中考試題的命制對初中化學學科思想方法教學的啟示

孫成林+李焱

摘要：通過回顧并反思2016年河北中考理綜第35題的命題起因、命題立意和命題素材的選擇等，指出該題對于在教學中有效落實化學學科思想方法有較好的導向作用；并提出三點建議：更新教學理念，認識學科思想方法在學生學習過程中的價值作用；有效建構初中化學的學科思想方法體系；利用多種教學手段，促進學科思想方法在課堂教學中的有效落實。

關鍵詞：中考化學試題；命題思路；化學思想方法；教學研討；教學啟示

文章編號：1005–6629（2017）4–0083–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 試題及答案

1.1 試題

蔗糖是生活中常見的一種物質，某興趣小組對“蔗糖的組成”進行了探究。

[作出猜想]小組同學認為綠色植物通過光合作用將二氧化碳和水轉化成葡萄糖和氧氣，葡萄糖進一步轉化為蔗糖，故蔗糖中一定含有碳、氫元素，可能含有氧元素。

[實驗驗證]

方案一：小明將蔗糖在氧氣中燃燒，檢驗到生成物中有水和二氧化碳，得出結論“蔗糖是由碳、氫、氧三種元素組成的”。小剛認為該方案不合理，只能說明蔗糖中一定含有碳、氫元素，不能確定是否含有氧元素，理由是 。

方案二：小剛用如圖1所示裝置進行實驗。實驗開始先通入一會兒氮氣，然后關閉彈簧夾，點燃酒精燈給蔗糖加強熱。

（1）觀察到出現 ，說明蔗糖中含有氫元素和氧元素。

（2）觀察到硬質玻璃管中殘留有黑色固體，他猜測該黑色固體是單質碳，并繼續利用圖1所

寫出上述實驗過程中一個反應的化學方程式： 。

[實驗結論]蔗糖是由碳、氫、氧三種元素組成的。

[拓展交流]（1）方案二中，先通入一會兒氮氣的原因是 。

（2）查閱資料得知蔗糖的化學式為C12H22O11。小紅發現：蔗糖分子中氫原子數目是氧原子數目的2倍，但是，蔗糖中氧元素質量是氫元素質量的8倍。導致二者差別較大的原因是。

1.2 答案

（1）排除硬質玻璃管中的空氣（或防止氧氣參加反應）；（2）氧的相對原子質量比氫大

2 試題的命題過程

2.1 命題的起因

河北省2016年中考化學試題之所以命制了上述35題，是基于筆者在日常工作過程中觀察到的一個普遍現象和兩個教學事件。

2.1.1 一個普遍現象

石家莊市所有初中學校化學學科全部使用人教版教材，在多次聽課調研的過程中，發現初中化學教師在執教第4單元課題3“水的組成”時，多數都是單純地給學生傳授知識，教學的落點：一是氫氣的物理性質、化學性質（主要是其可燃性及燃燒時火焰的顏色）和點燃氫氣前驗純的方法，甚至有的教師還將氫氣的實驗室制法也加進來。二是電解水的裝置、兩極產物、兩極產物的檢驗方法，強調兩極產生氣體的2：1是體積比而不是質量比等知識。

2.1.2 兩個教學事件

[事件1]一位教師在執教人教版教材第4單元課題3“水的組成”時，在演示電解水的實驗時，教師提出如下問題：正極產生的氣體能使 復燃；負極產生的氣體能 ，火焰呈 色。

這一問題的提出，說明教師在實驗中檢驗正負兩極氣體時，負極用燃著的小木條，正極用帶火星的小木條。課下，筆者跟執教教師（包括該校化學組教師）進行了交流：

筆者：為什么檢驗兩極產物時，負極用燃著的小木條，正極用帶火星的小木條？

師：因為負極產生的是氫氣，正極產生的是氧氣啊。

筆者：學生知道嗎？學生在實驗中看到了什么？

師：學生看到兩極都有無色氣體，頂多能推斷一個極上是氫氣，則另一個極上是氧氣，但不能確定哪個極上是哪種氣體。

筆者：對呀，那書上用的什么方法呢？

師：好像用的都是燃著小木條？

筆者：你確認嗎？翻開書查閱一下。

師：就是都用的燃著小木條。但是，原來的教材上就是兩種木條。

筆者：你的意思是說教材修訂后內容變了，你用的還是舊教材上的方法。

師：嗯。

筆者：那我就有一個新的問題：教材修訂，這個內容為什么發生了變化？

師（跟本組其他老師略作討論后回答）：原來教材是個驗證性實驗，修訂后的教材屬于探究性實驗。

筆者（肯定了教師的認識，然后又問）：那可以都用帶火星的木條嗎？

師（脫口而出）：可以吧。

筆者：那教材上為什么不是“用帶火星的木條”呢？

師：這就不知道了。

筆者：回頭你們做一下實驗看看結果吧。

[事件2]在2015年的“河北省化學教師實驗操作技能競賽”活動中，有圖2所示的一道競賽題目。抽到該試題的教師中，有三分之一只知道“電解水”一種方法，不知道另外的第2種方法。可是在人教版九年級《化學》教材上冊第79頁第1自然段中就有“在很長的一段時間內，水曾經被看作是一種元素。直到18世紀末，人們通過對水的生成和分解實驗的研究，才最終認識了水的組成”的一段描述，明確指出了研究水的組成的兩種方法。

教師的上述表現，反映出在本課題的教學中，還有為數不少的教師沒有認識到本課題知識背后的學科方法，也沒有領悟本課題教學內容所承載著“研究物質組成”學科思想方法的教學價值。

2.2 命題的立意

用一種學生熟悉的物質，以探究該物質的組成元素為核心，考查學生（同時也是考查教師）對初中化學中“研究物質組成”學科思想方法體系的認識。

2.3 命題素材的選擇

2.3.1 物質的選擇

試題選擇了蔗糖作為研究載體，原因有：（1）蔗糖是生活中的一種常見物質，學生比較熟悉；（2）蔗糖在初中各版本教材中都多次出現，學生對其性質有多角度的認識；（3）蔗糖是六大營養素之一糖類中的一種，是一種碳氫化合物，受熱能分解，且具有可燃性。

2.3.2 研究方法的選擇

初中化學教材中對于“物質組成方法”的認識是一個螺旋上升的過程（以人教版教材為例）。具體如下：

●在上冊教材第1單元課題2的第12頁有“分別取一個干燥燒杯和一個用澄清石灰水潤濕內壁的燒杯，先后罩在火焰上方（教材中圖示略），仔細觀察燒杯壁上有什么現象發生。推測蠟燭燃燒后生成了什么物質”。

●上冊教材第2單元課題1的第26頁，拉瓦錫研究空氣組成的方法：金屬汞與氧氣反應生成氧化汞，氧化汞分解又生成金屬汞和氧氣。拉瓦錫的研究即是用化合與分解反應兩種方法說明氧化汞是由汞和氧兩種元素組成的。

●前文所述上冊教材第4單元課題3“水的組成”。

●上冊教材第7單元課題2的第139頁實驗7-4：（1）觀察甲烷的顏色、狀態。點燃從導管放出的甲烷，在火焰的上方罩一個冷而干燥的燒杯（教材中圖示略）。過一會兒，觀察燒杯壁上的現象。（2）迅速把燒杯倒過來，向燒杯內注入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現象。同時，在第147頁“練習與應用”中的第4題內容是：甲烷和乙醇的燃燒產物都是二氧化碳和水，是否可以由此證明甲烷和乙醇都是由碳元素和氫元素組成的碳氫化合物，為什么？

綜上所述，可以將初中化學內容中“研究物質組成”的方法概括為3種：

（1）化合法，即由兩種（或多種）反應物“化合”為待測物質，根據反應物的組成元素推測待測物質的組成元素。如氫氣與氧氣化合為水，則水一定是由氫和氧兩種元素組成的。

（2）分解法，即將待測物質分解為兩種（或多種）生成物，根據生成物的組成元素推測待測物質的組成元素。如電解水生成了氫氣和氧氣，說明水中一定含有氫、氧元素。

（3）燃燒法，即將待測物質在氧氣中燃燒，根據生成物的組成元素推測待測物質的組成元素。但是，燃燒法探究物質的組成時，就會受到空氣中氧元素的干擾，所以通過甲烷（或蠟燭）燃燒的產物水和二氧化碳只能說明甲烷（或蠟燭）中含有碳、氫元素，不能確定是否含有氧元素；如果要確定是否含有氧元素，則需要進一步進行定量實驗。

對于試題選擇的待測物蔗糖來說，實驗室條件下，難以合成蔗糖，故無法選用“化合法”；由于其可燃性，故可選用“燃燒法”，但只能確定其中的碳、氫元素，不能確定其中的氧元素；由于其受熱分解，故可選用“分解法”，但是在采用“分解法”時，則必須要隔絕空氣（氧氣）。采用什么方法來隔絕空氣（氧氣）呢？占空氣體積78%的氮氣，其最主要的性質就是穩定性，其主要用途之一就是用作保護氣，所以選擇了氮氣來排除裝置內的空氣。

2.3.3 實驗裝置的選擇

因研究蔗糖組成的方法選擇了分解法，而分解蔗糖時又選擇了氮氣排除裝置中的空氣（氧氣），故選擇了教材中一氧化碳還原氧化鐵的反應裝置作為該實驗的裝置。

2.3.4 探究過程的設計

本題核心是探究“蔗糖中是否一定含有碳、氫、氧三種元素”。

[實驗驗證]的方案一采用燃燒法。蔗糖燃燒生成二氧化碳和水，只能說明蔗糖中一定含有碳、氫兩種元素，不能說明是否含有氧元素；如若采用燃燒法證明蔗糖中是否含有氧元素，則需要進一步進行測定參加反應的蔗糖、氧氣和生成的二氧化碳和水的質量，然后通過計算來判斷。方案二采用分解法。通入氮氣排除反應體系中的空氣（氧氣），然后給蔗糖加強熱使蔗糖分解，其分解產物之一是水，在干冷的小燒杯（或玻璃導管）內觀察到有水霧出現；其分解產物之二是單質碳，所以觀察到硬質玻璃管中有黑色固體。為進一步證明黑色固體就是單質碳，要利用碳的還原性——在空氣（或氧氣）中的反應和碳與某些金屬氧化物（如氧化銅或氧化鐵）的反應，由于題目限定了使用原裝置和實驗現象“硬質玻璃管中的黑色固體劇烈燃燒，發出白光”，從而限定了只能選擇“碳在氧氣中燃燒，生成二氧化碳氣體，使石灰水變渾濁”的方案。

[拓展交流]則仍然圍繞著“物質的組成”，從理論上對物質的宏觀（元素）組成與微觀（原子）構成的質量關系進行深入討論。

3 對教學的啟示

雖然新課程實施以來，絕大多數教師頭腦中都有“不僅要關注知識，同時還應關注學習過程，重視學生的情感體驗”等類似理念。可是，在課堂教學中卻有如下情況：一是多數教師認為學科知識是“實”的，而學科思想方法是“虛”的，再加上課時緊張，所以學科思想方法也只是作為理念停留在頭腦中而已；二是為了體現三維目標而將學科思想方法作為教學目標之一，教師只是告知學生“什么什么學科思想方法”，再稍加解釋，而不是基于學科知識的探究幫助學生形成學科思想方法，更談不上建構學科思想方法體系了；三是雖能意識到學科思想方法的重要性，也清楚學科知識與思想方法之間的邏輯關系，但不知道如何構建學科思想方法體系，更不知道如何將學科思想方法有效地落實到課堂教學中[1]。基于上述現狀，我們提出如下幾點建議：

3.1 真正更新教學理念，認識學科思想方法在學生學習過程中的價值作用

愛因斯坦在《論教育》一書中有兩個重要觀點：一是被放在首要位置的永遠應該是獨立思考和判斷的總體能力的培養，而不是獲取特定知識；二是學校應該永遠以此為目標——學生離開學校時是一個和諧的人，而不是一個專家。物理學諾貝爾獎獲得者勞厄說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。教育無非是一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下的東西。[2]”那么，從化學教學的視角來看，當學生將具體的化學事實性知識都忘掉的時候，在他頭腦中“剩下的東西”是什么呢？應該是學生通過化學課程的學習所形成并根植于學生頭腦中的從化學的視角認識事物、解決問題的思想方法。

化學學科體系是由化學的學科知識、學科能力和學科思想方法構成的，其中學科思想方法是化學學科體系的靈魂[3]。化學學科思想方法是人們在認識化學的活動中運用科學方法的思想意識，是對化學本質、特征及價值的基本認識[4]。它雖不是具體的化學知識，但它是從具體化學知識中提煉形成的，它體現了化學的本質和價值。化學的許多知識都可在化學學科思想方法的框架下得以理解，同時化學學科思想方法引導著化學的發展，是指導人們去發現新物質、新規律的最鋒利武器。就學生學習化學的過程來看，化學學科思想方法為學習者提供了明確的指向和目標，它能使學生把握住學習化學的關鍵，也為學生理解和掌握化學的本質提供優化的途徑。所以在化學教學中也必須把化學學科思想方法作為化學教育的靈魂，把化學最精髓、最本質的思想通過精心的設計讓學生去領悟，這對學生形成化學學科思想方法、增強認識能力、掌握科學方法、提高科學素養無疑是非常有效的。

3.2 認真研究課程標準和教材，建構初中化學的學科思想方法體系

認識學科思想方法的價值作用，是真正形成新課程理念的前提，但只停留在口頭上是遠遠不夠的，還需要我們認真研究課程標準和教材內容，建構初中化學的學科思想方法，只有教師自己能清晰地建構學科思想方法體系，才能在教學中引領學生基于知識載體形成學科思想方法。

初中化學的學科知識中蘊含的主要學科思想方法有守恒思想、分類思想、宏微結合（或宏觀-微觀-符號三重表征）思想、結構-性質-用途關系、控制變量思想等。教師要立足于教材，整體把握化學學科思想方法體系，才能更好地引領學生進行學科思想方法的建構。比如分類思想的方法，在初中化學中就有充分的體現，教師應該通過研究課標和教材，首先在頭腦中建構如圖3所示的分類思想方法的體系，然后才有可能在不同的教學階段分層推進對分類思想方法的建構過程；假如教師自己的頭腦中都沒有這樣一個分類體系的話，那無論如何是不可能幫助學生建構這樣一個分類體系的，那學生對于分類思想方法的認識一定也就是膚淺的、碎片化的，當然也就不能很好地應用學科思想方法來解決實際問題。上文所述“探究物質組成的方法”實質上是“元素守恒思想”的實際應用而已，如果學生對守恒思想有較為透徹、清晰的理解，解決河北中考理綜35題的這一問題自然不是難事。

3.3 利用多種教學手段，促進學科思想方法在課堂教學中的有效落實

教師認識了學科思想方法的價值作用，并建構了學科思想方法體系還不夠，還需要運用有效的教學手段幫助學生在獲取知識的同時，形成學科思想方法，進而在復習課教學中通過整合形成學科思想方法體系。

3.3.1 用問題驅動促進學生對學科思想方法的理解

高水平問題是促進學生深度思維的有效手段之一。教師在學科知識的教學過程中，設計過程性或策略性等高水平問題，通過問題驅動引導學生運用學科思想方法解決學科知識問題，從而在學習過程中形成學科思想方法。圖4所示是聽課中遇到的一個案例：

教師提出的第一個問題“某氣體燃料在氧氣中燃燒，生成二氧化碳和水，猜想該氣體燃料的組成是什么？”，這是一個過程性問題，需要學生運用元素守恒思想進行推理得出結論；但當兩個學生的回答產生分歧后的三次師生問答則是低水平問題，甚至連知識性問題都算不上，學生在回答這三個問題的過程中沒有進行深刻思維，即便進行了深刻思維，教師也沒有給學生表達思維過程的機會。如果我們在兩個學生產生分歧后，教師用“兩位同學觀點的區別是什么，你同意哪位同學的觀點？請說明理由。”代替剛才的追問過程，就可以讓學生對如何運用元素守恒的思想方法來解決這個問題進行深入思考，自然也就促進了學生對元素守恒這一學科思想方法的理解和應用了。

3.3.2 用科學探究促進學生對學科思想方法的運用

化學學科思想方法有些可以通過問題討論建構，而有些則需要在實際應用中才能建構，比如控制變量是初中科學探究活動中常用的一種學科思想方法，以人教版教材內容為例，在實驗探究活動中運用了控制變量法的有：對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究（第一單元課題2）、分解過氧化氫制氧氣的反應中二氧化錳的作用（第二單元課題3）、用肥皂水區分硬水與軟水（第四單元課題2）、二氧化碳溶于水是否發生了化學變化（第六單元課題3）、燃燒條件的探究（第七單元課題1）、金屬活動性順序的探究（第八單元課題2）、鐵釘銹蝕條件的探究（第八單元課題3）和影響物質溶解性因素的探究（第九單元課題1）等。教師在教學過程中，如果能給學生提供親身參與科學探究的機會，讓學生自主設計實驗方案，而不是紙上談兵，學生將會更深刻地體會到在探究中運用控制變量的學科思想方法。

3.3.3 用思維導圖促進學生對學科思想方法體系的建構

思維導圖是將散亂的知識系統化的一種工具，教師可以使用思維導圖軟件，學生則可以手繪思維導圖，思維導圖的外在形式并不重要，重要的是其中所蘊含的知識之間的邏輯關系。初中化學的所有學科思想方法教育不是在一節課中能夠完成的，都是螺旋式上升分散在不同章節內容中的，所以在新授課教學中主要是通過問題驅動促進學生的理解、通過科學探究促進學生的應用，在復習課階段則應通過思維導圖建構成學科思想方法的體系（如上文圖3所示的分類體系），在構建學科思想方法體系的過程中既能幫助學生深刻領悟知識，還能幫助學生加深對學科思想方法的理解和應用。

參考文獻：

[1]化學學科思想方法在課堂教學中的滲透初探. 2010年中國教育學會化學專業委員會獲獎論文.網址http：//www. docin.com/p-581662538.html.

[2]王直華.喚醒讀者對科學的濃厚興趣[N].中國青年報，2010.12.29，（6）.

[3]楊森林.如何以化學學科思想為靈魂進行課堂教學設計——以蘇教版《化學1》專題3“鐵銅及其化合物的應用”為例[J].快樂閱讀，2013，（3）：72～73.

[4]周存軍.談中學化學學科思想和方法的培養[J].現代教育科學（普教研究），2009，（3）：101～102.