装置的密封性，以防止气体逸散或外界空气进入影响称量结果？这是一个关键的引导点，旨在培养学生的科学严谨性。

经过讨论，各小组可能会提出不同的实验方案。教师选取其中具有代表性的两组——一组是反应前后无气体参与（或可视为无气体参与）的铁与硫酸铜溶液反应，另一组是有气体生成的碳酸钠与稀盐酸反应——在全班进行分享和优化。针对第二组实验，师生共同探讨改进措施，如在锥形瓶口系一个气球，用以容纳产生的气体，同时保证整个装置始终处于密闭状态。这一设计环节，不仅培养了学生的实验设计能力，更让他们深刻体会到控制变量、密闭体系等科学方法的重要性。

（三）分组实验，收集证据

这是本课的核心环节，学生将亲自动手，验证自己的猜想。【非常重要】

1.实验一：铁钉与硫酸铜溶液反应

每组学生按照优化后的方案进行操作：先在锥形瓶中加入适量硫酸铜溶液，在橡皮塞下端固定一枚洁净的铁钉，塞紧瓶塞，将整个装置放到天平上称量，记录质量m1。然后，取下装置，倾斜锥形瓶，让铁钉掉入硫酸铜溶液中，让学生仔细观察反应现象（溶液颜色变浅，铁钉表面有红色固体析出）。待反应完全后，再次将整个装置放回天平上称量，记录质量m2。学生们会惊喜地发现，反应前后两次称量的质量完全相等。

2.实验二：碳酸钠与稀盐酸反应（有气体生成）

另一组或所有小组轮流进行此实验。先在锥形瓶中加入适量碳酸钠粉末，在小试管中装入稀盐酸，将小试管小心地放入锥形瓶中（注意不要让两者接触），塞紧带有气球的橡皮塞，确保气密性良好。将整个装置放在天平上称量，记录质量m1。然后，取出装置，倾斜锥形瓶，使小试管中的稀盐酸倒入与碳酸钠粉末混合，立即可以观察到剧烈反应，产生大量气泡，气球逐渐鼓起。待反应完全、装置冷却至室温后，再次将装置放回天平上称量，记录质量m2。学生们会发现，反应前后质量依然相等。这个实验结果可能会推翻一些学生最初“质量会减少”的猜想，让他们直观地感受到，即使在开放体系中看起来质量减轻的反应，在密闭体系中质量也是守恒的。

在实验过程中，教师强调操作的规范性，指导学生认真观察、如实记录实验现象和数据，培养严谨求实的科学态度。同时，引导学生对两组实验进行对比分析。

（四）分析论证，归纳定律

1.证据与推理

实验结束后，各小组汇报实验数据和观察到的现象。教师将所有小组的数据汇总在黑板上，引导学生分析：为什么第一组实验质量不变？为什么第二组实验在密闭体系中质量也不变？如果第二组实验不是在密闭体系中，而是在敞口容器中进行，结果会怎样？为什么？

通过讨论，学生认识到：化学反应前后，物质的总质量之所以保持不变，是因为在反应过程中，参加反应的物质（反应物）的质量总和，等于反应后生成的物质（生成物）的质量总和。即使在第二组实验中，有气体生成，但因为它被气球收集在装置内，依然是生成物的一部分，所以总质量不变。如果装置是敞开的，气体逸散到空气中，称量的剩余固体和液体的质量就会减少，但这并不等于生成物的总质量减少了。

2.概念形成

在充分的证据和推理基础上，教师引导学生用自己的语言尝试概括出质量守恒定律的内容。最后，教师进行规范、精准的表述：【核心内容】“参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。”这就是我们今天探究得出的重要规律——质量守恒定律。教师强调关键词：“参加化学反应”、“各物质”、“质量总和”，并通过反例加深理解。例如，如果反应物有剩余，剩余部分不能计入“参加反应”的质量中。

（五）微观探析，揭示本质

1.问题驱动

教师提出问题：“为什么在化学反应中，质量会守恒呢？这背后隐藏着什么微观奥秘？”引导学生从宏观的实验现象，深入到微观的粒子世界去思考。

2.模型建构

教师播放或展示水通电分解的微观过程动画，清晰地呈现水分子分裂成氢原子和氧原子，氢原子和氧原子再重新组合成氢分子和氧分子的过程。【热点】在动画播放过程中，教师引导学生重点关注：反应前后，原子的种类是否改变？原子的数目是增多还是减少了？原子的质量有没有发生变化？通过直观的微观模拟，学生可以清晰地看到，化学反应的本质就是分子破裂成原子，原子重新组合成新分子的过程。在此过程中，原子的“三不变”——种类不变、数目不变、质量不变，就决定了反应前后物质的总质量必然不变。教师进一步总结，这是从微观本质上对质量守恒定律最根本、最深刻的解释。这一环节，将宏观的“质量守恒”与微观的“原子守恒”紧密联系起来，培养了学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。

（六）实践应用，巩固深化

【高频考点】【重点】

教师设计层次分明的练习题，引导学生运用质量守恒定律解决实际问题，深化对定律的理解。

1.基础应用：根据定律解释现象。例如，“为什么蜡烛燃烧后质量变轻了？这违背质量守恒定律吗？”引导学生分析，蜡烛燃烧是蜡烛和氧气的反应，生成水和二氧化碳，生成的二氧化碳和水蒸气逸散到空气中，导致剩余固体（未燃尽的蜡烛）质量减轻，但参加反应的蜡烛和氧气的总质量，等于生成的水和二氧化碳的总质量，因此完全符合质量守恒定律。

2.推断物质组成：已知某化合物在氧气中燃烧生成二氧化碳和水，推断该化合物中一定含有哪几种元素，可能含有哪种元素？这要求学生运用“化学反应前后元素种类不变”的原理进行推断。

3.简单计算：将15克A物质与24克B物质恰好完全反应，生成8克D物质和一定质量的C物质，求C物质的质量。引导学生明确“参加反应”的A和B总质量等于生成的C和D总质量，列出等式15+24=8+m(C)，从而求出C的质量。

4.信息迁移题：提供某反应的微观示意图，让学生根据图示写出反应的化学方程式，并解释为什么质量守恒。这既能考查学生对微观本质的理解，又能训练化学用语。

（七）课堂总结，反思提升

教师引导学生回顾本节课的学习历程，从最初的猜想，到实验设计，再到动手验证、分析归纳，最后到微观解释和应用。鼓励学生分享自己的收获与感悟，可以是知识上的，也可以是方法上的，甚至是情感态度上的。例如，有的学生可能会说：“我学会了如何用实验探究一个规律。”有的会说：“我明白了看问题不能只看表面，还要看本质。”有的会说：“我觉得科学发现需要严谨的态度和多次实验。”教师对学生的发言给予积极评价，并总结强调：质量守恒定律是自然界的普遍规律，它不仅指导着化学学习和研究，也深刻地体现了物质世界的统一性和规律性。

五、板书设计

一、质量守恒定律

1.内容：【核心】参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。

2.适用范围：一切化学变化。

二、微观本质

3.化学反应的本质：分子分成原子，原子重新组合。

4.【非常重要】守恒原因：原子三不变（种类、数目、质量）

三、应用

5.解释现象

6.推断元素

7.简单计算

六、作业设计

1.【基础巩固】完成课后相关练习题。

2.【拓展探究】查阅资料，了解科学家（如拉瓦锡、波义耳等）探究质量守恒的历史故事，思考为什么有的科学家没能发现这一定律？这对你有什么启示？写一篇300字左右的科学小短文。

3.【实践创新】利用家中的材料（如小苏打、白醋、气球、塑料瓶等），设计并完成一个验证质量守恒定律的家庭小实验，记录实验过程和结果，并与同学分享。

七、教学效果反思（预设）

本教学设计以学生为主体，以探究为主线，将抽象的理论知识转化为生动具体的探究活动，预计能够有效激发学生的学习兴趣，使绝大多数学生能够准确理解并掌握质量守恒定律的内容和微观本质。通过分组实验和小组讨论，学生的合作能力、表达能力和科学探究能力得到锻炼。