氣體制取的學(xué)習(xí)內(nèi)容疑難分析和解決策略

摘要：氣體制取是初中學(xué)生應(yīng)掌握的實(shí)驗(yàn)技能之一，在初中化學(xué)教學(xué)中占有非常重要的地位。采用教學(xué)案例對其中的學(xué)習(xí)疑難予以揭示，并運(yùn)用教育心理學(xué)知識從教師教和學(xué)生學(xué)兩個角度進(jìn)行分析，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐提出了一些具體的解決策略。

關(guān)鍵詞：氣體制取；學(xué)習(xí)疑難；解決策略

文章編號：1005–6629（2013）12–0055–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

2011版《初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定學(xué)生要“初步學(xué)習(xí)運(yùn)用簡單的裝置和方法制取某些氣體”。氣體制取是初三學(xué)生應(yīng)掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能，也是化學(xué)中考的重點(diǎn)考查內(nèi)容之一，在初中化學(xué)教學(xué)中占有非常重要的地位。這部分學(xué)習(xí)內(nèi)容包括藥品的選擇、制取裝置的確定、操作步驟的安排以及如何檢驗(yàn)、驗(yàn)滿等。根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和聽課經(jīng)歷，裝置氣密性的檢查和發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)是學(xué)生經(jīng)常遇到的疑難問題。筆者運(yùn)用案例分析法，對這些學(xué)習(xí)疑難進(jìn)行研究，并提出一定的解決策略。

1 裝置氣密性的檢查

1.1 疑難分析

案例1 在“二氧化碳制取的研究”教學(xué)中，教師要求學(xué)生考慮如何檢查圖1裝置的氣密性。大部分學(xué)生感到束手無策；有同學(xué)想到“先把導(dǎo)管放入水中，再雙手緊握錐形瓶，看導(dǎo)管口是否有氣泡冒出”；有同學(xué)建議“應(yīng)先在錐形瓶加水到浸沒長頸漏斗下端，再把導(dǎo)管放入水中，雙手緊握錐形瓶，看導(dǎo)管口是否有氣泡冒出”。

裝置氣密性的檢查是實(shí)驗(yàn)室制取氣體的首要步驟，是保證實(shí)驗(yàn)成功的重要因素。在上述案例中，由于學(xué)生在先前的學(xué)習(xí)中并未接觸該裝置且生活中也未遇到相類似的問題，也就是說學(xué)生缺乏解決問題的知識、經(jīng)驗(yàn)和技能，根據(jù)“最近發(fā)展區(qū)”學(xué)習(xí)理論，當(dāng)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容超出學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，學(xué)習(xí)難度將大大增加，學(xué)生將無法有效建構(gòu)新知識，所以課堂上大部分學(xué)生束手無策。雖然有個別學(xué)生想到方法，但由于不明了氣密性檢查的原理，所設(shè)計(jì)的方法都不盡合理。如“先把導(dǎo)管放入水中，再雙手緊握錐形瓶，看導(dǎo)管口是否有氣泡冒出”，由于體系不密閉，即使氣密性良好，也不會在導(dǎo)管口觀察到氣泡。再如“應(yīng)先在錐形瓶加水到浸沒長頸漏斗下端……”，雖然解決了體系密閉的問題，但改變體系氣壓的方法又不合理，因?yàn)樗畷鼰幔饪渴植繜崃浚粫隗w系內(nèi)產(chǎn)生明顯壓強(qiáng)差。

1.2 解決策略

1.2.1 運(yùn)用引導(dǎo)性材料啟發(fā)學(xué)生思維

案例2 教師先讓學(xué)生回顧高錳酸鉀制氧氣裝置氣密性的檢查方法，然后要求學(xué)生思考該方法的原理，即利用手部熱量改變裝置氣壓，造成壓強(qiáng)差。教師質(zhì)疑：如果試管底部有破洞，此方法是否有效？引導(dǎo)學(xué)生歸納出：檢查裝置氣密性時，裝置必須是密閉體系。在此基礎(chǔ)上，再展開案例1裝置氣密性檢查方法的研究，引導(dǎo)學(xué)生思考以下問題：此裝置是否為密閉體系？如何使裝置密閉？如何有效改變裝置內(nèi)的氣壓，產(chǎn)生壓強(qiáng)差？學(xué)生思維活躍，設(shè)計(jì)出多種方法。方法一：堵住導(dǎo)管口，從長頸漏斗口加水，若形成液面差，則氣密性好；方法二：將導(dǎo)管放入水中，從長頸漏斗口加水，有氣泡冒出，則氣密性好；方案三：用水液封長頸漏斗下端，用注射器在導(dǎo)管口推拉（或吹吸氣）……

根據(jù)奧蘇伯爾的“先行組織者”理論，學(xué)生面對新的學(xué)習(xí)任務(wù)時，如果原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中缺少同化新知識的上位觀念，或原有觀念不夠清晰或鞏固，則有必要設(shè)計(jì)一個先于學(xué)習(xí)材料呈現(xiàn)的引導(dǎo)性材料，在概括和包容的水平上高于要學(xué)習(xí)的材料（因此屬于下位學(xué)習(xí)），構(gòu)建一個使新舊知識發(fā)生聯(lián)系的橋梁[1]。案例中教師通過復(fù)習(xí)、討論、歸納，展示引導(dǎo)性材料，即檢查裝置氣密性的原則（密閉）和原理（產(chǎn)生壓強(qiáng)差），那么后續(xù)設(shè)計(jì)方法則變?yōu)橄挛粚W(xué)習(xí)，學(xué)生思維桎梏被打破，學(xué)習(xí)變得水到渠成，學(xué)生輕松完成新技能的同化。

1.2.2 運(yùn)用分類思想進(jìn)行專題研究

檢查裝置氣密性的原理雖然簡單，但面對復(fù)雜多變的裝置，大多學(xué)生依然一籌莫展，且近年各地化學(xué)中考此類試題也屢見不鮮，因此在課時充裕、學(xué)生層次較高的前提下，可設(shè)計(jì)專題課突破難點(diǎn)。運(yùn)用分類思想，抓住主要特征，利用實(shí)驗(yàn)、討論、點(diǎn)撥、剖析等手段，通過變式訓(xùn)練、舉一反三，讓學(xué)生理解裝置氣密性檢查的實(shí)質(zhì)、掌握每類裝置的常用方法。在課堂結(jié)構(gòu)安排上應(yīng)注意裝置呈現(xiàn)要由簡單到復(fù)雜、思維水平要由低到高，流程可如圖2所示。

最終可引導(dǎo)學(xué)生歸納“設(shè)計(jì)氣密性檢查方案的原則與基本思路”，內(nèi)容如下：

（1）原則：“密封”（通常可加水液封）。

（2）檢驗(yàn)原理：使封閉體系不同位置的儀器空間之間產(chǎn)生壓強(qiáng)差，并且通過產(chǎn)生明顯可見的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來判斷裝置的氣密性。主要通過氣泡的產(chǎn)生、液面的高度差、活塞歸位等現(xiàn)象來進(jìn)行判斷[2]。

（3）檢驗(yàn)方法：根據(jù)氣體狀態(tài)方程：PV=nRT，要改變密閉體系內(nèi)的氣壓、產(chǎn)生壓強(qiáng)差，可改變溫度或氣體體積。若改變溫度，可用手捂法或酒精燈微熱法等；若改變氣體體積，可用注射器推拉法或水壓法等。

2 發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)

2.1 疑難分析

案例3 在“二氧化碳制取的研究”教學(xué)中，教師要求學(xué)生利用書本上提供的儀器，設(shè)計(jì)多套制二氧化碳發(fā)生裝置并在紙上畫出裝置。經(jīng)過一段時間小組討論，教師要求各小組派代表上講臺組裝裝置，向同學(xué)們展示。學(xué)生甲設(shè)計(jì)了圖3的左裝置；學(xué)生乙設(shè)計(jì)了圖3的右裝置；學(xué)生丙將左裝置的錐形瓶換為試管；學(xué)生丁將右裝置的試管換為錐形瓶。教師詢問是否有其他不同的裝置設(shè)計(jì)，學(xué)生沉默以對。

發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)是初中化學(xué)中鍛煉學(xué)生裝置設(shè)計(jì)能力、培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維的絕佳題材。根據(jù)課本提供的實(shí)驗(yàn)儀器，可設(shè)計(jì)九套發(fā)生裝置，但案例中，集體智慧下，也僅出現(xiàn)四套裝置，且是課本提供的裝置原型或原型反應(yīng)容器的互換。可見學(xué)生的思維仍然困囿于課本，他們提供的設(shè)計(jì)只是簡單的模仿，能力并沒有得到提升。

本案例中，發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)成為了教學(xué)中的疑難點(diǎn)。分析原因，主要是教師的教學(xué)設(shè)計(jì)存在缺陷，可能由于客觀條件的限制，教師并沒有向?qū)W生小組提供各種儀器和藥品，而是要求學(xué)生根據(jù)書本圖片來設(shè)計(jì)裝置。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，兒童的認(rèn)知發(fā)展分為四個階段：感知運(yùn)動階段（出生～2歲左右）、前運(yùn)演階段（約2～7歲左右）、具體運(yùn)演階段（約7～12歲左右）、形式運(yùn)演階段（約12～15歲左右）[3]。初中學(xué)生處于由具體運(yùn)演向形式運(yùn)演發(fā)展過程中，即從形象思維向邏輯思維發(fā)展。考慮到學(xué)生認(rèn)知發(fā)展水平的不同以及初中化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的入門階段，本著促進(jìn)每個學(xué)生發(fā)展的原則，在教學(xué)中還應(yīng)以形象思維為主，邏輯思維為輔。案例中出現(xiàn)的儀器學(xué)生并不熟悉，其中燒瓶、錐形瓶、長頸漏斗甚至是學(xué)生第一次接觸。對于陌生事物，就要求初三學(xué)生脫離具體儀器，對抽象的和表征性的材料（圖片）進(jìn)行邏輯運(yùn)演，實(shí)在是強(qiáng)人所難。

2.2 解決策略

2.2.1 借助具體儀器，促發(fā)具體運(yùn)演

案例4 教師以四人為一組，每組分發(fā)兩套儀器，每套儀器包括燒瓶、試管、底部有破洞試管、錐形瓶、長頸漏斗、注射器、單孔橡皮塞、雙孔橡皮塞、彈簧夾、多孔塑料板、燒杯、集氣瓶、導(dǎo)管若干等，以及大理石、稀鹽酸等藥品。經(jīng)過一段時間的動手操作、小組討論之后，小組代表匯報探究成果、展示作品，過程中不斷有同學(xué)補(bǔ)充、交流、評價，出現(xiàn)了不少創(chuàng)新設(shè)計(jì)……

本案例中，教師提供了豐富的實(shí)驗(yàn)儀器。學(xué)生操作這些儀器，多次嘗試后，都能自主設(shè)計(jì)出合理的發(fā)生裝置。而生生交流、小組交流、班級交流，互通有無、取長補(bǔ)短，使思維的火花不斷迸發(fā)、碰撞，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能得到發(fā)展。

值得注意的是，借助具體事物，能作出一定程度的推理，但是這種運(yùn)算還是有局限的。一方面還不具有足夠的形式化，脫離不了具體事物或形象的支持；另一方面，這種運(yùn)算是孤立的、零散的，還不能形成有機(jī)系統(tǒng)。教師在教學(xué)中要適當(dāng)點(diǎn)撥歸納，幫助學(xué)生由具體運(yùn)演向形式運(yùn)演發(fā)展。

2.2.2 運(yùn)用事物發(fā)展規(guī)律，引發(fā)形式運(yùn)演

案例5 教師先利用道家思想“道生一、一生二、二生三、三生萬物”闡明事物發(fā)展變化的規(guī)律，然后從原型開始，運(yùn)用“反思不足→改進(jìn)裝置”的邏輯運(yùn)演模式，使裝置不斷變化，具體流程如圖4。

我們知道事物都遵循從簡單到復(fù)雜、從低級到高級的發(fā)展規(guī)律，如自然界從最原始的單細(xì)胞生物演化到高級智慧生物（人類）。從簡單到復(fù)雜并不是一蹴而就的，而要經(jīng)歷從量變到質(zhì)變的過程，即從簡單的原型開始，持續(xù)不斷地發(fā)生細(xì)微變化，最終發(fā)展為復(fù)雜的新事物。教師采用這一樸素的事物發(fā)展規(guī)律來設(shè)計(jì)教學(xué)，頗有新意。對于思維水平較高的學(xué)生群體，運(yùn)用這種形式運(yùn)演的方式教學(xué)，受益可能更大。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，應(yīng)多點(diǎn)“做中學(xué)”，少些“講實(shí)驗(yàn)”或“看實(shí)驗(yàn)”，同時教師要多運(yùn)用教育學(xué)、心理學(xué)規(guī)律來設(shè)計(jì)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)中啟迪思維、發(fā)展能力，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張大均.教育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2004：142.

[2]張軍.實(shí)驗(yàn)裝置氣密性的檢查[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2002，（12）：29.

[3][美] RobertJ.Sternberg.張厚粲譯注.教育心理學(xué)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2003：42.