基于思維能力提升的復習課教學設計

朱國定

關鍵詞：化學思維;復習;教學設計

化學思維既具有普通思維的共性特點，也具有化學特有屬性。在解決化學問題中培養思維，既是培養化學思維的必要途徑，也是培養化學思維的最終目的。

筆者認為，初中階段學生剛接觸化學，化學思維的訓練須循序漸進。從實證出發，初步形成定量研究的意識，能有意識地進行反思，會“宏—微—符”結合，提升學生的思維能力（見圖1）。

下面筆者以“探究二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應”復習課為例，闡述自己的實踐與思考。

一、課題價值

初中階段要重視學生對化學反應的認識，在認識化學反應的現象中提高宏觀辨識的能力。對于無明顯現象的反應，要學會借助“轉化”的思想，找到變化的“痕跡”，強化實證意識。初中階段，學生對化學反應的認識大多是從現象開始的，如：有氣泡冒出、沉淀生成、變色、發光和放熱等現象。而通常情況下，二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應無明顯現象。在探究這個反應發生的過程中，能加深對化學反應發生的判斷方法的理解，更能啟發學生的化學思維，促進素養的形成。

1. 實踐尋證

事實是知識形成的基礎，是推理和概括的出發點，是思維的“證據”。課堂上運用事實進行分析和討論，將激發化學思維，使學習充滿樂趣。

[師]向長期暴露在空氣中的氫氧化鈉溶液中加入足量的稀鹽酸，發現有氣泡冒出。請思考出現此現象可能的原因。

[生1]氫氧化鈉與稀鹽酸反應，理論上沒有氣體生成。

[生2]能與鹽酸反應生成氣體的物質可能是活潑金屬或碳酸鹽。

[生3]氫氧化鈉溶液不是活潑金屬，也不是碳酸鹽。

[生4]氫氧化鈉溶液能吸收空氣中的二氧化碳生成碳酸鹽。是否因為氫氧化鈉溶液長期暴露在空氣中已變質？

面對實驗的“異常現象”，學生們在教師的引導下，利用所學知識進行假設、推理，較好地培養了“基于證據推理”的能力。證據可以是現象，也可以是科學知識。課堂教學中，大多是利用已有知識作為證據，推理出新的知識。面對新的情境，引導學生用知識解決問題，既培養了推理能力，也幫助學生理清了知識間的邏輯，進行了知識建構。

[師]氫氧化鈉與空氣中二氧化碳反應沒有明顯現象，變質不易察覺。大家能設計實驗，讓這個反應有明顯現象嗎？

[生]（學生設計見圖2）二氧化碳與NaOH溶液反應，氣體減少，如果是密閉裝置，裝置內的氣體壓強會減小。

學生大多能設計通過壓強的變化推斷反應發生的裝置。但學生對反應體系中的物質考慮不夠周全，缺乏對溶液中的水對實驗影響的考慮。

[師]上述現象是否因水產生？二氧化碳也能溶于水并與水反應。如何完善實驗設計？

[生1]把氫氧化鈉溶液換成等體積的水進行實驗，對比實驗現象。

[生2]（學生設計見圖3）觀察塑料瓶是否變癟。

學生大多能根據以往做過的題目，設計出“生1”

的方案。深入了解，學生并不是從控制變量的角度進行考量。這里引導學生分析，與二氧化碳接觸的物質有哪些？如果考慮其中部分物質的影響，可以把這部分因素消除掉。控制變量進行研究，實質是對實驗事實能否作為證據的深入分析。實驗事實中，哪些可以做證據？哪些不可用作證據？是培育學生“證據推理”能力的重要內容。在證據推理過程中，要充分考慮證據的質量，即證據的科學性和充分性。

[師]能否從物質性質角度，設計證明二氧化碳與氫氧化鈉發生反應的實驗？

[生1]向通入二氧化碳后的氫氧化鈉溶液中，滴加足量稀鹽酸，觀察是否有氣泡冒出？

[生2]向通入二氧化碳后的氫氧化鈉溶液中，滴加氫氧化鈣溶液，觀察是否有沉淀出現？

學生們均能從檢驗生成物中的碳酸根離子角度設計實驗。交流中發現，學生并沒有思考與氫氧根離子的反應。在物質或離子檢驗中，除了要考慮被檢驗物質或離子的性質，還要考慮干擾項。證據推理時，要關注分析問題的全面性。

2. 定性到定量的思維轉變

證據可以是多樣的。把實驗中的數據當作證據，能使思維更加嚴謹、使思維結果更加準確。

[師]氫氧化鈉溶液究竟能吸多少二氧化碳呢？有人設計了如圖4的裝置，請閱讀并思考相關問題。

步驟：（1）經檢查，裝置氣密性良好。已知三頸瓶容積為250 mL。（2）在三頸瓶A口橡皮塞上接一只裝有10 mL質量分數為1%的NaOH溶液的注射器。在C口接一個量氣管，量氣管中裝有飽和碳酸氫鈉溶液，其液面刻度為200 mL。C口處止水夾夾緊。（3）擠入注射器中的液體，微微振蕩三頸瓶。一段時間后，打開止水夾。（4）待量氣管中液面不再變化，調整水準瓶的高度，讀取量氣管中液面的高度。

問題：（1）若1% 的NaOH溶液的密度為1 g/mL ，常溫下二氧化碳的密度為1.97 g/L ，則溶液中氫氧化鈉完全變成碳酸鈉時，理論上可以吸收二氧化碳的體積為多少？（2）液面不再變化后，水準瓶應該是緩慢上移還是緩慢下移？如果不調整，對測定結果的影響是什么？如果為調整兩邊相平，向水準瓶中添加了部分飽和碳酸氫鈉溶液，是否會對測定結果有影響？（3）興趣小組實際測得的被吸收二氧化碳的體積大于理論值，可能的原因是什么？

[生]（1）根據化學方程式2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O計算可知，若完全反應，吸收二氧化碳的質量為0.055 g，體積約為27.9 mL。（2）緩慢上移。如果不調整，會造成測定剩余液體體積偏大，計算出的被吸收二氧化碳體積偏小。如果為調整兩邊液面相平，向水準瓶中添加了部分飽和碳酸氫鈉溶液，只要最終水準瓶與量氣管中液面相平，對測定結果沒有影響。因為氣體的量沒有變化，壓強仍為常壓。（3）實際吸收二氧化碳的體積大于氫氧化鈉理論上生成碳酸鈉所吸收二氧化碳的體積，可能是①收集到的二氧化碳中可能混有HCl氣體;②氫氧化鈉溶液中的水可能也吸收了少量的二氧化碳;③碳酸鈉可能也能跟二氧化碳反應。

不少專家在研究氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應時，采用數字化實驗儀器測定反應時壓強變化。筆者也曾在課堂上進行過類似實驗，但部分學生對壓強的變化認識不能轉化為對體積變化的認識。受氧氣含量測定實驗的啟發，筆者設計了上述裝置及問題，希望培養學生從定性到定量的思維轉變。

回答問題（1）時，中等以上的學生都能計算出準確結果，少數學生在質量、體積的轉化上有難度。定量研究的知識基礎不牢。問題（2）與學生常解答的收集氣體的體積讀法類似，但液面變化是相反的，部分學生未能隨之而變化，產生了錯誤。向水準瓶中添加溶液給學生造成了較大的困惑，直到有學生提出“氣體的量沒有變化，壓強仍為常壓”，大家才達成統一意見。問題（3）的討論中，學生們更多從氣體的純度、操作等方面展開討論，筆者提醒，是否存在碳酸鈉溶液繼續與二氧化碳反應的可能性呢？引發了學生深度思考。展示化學方程式Na2CO3 +CO2 +H2O 2NaHCO3，學生豁然開朗。筆者不失時機地介紹瑞利發現空氣中氬氣的過程，提醒學生，定量研究是化學成為一門科學的重要標志，定量研究解決了化學上“是什么？”“是多少？”的問題，便于人們更好地研究、歸納“為什么？”的定性問題。

3. 批判性思維

思維過程不僅要能按照常規的邏輯程序進行歸納、推理，更要有批判的精神和能力。針對一些理論、實際的現象、問題，產生理性的懷疑，不人云亦云。批判不等同于懷疑，是一種謹慎的接受，體現嚴謹的精神與素養，是一種高階思維。

[師]氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應，是初中化學經常討論的話題。因為反應無明顯現象，需要借助其他方法來判斷反應的發生。這個實驗為什么沒有明顯現象？

[生]因為生成物碳酸鈉能溶于水。

[師]老師在實驗室配制了質量分數為40%的氫氧化鈉溶液，現在向其中通入二氧化碳氣體（見圖5）。請大家觀察實驗現象，分析表格中的數據（見表1），思考可能的原因。由此你對反應中生成沉淀是否有新的認識？

[生]溶液變渾濁了。可能氫氧化鈉溶液的濃度較大，生成的碳酸鈉、碳酸氫鈉質量較大，溶液飽和后析出固體。變化中生成沉淀，不一定是生成難溶于水的物質，如果生成物溶解度較小，且生成物的質量較大，也可能會有沉淀現象。

面對學生已形成思維定勢的“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應無明顯現象”的結論，筆者設計了一個有沉淀現象的實驗，讓學生更多地反思，特別是對化學反應中的沉淀有更深的理解。

4. 系統思維

化學思維具有普遍思維的共性特點，遵循一般規律，也有化學所特有的思維方式和內容。其中最為突出的是“宏—微—符”相結合的系統思維。

[師]請用圖示（用圓圈和符號表示不同的微粒）的方法畫出二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應前后，溶液中微粒的種類。

學生大部分能畫出反應前后的微粒。成績優異的學生還考慮到了微粒的個數比情況、水分子的變化情況。國內廣大化學教育工作者普遍認可，“宏—微—符”相結合的系統思維是最能體現化學學科特征的，也是“宏觀辨識與微觀探析”核心素養培育的重要方法。面對剛接觸化學的初中生，考查要求不會這么高，但可以通過類似的訓練，從微觀角度啟蒙學生的思維，加深對相關符號的理解。課堂語言中所有提及物質的時候，都使用名稱，書寫時都使用化學式，始終讓學生在名稱與符號之間進行切換，聯想微觀模型，既強化三者的聯系，更能啟蒙學生的化學思維。

二、總結與反思

在上述探究過程中，筆者引導學生通過觀察現象、查找數據、設計實驗、制作裝置、計算求值、繪制圖像等環節，讓學生深入理解二氧化碳與氫氧化鈉的反應，逐步實現化學思維能力的提升。

但學生化學思維的形成不會一蹴而就，在上述探究過程中，學生感覺難度較大，大多需要老師引導。初中階段是學生化學思維的啟蒙期，教師既要關注化學思維發展的內容，循序漸進，從低層次向高層次不斷進階，還要有進階實踐的方法、技巧和耐心。