發展學生科學思維的物質性質教學

曹素梅

【摘要】以發展學生科學思維為出發點，在物質性質的教學過程中，重視在不同的學習階段逐步完善學生的認識視角，主動設計豐富多彩的探究活動，引導學生提煉研究物質性質的方法并舉一反三，從而不斷提升學生解決實際問題過程中的能力和品質。

【關鍵詞】科學思維? 認識視角? 研究方法? 探究活動

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）07-0025-03

《義務教育化學課程標準（2022年版）》中提到：“科學思維是在化學學習中基于事實與邏輯進行獨立思考和判斷，對不同信息、觀點和結論進行質疑與批判，提出創造性見解的能力;是從化學視角研究物質及其變化的思路和方法?！逼渲?，培養學生基于實驗事實進行證據推理、建構模型并推測物質性質及其變化的能力是初中化學學科必須達到的要求之一。

同時，新版課標中明確指明，需培養學生認識物質性質的思路與方法，“知道可以從物質的存在、組成、變化和用途等視角認識物質的性質”。在課標的指導下，教師不僅要“授人以魚”，教會學生有關物質性質的具體知識，更要“授人以漁”，指導學生從不同的視角去認識物質的性質，并逐步掌握研究物質性質的基本方法和程序，從真實的活動中發展學生的科學思維[1]。

一、逐步完善認識視角[2]

發展學生對物質性質的認識，不可能一蹴而就，而必須根據學生的學習能力分不同階段逐步滲透。人教版九年級化學第一單元第一節的內容《物質的性質與變化》，是學生認識化學研究視角的開端?；瘜W就是一門關注物質性質與變化的學科，主要從物理和化學兩個角度來分類研究。

進入第二單元，首先認識的物質是空氣。通過測定空氣中氧氣含量的實驗，學生認識到氧氣約占空氣總體積的1/5?？諝獠皇菃渭兊囊环N物質，而是由氧氣、氮氣、稀有氣體等組成的混合物。此時，學生認識到化學不僅要關注物質的性質和變化，也要關注物質的組成和存在形式。從另一個角度講，該實驗也是學生第一次從物質變化的角度認識物質的性質。通過本課題實驗，學生認識到氧氣可以支持紅磷燃燒，而一般情況下氮氣不能支持燃燒且本身不可燃。根據空氣中各組成氣體的沸點不同而對其進行分離，可以得到純凈物氧氣、氮氣、各種稀有氣體等。純凈物之間有著各自的性質，性質又決定著各自的用途，反之，物質的用途也可以體現物質的性質。例如，氧氣具有助燃性，決定了氧氣可以用于氣割氣焊等;氮氣可以用作保護氣，又體現出氮氣的化學性質較為穩定。這是學生第一次從用途的視角認識物質的性質。木炭、硫磺、鐵絲等物質在氧氣中的燃燒實驗不僅是系統地從物質變化的角度認識氧氣的性質，同時學生意識到無論是純凈物氧氣還是空氣中的氧氣都具有助燃性，說明了混合物中的各部分都能獨立保持著各自的化學性質。

第三單元《物質構成的奧秘》真正開啟了學生從物質的宏觀組成和微觀構成的角度來認識物質性質的時代。水作為該角度的典型物質在第四單元被系統地研究。至此，學生們雖然已經學習了從物質的存在、組成、變化、用途等角度對物質的性質進行分析的方法，但這些認識還是比較零散的，并沒有很系統地實踐過。

第六單元《碳和碳的氧化物》，是學生內化物質性質認識視角的最好時機。金剛石、石墨、C60組成元素相同，但物理性質差異很大，是由于碳原子排列方式不同所導致的;一氧化碳和二氧化碳都是由碳元素和氧元素組成的，但化學性質卻有很大不同，這是由于構成物質的分子結構不同。該過程使學生對結構與性質之間的關系有了新的認識，同時也鞏固了學生對性質與用途之間的關系的認識。石墨的層狀結構決定了其潤滑性;石墨的導電性則反映出石墨的微觀結構中應該有能夠自由移動的電子。而活性炭能夠吸附色素和異味，決定了它常常被用作制作活性炭包去吸附冰箱或新裝修的房屋中的異味;木炭經常被用作燃料，體現了木炭的可燃性。對于主角CO2，可以從用途和變化兩個角度充分挖掘其物理性質和化學性質。比如，二氧化碳能夠用于制作碳酸飲料，該用途能引導學生猜測出二氧化碳與水能反應生成碳酸，而要證實該猜想，則必須通過一系列的對比實驗活動來探究，從變化的角度來證實該條性質。

人教版九年級化學下冊第八單元《金屬和金屬材料》，是學生第一次從物質類別的角度認識物質的性質，了解通過物質的共性和差異性來認識物質性質的方法。金屬一類物質不僅具有金屬光澤、導電性和導熱性等物理性質，同時還具有能與氧氣反應、與酸反應、與金屬鹽溶液反應等共同的化學性質。除了共性外，金屬之間還具有差異性，比如大部分金屬常溫常壓下都是固體，而汞卻是液體;常溫常壓下，鎂、鋁、鋅、鐵都能與稀鹽酸反應，而銅、銀卻不能。

在第九單元《溶液》中，教師需引導學生從宏觀現象和微觀本質兩個維度認識溶液的形成，從而促進學生對溶液組成和性質的理解。溶液是由溶質和溶劑組成的混合物，而溶質、溶劑保持著各自的化學性質。

酸堿鹽的內容，側重于從物質類別的角度認識物質性質。鹽酸和硫酸在物質類別上都屬于酸，因此具有酸的通性，如能夠使指示劑變色、能與活潑金屬反應、能與金屬氧化物反應等，但由于酸根不同，又導致化學性質的差異性，稀硫酸能與氯化鋇反應，而稀鹽酸卻不行。

二、不斷滲透研究方法

《義務教育化學課程標準（2022年版）》中明確提出要教會學生“了解觀察、實驗，以及對事實進行歸納概括、分析解釋等認識物質性質的基本方法”。在物質性質的教學過程中，教師要善于引導學生從已有經驗出發，推測物質可能具有的性質。而性質往往可以由變化體現出來，因此學生可以選擇典型的物質進行實驗設計并動手操作來驗證。實驗過程中，教師需引導學生及時觀察、記錄現象，并懂得從現象中獲得有效的證據從而推理出相應的結論，最后利用得到的結論去解釋生活中的現象。

氧氣作為初中階段研究的第一個純凈物，需要教師帶領著學生一起去體會這種研究方法。學生根據已有經驗很容易推測出氧氣具有助燃性，然后在教師的引導下選取木炭、硫磺、鐵絲等物質與氧氣的反應來進行研究。那么，這些物質與氧氣發生的反應究竟是化學變化還是物理變化呢？從變化中能體現出氧氣的哪些性質呢？學生在第一單元中已經學過，諸如“發光放熱、生成沉淀、產生氣體”等現象只能幫助我們判斷是否是化學反應，而不能作為化學反應發生的依據。學生只有收集到“有新物質生成”的證據，才可以證明確實是化學變化。教師此時必須引導學生注意發現新物質與原來的反應物性質之間的差異。通過氣味的不同，學生可以判斷硫與氧氣反應生成了有刺激性氣味的新物質;通過顏色的差異，能證明鐵絲與氧氣反應產生了新物質黑色固體。但學生立刻陷入了困惑，碳和氧氣的反應，有觀察到發光放熱的現象，但未觀察到明顯的新物質，那是不是沒有發生化學變化呢？此時教師需向學生介紹澄清石灰水這種化學藥品，指導學生借助其他試劑與新物質發生的反應來進一步證實新物質的產生。通過以上探究，學生認識到木炭、硫磺、鐵絲都能與氧氣發生化學反應?；瘜W反應體現化學性質，這幾組實驗均證明了氧氣的助燃性和氧化性，也揭示出生活中燃料燃燒時，要保持空氣流通的道理。

如果說對氧氣性質的探究是小試牛刀，那么對二氧化碳性質的探究一定是大展身手。

師：根據你們的已有經驗分析，二氧化碳能不能溶于水？你的猜測依據是什么？

生：能，因為碳酸飲料的配料表中含有二氧化碳。

師：非常好，雖然我們的猜想是有依據的，但依然要通過實驗來驗證?，F在請同學們以小組合作的方式設計實驗，來判斷二氧化碳的水溶性。

【設計實驗】在教師的指導下，學生小組設計了各種類型的密閉體系，通過氣體溶解前后造成的裝置內外的壓強差從而得到的明顯的現象來判斷二氧化碳的水溶性。

【進行實驗】向裝滿二氧化碳的塑料瓶中迅速加入1/3體積的水，擰緊并振蕩。

師：在實驗過程中，你們收集了哪些證據，推理出什么結論？

生：我觀察到瓶子變癟了，證明了二氧化碳能溶于水造成瓶內氣壓變小，在外界大氣壓的作用下，瓶子變癟。

師：你們分析得非常正確。其實生活中的碳酸飲料就是通過加壓的方式將二氧化碳溶于飲料中，壓強越大，溶解的二氧化碳的量就越多。

除了二氧化碳溶于水的性質外，證明二氧化碳能與水反應的性質探究也再次加深了學生對物質性質研究方法的理解。氧氣的性質的學習，是研究物質性質的方法模型的建構階段，而二氧化碳性質的探究，則真正實現了模型的遷移應用。該種滲透學習方法的教學方式，不僅為后期金屬、酸堿鹽的性質做好了鋪墊，更提升了學生解決問題過程中的質疑能力、批判和創新意識。

三、日益豐富探究活動

在學習“氧氣的性質”時，學生的科學探究的能力還不是很強，甚至連物質在氧氣中燃燒的反應需要關注哪些現象都不是很清楚，此時不適合放手讓學生自己去獨立探究氧氣的性質，而是應該在教師的引導下，先學習觀察、記錄、比較、分類、分析推理等方法。比如，教師應指導學生，關注物質性質時，需充分調動各種感官，不僅要用眼睛看，也要用鼻子聞、耳朵聽、手觸摸等。同時既要關注反應物的顏色、狀態、氣味等性質，也要關注生成物的性質，對比分析二者的異同點。在觀察后要及時記錄在實驗報告或學案上，根據記錄的內容進行有效分析、細致推理，從而得出有關結論。等到學習“二氧化碳的性質”時，學生們已經有了一定的科學探究能力，所以可以給他們更大的空間，充分發揮自己的想象力和創造力。比如在證明二氧化碳的水溶性時，可以給學生提供多種儀器：塑料瓶、試管、燒杯、集氣瓶、玻璃片等。有的小組會想到用塑料瓶作容器，通過是否變癟來判斷;有的小組會使用試管裝滿二氧化碳后倒置在水中，根據試管內液面是否上升來判斷;有的小組想要利用集氣瓶和玻璃片來收集二氧化碳，通過與水充分接觸后，倒置集氣瓶觀察玻璃片是否掉落來判斷;甚至有的學生想到利用U型管設計反應裝置，通過左右兩邊的液面差來判斷二氧化碳的水溶性。更開放的探究活動，能讓學生的思維得到更有效的碰撞，能力獲得大幅度的提升。

在學習“金屬的性質”時，不僅可以繼續采用教師演示實驗、學生分組實驗等多種方式相結合的探究活動，也可以帶領學生進行有趣的課外活動“制作美麗的金屬樹”。教師開放化學實驗室，給學生們提供必要的儀器和藥品，如表面皿、濾紙、鐵絲、銅絲、鋁絲、鎂條、鋅粒、不同濃度的硫酸銅溶液、硝酸銀溶液、硫酸亞鐵溶液等。感興趣的學生可以在延伸課、活動課等課余時間來到實驗室，利用金屬絲或金屬粒擺出各種精美的造型，利用金屬活動性的知識使金屬和金屬鹽溶液之間發生置換反應，從而在濾紙上得到色彩形態各異的金屬樹。有的反應幾分鐘內就能完成，有的則需要幾個小時，有的甚至需要幾天時間。教師把課堂上無法開展的學習活動放在課外，打破了化學實驗所受到的時間和空間的限制。該活動不僅能讓學生對金屬活動性有更深刻的認識，同時也能讓學生親身體驗到化學學科之美。

到學習“酸堿鹽的性質”時，教師可以鼓勵學生在家中開展趣味家庭小實驗。比如利用紫甘藍、花瓣等自制酸堿指示劑，滴入不同濃度的白醋、肥皂水、蘇打水等液體，感受色彩變化的神奇魅力。同時學生也可以利用自制酸堿指示劑去檢驗家中常用液體的酸堿性，如洗發露、護發素、沐浴露、各類清潔劑等。教師可通過錄制微課的形式，指導學生在家中自制葉脈書簽。為了避免氫氧化鈉的強腐蝕性，腐蝕葉肉的藥品可以選用堿面、蘇打粉等。同時，也可以指導學生，利用雞蛋殼和白醋反應來制作“夜明珠”。以上這些活動不僅能提升學生動手操作能力，加深對酸堿鹽性質的認識，同時也能讓學生深刻體會到化學學科的趣味性和實用性。

通過教師演示實驗、學生分組實驗、學生自主設計實驗、趣味課外活動、生動家庭小實驗等豐富多彩的活動形式，學生不僅輕松愉快地收獲了化學知識，更在動手實踐的過程中提升了科學思維。

物質性質的學習，是初中化學階段的重要內容。該部分內容看似都是事實性的零碎的知識，需要學生去死記硬背。但只要教師引導到位，零散的知識也會因為物質性質的認識視角而變得有關聯起來。無論是氧氣、二氧化碳還是金屬、酸堿鹽等，都遵循著從物質的存在、組成、變化和用途等角度來認識其物理性質和化學性質的規律。基于物質性質的科學思維的培養是個循序漸進的過程。在不同的教學階段，教師應為學生設計符合當前認知水平的學習活動，將被動的知識教學轉變成主動的思維模型的建構，讓學生掌握研究物質性質的方法，并能夠在以后的學習和生活中遷移應用，把知識和方法轉化成真實情境中解決問題時展現出來的能力和品格。

參考文獻：

[1]康勇軍.促進學生思維發展的物質性質教學問題設計研究——以二氧化碳性質教學為例[J].中學化學教學參考，2017（4）：13-15

[2]高利娜.幫助學生建構認識物質性質的角度——以“鐵及其化合物”教學為例[J].化學教與學，2019（12）：70-76