指向培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力的“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”的教學(xué)

穆小艷

摘要：以“實(shí)驗(yàn)室制氧氣”為例，從藥品選擇、裝置搭建、總結(jié)思路、方案評(píng)價(jià)等角度，培養(yǎng)學(xué)生分析、綜合、評(píng)價(jià)等高階思維能力。設(shè)計(jì)高階學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、問(wèn)題解決能力、批判思維能力。

關(guān)鍵詞：高階思維能力;化學(xué)實(shí)驗(yàn);氧氣

文章編號(hào)：1008-0546（2022）06x-0081-03?? 中圖分類號(hào)：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.021

一、問(wèn)題的提出

做實(shí)驗(yàn)并不等于科學(xué)探究，實(shí)驗(yàn)探究的宗旨是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)探究作為化學(xué)教學(xué)的一個(gè)重要內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生思維能力的重要性不言而喻。

高階思維是指發(fā)生在高層次認(rèn)知水平上的心智活動(dòng)，它對(duì)應(yīng)教育目標(biāo)分類中的“分析、綜合、評(píng)價(jià)”等高層次認(rèn)知水平的能力，是創(chuàng)新能力、問(wèn)題解決能力、批判思維能力的核心[1]。如何在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力？本文以“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”為例，嘗試從藥品選擇、裝置搭建、總結(jié)思路、方案評(píng)價(jià)等角度，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、問(wèn)題解決能力及批判思維能力。

二、教學(xué)案例

1.用高錳酸鉀制氧氣

（1）篩選實(shí)驗(yàn)原料

問(wèn)題1：實(shí)驗(yàn)室想要制取氧氣，首先要選擇合適的化學(xué)藥品。生活中常見(jiàn)的物質(zhì)食鹽（NaCl）、高錳酸鉀（KMnO4）消毒片、雙氧水（H2O2溶液）消毒液等是否可用于制氧氣？

問(wèn)題2：用高錳酸鉀如何制取氧氣？我們需要研究其性質(zhì)。請(qǐng)同學(xué)們觀察高錳酸鉀固體以及高錳酸鉀消毒片的相關(guān)使用說(shuō)明，從中你能獲得什么信息？你如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想？

生：觀察藥品外觀，根據(jù)消毒片的使用說(shuō)明猜測(cè)其性質(zhì)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究是否溶于水。

物理性質(zhì)：紫黑色固體，能溶于水。

設(shè)計(jì)意圖：滲透化學(xué)研究物質(zhì)的方法、思路及分類觀。

（2）探討氣體發(fā)生裝置

問(wèn)題1：請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)觀察高錳酸鉀分解的化學(xué)方程式，分析該反應(yīng)的生成物有哪些？猜測(cè)其他產(chǎn)物在通常情況會(huì)是什么狀態(tài)？你猜測(cè)的依據(jù)是什么？

生：觀察高錳酸鉀加熱制氧氣的反應(yīng)方程式，猜測(cè)產(chǎn)物的狀態(tài)。

問(wèn)題2：你能從圖1中選擇哪些儀器來(lái)完成該實(shí)驗(yàn)？你為什么選擇這些儀器？你能把這些儀器搭建成裝置嗎？

生：觀察所提供的藥品和儀器，選擇合適的儀器，搭建裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題3：①為何選擇酒精燈？試管口為什么略向下傾斜？你搭建裝置的順序是什么？②實(shí)驗(yàn)的條件是什么？③如何檢驗(yàn)是否產(chǎn)生了氧氣？你觀察到其他產(chǎn)物的狀態(tài)了嗎？在加熱過(guò)程中你還有什么發(fā)現(xiàn)？

生：根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)（固態(tài)）和反應(yīng)條件（加熱）選擇儀器。向試管內(nèi)伸入帶火星的木條，木條復(fù)燃證明產(chǎn)生的氣體為氧氣。生成的錳酸鉀和二氧化錳為固體。

問(wèn)題4：加熱過(guò)程中“蹦蹦跳跳”從管底向管口跑的固體成分是什么？如何檢驗(yàn)？

師：取管口附近的固體于試管中，加水溶解，觀察現(xiàn)象。

生：觀察到溶液顏色為紫紅色。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生初步感知原理、裝置的制約關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室制取氣體在原料的選擇上，要綜合考慮原料狀態(tài)、反應(yīng)條件、氣體純度等因素，培養(yǎng)學(xué)生思維的有序性和完整性，形成解決實(shí)際問(wèn)題的高階思維能力。

（3）比較氣體收集方法

問(wèn)題1：你會(huì)選擇圖2中的哪種方式收集氧氣？你選擇這種收集氣體方法的依據(jù)是什么呢？

生：向上排空氣集氣法，因?yàn)檠鯕饷芏却笥诳諝?，通常情況下不與空氣中其他成分反應(yīng);排水集氣法，因?yàn)檠鯕獠灰兹苡谒ǔＧ闆r下不與水反應(yīng)。

問(wèn)題2：分別收集兩瓶氧氣，一瓶用于進(jìn)行蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)，為了便于觀察燃燒產(chǎn)物，你會(huì)選擇哪種收集氣體的方法？另一瓶氧氣用于鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)，為了便于在瓶底留水且獲得的氧氣更純凈，你又會(huì)選擇哪種收集氣體的方法？

設(shè)計(jì)意圖：總結(jié)氣體收集方法需要考慮的因素：氣體的性質(zhì)。學(xué)生圍繞具有真實(shí)情境的化學(xué)問(wèn)題，通過(guò)兩種收集氣體的方法比較，逐步養(yǎng)成用化學(xué)思維解決問(wèn)題的習(xí)慣。

（4）分組實(shí)驗(yàn)

問(wèn)題1：如何將氣體發(fā)生裝置和收集裝置相連呢？請(qǐng)同學(xué)們搭建高錳酸鉀制取氧氣的裝置，并嘗試完成用兩種方法收集氧氣。那么按照什么步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

生：討論。

問(wèn)題2：同學(xué)們，想不想親手制出氧氣來(lái)？科學(xué)的態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)程、規(guī)范的操作是實(shí)驗(yàn)成功的前提，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)步驟，思考實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

師：觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，用手機(jī)抓拍實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后投屏討論不規(guī)范的操作可能帶來(lái)的后果。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)讓學(xué)生動(dòng)手操作及操作過(guò)程中生成新的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生一步一步解決問(wèn)題，在課本原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行適度挖掘、再度創(chuàng)造，培養(yǎng)學(xué)生高階思維。

（5）小結(jié)實(shí)驗(yàn)思路

問(wèn)題1：剛才我們一起學(xué)習(xí)了氧氣的制備，以后我們還會(huì)學(xué)習(xí)其他氣體的制備，不管是哪種氣體的制備，研究的方法和思路是相似的。你能總結(jié)出用高錳酸鉀制取氧氣的思路嗎？

設(shè)計(jì)意圖：師生共同建構(gòu)氣體制備的一般思路和方法的模型。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生梳理用高錳酸鉀制取氧氣的內(nèi)容，抓住問(wèn)題的主要特征，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象和概括，建構(gòu)氣體制備的一般思路和方法的認(rèn)知模型。

2.用過(guò)氧化氫溶液制氧氣

（1）初探實(shí)驗(yàn)裝置

問(wèn)題1：過(guò)氧化氫溶液與二氧化錳固體混合會(huì)立即產(chǎn)生大量氧氣。根據(jù)信息，你會(huì)設(shè)計(jì)怎樣的氣體發(fā)生裝置？

學(xué)生：從圖3的裝置中進(jìn)行選擇。

（2）再探實(shí)驗(yàn)步驟

問(wèn)題1：如何利用上述氣體發(fā)生裝置和氣體收集裝置進(jìn)行氧氣的制取實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

生：討論、總結(jié)。兩位學(xué)生演示雙氧水制氧氣實(shí)驗(yàn)，一位同學(xué)選擇排水法收集氧氣，一位同學(xué)選擇向上排空氣法收集氧氣。

（3）深究實(shí)驗(yàn)原理

問(wèn)題1：雙氧水和二氧化錳混合究竟如何產(chǎn)生氧氣？請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)二氧化錳在此反應(yīng)中的作用？

問(wèn)題2：你如何證明在該反應(yīng)中二氧化錳是催化劑？

（4）對(duì)比實(shí)驗(yàn)方案

問(wèn)題：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了兩種實(shí)驗(yàn)室制氧氣的方案，你能從實(shí)驗(yàn)原理角度、實(shí)驗(yàn)裝置角度等比較兩種方案的優(yōu)劣？

（5）遷移實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/p>

問(wèn)題1：根據(jù)氯酸鉀制氧氣的原理，你會(huì)選擇哪套制取氧氣（高錳酸鉀制氧氣或雙氧水制氧氣）的發(fā)生裝置呢？

生：氯酸鉀制氧氣的發(fā)生裝置與高錳酸鉀制氧氣的發(fā)生裝置相同。

（6）總結(jié)實(shí)驗(yàn)思路

問(wèn)題：我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了三種實(shí)驗(yàn)室制氧氣的方法，你能總結(jié)出制取氧氣的一般思路和方法嗎？

學(xué)生：在教師的引導(dǎo)下，建立實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的一般思路（圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)室制氧氣的教學(xué)過(guò)程中，教師充分發(fā)揮“主導(dǎo)”作用，設(shè)計(jì)高階學(xué)習(xí)活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生對(duì)比三種實(shí)驗(yàn)室制氧氣的方法，建立氣體制備的一般思路和方法。

三、結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室制取氧氣緊緊圍繞兩個(gè)活動(dòng)展開(kāi)，一是探究氣體發(fā)生裝置，二是探究氣體收集方法[2]。通過(guò)兩個(gè)活動(dòng)的展開(kāi)，以及課堂生成的問(wèn)題，一步步引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)氣體制備的一般思路和方法模型，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)觀、實(shí)驗(yàn)觀、對(duì)比觀、環(huán)保觀，提高了思維的深度，拓寬了思維的廣度，培養(yǎng)了學(xué)生的高階思維能力。

參考文獻(xiàn)

[1]湯小梅.化學(xué)教學(xué)中高階思維訓(xùn)練拓展設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2017（8）：21-24.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.