基于學習進階與層級問題的初中化學氣體制取實驗教學實踐研究

黃碧云

摘要：初中化學是學生學習化學的啟蒙學科，然而不同學生的心理和認知能力不同，在學習的過程中可能會遇到一些難越的“階梯”，會產生一些思維障礙，進而在學習中產生挫敗感，降低學習效率。因此，筆者在初中化學氣體制取實驗中嘗試采用創設層級問題教學的方式，巧設學習進階，優化課堂，幫助學生克服學習過程中產生的思維障礙，并通過層級問題誘發思維提升。

關鍵詞：初中化學;氣體制取;學習進階;層級問題

學習進階是近幾年美國科學教育改革中的一個新興的概念。其內涵可理解為：是學生圍繞某一主題內容進行由淺入深、螺旋上升式有序學習的學習路徑，以實現學生思維進階發展為最終目的，幫助學生理解主題概念（規律）或掌握相關技能[1]。

新課程標準的理念是在培養學生核心素養的過程中，既要面對全體學生，又要尊重個別差異。實驗教學是化學教學的靈魂，為了使不同層次的學生在同一個課堂中能最大化地獲取知識，提升思維品質，筆者嘗試在氣體制取實驗教學過程中創設層級問題，給學生鋪設思維階梯，讓學生順利跨越 “最近發展區”。下面以“二氧化碳制取的研究”新授課為例展開探討。

1內容分析

2011 版《初中化學課程標準》中提出初中生應“初步學習運用簡單的裝置和方法制取某些氣體”。作為應掌握的基本實驗技能，氣體制取實驗也是化學中考的必考內容之一，在初中化學教學中的地位舉足輕重[2]。

在學習本課之前，學生已學習了“氧氣的實驗室制取”，但學習制取氧氣時，學生接觸到的知識是零散的、不系統的。學生能根據課本中提供的圖組裝出制取氧氣的裝置圖，但并沒有思考這個裝置圖為什么是這樣的，缺乏對相關知識之間內在聯系的深入認識。而“二氧化碳的實驗室制取研究”進一步從反應原理、裝置選擇、驗滿和檢驗等方面總結制取氣體的一般思路和方法，加強學生對氣體制取實驗體系的整體認識[3]。

由“表1”縱向看教材，關于氣體制取教學內容的設置是有梯度的（如圖1），從對氣體制取的初步認知，到對氣體制取原理和裝置選擇的深度認知，及設計實驗方案和評價實驗方案的高階思維發展，再到對實驗室制取氣體的原理和方法的綜合應用，為學生鋪設了思維進階的踏腳板。

2以層級問題為導向的教學設計與實施

以層級問題為導向的教學核心有兩點：一是圍繞教學重點有層次地構建核心問題，通過問題探索，激發學習興趣、維持學習動機;二是在實際教學過程中將所設置的問題順利實施。在初中化學氣體制取實驗教學中，通過有層次地設置問題，將實驗活動與問題相融合，有利于驅動學生思維的發展，形成基本實驗技能，并提升實驗思維力。

2.1以層級問題為導向的教學思路

“二氧化碳的實驗室制取研究”是在學生已有知識（制取氧氣）的基礎上，幫助學生建立“反應物的狀態、反應條件與氣體發生裝置”、“氣體的性質與收集裝置”、“氣體的性質與驗滿、檢驗方法”之間的聯系，從而形成相互聯系、系統化的氣體制取實驗思路。而利用好“制取氧氣”的知識基礎，設置好層級問題，可以使學生輕松地順階而上，從新的知識層面掌握氣體制備的一般方法[4]。

2.2以層級問題為導向的教學實施

實踐是檢驗方法的主要途徑。以層級問題為導向的教學實施主要在于運用所設置的問題，達成學生思維的順利過階。在氣體制取實驗教學中，最終要實現學生動手能力和實驗思維的雙提升。

2.2.1 知識線一：確定反應原理

氣體制取一般思路的第一步是確定反應原理，作為本課層級問題的起點，鋪設的問題需要降低學生的心理難度，讓大多數學生都愿意邁出第一步，才有持續思考的可能，因此，適當地指引，有利于消除學生的思維障礙，讓學生從容進入思考圈。

實施策略：通過問題1（你知道有哪些方法可以產生CO2嗎？）的談話式表達，以輕松自然的氣氛為思考入點，引導學生回憶所學的知識;進而通過問題2（以下產生CO2的反應能用于實驗室制取CO2嗎？），并利用“反應原理選擇指引”（如圖2）和結論指引（生成的氣體可能不純的是， 操作復雜，反應條件難以達到的是） 。”為學生搭建思維階梯，幫助學生順利越過思維障礙。

通過問題3（所用藥品的組成中應該具有什么特點呢？）激發學生聯系“質量守恒定律”中的“元素守恒”，歸納藥品組成的共同點，思維得到進一步拓展;在此基礎上，給出碳酸鹽能與酸反應生成CO2的“資料提示”（如圖3），并簡單介紹藥品的狀態，為學生的進一步思考提供知識基礎和后面選擇裝置做知識鋪墊。

通過問題4（選擇的固體藥品和液體藥品分別是什么？）設疑，并設置“層級對照實驗”（如表3）指引學生分別探究適宜制取CO2的固體藥品和液體藥品，既能引導學生順利選擇藥品，又能向學生滲透有關反應物狀態影響反應速率的意識，環環相扣，為下面的學習搭建又一思維階梯。

2.2.2 知識線二：實驗裝置的遷移確定

氣體制取的知識核心之一是確定實驗裝置，而實驗室制取二氧化碳的裝置選擇可以實驗室制氧氣的裝置為原型，作為層級問題設置的切入點，使學生在歸納、比較已學知識的過程中，遷移到新的知識系統，進而順利形成新的知識體系和實驗思維。

實施策略：以問題5（根據“氧氣的制取”的裝置原型，你能選擇出實驗室制取CO2的發生裝置和收集裝置嗎？）為層級問題的起點，聯系舊知，觸發新知。

如圖4，從制備和收集氧氣的裝置原型出發，以影響因素為指引，通過確定的反應原理為途徑，從而確定制備和收集二氧化碳的實驗裝置，并通過對萬能瓶收集二氧化碳的進氣口選擇（“a”或“b”）進行討論，實現實驗思維和知識遷移能力的進階提升。

2.2.3 知識線三：驗滿和檢驗的不同操作方法

氣體的檢驗與驗滿是氣體制取實驗的一部分（如圖5），它 聯系了氣體的性質，通過氧氣和二氧化碳的不同檢驗方法，加深學生對氣體“特性”與“檢驗”之間聯系的理解;通過二氧化碳“驗滿”和“檢驗”的不同方法，提升學生對達到不同實驗目的要采取不同操作方法的實驗意識。

實施策略：筆者認為這部分需要突破的是“驗滿”的方法及“驗滿”與“檢驗”的區別。雖然人教版九年級化學上冊教材中，關于二氧化碳性質的學習安排在“二氧化碳制取的研究”之后，但在學生已有的知識系統中，對于“CO2能使澄清石灰水變渾濁”和“CO2不支持燃燒”的性質已經比較熟悉，所以采用展示實驗動圖的形式，以形象直觀的方式帶領學生回憶已有的知識，重新認識檢驗CO2的方法與操作。

關于“驗滿”的方法，學生初學時常誤選用“石灰水”進行“驗滿”，因此，在教學過程中，教學目標應定為幫助不同層次的學生理解“驗滿”與“檢驗”的區別，并深層次理解“驗滿”與“檢驗”是利用二氧化碳的不同性質。在學生思考和回答的過程中，引導其歸納出實驗室制取氣體的一般思路和流程，促進不同層次學生實驗思維的形成。

2.2.4 知識線四：完整的實驗操作步驟

學生動手能力的提高也是實驗教學目標和要求的一個方面，在氣體制取實驗中，學生能動手實驗的基礎是——明確實驗操作步驟，從思維上形成動手操作的邏輯順序。因此，從整體上了解完整的實驗操作步驟，有利于提高學生實驗操作能力，使學生從理論層級進階到實際操作層級，提升氣體制取實驗操作能力。

實施策略：設置任務型問題8（實驗室制取CO2的操作應如何進行？），促使不同層次的學生整理實驗室制取CO2具體的實驗步驟——連、查、裝、收、驗，并通過實驗視頻直觀內化，讓學生初步認識實驗室制取CO2操作的邏輯順序和初步具備操作意識，為下一課時學生實驗的順利進行做好知識準備。

3評價與反思

筆者通過大膽嘗試，在“二氧化碳制取的研究”新授課中實行創設層級問題教學的實踐。在課程設計方面，從實驗室制取氧氣的原型出發，引出實驗室制取二氧化碳的相關知識，并在能力提升方面設計了對多功能瓶的收集二氧化碳的研究和討論;在課堂活動方面，以小組傳、幫、帶的形式促進學生的合作與思考，發現大部分學生對氣體制取的思路有了一定的認識和理解，動手能力和合作能力也有所提升，知識遷移能力和實驗認知能力方面也有一定程度的提高，但是受到課堂時間和學生本身個性的制約，仍有部分學生在課堂上未能得到充分的鍛煉，思維難以拓展，思考未能入圈，在實驗教學中，如何優化創設層級問題，以求達到教學效益最大化，還需要慢慢探討。作為初中化學教師，我們應圍繞學科核心素養，在化學實驗課堂上實施層級問題教學，在設計教學方案時創設符合學生認知水平的層級問題，為每個學生的發展創造有力條件，讓每個學生學習化學實驗中輕松進階，達到較高層次的思維發展。

參考文獻：

[1]皇甫倩，常珊珊，王后雄. 美國學習進階的研究進展及啟示[J].外國中小學教育，2015（8）：53-59

[2]王東.氣體制取的學習內容疑難分析和解決策略[J].化學教學，2013，（12） ：55-57.

[3]張瑞瑛.用問題引導 促學生思維發展——以初中化學“二氧化碳制取的研究”教學為例[J].教育與裝備研究，2018，（3）：28-31.

[4]黃恭福1，鄒海龍2.在中學化學實驗教學中發展學生的核心素養[J].實驗教學與儀器，2019，（12） ：7-10.