氣體制取的學習內容疑難分析和解決策略

摘要：氣體制取是初中學生應掌握的實驗技能之一，在初中化學教學中占有非常重要的地位。采用教學案例對其中的學習疑難予以揭示，并運用教育心理學知識從教師教和學生學兩個角度進行分析，結合教學實踐提出了一些具體的解決策略。

關鍵詞：氣體制取；學習疑難；解決策略

文章編號：1005–6629（2013）12–0055–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

2011版《初中化學課程標準》明確規定學生要“初步學習運用簡單的裝置和方法制取某些氣體”。氣體制取是初三學生應掌握的基本實驗技能，也是化學中考的重點考查內容之一，在初中化學教學中占有非常重要的地位。這部分學習內容包括藥品的選擇、制取裝置的確定、操作步驟的安排以及如何檢驗、驗滿等。根據筆者多年的教學經驗和聽課經歷，裝置氣密性的檢查和發生裝置的設計是學生經常遇到的疑難問題。筆者運用案例分析法，對這些學習疑難進行研究，并提出一定的解決策略。

1 裝置氣密性的檢查

1.1 疑難分析

案例1 在“二氧化碳制取的研究”教學中，教師要求學生考慮如何檢查圖1裝置的氣密性。大部分學生感到束手無策；有同學想到“先把導管放入水中，再雙手緊握錐形瓶，看導管口是否有氣泡冒出”；有同學建議“應先在錐形瓶加水到浸沒長頸漏斗下端，再把導管放入水中，雙手緊握錐形瓶，看導管口是否有氣泡冒出”。

裝置氣密性的檢查是實驗室制取氣體的首要步驟，是保證實驗成功的重要因素。在上述案例中，由于學生在先前的學習中并未接觸該裝置且生活中也未遇到相類似的問題，也就是說學生缺乏解決問題的知識、經驗和技能，根據“最近發展區”學習理論，當要學習的內容超出學生的“最近發展區”，學習難度將大大增加，學生將無法有效建構新知識，所以課堂上大部分學生束手無策。雖然有個別學生想到方法，但由于不明了氣密性檢查的原理，所設計的方法都不盡合理。如“先把導管放入水中，再雙手緊握錐形瓶，看導管口是否有氣泡冒出”，由于體系不密閉，即使氣密性良好，也不會在導管口觀察到氣泡。再如“應先在錐形瓶加水到浸沒長頸漏斗下端……”，雖然解決了體系密閉的問題，但改變體系氣壓的方法又不合理，因為水會吸熱，光靠手部熱量，不會在體系內產生明顯壓強差。

1.2 解決策略

1.2.1 運用引導性材料啟發學生思維

案例2 教師先讓學生回顧高錳酸鉀制氧氣裝置氣密性的檢查方法，然后要求學生思考該方法的原理，即利用手部熱量改變裝置氣壓，造成壓強差。教師質疑：如果試管底部有破洞，此方法是否有效？引導學生歸納出：檢查裝置氣密性時，裝置必須是密閉體系。在此基礎上，再展開案例1裝置氣密性檢查方法的研究，引導學生思考以下問題：此裝置是否為密閉體系？如何使裝置密閉？如何有效改變裝置內的氣壓，產生壓強差？學生思維活躍，設計出多種方法。方法一：堵住導管口，從長頸漏斗口加水，若形成液面差，則氣密性好；方法二：將導管放入水中，從長頸漏斗口加水，有氣泡冒出，則氣密性好；方案三：用水液封長頸漏斗下端，用注射器在導管口推拉（或吹吸氣）……

根據奧蘇伯爾的“先行組織者”理論，學生面對新的學習任務時，如果原有認知結構中缺少同化新知識的上位觀念，或原有觀念不夠清晰或鞏固，則有必要設計一個先于學習材料呈現的引導性材料，在概括和包容的水平上高于要學習的材料（因此屬于下位學習），構建一個使新舊知識發生聯系的橋梁[1]。案例中教師通過復習、討論、歸納，展示引導性材料，即檢查裝置氣密性的原則（密閉）和原理（產生壓強差），那么后續設計方法則變為下位學習，學生思維桎梏被打破，學習變得水到渠成，學生輕松完成新技能的同化。

1.2.2 運用分類思想進行專題研究

檢查裝置氣密性的原理雖然簡單，但面對復雜多變的裝置，大多學生依然一籌莫展，且近年各地化學中考此類試題也屢見不鮮，因此在課時充裕、學生層次較高的前提下，可設計專題課突破難點。運用分類思想，抓住主要特征，利用實驗、討論、點撥、剖析等手段，通過變式訓練、舉一反三，讓學生理解裝置氣密性檢查的實質、掌握每類裝置的常用方法。在課堂結構安排上應注意裝置呈現要由簡單到復雜、思維水平要由低到高，流程可如圖2所示。

最終可引導學生歸納“設計氣密性檢查方案的原則與基本思路”，內容如下：

（1）原則：“密封”（通常可加水液封）。

（2）檢驗原理：使封閉體系不同位置的儀器空間之間產生壓強差，并且通過產生明顯可見的實驗現象來判斷裝置的氣密性。主要通過氣泡的產生、液面的高度差、活塞歸位等現象來進行判斷[2]。

（3）檢驗方法：根據氣體狀態方程：PV=nRT，要改變密閉體系內的氣壓、產生壓強差，可改變溫度或氣體體積。若改變溫度，可用手捂法或酒精燈微熱法等；若改變氣體體積，可用注射器推拉法或水壓法等。

2 發生裝置的設計

2.1 疑難分析

案例3 在“二氧化碳制取的研究”教學中，教師要求學生利用書本上提供的儀器，設計多套制二氧化碳發生裝置并在紙上畫出裝置。經過一段時間小組討論，教師要求各小組派代表上講臺組裝裝置，向同學們展示。學生甲設計了圖3的左裝置；學生乙設計了圖3的右裝置；學生丙將左裝置的錐形瓶換為試管；學生丁將右裝置的試管換為錐形瓶。教師詢問是否有其他不同的裝置設計，學生沉默以對。

發生裝置的設計是初中化學中鍛煉學生裝置設計能力、培養學生發散性思維和創造性思維的絕佳題材。根據課本提供的實驗儀器，可設計九套發生裝置，但案例中，集體智慧下，也僅出現四套裝置，且是課本提供的裝置原型或原型反應容器的互換。可見學生的思維仍然困囿于課本，他們提供的設計只是簡單的模仿，能力并沒有得到提升。

本案例中，發生裝置的設計成為了教學中的疑難點。分析原因，主要是教師的教學設計存在缺陷，可能由于客觀條件的限制，教師并沒有向學生小組提供各種儀器和藥品，而是要求學生根據書本圖片來設計裝置。根據皮亞杰的認知發展理論，兒童的認知發展分為四個階段：感知運動階段（出生～2歲左右）、前運演階段（約2～7歲左右）、具體運演階段（約7～12歲左右）、形式運演階段（約12～15歲左右）[3]。初中學生處于由具體運演向形式運演發展過程中，即從形象思維向邏輯思維發展。考慮到學生認知發展水平的不同以及初中化學是化學學科的入門階段，本著促進每個學生發展的原則，在教學中還應以形象思維為主，邏輯思維為輔。案例中出現的儀器學生并不熟悉，其中燒瓶、錐形瓶、長頸漏斗甚至是學生第一次接觸。對于陌生事物，就要求初三學生脫離具體儀器，對抽象的和表征性的材料（圖片）進行邏輯運演，實在是強人所難。

2.2 解決策略

2.2.1 借助具體儀器，促發具體運演

案例4 教師以四人為一組，每組分發兩套儀器，每套儀器包括燒瓶、試管、底部有破洞試管、錐形瓶、長頸漏斗、注射器、單孔橡皮塞、雙孔橡皮塞、彈簧夾、多孔塑料板、燒杯、集氣瓶、導管若干等，以及大理石、稀鹽酸等藥品。經過一段時間的動手操作、小組討論之后，小組代表匯報探究成果、展示作品，過程中不斷有同學補充、交流、評價，出現了不少創新設計……

本案例中，教師提供了豐富的實驗儀器。學生操作這些儀器，多次嘗試后，都能自主設計出合理的發生裝置。而生生交流、小組交流、班級交流，互通有無、取長補短，使思維的火花不斷迸發、碰撞，學生的實驗技能得到發展。

值得注意的是，借助具體事物，能作出一定程度的推理，但是這種運算還是有局限的。一方面還不具有足夠的形式化，脫離不了具體事物或形象的支持；另一方面，這種運算是孤立的、零散的，還不能形成有機系統。教師在教學中要適當點撥歸納，幫助學生由具體運演向形式運演發展。

2.2.2 運用事物發展規律，引發形式運演

案例5 教師先利用道家思想“道生一、一生二、二生三、三生萬物”闡明事物發展變化的規律，然后從原型開始，運用“反思不足→改進裝置”的邏輯運演模式，使裝置不斷變化，具體流程如圖4。

我們知道事物都遵循從簡單到復雜、從低級到高級的發展規律，如自然界從最原始的單細胞生物演化到高級智慧生物（人類）。從簡單到復雜并不是一蹴而就的，而要經歷從量變到質變的過程，即從簡單的原型開始，持續不斷地發生細微變化，最終發展為復雜的新事物。教師采用這一樸素的事物發展規律來設計教學，頗有新意。對于思維水平較高的學生群體，運用這種形式運演的方式教學，受益可能更大。

化學是一門以實驗為基礎的科學。對于實驗教學，應多點“做中學”，少些“講實驗”或“看實驗”，同時教師要多運用教育學、心理學規律來設計教學，在實驗中啟迪思維、發展能力，提高實驗教學的有效性。

參考文獻：

[1]張大均.教育心理學[M].北京：人民教育出版社，2004：142.

[2]張軍.實驗裝置氣密性的檢查[J].中學化學教學參考，2002，（12）：29.

[3][美] RobertJ.Sternberg.張厚粲譯注.教育心理學[M].北京：中國輕工業出版社，2003：42.