例談基于學習進階理解化學反應本質的教學實踐研究

李雪慧

摘要：基于學習知識是一個有序的過程，以“二氧化碳與氫氧化鈉反應”為例，以書本簡單實驗引導學生將反應由“無現象”向“有現象”過渡。采用進階式教學模式，將“看不見”變成“看得見”，可促進學生對化學反應的本質深度理解;通過進階式教學多維度培養學生“學”“做”“研”能力，促進化學核心素養的養成。

關鍵詞：進階式教學;化學反應的本質;核心素養

學科知識和學科活動是學科核心素養形成的主要載體和主要路徑[1]，讓學生在學習中不斷的構建化學學科概念模型，促進學科素養水平提升。以學生學習的認知規律為標準，對課程內容進行再次設計，將“學”“做”“研”融為一體;以學生的認知水平為基礎，采用進階式教學模式進行教學。本文以“探究二氧化碳與氫氧化鈉反應”為例，采用“有序構建逐步完善”進階式課堂教學模式，促進學生對化學反應的本質深度學習，對培養學生化學學科素養進行初步的嘗試。

1 化學反應本質的理解

“化學是一門在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質及其應用的基礎自然科學，其特點是研究物質和創造物質。”[2]這可以理解為，化學是研究物質及其轉化的科學，這過程中涉及物質的化學變化，即化學變化的本質。在初中階段，化學變化的本質可以從兩個層面理解，宏觀層面，指“新物質生成”;微觀層面，指“分子分裂成原子，原子再結合成新的分子”;

2 進階式教學在初中化學課堂教學的必要性

學習進階是學生在一個時間跨度內學習和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述，在具體教學實踐中已得到廣泛應用。[3]隨著初中化學學習的不斷深入，對于化學反應本質的理解，從概念進階看“化學反應的本質”有不同的層次要求。從宏觀辨識的角度解析化學反應本質--有新物質生成，伴隨著學習的深入，通過探析分子、原子性質，思維方法由宏觀實驗現象感知--想象微觀世界進階，初步構建從宏觀辨識到微觀探析的認知模式，學會從原子、分子水平理解化學變化的本質，這是一個循序漸進的認識過程。通過“有序構建逐步完善”的進階式教學策略，能有效實現“化學變化實質”主題知識的認知發展。

3 基于進階式教學理解化學反應的本質的實踐

在復習課設計的時候，根據教材內容的有序性，將化學學科本質和學科思維方法提煉出來，運用到整個教學過程，把相關的知識由簡單到復雜串聯起來，讓學生對知識點的理解從特殊到一般，由點形成面，最后把物質間的共性總結成規律;比如：對于沒有明顯實驗現象的實驗，如何證明物質間發生化學反應（如CO2與NaOH反應）實質是探究化學反應本質。人教版九年級《化學（下冊）》只是簡單的提了CO2能NaOH與發生反應（給出化學方程式），并沒有進行探究實驗。因此本文以“探究CO2與NaOH是否反應”為例，對如何將化學反應的本質進行進階式教學進行闡述。

3.1回憶書本實驗，拋出主題問題

先讓學生回憶人教版上冊實驗，如圖1所示：

如上圖所示：上冊的實驗先讓學生從宏觀辨識的角度認識化學反應的本質，如：物質顏色的改變（鐵絲燃燒、碳還原氧化銅等）;生成氣體（硫粉燃燒等）;生成沉淀（CO2與澄清石灰水反應等）;根據學生掌握知識的有序性，對于無現象的化學反應進行實驗設計，如：測定空氣中氧氣含量、二氧化碳溶解性實驗，借助壓強差將“看不到”的實驗現象變成“看得到”。利用該原理，拋出研究主題，對于同類型無明顯現象的實驗也可以利用同種原理將反應變成“可視”的實驗，讓學生動手設計實驗方案，驗證猜想。根據學生學習知識的有序性，課堂上實施進階式教學，逐步提升學生的認知和思維水平。

3.2根據實驗原理，設計探究實驗

學生活動：提供實驗藥品及器材，選擇合適的藥品設計實驗方案（4人一組），并驗證實驗方案的可行性。通過實驗，學生將“理論--實踐”結合在一起，直觀感受實驗效果，使在復習課中學生只“動腦、動口”的習慣向“動腦、動口、動手”轉變，提升課堂趣味性的同時再次激發學生對學習的熱情。

3.2.1從反應物減少的角度理解化學反應的本質

引導學生回憶上冊書本第六單元證明“二氧化碳溶于水的實驗--往充滿CO2的軟塑料瓶里加水，振蕩，發現塑料瓶變扁”，學生模仿該實驗，將水換成NaOH溶液進行實驗，大部分學生塑料瓶變扁就認為兩者發生反應，這說明這部分學生的認知水平處于第1階段。小組的同學通過討論發現，CO2溶于水也能使塑料瓶變扁，在此基礎上增加了一組對比實驗--“往充滿CO2的塑料瓶中加入等量的水”，通過對比實驗，排除了水對實驗的干擾，由此看出學生的認知水平處于第2階段。通過實驗，可以從反應物減少的角度判斷反應是否發生--即CO2是否減少（如圖1所示）。

進一步讓學生學會“氣體減少產生壓強差”這一思維方法的遷移，鼓勵學生從該角度繼續設計對比實驗（如圖3所示）;

讓學生學會由“簡單”到“復雜”，由“特殊”到一般的進階式學習，此時學生的認知水平達到第3階段，使其思維能力達到更高的層次，既掌握書本的基礎知識，又拓寬認識的廣度。

3.2.2從新物質生成的角度理解化學反應的本質

從宏觀辨識上理解化學反應的本質是“有新物質產生”，表現為顏色的改變、放出氣體、有沉淀生成;隨著知識面的拓展，學生對化學變化本質的理解，從宏觀辨識到微觀探析進階，即從分子、原子的水平進行探討。隨著知識面的拓展，從分子、原子的視角向離子的視角理解化學變化的本質，采取依次進階，逐級深化課堂教學模式。如：CO2與NaOH反應，由反應物減少角度到生成新物質的角度進行探討，即檢驗是否有Na2CO3生成，間接檢驗是否含有CO32-。根據這個原理，學生經過討論得到了以下的實驗方案證明新物質Na2CO3的生成，如表1所示：

通過實驗，學生學會從反應物減少和新物質生成的兩個角度進行判斷，培養思維能力的同時使學生的認知水平達到第4階段。教學進行到此時，學生對化學本質的理解已經從宏觀到微觀進行探析，但對化學本質進行驗證實驗時還是單獨進行，可將單獨的實驗鏈接起來進行驗證，即實現實驗的一體化。學生通過查閱資料，設計了如圖3所示的一體化實驗：

實驗一體化：如圖 3 所示，本實驗利用“三通管”將CO2的制取，證明CO2減少，證明生成Na2CO3 這三個獨立實驗整合在一起，使實驗結果清晰簡潔。

實驗操作：如圖4所示，關閉K3，打開K1、K2將3mL稀鹽酸注入到3mL碳酸鈉粉末中，推動注射器生成37mL二氧化碳。旋轉三通閥，關閉K2，將收集的37mL二氧化碳注入3mL氫氧化鈉溶液中，振蕩，觀察現象。

實驗現象：本實驗發現，③號注射器最終刻度為3mL，即加入3mL氫氧化鈉溶液，氣體消耗了37mL，證明了二氧化碳與氫氧化鈉發生反應使壓強減小，也將傳統的定性實驗發展成定量實驗。

本實驗利用“三通管”將CO2的制取，證明CO2減少，證明生成Na2CO3這三個獨立實驗整合在一起，實現了實驗現象的可視化，將定性的實驗向定量的實驗進階;學生把碎片化的知識整合，形成規律，其認知水平達到第5階段，實現了思維廣度的進階;同時本實驗相對常規實驗本藥品的用量少，節約實驗藥品，實現微型化，可培養學生的學科素養和創新意識，對往后從事相關產業鏈工作時，對在生產過程中成本的優化進行銜接。

3.3抓住本質問題，實現思維進階

教師引導學生對碎片的知識進行整合，應用隱藏的觀念和方法引導學生主動構建知識與思維體系，引導學生可從反應物減少和有新物質生成的角度對知識的理解進行遷移，讓學生學會舉一反三，如：中和反應也是無明顯現象的實驗，除了借助指示劑，能否通過已學知識進行驗證;根據剛剛所學知識，學生很快就從反應物減少及有新物質生成的角度設計實驗。在此環節中，學生學會舉一反三，實現思維水平的進階，從而達到第6階段。

學生容易忽略化學變化在生成新物質的同時伴隨著能量的變化。引導學生從燃燒放熱進行思考，在設計實驗時，可從能量變化的角度設計實驗。此時，從反應物消失，新物質生成，能量變化的角度理解化學反應的本質的知識體系已構建完畢，建構整體觀，達到認知水平的最高層次，即第7階段，同時也培養了學生的學科素養--變化觀念。

最后，跟隨時代發展步伐，運用一種新方法--“手持技術”，探究CO2與NaOH反應，開闊學生視野。

學生的認知水平發展趨勢如圖5所示：

3.4評價反思提升

3.4.1學以致用，檢測復習效果

用練習來檢測學生課堂的復習效果，學以致用。

【設計意圖】尋找解題的關鍵點，幫助學生更好掌握探究化學本質的方法，培養學生實驗素養和創新意識，提升思維水平。

3.4.2總結歸納，反思提升

最后，讓學生對本節課的知識、方法進行總結歸納，重構知識和思維體系，實現知識維度、思維維度的進階

在課堂教學中，融合多學科知識，利于進階式培養學生的“科學態度與社會責任”。從對化學本質“反應物減少與新物質生成”深度理解后，將這種原理應用到CO2與NaOH的反應，進而將該種原理運用到同樣是無現象的反應中，并將所學知識運用到生產生活中。近年的化學中考試題中，常常引入一些新信息，要求學生對信息進行分析處理，學科的能力由知識線向能力線發展，進階式的課堂教學模式可以通過對課堂知識的深度理解，進一步培養學生的信息分析處理能力，從而提升學生的學科素養水平。

參考文獻：

[1]余文森 . 核心素養導向的課堂教學[M]. 上海：上海教育出版社，2017.

[2]教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京 師范大學出版社，2012：1

[3]郭玉英，姚建欣 . 基于核心素養學習進階的科學教學 設計[J].課程·教材·教法，2016（11）.