基于高階思維能力的初中化學(xué)實驗教學(xué)

【摘要】文章以“常見酸、堿的化學(xué)性質(zhì)”為例，以期借助多種實驗手段引導(dǎo)學(xué)生在理解酸、堿知識的基礎(chǔ)上，不斷提高解決問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。

【關(guān)鍵詞】高階思維能力；實驗；教學(xué)；酸；堿

作者簡介：李瑩瑩（1982—），女，江蘇省淮陰中學(xué)。

初中階段學(xué)生的能力培養(yǎng)，可以根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》設(shè)置的五個學(xué)習(xí)主題—“科學(xué)探究與化學(xué)實驗”“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”“物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)”“物質(zhì)的化學(xué)變化”“化學(xué)與社會·跨學(xué)科實踐”來進一步細(xì)化［1］。化學(xué)實驗教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、敢于分析問題、勇于解決問題的高階思維能力。高階思維指發(fā)生在高層次認(rèn)知水平上的心智活動，是創(chuàng)新能力、問題解決能力、批判思維能力的核心［2］。教師要根據(jù)教學(xué)實際情況，合理選擇實驗內(nèi)容，精心設(shè)計教學(xué)過程，提高學(xué)生的高階思維能力。

一、化學(xué)實驗的教學(xué)目標(biāo)

筆者以“常見酸、堿化學(xué)性質(zhì)”這一學(xué)生必做實驗為例，嘗試從基本操作、原理分析、成分分析、實驗設(shè)計、建構(gòu)知識框架等角度，培養(yǎng)學(xué)生在真實問題的解決過程中主動應(yīng)用化學(xué)知識的意識，促進學(xué)生提高質(zhì)疑能力、批判能力以及創(chuàng)新能力。

二、化學(xué)實驗教學(xué)案例分析

（一）常見酸的化學(xué)性質(zhì)

1.實驗操作

取兩支試管，加入適量的碳酸鈉粉末和塊狀石灰石，再分別加入適量稀硫酸和稀鹽酸，觀察實驗現(xiàn)象，填寫表1。

筆者：“同學(xué)們可以根據(jù)實驗現(xiàn)象寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，并標(biāo)注基本反應(yīng)類型嗎？”

學(xué)生書寫化學(xué)反應(yīng)方程式，并分析得出上面四個反應(yīng)都屬于復(fù)分解反應(yīng)。

筆者：“上面四組實驗，哪組比較適合實驗室制取二氧化碳?xì)怏w呢？”

學(xué)生從反應(yīng)的速度及持續(xù)性的角度進行分析后，選擇稀鹽酸和石灰石作為實驗室制取二氧化碳的原料。

筆者：“請同學(xué)們評價稀鹽酸與石灰石反應(yīng)制取二氧化碳的方法。”

學(xué)生：“稀鹽酸與石灰石反應(yīng)制取二氧化碳反應(yīng)速度適中，在實驗室里選用長頸漏斗即可組裝發(fā)生裝置。”

筆者：“稀硫酸是高沸點酸，難揮發(fā)，是否可以選用稀硫酸在實驗室制取二氧化碳?xì)怏w呢？”

學(xué)生：“不可以。因為稀硫酸與碳酸鈉粉末反應(yīng)速度太快，不便于控制與收集；稀硫酸與石灰石反應(yīng)生成微溶于水的硫酸鈣，使反應(yīng)不能持續(xù)進行。”

筆者：“同學(xué)們對已學(xué)知識掌握得很好，對實驗現(xiàn)象的觀察也很仔細(xì)，請同學(xué)們進一步思考，稀硫酸分別與碳酸鈉粉末、石灰石反應(yīng)，為什么會出現(xiàn)上述現(xiàn)象，是否可以進行改進？”

學(xué)生1：“碳酸鈉粉末是固體，與液體稀硫酸接觸面積很大，反應(yīng)會非常迅速、充分。可以選用過氧化氫溶液制氧氣的發(fā)生裝置，用分液漏斗控制液體的滴加速度，以控制反應(yīng)的速度。”

學(xué)生2：“稀硫酸與石灰石可以反應(yīng)，但是生成的硫酸鈣微溶于水，會覆蓋在石灰石表面，阻礙反應(yīng)的進一步發(fā)生。如果能及時把硫酸鈣從石灰石表面除掉，反應(yīng)就可以持續(xù)進行了。”

2.小結(jié)

在實驗過程中，筆者及時關(guān)注學(xué)生的具體操作，幫助學(xué)生學(xué)會正確的實驗操作方法。首先，筆者引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)固體藥品和液體藥品的取用方法；其次，筆者關(guān)注學(xué)生使用儀器的規(guī)范，讓學(xué)生在多次實驗中體會膠頭滴管“垂直懸空，不碰壁”的操作要領(lǐng)。再次，筆者引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)復(fù)分解反應(yīng)這一基本反應(yīng)類型，讓學(xué)生借助于化學(xué)式、化合價理解復(fù)分解反應(yīng)“等價交換”的特征。最后，筆者在實驗的基礎(chǔ)上，關(guān)聯(lián)實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑、善于分析、敢于提出自己的觀點的品質(zhì)以及積極運用已有知識解決問題的能力。

（二）酸與金屬、金屬氧化物的反應(yīng)

1.學(xué)生分組實驗

酸除了能與碳酸鹽反應(yīng)，還能與哪些類別的物質(zhì)反應(yīng)呢？請同學(xué)們完成以下實驗內(nèi)容，并填寫實驗表格（見表2）。學(xué)生分為A、B兩組，分別進行實驗A和實驗B，并觀察實驗現(xiàn)象。

2.小結(jié)

學(xué)生進行上述實驗操作與觀察，難度不大。在自主實驗過程中，學(xué)生從觀察一種物質(zhì)的實驗現(xiàn)象，上升到分析與歸納一類物質(zhì)的實驗現(xiàn)象，找出化學(xué)反應(yīng)的異同，有利于歸納零散的知識，自主構(gòu)建系統(tǒng)化知識框架。

對于金屬與酸的這一類反應(yīng)，學(xué)生借助實驗與金屬活動性順序表，可以更加清晰地認(rèn)識“氫前活潑金屬”能與稀鹽酸或稀硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣。這是在學(xué)完酸、堿、鹽的新課知識后，學(xué)生必須進行的知識建構(gòu)。通過知識建構(gòu)，學(xué)生可以更好地發(fā)展高階思維能力。

（三）常見堿的化學(xué)性質(zhì)

1.實驗操作

筆者：“實驗桌上的試劑中，有兩瓶是存放堿液的，同學(xué)們能取出來，并說明你是怎么分辨的嗎？”

學(xué)生觀察實驗桌上的試劑，找出兩個用橡膠塞的細(xì)口瓶。他們分析道：“堿液能夠和非金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)，玻璃的主要成分是二氧化硅，會與堿液反應(yīng)，所以不用玻璃塞，而用橡膠塞。”

筆者：“這兩瓶試劑都沒有標(biāo)簽，同學(xué)們可以區(qū)分哪瓶是氫氧化鈉溶液，哪瓶是石灰水嗎？”

學(xué)生：“根據(jù)堿類物質(zhì)的性質(zhì)，結(jié)合實驗室給定的藥品，可以設(shè)計實驗表格（見表3）進行驗證。”

2.小結(jié)

此實驗把認(rèn)識堿類物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的實驗操作轉(zhuǎn)化成鑒別兩種常見堿的實驗操作，充分激發(fā)了學(xué)生的好奇心、探究欲以及想象力，有效調(diào)動了學(xué)生的思維。學(xué)生能夠?qū)W以致用，在充分理解堿類物質(zhì)共性的同時，利用其個性進行鑒別。通過這樣的實驗操作，學(xué)生體驗到自主設(shè)計實驗、驗證結(jié)論以及科學(xué)探究的快樂，發(fā)展了辯證思維、邏輯思維等高階思維。

（四）酸堿中和反應(yīng)

1.預(yù)測實驗

筆者：“酸和堿是兩類不同的物質(zhì)，我們已經(jīng)研究并歸納了它們的化學(xué)性質(zhì)。假如我們將稀鹽酸與氫氧化鈉溶液混合，會出現(xiàn)什么變化呢？”

學(xué)生：“無明顯變化。”

2.設(shè)計實驗

筆者：“稀鹽酸與氫氧化鈉溶液混合后，是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)呢？同學(xué)們能設(shè)計實驗進行驗證嗎？”

供學(xué)生選擇的藥品如下：稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、酚酞試液、鎂條、硫酸銅溶液。

實驗方案1：取適量稀鹽酸加入試管中，然后加入氫氧化鈉溶液至過量，再加入鎂條，如果沒有明顯實驗現(xiàn)象，說明酸性物質(zhì)消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)；反之，則未反應(yīng)。

實驗方案2：在試管中依次加入適量氫氧化鈉溶液、稀鹽酸、硫酸銅溶液，如果沒有明顯實驗現(xiàn)象，說明酸性物質(zhì)消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)；反之，則未反應(yīng)。

實驗方案3：在試管中依次加入適量氫氧化鈉溶液、過量的稀鹽酸、酚酞試液，如果沒有明顯實驗現(xiàn)象，說明堿性物質(zhì)消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)；反之，則未反應(yīng)。

實驗方案4：在試管中依次加入適量氫氧化鈉溶液、酚酞試液和稀鹽酸，如果紅色褪去，說明堿性物質(zhì)消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)；反之，則未反應(yīng)。

3.解釋實驗

筆者：“上述幾種方案，設(shè)計思路是什么呢？”

學(xué)生：“在稀鹽酸中加入過量氫氧化鈉溶液，如果發(fā)生反應(yīng)，那么稀鹽酸就會被消耗，酸性就會消失。此時加入那些原本能夠和酸性溶液發(fā)生反應(yīng)，且有明顯反應(yīng)現(xiàn)象的物質(zhì)，如果沒有出現(xiàn)明顯的現(xiàn)象，就說明稀鹽酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)。同理，在氫氧化鈉溶液中加入過量稀鹽酸，通過驗證堿性的消失，就可以證明氫氧化鈉溶液和稀鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。因此，我們可以從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)出發(fā)思考問題，即化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時，反應(yīng)物是不斷被消耗的。”

4.實驗現(xiàn)象記錄（見表4）

5.小結(jié)

對于沒有明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)，要驗證其是否發(fā)生時，第一種思路是可以驗證反應(yīng)物是否消失，第二種思路是可以驗證新物質(zhì)是否生成。

筆者引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計驗證酸和堿反應(yīng)發(fā)生的實驗方案，有效地調(diào)動了學(xué)生的思維，發(fā)展了學(xué)生設(shè)計、分析、動手、評價等能力，真正發(fā)揮了實驗教學(xué)的作用。

學(xué)生仔細(xì)觀察化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，可以學(xué)會思辨，發(fā)展批判性思維，并且提高分析問題、解決實際問題的能力。

（五）建構(gòu)知識框架

筆者：“根據(jù)上述實驗，我們知道了酸和堿是可以發(fā)生反應(yīng)的，請同學(xué)們建構(gòu)酸和堿的知識框架，總結(jié)酸和堿的化學(xué)性質(zhì)。”

學(xué)生：“酸能與多種活潑金屬反應(yīng)，生成鹽和氫氣；酸能與某些金屬氧化物反應(yīng)，生成鹽和水；堿能與某些非金屬氧化物反應(yīng)，生成鹽和水；酸和堿都能與酸堿指示劑反應(yīng)，指示劑遇酸或堿的溶液顯示不同的顏色；酸和堿能夠發(fā)生中和反應(yīng)，生成鹽和水；鹽在水溶液中能解離出金屬離子和酸根離子。”

結(jié)語

綜上所述，文章圍繞酸和堿的化學(xué)性質(zhì)，從實驗前的分析預(yù)測到對實驗現(xiàn)象的觀察、分析以及解釋，再到對實驗方案、結(jié)論的評價，探究利用實驗教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生理解酸和堿的有關(guān)知識，促進學(xué)生自主建構(gòu)系統(tǒng)的化學(xué)知識框架的方法，以期真正提高學(xué)生解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，凸顯化學(xué)實驗教學(xué)的育人價值。

【參考文獻】

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］湯小梅.化學(xué)教學(xué)中高階思維訓(xùn)練拓展設(shè)計［J］.化學(xué)教學(xué)，2017（8）：21-24.