初中科學實驗教學中的“問題鏈”設計與分析
——以“金屬的化學性質”為例

胡國強

(上海外國語大學附屬浙江宏達學校 浙江嘉興 314400)

隨著學科核心素養概念的提出，初中科學教學已經從科學知識為主的教學，轉為以科學知識為載體的科學思維教學。教師的教學任務是通過教學設計，將科學思維訓練貫穿在科學課堂中。特別是在科學實驗探究教學中，要滲透科學思維的教學[1]。

本文以“金屬的化學性質”教學為例，分析教學設計過程中如何通過問題鏈的設計，挖掘不同知識版塊之間的聯系，提升課堂思維含量，推動學生圍繞問題鏈積極思考，提升思維高度，實現教學目標。

一、看讀教材，梳理實驗教學中的知識結構

“金屬的化學性質”通過金屬與氧氣、酸等物質的反應實驗，歸納得出金屬的化學性質，這是一節典型的以實驗教學為載體的科學課。“金屬的化學性質”知識版塊清晰，包括三組實驗：1.通過金屬與氧氣的反應；2.通過金屬與酸的反應；3.通過金屬與鹽溶液的反應。通過三組實驗，總結出金屬活動性順序。

在分析教材的過程中，我發現了兩個問題：一是三個實驗版塊之間聯系不明顯；二是教材在設計探究“比較鐵與銅、銅與銀的化學活動性”時，提出了一個比較“突兀”的假設：一種活動性較強的金屬能將另一種活動性較弱的金屬從它的鹽溶液里置換出來。實際上，學生尚未接觸金屬與鹽的反應，根據已有知識，無法建立和理解教材的假設。

二、分析教材，挖掘實驗教學中的科學方法

從常規的科學實驗教學方法看，“金屬的化學性質”按“實驗—現象—結論”的過程開展即可。從思維教學的角度看，缺乏教學的深度。如何找到不同實驗版塊之間的聯系，進而將實驗教學提升到思維教學的高度呢？

研究教材發現，金屬活動順序就是對金屬活潑性進行排序。那么，在金屬與氧氣反應的現象中，能否得出相關金屬的活動性排序呢？比如，鎂帶能在空氣中燃燒，而銅絲加熱不能點燃，只能生成氧化物，說明鎂比銅活潑。進一步推理，金屬鐵不能在空氣中燃燒，但能在空氣中氧化生銹，說明鐵比鎂不活潑，比銅活潑。在金屬與酸的互相作用現象中，也有類似的科學思維：鎂帶與酸反應劇烈，鋅與酸反應較劇烈，銅與酸不能反應置換出氫氣，由此可以得出鎂的活潑性大于鋅，鋅的活潑性大于銅[2]。

通過分析，對教材中三組實驗的設計目的更加清晰，看似獨立的三個實驗版塊之間有了科學方法上的統一性：歸納法、演繹法與科學推理。通過金屬與氧氣、金屬與酸的反應實驗歸納金屬的活潑性大小，從而推理出金屬與金屬鹽溶液反應中的活潑性差異，為金屬活動性順序做好鋪墊。三組實驗呈階梯式遞進，科學思維環環相扣、層層深入。

三、建構教材，設計實驗教學中的問題鏈

通過看讀教材，分析教材，對“金屬的化學性質”內容有了更深的理解。備課的重點從備實驗過程上升到備科學思維發生的過程。為了解決上文中提到的實驗版塊聯系不明顯、探究假設突兀的問題，教師要圍繞教學目標，設計具有一定情境性、符合學生思維水平的問題鏈[3]。

（一）問題鏈的設計

問題鏈的設計要有邏輯性和遞進性，借助一環一環的問題鏈，推進學生的探究逐步深入，直到達成預設的教學目的。基于對教材的的理解，可以重新建構教材，以達到問題鏈設計的流暢性。

問1：金屬鎂可以在氧氣中劇烈燃燒生成氧化物，金屬銅加熱不能燃燒，也生成了氧化物，說明金屬鎂和銅化學性質的活潑性有什么差異？

問2：鐵絲在氧氣中可以燃燒，在空氣中不能燃燒，但在常溫下可以與氧氣等物質生成氧化鐵，請推測出鐵、鎂、銅的活潑性強弱。

問3：我們知道金屬鋅在空氣中不容易被腐蝕，銅也不容易被氧化，那么鋅和銅活潑性如何比較？（學生可能不知）

問4：我們知道酸與金屬反應產生氫氣，根據金屬與氧氣的反應，你能想到其他判斷金屬活潑性的方法嗎？

問5：通過金屬與酸的反應，也能夠判斷金屬的活潑性強弱。但是，銅和銀都不能和酸置換出氫氣，如何比較銅和銀的活動性強弱？

（實驗：鐵絲與硫酸銅溶液反應，鐵絲表面產生了紅色的銅。）

問6：通過鐵、銅分別與氧氣和酸的反應，我們知道鐵的活潑性比銅強，在科學上，金屬的活潑性可以用金屬的活動性順序來表示。根據這個反應方程式Fe+CuSO=FeSO+Cu，你可以得出什么結論？

通過學生回答，引導糾正，得出一種活動性較強的金屬能將另一種活動性較弱的金屬從它的鹽溶液里置換出來。

問7：根據這個結論，你能否設計實驗比較銅和銀的活動性強弱？

學生：將銅絲放入硝酸銀溶液中；將銀絲放入硝酸銅溶液中。

教師演示實驗，得出金屬活動性由大到小為鐵、銅、銀。

問8：在本節課中，我們掌握了三種可以比較金屬活動性順序的方法，你覺得哪種方法最好，為什么？

（二）問題鏈的分析

在這個案例的問題鏈設計中，問題之間存在邏輯關系，并具有不同的設問功能。問題1直截了當地將金屬與氧氣的反應與金屬的活潑性聯系在一起，將學生的思維迅速引入問題鏈的預設；問題3是實驗組間的過渡，設置了一定的困惑，激起學生的思考熱情，并引出了問題4；問題5再次設置了思維障礙，進一步激發了學生的探究欲望，引出鐵與硫酸銅反應演示實驗；問題6根據實驗現象，重新建構了教材中的探究過程，略過假設環節，直接根據實驗現象推導出初步的結論，更符合學生的思維能力；問題8作為問題鏈的“終問”，將前面7個問題中涉及的知識和方法進行了總結，通過對比分析并闡述理由，進一步提升學生評價、辨析的科學思維能力。

可見，科學實驗教學中，問題鏈需要根據教學內容、學生思維水平進行設計，問題的指向明確，功能清晰。科學教材內容具有科學知識和思維的內在聯系，這需要我們從科學思維、科學方法的角度，根據實驗方案、現象、結論、應用，設計有利于學生思維生成和提升的問題鏈，在思考、表達、評價、糾正過程中，不斷將科學思維教學融入科學學習，從而提升學生的科學核心素養。