凸顯學(xué)科觀念 突出科學(xué)思維——以“二氧化碳制取的研究（第1課時）”教學(xué)為例

何春峰

（海安鎮(zhèn)隆政初級中學(xué) 江蘇 海安 226600）

人教版九年級化學(xué)教材上冊第六單元課題2編排了“二氧化碳制取的研究［1］”，其中具體內(nèi)容是實驗室制取CO2的化學(xué)反應(yīng)原理、實驗裝置以及實驗室制取氣體的一般思路和方法。筆者從實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大多教師雖然能在1課時內(nèi)完成上述三部分教學(xué)內(nèi)容，但他們從不安排學(xué)生實驗活動，就連演示實驗也是“來去匆匆”，課中總在不斷給出相應(yīng)化學(xué)知識，很少顧及學(xué)生“學(xué)”的過程。如此大容量的課堂，從“學(xué)”上看，學(xué)生基本是在被動地、急切地接受著知識，吃著不利于消化的 “夾生飯”，鮮有的思維活動都較為簡單、淺薄，參與深度學(xué)習(xí)的人數(shù)極少，課堂缺乏生命活力；從“教”上看，與“灌香腸”極為相似，不但沒有很好地幫助學(xué)生解決“為什么選用稀鹽酸與大理石（或石灰石）反應(yīng)來制取CO2？”等重要問題，而且未能突出教材所編“實驗裝置的探究”等重點內(nèi)容，弱化了學(xué)生對“學(xué)科觀念”的建構(gòu)，削減了訓(xùn)練學(xué)生的“科學(xué)思維”，課堂教學(xué)思想?yún)T乏。上述化學(xué)教學(xué)的課堂實際情況提醒我們：教師需要精編課時教學(xué)內(nèi)容總量，要在“引導(dǎo)和啟迪”上多多發(fā)力，才有利于激發(fā)學(xué)生積極主動參與到學(xué)習(xí)化學(xué)的思考與實踐中來，也才有利于幫助他們實現(xiàn)化學(xué)觀念的形成和思維品質(zhì)的提升，“急于求成”要不得?；诖?，筆者將本課題的教學(xué)內(nèi)容分為2個學(xué)時，第1課時內(nèi)完成“反應(yīng)原理（包括認知生成CO2的化學(xué)反應(yīng)和選取制取CO2的藥品）”，把學(xué)生心靈深處的疑問加以有效解決，也為“引導(dǎo)學(xué)生形成化學(xué)的基本觀念、啟迪學(xué)生的科學(xué)思維［2］”創(chuàng)設(shè)了充裕的時間，這樣可在第2課時內(nèi)把教材所編的重點內(nèi)容更為深入地完成?，F(xiàn)將第1課時的具體教學(xué)過程作如下展示。

一、教學(xué)過程

學(xué)習(xí)活動㈠：認知生成CO2的反應(yīng)

板演1：寫出實驗室制取O2的反應(yīng)原理（3個分解反應(yīng)的化學(xué)方程式）。

問題1：從組成元素上看，為什么分解KClO3、H2O2或 KMnO4都能生成O2？

問題2：若制取CO2，反應(yīng)物必須能提供哪些元素？

板演2：CO2中C、O可以由2種反應(yīng)物分別提供（如，圖1），寫出一些有CO2生成的其他化學(xué)反應(yīng)。

圖1

問題3：哪些類別的物質(zhì)之間進行反應(yīng)，可能會生成CO2？

板演2：寫出可以單獨提供C、O給CO2的一些物質(zhì)的化學(xué)式，思考其中都含有哪種原子團？

問題4：通過哪些方法可以使上述含有CO32-的物質(zhì)中C、O原子重新結(jié)合成CO2？

問題 5：在“C25H32+O2、C+O2、C+CuO、CaCO3（高溫分解）、CaCO3+HCl和 Na2CO3+HCl”6 個反應(yīng)中，哪些反應(yīng)適合實驗室制取CO2呢？請分別加以解釋說明。

此教學(xué)版塊著重引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)元素觀以及啟迪學(xué)生進行了歸納與類比思維。第一，以學(xué)生板演的三個制取O2的化學(xué)反應(yīng)方程式為學(xué)習(xí)“支架”，借問題1啟迪他們通過歸納思維獲得了“KClO3、H2O2和KMnO4的組成中都含有O，所以可以用來制取O2”，據(jù)此以問題2為載體啟迪他們通過類比思維得出了 “制取CO2的反應(yīng)物中必須含有C、O”。第二，以圖1反應(yīng)為例引導(dǎo)學(xué)生書寫并選出了 “C分別與O2和CuO發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式”之后，以問題3為載體啟迪他們通過歸納思維得出了 “含C化合物+O單質(zhì)、C單質(zhì)+O單質(zhì)和C單質(zhì)+含O化合物等類別的物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)均可能生成CO2”以及誘導(dǎo)學(xué)生甲交流了“CO2中的C、O還可以由1種反應(yīng)物單獨提供”的想法，從而使他們順利步入了板演出化學(xué)式 （CaCO3、Na2CO3等）和調(diào)出了CO32-。第三，筆者依次展示了石灰石粉末、塊狀石灰石和Na2CO3粉末樣品并解析了其組成，使學(xué)生對樣品有了簡單認識，從而為后續(xù)教學(xué)活動的開展做好了鋪墊。第四，在問題4的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)過回憶、思考、交流等學(xué)習(xí)活動調(diào)出了“高溫條件可使Ca-CO3中的C、O原子重新結(jié)合成CO2、鹽酸也可使Ca-CO3或 Na2CO3中 C、O原子重新結(jié)合成 CO2”，之后筆者對“CaCO3和Na2CO3與鹽酸的反應(yīng)基本歷程（教材內(nèi)容）”進行了具體解釋，幫助他們認知了“碳酸鹽與鹽酸的反應(yīng)實質(zhì)”。最后，依托問題5啟迪學(xué)生進行了多向思維，促成他們從反應(yīng)條件、生成CO2的純度等理論角度認同了“實驗室選用CaCO3或Na2CO3與鹽酸反應(yīng)制取CO2相對較好”。這樣，課堂教學(xué)內(nèi)容就自然流暢地引渡到實踐角度的 “選取制取CO2的藥品”。

學(xué)習(xí)活動㈡：選擇制取CO2的藥品

閱讀資料：Na2CO3粉末、CaCO3粉末的市場參考價分別為52元／千克、12元／千克；濃鹽酸和稀鹽酸都是氯化氫氣體的水溶液，前者氯化氫的質(zhì)量分數(shù)大，極易從中揮發(fā)出氯化氫氣體，后者氯化氫的質(zhì)量分數(shù)小，不易從中揮發(fā)出氯化氫氣體。

實驗活動1：①打開稀鹽酸的瓶蓋，聞一聞氣味。②打開濃鹽酸的瓶蓋，聞一聞氣味。

思考交流：①為什么打開濃鹽酸的瓶蓋能聞到較強刺激性氣味？②實驗室制取CO2，應(yīng)該選擇哪種固體藥品與哪種液體藥品進行反應(yīng)呢？為什么？

通過閱讀資料和親歷實驗活動1，學(xué)生匯報了“濃鹽酸中揮發(fā)出的氯化氫氣體具有刺激性氣味、用Ca-CO3粉末的實驗成本較低、用稀鹽酸制得的CO2氣體中不會混有較多HCl”等認識。這就表明，上述活動已經(jīng)幫助他們學(xué)會了獲取信息的基本方法（閱讀、實驗等），同時引導(dǎo)他們將所獲信息運用到“解釋說明、分析判斷和預(yù)測”之中。為了驗證預(yù)測，筆者引導(dǎo)他們設(shè)計和完成了實驗活動2。

實驗活動2：分別取1藥匙CaCO3粉末于2支試管中，向其中1支試管內(nèi)倒入2mL稀鹽酸，聞一聞產(chǎn)生氣體的氣味；向另1支試管內(nèi)倒入2mL濃鹽酸，再聞一聞產(chǎn)生氣體的氣味。

經(jīng)過分組實驗活動2的驗證，學(xué)生極為認同“實驗室不能選用濃鹽酸制取CO2，選用稀鹽酸才會獲得沒有刺激性氣味的氣體”。此后，為了更好地步入實驗活動3，筆者以“大家剛才除發(fā)現(xiàn)了2支試管內(nèi)產(chǎn)生氣體的氣味不同之外，還觀察到其他不同現(xiàn)象嗎？”進行了提問，使得原本剛剛安靜下來的課堂又一次“炸開”，有的說：“反應(yīng)劇烈程度不同?！庇械膭t說：“產(chǎn)生氣體的速度沒有太大區(qū)別?！睘榇耍P者大聲補充道：“2支試管中產(chǎn)生氣體的速率是很快，適中，還是？”學(xué)生齊聲應(yīng)答道：都非常快。筆者說：“還要爭嗎？”這時學(xué)生乙大聲叫道：“CaCO3粉末與稀鹽酸反應(yīng)太快了，不能選擇CaCO3粉末?！泵鎸@樣的如期而遇，筆者隨急作出了追問：“難道選擇Na2CO3粉末？”學(xué)生乙說：“應(yīng)該用石灰石粉末來試試?！惫P者再次追問：“你是怎么想的？”學(xué)生乙又說：“石灰石粉末是混合物，它與稀鹽酸的反應(yīng)速率應(yīng)該要慢些，另外它應(yīng)該比Na2CO3、CaCO3粉末要便宜些！”隨后，筆者就讓學(xué)生乙走上講臺完成了實驗活動3。（注：實驗活動3中所用石灰石粉末是筆者課前從十幾個石灰石試劑瓶壁上刮來的，總量較少，未能進行分組實驗，有些遺憾?。?/p>

實驗活動3：取1藥匙石灰石粉末于試管中，向其中倒入2mL稀鹽酸，觀察反應(yīng)的劇烈程度。

雖然學(xué)生乙替代筆者演示實驗時非常緊張，但是實驗非常成功（全體學(xué)生都能觀察到“石灰石粉末與稀鹽酸反應(yīng)速率仍然很快”）。學(xué)生處于“憤悱”狀態(tài)之后，經(jīng)過仔細商討認為：需要再用塊狀石灰石試一下。這樣，教學(xué)活動就順利步入了實驗活動4。

實驗活動4：用鑷子夾取1塊石灰石放入1支試管中，倒入2mL稀鹽酸，觀察反應(yīng)的劇烈程度，然后將內(nèi)壁潤有澄清石灰水小燒杯罩于試管口，觀察現(xiàn)象。

經(jīng)過分組實驗活動3，學(xué)生通過觀察感知了“塊狀石灰石與稀鹽酸的反應(yīng)速率比較適中且持久”，從而完全認同了 “塊狀石灰石和稀鹽酸是實驗室制取CO2的最理想反應(yīng)物”。此后，筆者投影出“稀硫酸與稀鹽酸具有相似的化學(xué)性質(zhì)：CaCO3+H2SO4=CaSO4（微溶于水，易覆蓋于固體表面）+H2O+CO2↑。”并借此引發(fā)學(xué)生完成了實驗活動5。

實驗活動5：用鑷子夾取1塊石灰石放入一支試管中，倒入2mL稀硫酸，觀察現(xiàn)象。

經(jīng)過仔細觀察，學(xué)生交流了“塊狀石灰石表面的氣泡不但小而且少”。隨后，筆者以“為什么塊狀石灰石與稀硫酸反應(yīng)所產(chǎn)生的氣泡會如此之少而??？”進行了提問，引領(lǐng)他們以 “可能是反應(yīng)生成的微溶性CaSO4覆蓋在塊狀石灰石表面，阻礙了反應(yīng)的正常進行”作出了解釋（為學(xué)習(xí)鋁具有抗腐蝕性的原因做好了鋪墊）。教學(xué)至此，筆者又投影了“結(jié)合［⑴碳酸鈣粉末與濃鹽酸；⑵碳酸鈣粉末與稀鹽酸；⑶石灰石粉末與稀鹽酸；⑷塊狀石灰石與稀鹽酸；⑸塊狀石灰石與稀硫酸］5個反應(yīng)，請你分析化學(xué)反應(yīng)速率可能與哪些因素有關(guān)？”啟迪學(xué)生進行動態(tài)思維并分別比較了⑴⑵、⑵⑶、⑶⑷和⑷⑸，促成他們依次得出了化學(xué)反應(yīng)速率與液體藥品的濃度、固體藥品的純度、固－液接觸面積、生成物有無阻礙作用等因素有關(guān)。最后，筆者以“選擇制取CO2的藥品需要考慮哪些因素？”又一次進行了提問，啟迪學(xué)生進行了系統(tǒng)思維，梳理、板演了圖2并小結(jié)了本課。

上述教學(xué)版塊著重引導(dǎo)學(xué)生形成了實驗觀和啟迪學(xué)生進行了系統(tǒng)思維。第一，學(xué)生借資料提供的信息，從藥品價格是否低廉角度篩選出固體藥品中的CaCO3粉末以及預(yù)測了稀鹽酸制取的CO2純度高，之后運用實驗活動1、2所獲得的感性素材徹底刪除了液體藥品中的濃鹽酸，初步形成了“實驗與思維”相互協(xié)進的學(xué)習(xí)方式。第二，結(jié)束實驗活動2后，學(xué)生在筆者誘導(dǎo)下，開始關(guān)注化學(xué)反應(yīng)速率，并形成了較強的實驗意識（如，學(xué)生乙所述“應(yīng)該用石灰石粉末來試試”），從而使他們在后續(xù)實驗探究活動中有了極為主動、積極和認真仔細的表現(xiàn)。第三，學(xué)生通過參與實驗活動3、4、5，感知了“影響反應(yīng)速率的因素（固體藥品的純度、接觸面積、產(chǎn)物的阻礙等）”。最后，學(xué)生在筆者的問題引發(fā)下，運用系統(tǒng)思維整理出圖2，實現(xiàn)了“知其然及其所以然”。

圖2

二、教學(xué)反思

1．從教的角度看：本案凸顯了學(xué)科觀念的滲透、突出了科學(xué)思維的訓(xùn)練。具體體現(xiàn)為：⑴學(xué)習(xí)活動㈠引導(dǎo)學(xué)生用元素的觀點認識了有關(guān)物質(zhì)及其變化，啟迪他們運用歸納、類比思維對相關(guān)問題進行了求解。⑵學(xué)習(xí)活動㈡引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)計和完成簡單實驗收集了證據(jù)，增進了他們對實驗探究的體驗，啟迪他們運用系統(tǒng)思維對“是什么？為什么？”進行了深層次思考與理解，促成他們從“混沌”走向了“清晰”、從“感性”趨于了“理性”。制訂的上述課時教學(xué)目標，最大化利用了核心知識（制取CO2的反應(yīng)原理），充分尊重了學(xué)生的實際水平，具有較強的針對性和指向性，有效防范了目標的龐雜化和表面化。通過精減和精心組織課時教學(xué)內(nèi)容的本案，凸顯了學(xué)生化學(xué)基本觀念的形成，突出了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，注重了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，充分體現(xiàn)了化學(xué)課程的特質(zhì)（實驗科學(xué)）、基本理念和科學(xué)教育的本質(zhì)。

2．從學(xué)的角度看：本案學(xué)生習(xí)得的陳述性知識并不多，但程序性知識非常豐富。學(xué)生獲取信息時，使用了閱讀、觀察和實驗等方法，對獲取的信息進行加工時使用了比較、歸納等方法，分析化學(xué)現(xiàn)象時使用了變化與聯(lián)系的觀點。學(xué)生通過歸納、類比和系統(tǒng)思維，實現(xiàn)了 “制取O2或CO2的反應(yīng)物中必須含有哪些元素、哪些類別的物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可能會生成CO2、選擇制取CO2的反應(yīng)物需要考慮哪些因素以及化學(xué)反應(yīng)速率與哪些因素有關(guān)”等方面的意義建構(gòu)。

綜上所述，初中化學(xué)教學(xué)中重視學(xué)生化學(xué)基本觀念的形成、加強學(xué)生科學(xué)思維的訓(xùn)練，是提高學(xué)生問題解決能力、減輕學(xué)生過重的學(xué)習(xí)負擔的重要途經(jīng)。

［1］ 王晶，鄭長龍．義務(wù)教育教科書：化學(xué)（九年級上冊）［M］．北京：人民教育出版社，2012：113－115

［2］ 中華人民共和國教育部制定．義務(wù)教育化學(xué)課程標準［S］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：1