利用實驗重構氣體壓強知識的復習課

徐婷婷 王萍 謝寧 王麗麗

摘要： 氣體壓強問題是高考中的重要知識點。高考復習時經常采用“分類總結+練習強化”的復習模式，效果并不好。本設計在“分類總結+練習強化”氣體壓強知識的基礎上，引入學生實驗操作的實踐環節，促進學生實踐感知與理論知識的連接，幫助學生建構分析氣體壓強這一類問題的思維模型，達到對壓強問題更深層次的理解，提升學生思維品質。

關鍵詞： 氣體壓強; 高考復習; 思維模型

文章編號： 10056629（2019）1007603 ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ?文獻標識碼： B

復習課是一種對已學知識進行二次加工，從而促進所學知識系統化和結構化，提高學生認知水平，發展學生思維能力的課型。對學生的學習起著總結、深化和提升的重要作用[1]。一般的高三復習課，更多關注知識總結的全面性和練習強化的深度，而忽視學生思維能力的發展。以氣體壓強問題的考查為例，其在近五年不同地區的高考化學實驗題中均有呈現。這類問題在實驗背景下重點考查學生對氣體壓強問題本質的理解，以及運用原理解決實際問題的能力。多數教師在復習中為此類知識設計專題，采取“分類總結知識點+練習強化實驗題”的方式進行復習。雖然學生在初中物理中已經學習過壓強的相關知識，在化學實驗中也有過初步的應用，但由于問題的靈活性，學生仍感覺復習效果欠佳。究其原因，是學生對該知識的學習仍舊基于淺層次的記憶、相似題型的復現和提取，缺乏自身對知識的感知和深層次加工。因此，在復習中加入學生實驗環節，幫助學生建立氣體壓強問題的認知模型，提高其思維品質，不失為高三復習課的一種嘗試。

1 實施“分類總結+練習強化”

1.1 氣體壓強知識的分類總結

首先對化學中所涉及的氣體壓強問題進行分類總結，王濤等[2]在“化學實驗中的氣體壓強問題”一文中，將中學與氣體壓強有關的問題總結為噴泉實驗原理、氣密性檢查方法、測量氣體體積、液體倒吸的原理及防治。經過對比，本文將氣體壓強常考問題分為如下三種類型。

（1） 裝置的氣密性檢查

圖1是化學實驗中常見的6種裝置，根據裝置本身的特點不同，檢查氣密性的方法不盡相同，但原理相似。

（2） 倒吸的原理及應用

所謂倒吸是由于裝置內形成了負壓，外界大氣壓將液體壓入裝置內的現象。利用倒吸原理，根據實驗的具體要求有時需要產生倒吸，如圖2中的e裝置，氨氣溶于水產生噴泉現象;有時又需要防止倒吸，例如圖2中的a與b裝置;有時利用此原理平衡裝置氣壓，譬如圖2中的c裝置。

（3） 平衡氣壓

平衡氣壓表現在定量測定氣體體積時，常常用到排液量氣裝置（見圖3），也可能是類似圖4這樣的平衡氣壓裝置。

1.2 設計練習反饋強化

在進行題型總結之后，以近五年高考題中的氣體壓強考題設置練習，進行強化（見表1）。

將以上題目設計成一個氣體壓強問題的定時小練習。從學生完成情況來看，2017年全國Ⅱ卷中長直玻璃導管的作用回答得很不好，很多學生并未想到“平衡氣壓，防止壓強過大”這個層面;2015年廣東卷中對于現象的描述和原因的解釋都有很大的問題，主要原因是沒有想清楚原理;而2013年大綱卷中對于氣密性的檢查，主要是忽略了操作上的一些關鍵細節，如關閉分液漏斗的活塞以及停止加熱后的現象。由此可見，學生對氣體壓強的認知還停留在記憶的層面上，面對不同的情境不能靈活運用。究其根源，是對氣體壓強原理本質的認識沒有準確到位。基于此，在高三復習中，又設計了如下兩大環節予以推進。

2 提供真實實驗情境，建立多感官聯系

實驗是通過學習者親身經歷而建構知識的有效手段，因此，復習中加入了學生實驗環節。提供基本儀器，讓學生組裝氣密性檢查的三種裝置、防倒吸裝置和平衡氣壓裝置，讓學生在氣密性檢查、防倒吸和收集氣體的操作實踐中，觀察并直觀感受氣體壓強的變與不變所導致的不同實驗現象。

通過動手實踐，學生發現了以往在做習題時遺漏的重要細節，也糾正了認知上的誤區。

認知一： 利用微熱法（見圖1）檢查裝置氣密性時，學生往往會忽略撤去熱源后的現象。認為只要微熱試管時導管口有氣泡，裝置氣密性就是良好的。通過實驗發現，松手后導管口的確有一段穩定水柱。所以一定要結合微熱加壓以及撤去熱源減壓之后兩方面的現象共同證明裝置的氣密性是否良好[3]。

認知二： 利用液面差（見圖1）檢驗氣密性時，很多學生一直對“向長頸漏斗中加水，下端形成一段穩定水柱”百思不得其解，無法想象如何會形成穩定水柱。在實際操作之后，學生對該裝置氣密性的檢查印象就很深刻，理解比較透徹。

認知三： 分液漏斗內的氣壓平衡（見圖1）。夾緊止水夾后，若未打開分液漏斗上方玻璃塞，凹槽與瓶頸上的小孔也未對齊，打開下端活塞后液體不能順利流出。這些語句，學生會背誦，卻總是迷茫。利用實驗，他們反復嘗試，也深刻體會到要從分液漏斗中放出液體必須使液面上方壓強與大氣壓一致。

認知四： 定量測定氣體體積（見圖3）。反應結束后U形量氣管左端液面低于右端液面。在讀數時應注意： （1）裝置冷卻至室溫以后再讀數;（2）上下移動堿式滴定管使U形量氣管兩端液面相平。這兩步操作是為了保證氣體體積是在常溫常壓下測定的。通過實驗學生學會了調平左右兩端液面的具體方法： 若液面左低右高，應將堿式滴定管緩慢向下移動，反之，則應向上移動。在實驗之前學生對于該方法是完全模糊的。

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。這一實驗環節的加入，讓學生深刻體會到決不能在題目中研究實驗，而應該在實踐中體驗。

有了例題的總結和實驗的親歷，對氣體壓強原理的學習是否達到了理解的程度呢？布魯姆教育目標分類學認為，對于原理性的知識，評價其理解的達成，可以通過評價學習者能否解釋、推論、比較這些內容而實現[4]。而這一過程，借助氣體壓強問題進行分析模型的抽取，效率是事半功倍的。

3 利用思維模型的建立達到理解意義上的學習

以心理學對原理性知識（程序性知識）建立的學習模型為藍本，教師借助問題，將學生的關注點聚焦到整體學習過程的回顧上，在回顧中讓學生進行比較、抽取，從而建立氣體壓強原理分析的思維模型（見圖5）。

在建立分析壓強問題的思維模型后，學生回顧練習、實驗，將具體問題上升為一類問題，將一類問題形成解決的模式，不斷往復。此時他們再次解決實驗問題時頭腦中的思維清晰了許多，答題就更加準確。化學實驗中的氣體壓強問題是非常靈活多變的，但只要把握住問題的本質即裝置中的壓強變化，問題就可迎刃而解。為此，借助練習、實驗、構建“化學實驗中的氣體壓強問題”模型，是解決這一類問題的好方法。基于此思路形成的教學模式沿用至其余專題的復習中，則將事半功倍。

參考文獻：

[1]萬延嵐， 盧巍. 對化學復習課的重新審視與思考[J]. 化學教學， 2013，（5）： 10～13.

[2]王濤， 莘贊梅. 化學實驗中的氣體壓強問題[J]. 化學教育， 2009，（1）： 51～53.

[3]邵青. 談化學反應裝置氣密性檢查的誤區與方法[J]. 中學教學參考， 2017，（11）： 71～72.

[4]Bloom， B. S.，（Ed.）. Taxonomy of educational objectives： The classification of educational goals： Handbook I， cognitive domain [M]. New York： Longman， 1956.