反思與建構：初中化學教師的實驗技能與素養

楊大強 王國崢

摘要： 通過觀摩2018江蘇省初中化學實驗教學技能大賽，發現選手普遍存在的“課本實驗深度研究不足”“實驗操作‘估量缺失”“‘上位學科知識匱乏”“問題解決思維方式局限”4方面的問題，在此基礎上提出了3點思考。

關鍵詞： 初中化學; 實驗技能; 教師專業發展; 學科本質理解

文章編號： 10056629（2019）4003004中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

由江蘇省教育裝備與勤工儉學管理中心組織的“2018年初中化學實驗技能大賽”，于12月7日在南京大學附屬中學落下帷幕。此項比賽每4年舉行一次，相當于一個奧運周期，可謂是江蘇省初中化學教師實驗理論與操作技能等方面，水平最優、層次最高的一項賽事。

此次比賽的規則是13個大市各自組成代表隊，每隊由4名選手參加。組委會分設個人賽與團體賽，個人賽由90分鐘的筆試（占總分20%）與80分鐘的4組實驗操作（占總分80%）兩部分構成;團體賽則在個人賽基礎上（4名選手的個人賽得分之和×20%）加賽，即以設區市為單位進行的5分鐘實驗教學模擬展示（每位選手得分占總分20%）。

2018年的比賽內容與2014年相比，無論是實驗理論考查還是實驗技能操作，都有了較大幅度的調整與變化，原創度高、思維性強，很多都是初中化學向外拓展、與高中銜接的邊緣性的知識，令人耳目一新，改變了上屆試題偏重基礎實驗、講究操作細節、突出操作規范的風格，著重考查選手們學科本質理解與解決問題的思維方式，對于初中化學教師而言，是一個“學科知識+操作能力”的全面性挑戰。由于準備不足或偏向，令多數選手始料未及、防不勝防。筆者有幸成為本次大賽的評委之一，親眼目睹了整個比賽過程，感慨頗多?，F結合試題內容從問題與建議兩方面，談幾點想法，僅供參賽的選手以及廣大的一線初中化學教師，實驗教學、研討時參考。

1 比賽過程所暴露的4大問題

1.1 課本實驗深度研究不足

隨著對實驗教學認識的不斷深入，黑板上“講實驗”、“畫實驗”的現象有了明顯的改善，但本次比賽中反映出部分選手在日常實驗教學中，可能“照方抓藥”、“照貓畫虎”的行為還或多或少地存在，對課本實驗的深度研究不足、創新度不高，因而難以適應本次比賽的挑戰。

例1 證明氣體分子運動與擴散實驗

實驗內容與要求： 根據提供的儀器和試劑，設計合適的裝置驗證氣體分子運動與擴散。

供選試劑及器材： 大燒杯（500mL， 1只）、小燒杯（50mL， 2只）、脫脂棉花、長直玻璃管（1根，兩端配橡皮塞），試管、試管夾、酒精燈、火柴、鑷子、表面皿、玻璃棒，長濾紙條2根。濃氨水、酚酞試液[1]。

部分選手還是按照課本上的操作套路，習慣于選擇燒杯（見圖1）進行實驗，很少有選擇長直玻璃管（見圖2）的。有些選手雖用了長直玻璃管，但是卻將長直玻璃管橫放在實驗臺上，由于NH3的密度小于空氣，向上比向左右跑得更快，因而影響了實驗時間與效果。更有甚者用酒精燈加熱，主觀上臆斷氣體會擴散得更快，但卻沒有注意到兩頭封閉的玻璃管加熱是有一定危險性的。

1.2 實驗操作“估量”缺失

比賽過程中反映出多數選手實驗時缺少“量”的概念。如： 某白色粉末的鑒別實驗操作題，原題中的白色固體粉末，其成分可能是a.氯化鈉，b.碳酸鈉，c.碳酸氫鈉，d.上述三種固體中的任意兩種的混合物，要求設計實驗鑒別出其成分。所提供的藥品中有3種不同濃度的酸，分別是0.5mol/L硝酸、0.1mol/L鹽酸、3mol/L鹽酸。其實這是一道“陷阱題”，命題專家所設置提供的白色粉末是按照質量比9∶1混合而成的NaCl、 Na2CO3，少量的Na2CO3稍不留神就難以鑒別，所以鑒定Na2CO3時一是要注意到直接取用固態粉末，而不能加水溶解，否則稀溶液很難檢測;二是要選用濃度較大的3mol/L鹽酸，因為CO2要從水中冒出，所形成較大濃度的H2CO3， CO2才能克服被水分子“抓住”而溶解在水中，有氣泡產生的實驗現象才更為明顯。可上述兩個注意點，很多選手都失策，毫不思考拿到藥品先配溶液，其得出的結論便可想而知。

又如上述證明氣體分子運動與擴散的實驗操作題，都習慣上用燒杯作為實驗儀器，藥品用量既多、造成不必要的浪費，又易形成室內環境污染。再如： 測定“泡騰片”中的NaHCO3含量，有些選手想也不想就用4片放進錐形瓶中進行實驗，根本沒有去思考與估算，1片“泡騰片”中NaHCO3含量多少、能產生多少CO2;所提供的飲料瓶550mL和350mL能否收集4片“泡騰片”所產生的CO2量。這實際上是平時實驗過程中沒有養成“量”或“估量”的習慣所造成，甚至就沒有“估量”的概念。在日常的教研活動中，接觸到的初中化學教師，問過他們“15mm×150mm”的試管，2mL液體大約多少？而多數沒有感覺，更不清楚約為手指的1個骨節高;對于液體藥品的濃度，實驗時也不太關注。

1.3 “上位”學科知識匱乏

本次比賽的試題內容不僅在原有初中基礎知識上進行深度挖掘與有機整合，更有部分涉及高中乃至大學的化學學科內容，需要選手從“上位”的學科知識來理解與領會，解讀相關試題內容，回答平時少見、“冷僻”問題。無論是理論題的應答，還是實驗題的操作，都反映出選手存在一定的學科知識缺陷，“上位”知識儲備不足。正因為學科知識體系不夠健全，有些試題令一些選手感到無從下手、一籌莫展。

例2 運用分子結構模型理解P4與O2的反應過程

實驗內容與要求： 拼裝白磷（P4）的分子結構，結合你在拼接過程中的體驗，推測P4與O2反應的最初中間產物的分子組成，進而搭建出P4O10的分子結構。

供選試劑及器材： 4個P原子的小球（黑色，分別是3孔、4孔和5孔，3種規格供選擇）;10個O原子的小球（紅色，分別是1孔、2孔和3孔，3種規格供選擇）;24個短鍵。

（1） 在搭建過程中繪制P4（見圖3）、P4O6（見圖4）、P4O10（見圖5）的立體結構示意圖。

（2） 呈現最終搭建的P4O10的結構模型[2]。

多數選手拿到此題時，瞬間都“懵”住了，一下子無所適從，感覺毫無頭緒。搭建P4、 P4O6、 P4O10的結構模型，實際上這3個問題是“遞進式”相關聯的，P4結構是后面的基礎，可從開始搭建P4（正四面體，鍵角為60°）的分子模型就被難住，大多數選手受NH3分子結構（三角錐形，鍵角為107.5°）的影響而選擇3孔的黑色圓球，則下面的P4O6、 P4O10模型的搭建就無法完成;也有少數選手選擇了5孔黑色圓球，搭建的P4以及P4O6分子模型湊合著還行，但不太美觀，以至于連自己都不敢相信是否搭建成功;選擇4孔黑色圓球搭建的則少之又少，但是在搭建P4O6分子模型的過程中，不知道從哪兒打開P—P鍵而插入6個O原子，最終能夠完成P4O10的選手大約占參賽選手總數的1/8。不僅對于上述P4、 P4O6、 P4O10分子模型不甚了解，對于一些常識性的“上位”學科知識的了解也顯得捉襟見肘，只知其一卻不知其二。如筆試題： 向還原鐵粉中加入少量炭粉，混合均勻后，撒入內壁用NaCl溶液潤濕過的具支試管中，鐵粉與炭粉構成原電池，或理解為鐵的吸氧腐蝕過程的實驗原理，選手對此都不清楚，只略知NaCl溶液能夠加快鐵生銹的速率。又如： 失去標簽的NaOH、 Na2CO3和NaHCO3的飽和溶液，如何用酚酞試液加以鑒別，不能順利應答是因為對于飽和的NaOH溶液先變紅后褪色，醌式的酚酞遇到濃度較大的NaOH溶液時，不穩定而酯環被打開，立即轉變成無色的羧酸鹽結構，以及NaHCO3水解后雖然也呈弱堿性，但不足以使酚酞變紅等知識點認識模糊。再如： 含有Al3+的鹽溶液呈酸性，使得藍色石蕊試紙變紅;CuSO4不能作為電解水時電解質的原因，是因為Cu2+的氧化性大于H+等鹽類水解、氧化還原等高中化學知識基本遺忘。

1.4 問題解決思維方式局限

思維方式局限也是本次比賽所暴露出的主要問題之一，思維比較單一與定勢，往往局限于初中化學范疇，難以突破初中化學的藩籬，這或許成為初中化學教師最明顯的弱點，最需要改良的薄弱環節。

例3 維生素C泡騰片中碳酸鹽含量測定

實驗內容及要求： 利用維生素C泡騰片在水中釋放二氧化碳體積計算泡騰片中碳酸氫鈉的含量。

參考公式： PV=nRT。其中P取1.0×105Pa; T為室溫（換算成絕對溫標）;R取8.314m3·Pa·mol-1·K-1。

供選試劑及器材： 具支錐形瓶（吸濾瓶1只）、乳膠管、彎導管、溫度計（1支）、燃燒匙（1個）、單孔塞（1個）、無孔塞（1個）、50mL量筒（1個）、100mL量筒（1個）、水槽、飲料瓶（規格： 350mL、 550mL）、餐巾紙等。維生素C泡騰片（商品名： 力度伸），每位選手可以用3片。

實驗結果與記錄：

（1） CO2的體積： ;

（2） 每片泡騰片中含NaHCO3的質量約為g;

（3） 可能產生誤差的原因有？你還有哪些減少實驗誤差的措施[3]？

這道題對于選手而言存在3個方面的挑戰： （1）用排水法收集CO2氣體時，將會有少量CO2溶解在水中，影響測定的精確性;（2）理想氣體狀態方程PV=nRT的運用;（3）用無刻度的飲料瓶測量CO2氣體的體積。而題目中的信息——“每位選手可以用3片”，有些選手缺少認真解讀而被誤導、“上當受騙”，題目本意并非是用3片一并進行測量，而是可以先用1～2片放進水槽中，形成飽和的CO2水溶液，減少測量時因CO2溶解而產生誤差。所得到的CO2體積如何換算成質量，眾多選手都是用標準狀態下，1mol氣體的體積為22.4L進行換算，忽視了當時“室溫”的因素，顯然“上位”知識不熟、思維方式存在問題。最大的挑戰是用“補水”的方法測定收到的氣體體積，基本沒有選手能想到，只有極個別的先利用量筒測量飲料瓶的總體積，再減去飲料瓶收集完氣體后剩余的瓶中水的體積。“補水法”的思維方式在筆試第22題“空氣中氧氣含量的測定”（見圖6）也有所體現，用無刻度的具支試管測定空氣中氧氣的含量，關鍵是具支試管的總體積如何得到，實質是在能夠測量的被倒吸到具支試管中的水體積的基礎上，再補水到試管塞刻度以下，加上導管中的水，即具支試管的總體積。諸如此類的思維方式的運用，選手很不適應，猶如碰到固體物質鑒別立即先配溶液一樣，思維定勢與局限暴露無遺。

2 幾點建議

2.1 參與是一種過程享受

賽后不少選手很沮喪，感覺失去了往日三尺講臺侃侃而談的自信，比賽結果公示后，部分選手自認為就像一個“差生”而無地自容，甚至懊惱不該參加這次比賽。其實這些都大可不必，比賽的結果要淡然面對，參加是一種過程，過程是一種享受，享受又回到學生時代的美好時光;享受賽場上那思維高度集中的激情;享受賽場上對手間激烈的競爭與拼搏。既然是比賽，就一定有輸贏、一定有高低，從失敗中尋找原因，從“跌倒”處“站”起來，從挫折中找到前進的方向與目標，辯證地看不失為一件好事。比賽有著諸多不可控的因素，既有主觀因素，也有客觀因素，如： 同一種試劑，產地不同、分析純不同，實驗的結論可能有差異;即使產地、分析純完全相同的試劑，實驗時室溫不同，實驗的效果也可能會有所區別?？吹Y果、享受過程既是一種心態，也是一種品格，更是一種內心的強大，有了內心的強大就能戰勝人生道路上的一切困難與險阻。

2.2 夯實學科專業功底

長期擔任初中化學一線教學，對于高中知識乃至大學知識點或多或少的遺忘，這是常有的事，但不能以此作為“保護傘”，為我們的惰性尋找合適的理由，使得自身的專業水平在慢慢地退步，以至于僅僅停留在初中生的學識階段。日前在鹽城召開的“2018江蘇省中學化學名師論壇”，其主題為“好老師、大先生”，告誡我們要從“經師”走向“明師”，最終成為“人師”，其中學習力是一個不可或缺的重要元素，要有落地的雙腳，勤奮地閱讀與學習，讓閱讀成為一種習慣，讓學習成為生活中的常態，精準的學科功底是成就“大先生”的基石。對于初中化學教師而言，應該做到精通初中知識、熟悉高中教材、不忘大學內容，書桌案頭上要常備高中化學教材以及《大學無機》、《大學有機》、《化學反應原理》等高校教材，或在電腦中存有pdf版的高中、大學教材電子書籍，時常去翻閱、去瀏覽[4]。同時具有堅強的學習選擇力、高超的學術研究力、豐富的精神感染力，不斷拓展自身的閱讀視野，用“一滴水”與“一杯水”的比例要求對自身提出努力的目標與方向，挑戰極限、止于至善。如綠色能源太陽能的教學，自身應該懂得比學生多得多，了解得比課本深得多。太陽是距離地球最近的一顆恒星，其核心溫度可達1500萬度，這些能量源自核聚變反應，即： 由4個氫核聚變成1個氦核的反應，每秒約有7億噸氫變成氦，這個過程約有400萬噸的質量變成能量，這些能量從太陽向外輻射，大約有22億分之一到達地球，每秒達到地球的輻射能相當于500萬噸煤燃燒放出的化學能[5]。

2.3 加強學科本質理解

尊重科學事實，加強學科本質理解，不忽悠學生，其本身就是一個合格教師人格魅力、人文精神的體現。唯有深度理解學科本質，教學時方能深入淺出、游刃有余，才能把最基礎的、最基本的啟蒙化學講得有滋有味、有血有肉，才能激發學生熱愛化學的興趣，引領學生跨進化學之門，將來走上化學科研之路。長期在初中一線任教，可能會形成一種思維慣性，教學目標就是中考，提高教學質量的“抓手”就是“刷題”，“考什么就教什么”、“怎么考就怎么教”，長此以往，必然導致對學科本質理解的下降，對專業知識把控的削弱。倘若我們在課本知識的基礎上向外“跨出一步”，可能會“打開另一扇窗戶”。如化學變化的概念教學時，不能僅滿足于課本中“有新物質生成的變化”這樣一種從文本到文本的字面解讀，或構成物質的分子被破壞，分解成原子，原子重新組合的淺層理解，而是要從搭建H2O、 CO2、 CH4的分子球棍模型入手，去認識不同原子間存在著一種特有的化學作用——化學鍵，化學變化的本質就是這些化學鍵與原子間的排列方式發生改變的變化，這其中還可能包含電子得失的過程。

參考文獻：

[1][2][3]2018江蘇省初中化學實驗教學技能大賽理論、 實驗操作試題.

[4]王國崢. 初中化學教師科學與人文素養建構研究[J]. 中學化學教學參考， 2012， （12）： 7.

[5]周公度. 化學是什么[M]. 北京： 北京大學出版社， 2016： 105.