學科大概念： 撬動初中化學實驗復習的支點

柏品良 邵春雷

摘要： 初中化學實驗復習課中常常注重“溫故”，缺少“知新”；注重實驗知識和技能復習，忽視了對實驗內容的整體把握與化學學科核心素養的提升。需要發揮大概念的統攝作用，從結構化實驗復習的內容、建構問題解決的一般方法、設計實驗探究活動、賦予基礎實驗新的內涵等方面進行矯正。

關鍵詞： 學科大概念； 初中化學； 實驗教學； 復習課

文章編號： 10056629（2022）10002904

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

筆者通過大量的初中化學課堂教學現場觀察，發現不少教師迫于升學壓力，在實驗復習的認識和實施上存在誤區，亟待思想厘清、方法指導和實踐引領。

1 誤區點擊

1.1 復習方法，溫故有余知新不足

一些教師在化學實驗復習課中特別注重“溫故”： 或播放實驗視頻，再現“實驗全景”；或通過設計學案，以習題的方式讓學生回憶與分析實驗現象、實驗步驟和注意事項等。總的來說，整個教學進程缺少“知新”的意味，化學學科核心素養未能在復習這一過程中得到進一步的提升。

1.2 復習內容，知識為主實驗的系統性不足

一些教師在化學實驗復習課中常常被知識內容牽著“走”，缺乏對實驗與知識的有機融合的自覺，忽視了對實驗內容的系統設計與整體把握。

1.3 復習過程，理論為主探究不足

一些教師在化學實驗復習課中過度注重實驗知識和技能復習，忽視了科學探究的綜合運用；過度注重嚴謹的實驗設計與分析，忽視了科學態度和精神的培養，缺少趣味性和生活味。

2 矯正路徑

《義務教育化學課程標準（2022年版）》倡導“教師應注重基于大概念來組織單元教學內容，發揮大概念的統攝作用”［1］。大概念是指反映學科本質及其特殊性的、構成學科框架的概念［2］。宋心琦先生提出的“化學實驗體系三要素”［3］揭示了化學實驗原理、裝置、操作等要素及其相互關系，是統領具體實驗內容的化學思想方法，是關于化學實驗的學科大概念（以下簡稱化學實驗大概念）［4］。在實驗復習中要以化學實驗的學科大概念為核心，緊緊圍繞“原理、裝置、操作、現象、結論”，重組復習單元，幫助學生構建學科知識體系，深化對實驗的理解與內化，促進實驗的遷移與運用，提升化學綜合素養。

2.1 以化學實驗大概念為中心，結構化實驗復習的內容

大概念是學科知識體系的細胞核，是最具活性和生長性最強的一種知識類型，是其他知識得以生發與依附的主根［5］。實驗復習要從學生學習需要出發，以學科大概念為中心，打破教科書原有順序的限制，對實驗內容進行整合優化，促進學生學習內容的結構化、系統性構建，實現從化學實驗知識向學科核心素養的轉化。

2.1.1 基于知識關聯，對實驗內容進行結構化處理

初中化學教科書（人教版，下同）中涉及的化學儀器約有30多種，按照使用范圍，對儀器進行結構化分類（如圖1），幫助學生對化學實驗儀器有一個整體把握，并根據實驗的需求，選擇適合的儀器組裝實驗裝置，如實驗室制取二氧化碳氣體時可選用試管（第一單元課題1圖13“石灰石與鹽酸反應”）、錐形瓶（第六單元課題2圖612“實驗室制取二氧化碳的一種裝置”）、平底燒瓶（第六單元課題2“探究 實驗室制取二氧化碳的裝置”）做反應容器。

2.1.2 基于認識思路，對實驗內容進行結構化處理

如以“物質的性質”的學習思路為基礎，將教科書不同章節中的有關氧氣化學性質的實驗進行重組（如圖2），一是幫助學生建立氧氣與金屬、非金屬及其他物質反應的知識體系（反應原理），進而認識燃燒的本質是可燃物的化學反應［6］（初中階段主要是可燃物與氧氣的化學反應）；二是引導學生根據實驗操作（可燃性氣體點燃前檢驗其純度、粉塵爆炸等）和實驗現象（物質在氧氣及空氣中燃燒現象的不同），初步認識“反應物之間的接觸面積、反應物的濃度對化學反應的影響”，同時培養學生的安全意識。

2.1.3 基于核心觀念（原理），對實驗內容進行結構化處理

某些知識（如物理原理等）是理解化學知識、解決化學問題的重要工具，隱含于初中化學知識體系中，該類教學內容宜采用分類整合的方法明晰相關原理和方法運用的場景［7］。如“裝置氣密性檢查”“氣體體積測量”“防止水槽中的水倒吸”等實驗操作中都隱含“壓強”原理，在復習過程中，可以“化學實驗中的壓強原理”為專題，以學科大概念的視角，把分散在整個初中化學中有關壓強的實驗進行整合（如圖3），引導學生思考： （1）怎樣形成一個封閉體系（裝置）？（2）通過改變什么條件（如氣體量的增減、溫度的升降等）來改變體系的壓強（原理）？（3）壓強的變化引起氣體或液體怎樣流動？（4）觀察到了什么現象？反之，根據觀察到的實驗現象，判斷體系中壓強的變化以及引起這種變化的原因。使學生整體理解、把握壓強對裝置氣密性檢查、氣體體積測量、防止水槽中的水倒吸等實驗的影響。

2.2 以化學實驗大概念為綱領，建構問題解決的一般方法

大概念是一種學科思維方式、學科思想方法［8］。實驗復習要依據實驗內容的相似性，重組復習單元，緊緊圍繞“原理、裝置、操作、現象、結論”，幫助學生建構解決問題的一般思路和方法，進而運用這些思路和方法去解決實際問題。

如將處于教科書中不同章節的實驗室制取氧氣、實驗室制取二氧化碳的內容進行系統考慮而整合成單元，從原理、裝置、驗證和操作的角度認識實驗室是如何制取氧氣和二氧化碳的，促進學生形成實驗室制取氣體的一般思路和方法，即： （1）依據反應速率適中和氣體物質易獲得等選擇制取氣體的化學反應原理，即選擇什么藥品、通過什么反應、在怎樣的實驗條件下（如是否需要加熱、使用催化劑等）來制取氣體；（2）依據反應物的狀態和反應條件等確定制取氣體時應采用的氣體發生裝置；（3）依據氣體的性質確定收集裝置；（4）依據氣體一些特性來驗證所制得的氣體；（5）實驗操作步驟及注意點。在此基礎上去思考“實驗室如何制取氫氣”，把分散在教科書中不同章節的相關氫氣的內容（第七單元課題2圖740“實驗室制取氫氣的簡易裝置”、第四單元課題3圖423“氫氣的檢驗”和實驗45“氫氣在空氣里燃燒”等）結構化（如圖4）。這樣，學生習得的不僅是具體的知識點，更是結構化的知識以及解決這類問題的思路與方法［9］。

對標中考對學生的能力要求，有關氣體制取的實驗教學，還涉及一些對裝置的拓展，如使用分液漏斗和用多孔隔板的氣體發生裝置、氣體凈化裝置、尾氣處理裝置（第八單元課題3圖820“一氧化碳還原氧化鐵”中就有尾氣吸收的裝置）等，也可融入到這個范疇內整體處理。

2.3 以化學實驗大概念為主線，設計實驗探究活動

大概念是學生認識世界的一種“眼光”“心態”“尺度”［10］。要以學科大概念為主線、以問題解決為主要形式，開展一些實驗探究活動，引導學生自主探究，使化學實驗知識的復習、科學探究能力的形成與化學學科核心素養的發展有機結合起來［11］。如復習過程中，學生會有這樣的困惑： 在“實驗室制取二氧化碳”時使用稀鹽酸而不用濃鹽酸或稀硫酸，使用石灰石顆粒而不用碳酸鈣或碳酸鈉粉末；而在“滅火器原理”實驗中卻是使用濃鹽酸而不用稀鹽酸，使用碳酸鈉而不用石灰石。據此可依據問題設計一個“冒泡”對比實驗［12］（如圖5），通過實驗現象分析來理解反應原理。（1）通過對比A和B、A和C的冒泡劇烈情況，得知顆粒大小不同造成的差別，而A中反應平穩、速率適中，所以在制取二氧化碳用石灰石顆粒而不用碳酸鈣或碳酸鈉粉末，而在模擬滅火器中卻是產生大量氣泡越快越好，當然是選用濃鹽酸和碳酸鈉比較好；（2）通過比較A和D的冒泡情況，D開始時石灰石表面迅速冒出氣泡，漸漸會停止產生氣泡，而A中石灰石表面冒氣泡是持續不斷的，所以，用稀鹽酸而不用稀硫酸；（3）E中注入的是濃鹽酸，產生大量白霧，讓學生明白這樣會造成制得的二氧化碳不純，所以不用濃鹽酸制取二氧化碳。

又如“實驗室里常用澄清石灰水檢驗二氧化碳，而一般用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳”這個問題，可以讓學生通過查閱氫氧化鈣和氫氧化鈉在常溫下（20℃）的溶解度，計算理論上這兩種物質的飽和溶液吸收二氧化碳能力的差異，也可以通過“問題—實驗探究—現象分析—結論”的認識思路，設計探究實驗，層層遞進，讓學生在完成任務、經歷活動的過程中實現問題的解決與學科核心素養的發展。

2.4 以化學實驗大概念為導向，賦予基礎實驗新的內涵

大概念是美國教育心理學家奧蘇伯爾所說的上位知識，其抽象性、概括性、包容性最高，解釋力最強［13］。要以化學實驗大概念為導向，充分挖掘教科書中“基礎實驗”（“演示實驗”“探究”和“實驗活動”等）的學科價值，以“化學實驗體系三要素”為框架賦予新的內涵。如第二單元課題1實驗21“測定空氣里氧氣的含量”，仿照科學家拉瓦錫測定空氣成分實驗，采用紅磷燃燒法測定空氣中氧氣含量，初步體會實驗研究氣體混合物組成的思路與方法。這是初中化學中第一個帶有半定量性質的實驗，在復習時，要側重于從“原理、裝置、操作、現象、結論”等角度，分析拉瓦錫測定空氣成分的實驗，進一步認識“紅磷燃燒測定空氣里氧氣的含量實驗”，體會科學家嚴謹的科學研究態度［14］。又如實驗活動5“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”，是初中化學中為數不多的定量實驗，這是8個必做實驗中唯一的一個使用多種定量儀器（托盤天平、量筒）的實驗，重在基本操作的規范性和培養嚴謹細致的科學精神與習慣［15］。如有可能，可以把它與實驗活動8“粗鹽中難溶性雜質的去除”實驗安排在一起復習（在滬教版教科書中就將“配制一定溶質質量分數的氯化鈉溶液”和“粗鹽的初步提純”兩個實驗安排在同一章）。

總之，初中化學實驗復習不僅要充分發揮復習課的功能，更應凸顯學科思想，發揮大概念的統攝作用，融合知識內容、實驗內容、操作技能和學科核心素養，重構初中化學實驗復習一般方法，提高實驗復習的質效，促進學生學科核心素養的發展。這樣的教學需要教師轉變教學觀念，立足于學科整體視野，理解核心素養下的知識屬性，并具有相應的課程開發和實施能力［16］。

參考文獻：

［1］［6］中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2022版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2022.

［2］［5］［8］［10］［13］余文森. 論學科核心素養形成的機制［J］. 課程·教材·教法， 2018， （1）： 5.

［3］宋心琦. 化學實驗教學改革建議之一［J］. 化學教學， 2012， （1）： 3～4.

［4］［9］［14］何彩霞.學科大概念與化學實驗單元教學［J］.基礎教育課程，2019，（9）：2632.

［7］經志俊.基于教學內容結構化的教學主張［J］.化學教學，2019，（10）：2832.

［11］中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［12］胡綺妙.例談初中化學趣味實驗的設計及應用［J］.化學教學，2015，（6）：5659.

［15］宋心琦.化學實驗教學改革建議之三［J］.化學教學，2012，（7）：4.

［16］楊玉琴，趙華.核心素養視域下的初中化學專題復習課教學策略［J］.化學教學，2018，（6）：47.