發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的物質(zhì)性質(zhì)教學(xué)

曹素梅

【摘要】以發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點(diǎn)，在物質(zhì)性質(zhì)的教學(xué)過程中，重視在不同的學(xué)習(xí)階段逐步完善學(xué)生的認(rèn)識(shí)視角，主動(dòng)設(shè)計(jì)豐富多彩的探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生提煉研究物質(zhì)性質(zhì)的方法并舉一反三，從而不斷提升學(xué)生解決實(shí)際問題過程中的能力和品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)思維? 認(rèn)識(shí)視角? 研究方法? 探究活動(dòng)

【中圖分類號(hào)】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2023）07-0025-03

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中提到：“科學(xué)思維是在化學(xué)學(xué)習(xí)中基于事實(shí)與邏輯進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑與批判，提出創(chuàng)造性見解的能力;是從化學(xué)視角研究物質(zhì)及其變化的思路和方法?！逼渲校囵B(yǎng)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測(cè)物質(zhì)性質(zhì)及其變化的能力是初中化學(xué)學(xué)科必須達(dá)到的要求之一。

同時(shí)，新版課標(biāo)中明確指明，需培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的思路與方法，“知道可以從物質(zhì)的存在、組成、變化和用途等視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)”。在課標(biāo)的指導(dǎo)下，教師不僅要“授人以魚”，教會(huì)學(xué)生有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的具體知識(shí)，更要“授人以漁”，指導(dǎo)學(xué)生從不同的視角去認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，并逐步掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序，從真實(shí)的活動(dòng)中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維[1]。

一、逐步完善認(rèn)識(shí)視角[2]

發(fā)展學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，不可能一蹴而就，而必須根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力分不同階段逐步滲透。人教版九年級(jí)化學(xué)第一單元第一節(jié)的內(nèi)容《物質(zhì)的性質(zhì)與變化》，是學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)研究視角的開端?；瘜W(xué)就是一門關(guān)注物質(zhì)性質(zhì)與變化的學(xué)科，主要從物理和化學(xué)兩個(gè)角度來分類研究。

進(jìn)入第二單元，首先認(rèn)識(shí)的物質(zhì)是空氣。通過測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到氧氣約占空氣總體積的1/5?？諝獠皇菃渭兊囊环N物質(zhì)，而是由氧氣、氮?dú)狻⑾∮袣怏w等組成的混合物。此時(shí)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)不僅要關(guān)注物質(zhì)的性質(zhì)和變化，也要關(guān)注物質(zhì)的組成和存在形式。從另一個(gè)角度講，該實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生第一次從物質(zhì)變化的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)。通過本課題實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)識(shí)到氧氣可以支持紅磷燃燒，而一般情況下氮?dú)獠荒苤С秩紵冶旧聿豢扇?。根?jù)空氣中各組成氣體的沸點(diǎn)不同而對(duì)其進(jìn)行分離，可以得到純凈物氧氣、氮?dú)狻⒏鞣N稀有氣體等。純凈物之間有著各自的性質(zhì)，性質(zhì)又決定著各自的用途，反之，物質(zhì)的用途也可以體現(xiàn)物質(zhì)的性質(zhì)。例如，氧氣具有助燃性，決定了氧氣可以用于氣割氣焊等;氮?dú)饪梢杂米鞅Ｗo(hù)氣，又體現(xiàn)出氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定。這是學(xué)生第一次從用途的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)。木炭、硫磺、鐵絲等物質(zhì)在氧氣中的燃燒實(shí)驗(yàn)不僅是系統(tǒng)地從物質(zhì)變化的角度認(rèn)識(shí)氧氣的性質(zhì)，同時(shí)學(xué)生意識(shí)到無論是純凈物氧氣還是空氣中的氧氣都具有助燃性，說明了混合物中的各部分都能獨(dú)立保持著各自的化學(xué)性質(zhì)。

第三單元《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》真正開啟了學(xué)生從物質(zhì)的宏觀組成和微觀構(gòu)成的角度來認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的時(shí)代。水作為該角度的典型物質(zhì)在第四單元被系統(tǒng)地研究。至此，學(xué)生們雖然已經(jīng)學(xué)習(xí)了從物質(zhì)的存在、組成、變化、用途等角度對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行分析的方法，但這些認(rèn)識(shí)還是比較零散的，并沒有很系統(tǒng)地實(shí)踐過。

第六單元《碳和碳的氧化物》，是學(xué)生內(nèi)化物質(zhì)性質(zhì)認(rèn)識(shí)視角的最好時(shí)機(jī)。金剛石、石墨、C60組成元素相同，但物理性質(zhì)差異很大，是由于碳原子排列方式不同所導(dǎo)致的;一氧化碳和二氧化碳都是由碳元素和氧元素組成的，但化學(xué)性質(zhì)卻有很大不同，這是由于構(gòu)成物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同。該過程使學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也鞏固了學(xué)生對(duì)性質(zhì)與用途之間的關(guān)系的認(rèn)識(shí)。石墨的層狀結(jié)構(gòu)決定了其潤(rùn)滑性;石墨的導(dǎo)電性則反映出石墨的微觀結(jié)構(gòu)中應(yīng)該有能夠自由移動(dòng)的電子。而活性炭能夠吸附色素和異味，決定了它常常被用作制作活性炭包去吸附冰箱或新裝修的房屋中的異味;木炭經(jīng)常被用作燃料，體現(xiàn)了木炭的可燃性。對(duì)于主角CO2，可以從用途和變化兩個(gè)角度充分挖掘其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。比如，二氧化碳能夠用于制作碳酸飲料，該用途能引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)出二氧化碳與水能反應(yīng)生成碳酸，而要證實(shí)該猜想，則必須通過一系列的對(duì)比實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來探究，從變化的角度來證實(shí)該條性質(zhì)。

人教版九年級(jí)化學(xué)下冊(cè)第八單元《金屬和金屬材料》，是學(xué)生第一次從物質(zhì)類別的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，了解通過物質(zhì)的共性和差異性來認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的方法。金屬一類物質(zhì)不僅具有金屬光澤、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等物理性質(zhì)，同時(shí)還具有能與氧氣反應(yīng)、與酸反應(yīng)、與金屬鹽溶液反應(yīng)等共同的化學(xué)性質(zhì)。除了共性外，金屬之間還具有差異性，比如大部分金屬常溫常壓下都是固體，而汞卻是液體;常溫常壓下，鎂、鋁、鋅、鐵都能與稀鹽酸反應(yīng)，而銅、銀卻不能。

在第九單元《溶液》中，教師需引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象和微觀本質(zhì)兩個(gè)維度認(rèn)識(shí)溶液的形成，從而促進(jìn)學(xué)生對(duì)溶液組成和性質(zhì)的理解。溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成的混合物，而溶質(zhì)、溶劑保持著各自的化學(xué)性質(zhì)。

酸堿鹽的內(nèi)容，側(cè)重于從物質(zhì)類別的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)。鹽酸和硫酸在物質(zhì)類別上都屬于酸，因此具有酸的通性，如能夠使指示劑變色、能與活潑金屬反應(yīng)、能與金屬氧化物反應(yīng)等，但由于酸根不同，又導(dǎo)致化學(xué)性質(zhì)的差異性，稀硫酸能與氯化鋇反應(yīng)，而稀鹽酸卻不行。

二、不斷滲透研究方法

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中明確提出要教會(huì)學(xué)生“了解觀察、實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)事實(shí)進(jìn)行歸納概括、分析解釋等認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的基本方法”。在物質(zhì)性質(zhì)的教學(xué)過程中，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，推測(cè)物質(zhì)可能具有的性質(zhì)。而性質(zhì)往往可以由變化體現(xiàn)出來，因此學(xué)生可以選擇典型的物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并動(dòng)手操作來驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)觀察、記錄現(xiàn)象，并懂得從現(xiàn)象中獲得有效的證據(jù)從而推理出相應(yīng)的結(jié)論，最后利用得到的結(jié)論去解釋生活中的現(xiàn)象。

氧氣作為初中階段研究的第一個(gè)純凈物，需要教師帶領(lǐng)著學(xué)生一起去體會(huì)這種研究方法。學(xué)生根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)很容易推測(cè)出氧氣具有助燃性，然后在教師的引導(dǎo)下選取木炭、硫磺、鐵絲等物質(zhì)與氧氣的反應(yīng)來進(jìn)行研究。那么，這些物質(zhì)與氧氣發(fā)生的反應(yīng)究竟是化學(xué)變化還是物理變化呢？從變化中能體現(xiàn)出氧氣的哪些性質(zhì)呢？學(xué)生在第一單元中已經(jīng)學(xué)過，諸如“發(fā)光放熱、生成沉淀、產(chǎn)生氣體”等現(xiàn)象只能幫助我們判斷是否是化學(xué)反應(yīng)，而不能作為化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的依據(jù)。學(xué)生只有收集到“有新物質(zhì)生成”的證據(jù)，才可以證明確實(shí)是化學(xué)變化。教師此時(shí)必須引導(dǎo)學(xué)生注意發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)與原來的反應(yīng)物性質(zhì)之間的差異。通過氣味的不同，學(xué)生可以判斷硫與氧氣反應(yīng)生成了有刺激性氣味的新物質(zhì);通過顏色的差異，能證明鐵絲與氧氣反應(yīng)產(chǎn)生了新物質(zhì)黑色固體。但學(xué)生立刻陷入了困惑，碳和氧氣的反應(yīng)，有觀察到發(fā)光放熱的現(xiàn)象，但未觀察到明顯的新物質(zhì)，那是不是沒有發(fā)生化學(xué)變化呢？此時(shí)教師需向?qū)W生介紹澄清石灰水這種化學(xué)藥品，指導(dǎo)學(xué)生借助其他試劑與新物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)來進(jìn)一步證實(shí)新物質(zhì)的產(chǎn)生。通過以上探究，學(xué)生認(rèn)識(shí)到木炭、硫磺、鐵絲都能與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)體現(xiàn)化學(xué)性質(zhì)，這幾組實(shí)驗(yàn)均證明了氧氣的助燃性和氧化性，也揭示出生活中燃料燃燒時(shí)，要保持空氣流通的道理。

如果說對(duì)氧氣性質(zhì)的探究是小試牛刀，那么對(duì)二氧化碳性質(zhì)的探究一定是大展身手。

師：根據(jù)你們的已有經(jīng)驗(yàn)分析，二氧化碳能不能溶于水？你的猜測(cè)依據(jù)是什么？

生：能，因?yàn)樘妓犸嬃系呐淞媳碇泻卸趸肌?/p>

師：非常好，雖然我們的猜想是有依據(jù)的，但依然要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們以小組合作的方式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來判斷二氧化碳的水溶性。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生小組設(shè)計(jì)了各種類型的密閉體系，通過氣體溶解前后造成的裝置內(nèi)外的壓強(qiáng)差從而得到的明顯的現(xiàn)象來判斷二氧化碳的水溶性。

【進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】向裝滿二氧化碳的塑料瓶中迅速加入1/3體積的水，擰緊并振蕩。

師：在實(shí)驗(yàn)過程中，你們收集了哪些證據(jù)，推理出什么結(jié)論？

生：我觀察到瓶子變癟了，證明了二氧化碳能溶于水造成瓶?jī)?nèi)氣壓變小，在外界大氣壓的作用下，瓶子變癟。

師：你們分析得非常正確。其實(shí)生活中的碳酸飲料就是通過加壓的方式將二氧化碳溶于飲料中，壓強(qiáng)越大，溶解的二氧化碳的量就越多。

除了二氧化碳溶于水的性質(zhì)外，證明二氧化碳能與水反應(yīng)的性質(zhì)探究也再次加深了學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)研究方法的理解。氧氣的性質(zhì)的學(xué)習(xí)，是研究物質(zhì)性質(zhì)的方法模型的建構(gòu)階段，而二氧化碳性質(zhì)的探究，則真正實(shí)現(xiàn)了模型的遷移應(yīng)用。該種滲透學(xué)習(xí)方法的教學(xué)方式，不僅為后期金屬、酸堿鹽的性質(zhì)做好了鋪墊，更提升了學(xué)生解決問題過程中的質(zhì)疑能力、批判和創(chuàng)新意識(shí)。

三、日益豐富探究活動(dòng)

在學(xué)習(xí)“氧氣的性質(zhì)”時(shí)，學(xué)生的科學(xué)探究的能力還不是很強(qiáng)，甚至連物質(zhì)在氧氣中燃燒的反應(yīng)需要關(guān)注哪些現(xiàn)象都不是很清楚，此時(shí)不適合放手讓學(xué)生自己去獨(dú)立探究氧氣的性質(zhì)，而是應(yīng)該在教師的引導(dǎo)下，先學(xué)習(xí)觀察、記錄、比較、分類、分析推理等方法。比如，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生，關(guān)注物質(zhì)性質(zhì)時(shí)，需充分調(diào)動(dòng)各種感官，不僅要用眼睛看，也要用鼻子聞、耳朵聽、手觸摸等。同時(shí)既要關(guān)注反應(yīng)物的顏色、狀態(tài)、氣味等性質(zhì)，也要關(guān)注生成物的性質(zhì)，對(duì)比分析二者的異同點(diǎn)。在觀察后要及時(shí)記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告或?qū)W案上，根據(jù)記錄的內(nèi)容進(jìn)行有效分析、細(xì)致推理，從而得出有關(guān)結(jié)論。等到學(xué)習(xí)“二氧化碳的性質(zhì)”時(shí)，學(xué)生們已經(jīng)有了一定的科學(xué)探究能力，所以可以給他們更大的空間，充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力。比如在證明二氧化碳的水溶性時(shí)，可以給學(xué)生提供多種儀器：塑料瓶、試管、燒杯、集氣瓶、玻璃片等。有的小組會(huì)想到用塑料瓶作容器，通過是否變癟來判斷;有的小組會(huì)使用試管裝滿二氧化碳后倒置在水中，根據(jù)試管內(nèi)液面是否上升來判斷;有的小組想要利用集氣瓶和玻璃片來收集二氧化碳，通過與水充分接觸后，倒置集氣瓶觀察玻璃片是否掉落來判斷;甚至有的學(xué)生想到利用U型管設(shè)計(jì)反應(yīng)裝置，通過左右兩邊的液面差來判斷二氧化碳的水溶性。更開放的探究活動(dòng)，能讓學(xué)生的思維得到更有效的碰撞，能力獲得大幅度的提升。

在學(xué)習(xí)“金屬的性質(zhì)”時(shí)，不僅可以繼續(xù)采用教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)等多種方式相結(jié)合的探究活動(dòng)，也可以帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行有趣的課外活動(dòng)“制作美麗的金屬樹”。教師開放化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生們提供必要的儀器和藥品，如表面皿、濾紙、鐵絲、銅絲、鋁絲、鎂條、鋅粒、不同濃度的硫酸銅溶液、硝酸銀溶液、硫酸亞鐵溶液等。感興趣的學(xué)生可以在延伸課、活動(dòng)課等課余時(shí)間來到實(shí)驗(yàn)室，利用金屬絲或金屬粒擺出各種精美的造型，利用金屬活動(dòng)性的知識(shí)使金屬和金屬鹽溶液之間發(fā)生置換反應(yīng)，從而在濾紙上得到色彩形態(tài)各異的金屬樹。有的反應(yīng)幾分鐘內(nèi)就能完成，有的則需要幾個(gè)小時(shí)，有的甚至需要幾天時(shí)間。教師把課堂上無法開展的學(xué)習(xí)活動(dòng)放在課外，打破了化學(xué)實(shí)驗(yàn)所受到的時(shí)間和空間的限制。該活動(dòng)不僅能讓學(xué)生對(duì)金屬活動(dòng)性有更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也能讓學(xué)生親身體驗(yàn)到化學(xué)學(xué)科之美。

到學(xué)習(xí)“酸堿鹽的性質(zhì)”時(shí)，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生在家中開展趣味家庭小實(shí)驗(yàn)。比如利用紫甘藍(lán)、花瓣等自制酸堿指示劑，滴入不同濃度的白醋、肥皂水、蘇打水等液體，感受色彩變化的神奇魅力。同時(shí)學(xué)生也可以利用自制酸堿指示劑去檢驗(yàn)家中常用液體的酸堿性，如洗發(fā)露、護(hù)發(fā)素、沐浴露、各類清潔劑等。教師可通過錄制微課的形式，指導(dǎo)學(xué)生在家中自制葉脈書簽。為了避免氫氧化鈉的強(qiáng)腐蝕性，腐蝕葉肉的藥品可以選用堿面、蘇打粉等。同時(shí)，也可以指導(dǎo)學(xué)生，利用雞蛋殼和白醋反應(yīng)來制作“夜明珠”。以上這些活動(dòng)不僅能提升學(xué)生動(dòng)手操作能力，加深對(duì)酸堿鹽性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也能讓學(xué)生深刻體會(huì)到化學(xué)學(xué)科的趣味性和實(shí)用性。

通過教師演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、趣味課外活動(dòng)、生動(dòng)家庭小實(shí)驗(yàn)等豐富多彩的活動(dòng)形式，學(xué)生不僅輕松愉快地收獲了化學(xué)知識(shí)，更在動(dòng)手實(shí)踐的過程中提升了科學(xué)思維。

物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，是初中化學(xué)階段的重要內(nèi)容。該部分內(nèi)容看似都是事實(shí)性的零碎的知識(shí)，需要學(xué)生去死記硬背。但只要教師引導(dǎo)到位，零散的知識(shí)也會(huì)因?yàn)槲镔|(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)視角而變得有關(guān)聯(lián)起來。無論是氧氣、二氧化碳還是金屬、酸堿鹽等，都遵循著從物質(zhì)的存在、組成、變化和用途等角度來認(rèn)識(shí)其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律。基于物質(zhì)性質(zhì)的科學(xué)思維的培養(yǎng)是個(gè)循序漸進(jìn)的過程。在不同的教學(xué)階段，教師應(yīng)為學(xué)生設(shè)計(jì)符合當(dāng)前認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)活動(dòng)，將被動(dòng)的知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)變成主動(dòng)的思維模型的建構(gòu)，讓學(xué)生掌握研究物質(zhì)性質(zhì)的方法，并能夠在以后的學(xué)習(xí)和生活中遷移應(yīng)用，把知識(shí)和方法轉(zhuǎn)化成真實(shí)情境中解決問題時(shí)展現(xiàn)出來的能力和品格。

參考文獻(xiàn)：

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