学科大概念： 撬动初中化学实验复习的支点

柏品良 邵春雷

摘要： 初中化学实验复习课中常常注重“温故”，缺少“知新”；注重实验知识和技能复习，忽视了对实验内容的整体把握与化学学科核心素养的提升。需要发挥大概念的统摄作用，从结构化实验复习的内容、建构问题解决的一般方法、设计实验探究活动、赋予基础实验新的内涵等方面进行矫正。

关键词： 学科大概念； 初中化学； 实验教学； 复习课

文章编号： 10056629（2022）10002904

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

笔者通过大量的初中化学课堂教学现场观察，发现不少教师迫于升学压力，在实验复习的认识和实施上存在误区，亟待思想厘清、方法指导和实践引领。

1 误区点击

1.1 复习方法，温故有余知新不足

一些教师在化学实验复习课中特别注重“温故”： 或播放实验视频，再现“实验全景”；或通过设计学案，以习题的方式让学生回忆与分析实验现象、实验步骤和注意事项等。总的来说，整个教学进程缺少“知新”的意味，化学学科核心素养未能在复习这一过程中得到进一步的提升。

1.2 复习内容，知识为主实验的系统性不足

一些教师在化学实验复习课中常常被知识内容牵着“走”，缺乏对实验与知识的有机融合的自觉，忽视了对实验内容的系统设计与整体把握。

1.3 复习过程，理论为主探究不足

一些教师在化学实验复习课中过度注重实验知识和技能复习，忽视了科学探究的综合运用；过度注重严谨的实验设计与分析，忽视了科学态度和精神的培养，缺少趣味性和生活味。

2 矫正路径

《义务教育化学课程标准（2022年版）》倡导“教师应注重基于大概念来组织单元教学内容，发挥大概念的统摄作用”［1］。大概念是指反映学科本质及其特殊性的、构成学科框架的概念［2］。宋心琦先生提出的“化学实验体系三要素”［3］揭示了化学实验原理、装置、操作等要素及其相互关系，是统领具体实验内容的化学思想方法，是关于化学实验的学科大概念（以下简称化学实验大概念）［4］。在实验复习中要以化学实验的学科大概念为核心，紧紧围绕“原理、装置、操作、现象、结论”，重组复习单元，帮助学生构建学科知识体系，深化对实验的理解与内化，促进实验的迁移与运用，提升化学综合素养。

2.1 以化学实验大概念为中心，结构化实验复习的内容

大概念是学科知识体系的细胞核，是最具活性和生长性最强的一种知识类型，是其他知识得以生发与依附的主根［5］。实验复习要从学生学习需要出发，以学科大概念为中心，打破教科书原有顺序的限制，对实验内容进行整合优化，促进学生学习内容的结构化、系统性构建，实现从化学实验知识向学科核心素养的转化。

2.1.1 基于知识关联，对实验内容进行结构化处理

初中化学教科书（人教版，下同）中涉及的化学仪器约有30多种，按照使用范围，对仪器进行结构化分类（如图1），帮助学生对化学实验仪器有一个整体把握，并根据实验的需求，选择适合的仪器组装实验装置，如实验室制取二氧化碳气体时可选用试管（第一单元课题1图13“石灰石与盐酸反应”）、锥形瓶（第六单元课题2图612“实验室制取二氧化碳的一种装置”）、平底烧瓶（第六单元课题2“探究 实验室制取二氧化碳的装置”）做反应容器。

2.1.2 基于认识思路，对实验内容进行结构化处理

如以“物质的性质”的学习思路为基础，将教科书不同章节中的有关氧气化学性质的实验进行重组（如图2），一是帮助学生建立氧气与金属、非金属及其他物质反应的知识体系（反应原理），进而认识燃烧的本质是可燃物的化学反应［6］（初中阶段主要是可燃物与氧气的化学反应）；二是引导学生根据实验操作（可燃性气体点燃前检验其纯度、粉尘爆炸等）和实验现象（物质在氧气及空气中燃烧现象的不同），初步认识“反应物之间的接触面积、反应物的浓度对化学反应的影响”，同时培养学生的安全意识。

2.1.3 基于核心观念（原理），对实验内容进行结构化处理

某些知识（如物理原理等）是理解化学知识、解决化学问题的重要工具，隐含于初中化学知识体系中，该类教学内容宜采用分类整合的方法明晰相关原理和方法运用的场景［7］。如“装置气密性检查”“气体体积测量”“防止水槽中的水倒吸”等实验操作中都隐含“压强”原理，在复习过程中，可以“化学实验中的压强原理”为专题，以学科大概念的视角，把分散在整个初中化学中有关压强的实验进行整合（如图3），引导学生思考： （1）怎样形成一个封闭体系（装置）？（2）通过改变什么条件（如气体量的增减、温度的升降等）来改变体系的压强（原理）？（3）压强的变化引起气体或液体怎样流动？（4）观察到了什么现象？反之，根据观察到的实验现象，判断体系中压强的变化以及引起这种变化的原因。使学生整体理解、把握压强对装置气密性检查、气體体积测量、防止水槽中的水倒吸等实验的影响。

2.2 以化学实验大概念为纲领，建构问题解决的一般方法

大概念是一种学科思维方式、学科思想方法［8］。实验复习要依据实验内容的相似性，重组复习单元，紧紧围绕“原理、装置、操作、现象、结论”，帮助学生建构解决问题的一般思路和方法，进而运用这些思路和方法去解决实际问题。

如将处于教科书中不同章节的实验室制取氧气、实验室制取二氧化碳的内容进行系统考虑而整合成单元，从原理、装置、验证和操作的角度认识实验室是如何制取氧气和二氧化碳的，促进学生形成实验室制取气体的一般思路和方法，即： （1）依据反应速率适中和气体物质易获得等选择制取气体的化学反应原理，即选择什么药品、通过什么反应、在怎样的实验条件下（如是否需要加热、使用催化剂等）来制取气体；（2）依据反应物的状态和反应条件等确定制取气体时应采用的气体发生装置；（3）依据气体的性质确定收集装置；（4）依据气体一些特性来验证所制得的气体；（5）实验操作步骤及注意点。在此基础上去思考“实验室如何制取氢气”，把分散在教科书中不同章节的相关氢气的内容（第七单元课题2图740“实验室制取氢气的简易装置”、第四单元课题3图423“氢气的检验”和实验45“氢气在空气里燃烧”等）结构化（如图4）。这样，学生习得的不仅是具体的知识点，更是结构化的知识以及解决这类问题的思路与方法［9］。

对标中考对学生的能力要求，有关气体制取的实验教学，还涉及一些对装置的拓展，如使用分液漏斗和用多孔隔板的气体发生装置、气体净化装置、尾气处理装置（第八单元课题3图820“一氧化碳还原氧化铁”中就有尾气吸收的装置）等，也可融入到这个范畴内整体处理。

2.3 以化学实验大概念为主线，设计实验探究活动

大概念是学生认识世界的一种“眼光”“心态”“尺度”［10］。要以学科大概念为主线、以问题解决为主要形式，开展一些实验探究活动，引导学生自主探究，使化学实验知识的复习、科学探究能力的形成与化学学科核心素养的发展有机结合起来［11］。如复习过程中，学生会有这样的困惑： 在“实验室制取二氧化碳”时使用稀盐酸而不用浓盐酸或稀硫酸，使用石灰石颗粒而不用碳酸钙或碳酸钠粉末；而在“灭火器原理”实验中却是使用浓盐酸而不用稀盐酸，使用碳酸钠而不用石灰石。据此可依据问题设计一个“冒泡”对比实验［12］（如图5），通过实验现象分析来理解反应原理。（1）通过对比A和B、A和C的冒泡剧烈情况，得知颗粒大小不同造成的差别，而A中反应平稳、速率适中，所以在制取二氧化碳用石灰石颗粒而不用碳酸钙或碳酸钠粉末，而在模拟灭火器中却是产生大量气泡越快越好，当然是选用浓盐酸和碳酸钠比较好；（2）通过比较A和D的冒泡情况，D开始时石灰石表面迅速冒出气泡，渐渐会停止产生气泡，而A中石灰石表面冒气泡是持续不断的，所以，用稀盐酸而不用稀硫酸；（3）E中注入的是浓盐酸，产生大量白雾，让学生明白这样会造成制得的二氧化碳不纯，所以不用浓盐酸制取二氧化碳。

又如“实验室里常用澄清石灰水检验二氧化碳，而一般用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳”这个问题，可以让学生通过查阅氢氧化钙和氢氧化钠在常温下（20℃）的溶解度，计算理论上这两种物质的饱和溶液吸收二氧化碳能力的差异，也可以通过“问题—实验探究—现象分析—结论”的认识思路，设计探究实验，层层递进，让学生在完成任务、经历活动的过程中实现问题的解决与学科核心素养的发展。

2.4 以化学实验大概念为导向，赋予基础实验新的内涵

大概念是美国教育心理学家奥苏伯尔所说的上位知识，其抽象性、概括性、包容性最高，解释力最强［13］。要以化学实验大概念为导向，充分挖掘教科书中“基础实验”（“演示实验”“探究”和“实验活动”等）的学科价值，以“化学实验体系三要素”为框架赋予新的内涵。如第二单元课题1实验21“测定空气里氧气的含量”，仿照科学家拉瓦锡测定空气成分实验，采用红磷燃烧法测定空气中氧气含量，初步体会实验研究气体混合物组成的思路与方法。这是初中化学中第一个带有半定量性质的实验，在复习时，要侧重于从“原理、装置、操作、现象、结论”等角度，分析拉瓦锡测定空气成分的实验，进一步认识“红磷燃烧测定空气里氧气的含量实验”，体会科学家严谨的科学研究态度［14］。又如实验活动5“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”，是初中化学中为数不多的定量实验，这是8个必做实验中唯一的一个使用多种定量仪器（托盘天平、量筒）的实验，重在基本操作的规范性和培养严谨细致的科学精神与习惯［15］。如有可能，可以把它与实验活动8“粗盐中难溶性杂质的去除”实验安排在一起复习（在沪教版教科书中就将“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”和“粗盐的初步提纯”两个实验安排在同一章）。

总之，初中化学实验复习不仅要充分发挥复习课的功能，更应凸显学科思想，发挥大概念的统摄作用，融合知识内容、实验内容、操作技能和学科核心素养，重构初中化学实验复习一般方法，提高实验复习的质效，促进学生学科核心素养的发展。这样的教学需要教师转变教学观念，立足于学科整体视野，理解核心素养下的知识属性，并具有相应的课程开发和实施能力［16］。

参考文献：

［1］［6］中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2022版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2022.

［2］［5］［8］［10］［13］余文森. 论学科核心素养形成的机制［J］. 课程·教材·教法， 2018， （1）： 5.

［3］宋心琦. 化学实验教学改革建议之一［J］. 化学教学， 2012， （1）： 3～4.

［4］［9］［14］何彩霞.学科大概念与化学实验单元教学［J］.基础教育课程，2019，（9）：2632.

［7］经志俊.基于教学内容结构化的教学主张［J］.化学教学，2019，（10）：2832.

［11］中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［12］胡绮妙.例谈初中化学趣味实验的设计及应用［J］.化学教學，2015，（6）：5659.

［15］宋心琦.化学实验教学改革建议之三［J］.化学教学，2012，（7）：4.

［16］杨玉琴，赵华.核心素养视域下的初中化学专题复习课教学策略［J］.化学教学，2018，（6）：47.