基于高階思維能力的初中化學實驗教學

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

【關鍵詞】高階思維能力；實驗；教學；酸；堿

作者簡介：李瑩瑩（1982—），女，江蘇省淮陰中學。

初中階段學生的能力培養，可以根據《義務教育化學課程標準（2022年版）》設置的五個學習主題—“科學探究與化學實驗”“物質的性質與應用”“物質的組成與結構”“物質的化學變化”“化學與社會·跨學科實踐”來進一步細化［1］。化學實驗教學要培養學生善于發現問題、敢于分析問題、勇于解決問題的高階思維能力。高階思維指發生在高層次認知水平上的心智活動，是創新能力、問題解決能力、批判思維能力的核心［2］。教師要根據教學實際情況，合理選擇實驗內容，精心設計教學過程，提高學生的高階思維能力。

一、化學實驗的教學目標

筆者以“常見酸、堿化學性質”這一學生必做實驗為例，嘗試從基本操作、原理分析、成分分析、實驗設計、建構知識框架等角度，培養學生在真實問題的解決過程中主動應用化學知識的意識，促進學生提高質疑能力、批判能力以及創新能力。

二、化學實驗教學案例分析

（一）常見酸的化學性質

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，觀察實驗現象，填寫表1。

筆者：“同學們可以根據實驗現象寫出化學反應方程式，并標注基本反應類型嗎？”

學生書寫化學反應方程式，并分析得出上面四個反應都屬于復分解反應。

筆者：“上面四組實驗，哪組比較適合實驗室制取二氧化碳氣體呢？”

學生從反應的速度及持續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：“請同學們評價稀鹽酸與石灰石反應制取二氧化碳的方法。”

學生：“稀鹽酸與石灰石反應制取二氧化碳反應速度適中，在實驗室里選用長頸漏斗即可組裝發生裝置。”

筆者：“稀硫酸是高沸點酸，難揮發，是否可以選用稀硫酸在實驗室制取二氧化碳氣體呢？”

學生：“不可以。因為稀硫酸與碳酸鈉粉末反應速度太快，不便于控制與收集；稀硫酸與石灰石反應生成微溶于水的硫酸鈣，使反應不能持續進行。”

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

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

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

2.小結

在實驗過程中，筆者及時關注學生的具體操作，幫助學生學會正確的實驗操作方法。首先，筆者引導學生復習固體藥品和液體藥品的取用方法；其次，筆者關注學生使用儀器的規范，讓學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。再次，筆者引導學生復習復分解反應這一基本反應類型，讓學生借助于化學式、化合價理解復分解反應“等價交換”的特征。最后，筆者在實驗的基礎上，關聯實際應用，培養學生敢于質疑、善于分析、敢于提出自己的觀點的品質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

1.學生分組實驗

酸除了能與碳酸鹽反應，還能與哪些類別的物質反應呢？請同學們完成以下實驗內容，并填寫實驗表格（見表2）。學生分為A、B兩組，分別進行實驗A和實驗B，并觀察實驗現象。

2.小結

學生進行上述實驗操作與觀察，難度不大。在自主實驗過程中，學生從觀察一種物質的實驗現象，上升到分析與歸納一類物質的實驗現象，找出化學反應的異同，有利于歸納零散的知識，自主構建系統化知識框架。

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

（三）常見堿的化學性質

1.實驗操作

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

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

筆者：“這兩瓶試劑都沒有標簽，同學們可以區分哪瓶是氫氧化鈉溶液，哪瓶是石灰水嗎？”

學生：“根據堿類物質的性質，結合實驗室給定的藥品，可以設計實驗表格（見表3）進行驗證。”

2.小結

此實驗把認識堿類物質化學性質的實驗操作轉化成鑒別兩種常見堿的實驗操作，充分激發了學生的好奇心、探究欲以及想象力，有效調動了學生的思維。學生能夠學以致用，在充分理解堿類物質共性的同時，利用其個性進行鑒別。通過這樣的實驗操作，學生體驗到自主設計實驗、驗證結論以及科學探究的快樂，發展了辯證思維、邏輯思維等高階思維。

（四）酸堿中和反應

1.預測實驗

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

學生：“無明顯變化。”

2.設計實驗

筆者：“稀鹽酸與氫氧化鈉溶液混合后，是否發生了化學反應呢？同學們能設計實驗進行驗證嗎？”

供學生選擇的藥品如下：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象，說明酸性物質消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發生了反應；反之，則未反應。

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象，說明酸性物質消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發生了反應；反之，則未反應。

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象，說明堿性物質消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發生了反應；反之，則未反應。

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，說明堿性物質消失了，則可以證明稀鹽酸和氫氧化鈉發生了反應；反之，則未反應。

3.解釋實驗

筆者：“上述幾種方案，設計思路是什么呢？”

學生：“在稀鹽酸中加入過量氫氧化鈉溶液，如果發生反應，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生反應，且有明顯反應現象的物質，如果沒有出現明顯的現象，就說明稀鹽酸和氫氧化鈉溶液發生了反應。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生了反應。因此，我們可以從化學反應的本質出發思考問題，即化學反應發生時，反應物是不斷被消耗的。”

4.實驗現象記錄（見表4）

5.小結

對于沒有明顯現象的化學反應，要驗證其是否發生時，第一種思路是可以驗證反應物是否消失，第二種思路是可以驗證新物質是否生成。

筆者引導學生自主設計驗證酸和堿反應發生的實驗方案，有效地調動了學生的思維，發展了學生設計、分析、動手、評價等能力，真正發揮了實驗教學的作用。

學生仔細觀察化學反應的現象，認識化學反應的本質，可以學會思辨，發展批判性思維，并且提高分析問題、解決實際問題的能力。

（五）建構知識框架

筆者：“根據上述實驗，我們知道了酸和堿是可以發生反應的，請同學們建構酸和堿的知識框架，總結酸和堿的化學性質。”

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

結語

綜上所述，文章圍繞酸和堿的化學性質，從實驗前的分析預測到對實驗現象的觀察、分析以及解釋，再到對實驗方案、結論的評價，探究利用實驗教學引導學生理解酸和堿的有關知識，促進學生自主建構系統的化學知識框架的方法，以期真正提高學生解決問題的能力，培養學生的高階思維能力，凸顯化學實驗教學的育人價值。

【參考文獻】

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

［2］湯小梅.化學教學中高階思維訓練拓展設計［J］.化學教學，2017（8）：21-24.