指向高阶思维能力培养的基础实验复习课教学

许乃义 肖红梅

摘要：以复习“实验室制备CO2”为例，从反应原理、气体成分、废液处理等角度，培养学生分析、综合、评价等高阶思维能力。旨在引导教师复习基础实验时，充分发挥其教学过程的“主导”地位，设计高阶学习活动，培养学生创新能力、问题解决能力、批判思维能力。

关键词：高阶思维能力;化学实验;分析;综合;评价

文章编号：1008-0546（2022）06-0062-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.013

一、问题的提出

思维是人脑对外部客观世界对象的能动的和具有创造性的观念反映。化学思维属于一种特殊的思维方法，是指在化学知识的掌握过程中，逐步形成的关于物质组成、结构、性质、变化的概念、定律、原理等来间接、概括地反映化学事物、独具特色的一类思维活动。

化学高阶思维是指学生围绕具有挑战性和劣构性的化学问题，从宏微结合、变化守恒的视角，借助于化学实验、化学语言和化学模型，运用证据推理、分析、归纳、抽象和评价等方法，获得结构化的化学核心知识.原理、养成创新精神和实践能力的过程中形成的高水平心智活动[1]。

实验教学对于培养学生化学思维能力的重要性不言而喻，2011年版《义务教育化学课程标准》明确提出了8个学生必须完成的基础实验，在进行新授课教学时，大多数老师均能按照教材上相关实验的“实验过程”，指导学生独立完成实验，但在复习这8个基础实验时，老师们往往采取视频回放或讲练习题的方式组织教学，这样的复习课教学，学生的思维能力往往还停留在原有水平基础之上。一次题为“‘实验室制备CO：’专题复习”的市级公开教学上，在市教研员的精心指导下，笔者紧紧围绕反应原理、气体成分、废液处理等教学环节，精心设计了指向培养学生化学高阶思维的教学，现将本节课的教学主要环节进行整理分析，以饗读者。

二、教学主要环节及设计意图

1.反应原理再归纳

问题1：我们知道，实验室常用石灰石与稀盐酸反应来制取CO2。请各组回忆一下，能生成CO2的反应还有哪些？

师：将学生分成五个小组，分别为化合反应组、分解反应组、置换反应组、复分解反应组、非基本反应类型组。

分解反应组：写出相应化学反应方程式并进行评价和归纳，如图1。

其他组记录略。

设计意图：从反应的基本类型的角度书写相关反应化学方程式，通过小组间互动交流，达成知识共享，再通过过滤、筛选、加工、整理和组合，归纳出实验室制取气体在考虑反应原理时，要综合考虑反应条件、原料来源、气体纯度、便于收集等因素，培养学生思维的有序性和完整性，形成“变化守恒”的化学高阶思维能力。

问题2：为什么不用稀硫酸与块状石灰石反应制取CO2？如果用稀硫酸与粉末状的石灰石反应，结果如何呢？

师：提供实验仪器、相同浓度的稀盐酸，不同浓度的稀硫酸、颗粒大小基本一致的块状石灰石、粉状石灰石等。

生：每小组按如图2所示（每组装置乙中所用稀硫酸浓度与其他组不同），分工完成实验，记录装置甲中实验现象，比较乙、丙装置长玻璃管内红墨水上升的速度快慢。

师：根据各组汇报结果，将相关实验现象汇总整理，如表1。

小结：由于生成的CaSO4微溶于水，使得块状石灰石和稀硫酸的反应不能持续反应，但如果控制好稀硫酸的浓度，可用稀硫酸与粉末状的石灰石反应制备CO2。

设计意图：复习实验室制取CO2的实验基本操作，通过各组实验的对比分析，得出影响反应速度的因素有酸的浓度、固体形状等。通过“实证”，说明一定浓度的稀硫酸和粉状石灰石也可以用来制取CO2，培养学生的创新能力和批判思维能力。

2.气体成分再分析

问题1：在用澄清石灰水检验CO2气体时，没有看到澄清石灰水变浑浊，这是为什么呢？

师：提供实验仪器及相关药品：久置的石灰水、新制的石灰水、不同浓度的盐酸、块状石灰石等。将学生分为三个大组：A组（正常现象组）、B组（久置的石灰水组）、C组（高浓度盐酸组），其中A组分两个小组，编号为A1、A2。

生：各小组按实验桌上教师提供的仪器和药品，进行检验C02的“第一次实验”，并记录实验现象。在老师的指导下，B组和A1组将所用的“澄清石灰水”对换一下，C组和A2两组将所用的“澄清石灰水”对换一下，进行检验CO2的“第二次实验”，并记录实验现象。实验现象记录见图3。

小结：通过A1组和B组的二次实验对比，说明第一次实验中B组所用的“澄清石灰水”已变质;通过A2组和C组的二次实验对比，说明第一次实验中C组所用的“稀盐酸”浓度可能太高，导致生成的中CO2中混有HCl气体。

设计意图：通过解决“劣构性”的实际问题，培养学生批判思维能力。化学高阶思维能力的培养一定要以挑战性或解决劣构性的化学问题为主旨[2]。教师发挥主导地位，设计劣构性的化学实验，学生自主实验，通过“实证”和“推理”，对实验现象做出合理判断，培养学生的批判思维能力和问题求解能力等高阶思维能力。

问题2：如何检验CO2中可能混有HCl和H2O？

师：指导学生完成实验。

生：理论分析：盐酸具有挥发性，CO2中可能混有HCl;CO2从溶液中逸出，CO2中可能混有H2O。 设计方案：用无水硫酸铜检验H2O;用硝酸酸化的硝酸银溶液或pH计等检验HCl气体。

实验过程：A组：将生成的CO2气体通过无水硫酸铜。B组：将生成的CO2气体通过硝酸酸化的硝酸银溶液。C组：将生成的CO2气体通过水中一段时间，用pH计测量所得溶液的pH。D组：将气体依次通过无水硫酸铜、硝酸酸化的硝酸银溶液。E组：将气体依次通过硝酸酸化的硝酸银溶液、无水硫酸铜。实验记录见图4。

小结：通过回顾雨水为什么呈酸性、什么样的雨水是酸雨等问题，学生对C组实验的原理有了进一步的认识。通过D和E的方案对比，总结出证明气体成分中有H2O时，H2O应优先于其他成分先证明。综合多种因素，认为D组方案最优。

设计意图：分析、综合、评价是高阶思维的三个维度。在教师的引导下，学生通过理论分析杂质成分，并在对各组方案的评价基础上，形成解决此类问题的一般思路，培养学生思维的有序性。通过对C组实验方案的分析和评价，“认识定量研究对于化学科学发展的重大作用”[3]，逐步形成用定性和定量两个手段解决实际化学问题的思维方式。

3.废液处理再评价

问题1：“澄清的滤液”中含有哪些溶质？

师：引导学生将图2丙组实验中块状石灰石与盐酸反应后的产生的“废物”，按如图5所示进行处理，并提出问题：“澄清的滤液”中含有哪些溶质？

生：根据书写化学方程式，得出“澄清的滤液”中一定含有氯化钙，再依据质量守恒定律，得出“澄清的滤液”可能含有HCl。

师：如何检验“澄清的滤液”是否含有HCl？根据学生需要的药品，将学生分为酸碱指示剂组、活泼金属组、金属氧化物组、碱组、碳酸盐组。

生：每组进行实验验证并汇报各组实验时的实验现象。

小结：分析反应后溶液中溶质的成分時，首先根据化学方程式判断一定含有可溶性的生成物，再根据参加反应的物质量之间的定量关系，判断可能存在可溶性反应物。实验方案的本质是利用HCl溶液呈酸性，而CaCl2溶液呈中性。

设计意图：学生围绕具有真实情境的化学问题，从“变化及守恒”的视角分析“澄清的滤液”中溶质的成分，逐步养成使用化学思维解决问题的自觉性。借助设计实验方案，验证“澄清的滤液”是否含有HCl？从而“不自觉”地再一次构建了“酸的通性”学习模型。学生在实验的同时，也完成假设、推理、判断、论证等思维过程。

问题2：如何除去“澄清的滤液”中含有的HCl？

师：引导学生对“澄清的滤液”中含有的HCl对环境可能造成的影响进行评价。指导学生通过设计实验方案除去“澄清的滤液”中含有的HCl，并使除杂后所得溶液中溶质只有氯化钙，对方案的可行性进行综合性评价。

生：从对土壤及河流的危害等角度评价HCl对环境的影响。各组设计实验方案，并列出清单，希望老师能提供药品完成实验。

师：根据各组列出的清单，引导学生对各组设计的实验方案进行评价，形成“溶液中的除杂问题”这一特定题型的解题思路。

生：修订和完善各组的实验方案。总结出“溶液中的除杂问题”一般原则：（1）不增，即不增加新的可溶性杂质;（2）不减，即不减少目标物质的量;（3）易分，易从除去杂质后的混合物中分离出目标物质。通过讨论为什么不用“钙”来除去HCl，总结出对“溶液中的除杂问题”方案进行评价时，还要综合考虑原料来源、经济价值等因素。

师：在学生修订和完善各组的实验方案的基础上提供相关药品。

生：完成实验。

设计意图：在解决实际问题的实践中形成人的思维结构。学生修订和完善实验方案的过程，就是对主体信息进行过滤、筛选、加工、整理和组合客体信息的过程[3]。总结“溶液中的除杂问题”一般原则的过程，学生思维从“无序”变得“有序”。教师发挥“主导”地位，组织学生讨论“为什么不用‘钙’来除去HCl”的过程，旨在引导学生主动寻求与他人的合作，汲取他人的知识和思维模式，从而提高自己的思维能力。

三、结语

基础实验是创新实验的基础，是培养学生高阶思维的源泉，在课本原有实验的基础上进行适度挖掘、再度创造，同样能使复习课的实验教学精彩纷呈[4]。教师在组织复习基础实验时，可借助学生已有实验基础，再引导对该实验派生出来的相关实际问题进行分析、综合、评价，培养学生的高阶思维能力。高阶思维能力的的养成需要高阶学习活动予以支持，高阶学习是一种以学生为中心，开展问题求解的学习活动，是一种形成知识共享、互动合作的学习方式。每个基础实验能派生出哪些高阶学习活动？这需要教师充分