學(xué)科大概念： 撬動初中化學(xué)實驗復(fù)習(xí)的支點

柏品良 邵春雷

摘要： 初中化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課中常常注重“溫故”，缺少“知新”；注重實驗知識和技能復(fù)習(xí)，忽視了對實驗內(nèi)容的整體把握與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。需要發(fā)揮大概念的統(tǒng)攝作用，從結(jié)構(gòu)化實驗復(fù)習(xí)的內(nèi)容、建構(gòu)問題解決的一般方法、設(shè)計實驗探究活動、賦予基礎(chǔ)實驗新的內(nèi)涵等方面進行矯正。

關(guān)鍵詞： 學(xué)科大概念； 初中化學(xué)； 實驗教學(xué)； 復(fù)習(xí)課

文章編號： 10056629（2022）10002904

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

筆者通過大量的初中化學(xué)課堂教學(xué)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)不少教師迫于升學(xué)壓力，在實驗復(fù)習(xí)的認(rèn)識和實施上存在誤區(qū)，亟待思想厘清、方法指導(dǎo)和實踐引領(lǐng)。

1 誤區(qū)點擊

1.1 復(fù)習(xí)方法，溫故有余知新不足

一些教師在化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課中特別注重“溫故”： 或播放實驗視頻，再現(xiàn)“實驗全景”；或通過設(shè)計學(xué)案，以習(xí)題的方式讓學(xué)生回憶與分析實驗現(xiàn)象、實驗步驟和注意事項等。總的來說，整個教學(xué)進程缺少“知新”的意味，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)未能在復(fù)習(xí)這一過程中得到進一步的提升。

1.2 復(fù)習(xí)內(nèi)容，知識為主實驗的系統(tǒng)性不足

一些教師在化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課中常常被知識內(nèi)容牽著“走”，缺乏對實驗與知識的有機融合的自覺，忽視了對實驗內(nèi)容的系統(tǒng)設(shè)計與整體把握。

1.3 復(fù)習(xí)過程，理論為主探究不足

一些教師在化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課中過度注重實驗知識和技能復(fù)習(xí)，忽視了科學(xué)探究的綜合運用；過度注重嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計與分析，忽視了科學(xué)態(tài)度和精神的培養(yǎng)，缺少趣味性和生活味。

2 矯正路徑

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)“教師應(yīng)注重基于大概念來組織單元教學(xué)內(nèi)容，發(fā)揮大概念的統(tǒng)攝作用”［1］。大概念是指反映學(xué)科本質(zhì)及其特殊性的、構(gòu)成學(xué)科框架的概念［2］。宋心琦先生提出的“化學(xué)實驗體系三要素”［3］揭示了化學(xué)實驗原理、裝置、操作等要素及其相互關(guān)系，是統(tǒng)領(lǐng)具體實驗內(nèi)容的化學(xué)思想方法，是關(guān)于化學(xué)實驗的學(xué)科大概念（以下簡稱化學(xué)實驗大概念）［4］。在實驗復(fù)習(xí)中要以化學(xué)實驗的學(xué)科大概念為核心，緊緊圍繞“原理、裝置、操作、現(xiàn)象、結(jié)論”，重組復(fù)習(xí)單元，幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)科知識體系，深化對實驗的理解與內(nèi)化，促進實驗的遷移與運用，提升化學(xué)綜合素養(yǎng)。

2.1 以化學(xué)實驗大概念為中心，結(jié)構(gòu)化實驗復(fù)習(xí)的內(nèi)容

大概念是學(xué)科知識體系的細(xì)胞核，是最具活性和生長性最強的一種知識類型，是其他知識得以生發(fā)與依附的主根［5］。實驗復(fù)習(xí)要從學(xué)生學(xué)習(xí)需要出發(fā)，以學(xué)科大概念為中心，打破教科書原有順序的限制，對實驗內(nèi)容進行整合優(yōu)化，促進學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)性構(gòu)建，實現(xiàn)從化學(xué)實驗知識向?qū)W科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。

2.1.1 基于知識關(guān)聯(lián)，對實驗內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理

初中化學(xué)教科書（人教版，下同）中涉及的化學(xué)儀器約有30多種，按照使用范圍，對儀器進行結(jié)構(gòu)化分類（如圖1），幫助學(xué)生對化學(xué)實驗儀器有一個整體把握，并根據(jù)實驗的需求，選擇適合的儀器組裝實驗裝置，如實驗室制取二氧化碳?xì)怏w時可選用試管（第一單元課題1圖13“石灰石與鹽酸反應(yīng)”）、錐形瓶（第六單元課題2圖612“實驗室制取二氧化碳的一種裝置”）、平底燒瓶（第六單元課題2“探究 實驗室制取二氧化碳的裝置”）做反應(yīng)容器。

2.1.2 基于認(rèn)識思路，對實驗內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理

如以“物質(zhì)的性質(zhì)”的學(xué)習(xí)思路為基礎(chǔ)，將教科書不同章節(jié)中的有關(guān)氧氣化學(xué)性質(zhì)的實驗進行重組（如圖2），一是幫助學(xué)生建立氧氣與金屬、非金屬及其他物質(zhì)反應(yīng)的知識體系（反應(yīng)原理），進而認(rèn)識燃燒的本質(zhì)是可燃物的化學(xué)反應(yīng)［6］（初中階段主要是可燃物與氧氣的化學(xué)反應(yīng)）；二是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗操作（可燃性氣體點燃前檢驗其純度、粉塵爆炸等）和實驗現(xiàn)象（物質(zhì)在氧氣及空氣中燃燒現(xiàn)象的不同），初步認(rèn)識“反應(yīng)物之間的接觸面積、反應(yīng)物的濃度對化學(xué)反應(yīng)的影響”，同時培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。

2.1.3 基于核心觀念（原理），對實驗內(nèi)容進行結(jié)構(gòu)化處理

某些知識（如物理原理等）是理解化學(xué)知識、解決化學(xué)問題的重要工具，隱含于初中化學(xué)知識體系中，該類教學(xué)內(nèi)容宜采用分類整合的方法明晰相關(guān)原理和方法運用的場景［7］。如“裝置氣密性檢查”“氣體體積測量”“防止水槽中的水倒吸”等實驗操作中都隱含“壓強”原理，在復(fù)習(xí)過程中，可以“化學(xué)實驗中的壓強原理”為專題，以學(xué)科大概念的視角，把分散在整個初中化學(xué)中有關(guān)壓強的實驗進行整合（如圖3），引導(dǎo)學(xué)生思考： （1）怎樣形成一個封閉體系（裝置）？（2）通過改變什么條件（如氣體量的增減、溫度的升降等）來改變體系的壓強（原理）？（3）壓強的變化引起氣體或液體怎樣流動？（4）觀察到了什么現(xiàn)象？反之，根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象，判斷體系中壓強的變化以及引起這種變化的原因。使學(xué)生整體理解、把握壓強對裝置氣密性檢查、氣體體積測量、防止水槽中的水倒吸等實驗的影響。

2.2 以化學(xué)實驗大概念為綱領(lǐng)，建構(gòu)問題解決的一般方法

大概念是一種學(xué)科思維方式、學(xué)科思想方法［8］。實驗復(fù)習(xí)要依據(jù)實驗內(nèi)容的相似性，重組復(fù)習(xí)單元，緊緊圍繞“原理、裝置、操作、現(xiàn)象、結(jié)論”，幫助學(xué)生建構(gòu)解決問題的一般思路和方法，進而運用這些思路和方法去解決實際問題。

如將處于教科書中不同章節(jié)的實驗室制取氧氣、實驗室制取二氧化碳的內(nèi)容進行系統(tǒng)考慮而整合成單元，從原理、裝置、驗證和操作的角度認(rèn)識實驗室是如何制取氧氣和二氧化碳的，促進學(xué)生形成實驗室制取氣體的一般思路和方法，即： （1）依據(jù)反應(yīng)速率適中和氣體物質(zhì)易獲得等選擇制取氣體的化學(xué)反應(yīng)原理，即選擇什么藥品、通過什么反應(yīng)、在怎樣的實驗條件下（如是否需要加熱、使用催化劑等）來制取氣體；（2）依據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件等確定制取氣體時應(yīng)采用的氣體發(fā)生裝置；（3）依據(jù)氣體的性質(zhì)確定收集裝置；（4）依據(jù)氣體一些特性來驗證所制得的氣體；（5）實驗操作步驟及注意點。在此基礎(chǔ)上去思考“實驗室如何制取氫氣”，把分散在教科書中不同章節(jié)的相關(guān)氫氣的內(nèi)容（第七單元課題2圖740“實驗室制取氫氣的簡易裝置”、第四單元課題3圖423“氫氣的檢驗”和實驗45“氫氣在空氣里燃燒”等）結(jié)構(gòu)化（如圖4）。這樣，學(xué)生習(xí)得的不僅是具體的知識點，更是結(jié)構(gòu)化的知識以及解決這類問題的思路與方法［9］。

對標(biāo)中考對學(xué)生的能力要求，有關(guān)氣體制取的實驗教學(xué)，還涉及一些對裝置的拓展，如使用分液漏斗和用多孔隔板的氣體發(fā)生裝置、氣體凈化裝置、尾氣處理裝置（第八單元課題3圖820“一氧化碳還原氧化鐵”中就有尾氣吸收的裝置）等，也可融入到這個范疇內(nèi)整體處理。

2.3 以化學(xué)實驗大概念為主線，設(shè)計實驗探究活動

大概念是學(xué)生認(rèn)識世界的一種“眼光”“心態(tài)”“尺度”［10］。要以學(xué)科大概念為主線、以問題解決為主要形式，開展一些實驗探究活動，引導(dǎo)學(xué)生自主探究，使化學(xué)實驗知識的復(fù)習(xí)、科學(xué)探究能力的形成與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展有機結(jié)合起來［11］。如復(fù)習(xí)過程中，學(xué)生會有這樣的困惑： 在“實驗室制取二氧化碳”時使用稀鹽酸而不用濃鹽酸或稀硫酸，使用石灰石顆粒而不用碳酸鈣或碳酸鈉粉末；而在“滅火器原理”實驗中卻是使用濃鹽酸而不用稀鹽酸，使用碳酸鈉而不用石灰石。據(jù)此可依據(jù)問題設(shè)計一個“冒泡”對比實驗［12］（如圖5），通過實驗現(xiàn)象分析來理解反應(yīng)原理。（1）通過對比A和B、A和C的冒泡劇烈情況，得知顆粒大小不同造成的差別，而A中反應(yīng)平穩(wěn)、速率適中，所以在制取二氧化碳用石灰石顆粒而不用碳酸鈣或碳酸鈉粉末，而在模擬滅火器中卻是產(chǎn)生大量氣泡越快越好，當(dāng)然是選用濃鹽酸和碳酸鈉比較好；（2）通過比較A和D的冒泡情況，D開始時石灰石表面迅速冒出氣泡，漸漸會停止產(chǎn)生氣泡，而A中石灰石表面冒氣泡是持續(xù)不斷的，所以，用稀鹽酸而不用稀硫酸；（3）E中注入的是濃鹽酸，產(chǎn)生大量白霧，讓學(xué)生明白這樣會造成制得的二氧化碳不純，所以不用濃鹽酸制取二氧化碳。

又如“實驗室里常用澄清石灰水檢驗二氧化碳，而一般用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳”這個問題，可以讓學(xué)生通過查閱氫氧化鈣和氫氧化鈉在常溫下（20℃）的溶解度，計算理論上這兩種物質(zhì)的飽和溶液吸收二氧化碳能力的差異，也可以通過“問題—實驗探究—現(xiàn)象分析—結(jié)論”的認(rèn)識思路，設(shè)計探究實驗，層層遞進，讓學(xué)生在完成任務(wù)、經(jīng)歷活動的過程中實現(xiàn)問題的解決與學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.4 以化學(xué)實驗大概念為導(dǎo)向，賦予基礎(chǔ)實驗新的內(nèi)涵

大概念是美國教育心理學(xué)家奧蘇伯爾所說的上位知識，其抽象性、概括性、包容性最高，解釋力最強［13］。要以化學(xué)實驗大概念為導(dǎo)向，充分挖掘教科書中“基礎(chǔ)實驗”（“演示實驗”“探究”和“實驗活動”等）的學(xué)科價值，以“化學(xué)實驗體系三要素”為框架賦予新的內(nèi)涵。如第二單元課題1實驗21“測定空氣里氧氣的含量”，仿照科學(xué)家拉瓦錫測定空氣成分實驗，采用紅磷燃燒法測定空氣中氧氣含量，初步體會實驗研究氣體混合物組成的思路與方法。這是初中化學(xué)中第一個帶有半定量性質(zhì)的實驗，在復(fù)習(xí)時，要側(cè)重于從“原理、裝置、操作、現(xiàn)象、結(jié)論”等角度，分析拉瓦錫測定空氣成分的實驗，進一步認(rèn)識“紅磷燃燒測定空氣里氧氣的含量實驗”，體會科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度［14］。又如實驗活動5“一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”，是初中化學(xué)中為數(shù)不多的定量實驗，這是8個必做實驗中唯一的一個使用多種定量儀器（托盤天平、量筒）的實驗，重在基本操作的規(guī)范性和培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)精神與習(xí)慣［15］。如有可能，可以把它與實驗活動8“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”實驗安排在一起復(fù)習(xí)（在滬教版教科書中就將“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”和“粗鹽的初步提純”兩個實驗安排在同一章）。

總之，初中化學(xué)實驗復(fù)習(xí)不僅要充分發(fā)揮復(fù)習(xí)課的功能，更應(yīng)凸顯學(xué)科思想，發(fā)揮大概念的統(tǒng)攝作用，融合知識內(nèi)容、實驗內(nèi)容、操作技能和學(xué)科核心素養(yǎng)，重構(gòu)初中化學(xué)實驗復(fù)習(xí)一般方法，提高實驗復(fù)習(xí)的質(zhì)效，促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。這樣的教學(xué)需要教師轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，立足于學(xué)科整體視野，理解核心素養(yǎng)下的知識屬性，并具有相應(yīng)的課程開發(fā)和實施能力［16］。

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