基于實驗促進高中化學(xué)概念教學(xué)的研究

黃清輝

化學(xué)概念教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中占有極其重要的地位，是化學(xué)教學(xué)的重點與難點，是構(gòu)建學(xué)科知識體系的基礎(chǔ)。本文從運用實驗手段，幫助學(xué)生進行前概念有效轉(zhuǎn)化、概念的生成、概念的內(nèi)涵與外延的理解，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

概念是人們反映事物本質(zhì)屬性的一種思維形式，是知識的核心內(nèi)容。化學(xué)概念是對生活現(xiàn)象、化學(xué)事實經(jīng)過觀察、分析、比較、抽象、歸納、推理等方法得出理性知識，它反映了化學(xué)事物和現(xiàn)象本質(zhì)及規(guī)律，是構(gòu)建化學(xué)學(xué)科知識體系的基石。因此，化學(xué)概念的學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、掌握化學(xué)知識，是形成觀念、科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵。

1 問題提出

化學(xué)素來被人們稱之為“理科中的文科”，很多學(xué)生會通過背記化學(xué)概念，結(jié)合大量的練習(xí)強化，以達到掌握化學(xué)知識進而提高化學(xué)成績的目的。有的教師通過對化學(xué)概念以逐字剖析的文本解讀的方式讓學(xué)生去記住化學(xué)概念，這些做法都不能真正讓學(xué)生理解化學(xué)概念、原理，學(xué)生在練習(xí)、考試中總會出現(xiàn)各種錯誤，最終極大地降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。如何改變只重知識傳授、教學(xué)成績、概念內(nèi)容而忽視對能力培養(yǎng)、探究過程、學(xué)生體驗等錯誤的傳統(tǒng)教學(xué)方式呢？筆者認(rèn)為一定要從化學(xué)學(xué)科的特點進行分析?；瘜W(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，化學(xué)中很多概念、原理都離不開化學(xué)實驗。新課標(biāo)強調(diào)，實驗教學(xué)是幫助學(xué)生形成化學(xué)概念、獲得化學(xué)知識和實驗技能、提高觀察和動手能力、提升團隊意識，同時還有助于培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。

因此，在化學(xué)概念教學(xué)中，教師一定要重視利用化學(xué)實驗來引導(dǎo)學(xué)生去感知化學(xué)事物，形成化學(xué)概念，提高化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

2 化學(xué)實驗對高中化學(xué)概念教學(xué)促進作用的研究

2.1 運用實驗，有效轉(zhuǎn)化前概念

前概念是指學(xué)生在未學(xué)習(xí)某個化學(xué)概念之前，會依據(jù)自己的觀察、思考及原有知識得出一些缺乏概括性和科學(xué)性的經(jīng)驗。當(dāng)然，前概念并非都是錯誤的，有些前概念在教師引導(dǎo)下就會轉(zhuǎn)化成科學(xué)概念，而有些前概念與正確的科學(xué)概念相悖，對學(xué)習(xí)起到阻礙、干擾的作用，稱為消極前概念。教師如無法幫助學(xué)生認(rèn)識前概念的錯誤之處，消除這些錯誤或不科學(xué)的概念對科學(xué)概念學(xué)習(xí)的干擾，那么學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)概念的效率將會大大降低。在教學(xué)過程中，教師可將涉及到的錯誤的前概念的內(nèi)容設(shè)計成實驗，引導(dǎo)學(xué)生通過對實驗現(xiàn)象的觀察與分析，實驗數(shù)據(jù)的比對與處理，促使學(xué)生自己認(rèn)識到前概念的錯誤之處，從而幫助學(xué)生建立起正確的科學(xué)概念。

如在鹽類水解教學(xué)之前，教師可先拋出一個問題：“酸溶液為酸性，堿溶液為堿性，那么鹽溶液呢”。依據(jù)原有的認(rèn)知水平，大多數(shù)學(xué)生會認(rèn)為鹽溶液和氯化鈉溶液一樣顯中性（有一部分學(xué)生會聯(lián)想到純堿溶液呈堿性，認(rèn)為鹽溶液不一定呈中性）。此時，教師如果只是通過學(xué)生分組實驗數(shù)據(jù)加以簡單分析后，直接將鹽類水解的概念、規(guī)律等鹽類水解的有關(guān)知識呈現(xiàn)給學(xué)生，那么這樣的教學(xué)效果是低效的。因為學(xué)生在未真正的理解鹽類水解原理的情況下，學(xué)習(xí)到的知識是很容易被遺忘的。筆者認(rèn)為可以組織學(xué)生分階段進行分組實驗探究。

實驗1： 常溫下，用精密pH試紙分別測蒸餾水以及濃度均為0.1 mol/L NaCl溶液、NH4Cl溶液、CH3COONa溶液的pH值，并做好記錄。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過對H2O、鹽溶液pH值的測定，發(fā)現(xiàn)實驗事實與自己的認(rèn)知水平相沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望。實驗后，學(xué)生進行分組討論（引導(dǎo)學(xué)生從鹽的類別、強弱電解質(zhì)的電離、弱電解質(zhì)特征、平衡移動等方面分析溶液中微粒變化）并展示小組討論結(jié)果，其他小組對結(jié)果進行評價，共同得出鹽溶液呈酸性、堿性、中性的原因。

實驗2： 學(xué)生預(yù)測濃度均為0.1 mol/L KNO3溶液、Al2（SO4）3溶液、Na2CO3溶液的酸堿性，并用精密pH試紙測其pH值，做好記錄。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生利用剛才所學(xué)知識進行預(yù)測鹽溶液的酸堿性，再通過實驗加以驗證；CH3COONa溶液和Na2CO3溶液都呈堿性，但是他們的pH值卻有差別。一方面讓學(xué)生感受到鹽類水解的程度是微弱的，另一方面讓學(xué)生意識到鹽類水解與鹽的組成有關(guān)（電離越弱越水解）。

實驗3：學(xué)生預(yù)測濃度均為0.1 mol/L NaHCO3溶液、NaHSO4溶液、CH3COONH4溶液的酸堿性，用精密pH試紙測其pH值，并分析原因。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生明確會水解的鹽不一定呈酸性或堿性，如CH3COONH4溶液中陰陽離子均會水解且程度相同，致使溶液呈中性；不水解的鹽也有可能呈酸性，如NaHSO4溶液不水解只電離，致使溶液呈酸性。

通過以上3個分組實驗及數(shù)據(jù)分析后，學(xué)生對鹽類水解有了一個比較清晰的認(rèn)識，最終在頭腦中形成了“鹽類水解”的科學(xué)概念。教師在教學(xué)中，如果充分運用化學(xué)實驗，并借助實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)進行分析、思考后得出結(jié)論，那些錯誤或不科學(xué)的前概念就很容易被轉(zhuǎn)化，最終在學(xué)生頭腦中形成科學(xué)概念。

2.2 運用實驗，實現(xiàn)概念的生成

在教學(xué)中，常常發(fā)現(xiàn)學(xué)生對化學(xué)概念的理解不深刻。筆者認(rèn)為一個很重要的因素是化學(xué)概念的抽象性給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了極大的障礙，在頭腦中未能真正形成概念。如果我們能將化學(xué)概念采用更易于讓學(xué)生接受的直觀、形象的信息，則有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。宏觀的化學(xué)實驗可以為學(xué)生提供這些具體的、形象的感觀印象，有助于學(xué)生在實驗探索中加以內(nèi)化，得以升華，從而促進化學(xué)概念的生成。

如在沉淀溶解平衡教學(xué)中，設(shè)計如下3個實驗，證明沉淀溶解是存在的，改變條件，沉淀溶解平衡是會發(fā)生移動的。

實驗1： 取AgCl飽和溶液的上層清液于2支試管中，分別向其中滴入0.1 mol/L NaCl溶液、0.1 mol/L AgNO3溶液，記錄現(xiàn)象。

實驗2：另取AgCl飽和溶液于2支試管中，分別向其中滴入0.1 mol/L氨水溶液、0.1 mol/L NaBr溶液，記錄現(xiàn)象。

實驗3：向盛有濃度均為0.01 mol/LCl-、Br-、CrO2-4的3支試管中，分別滴入0.01 mol/L AgNO3溶液，記錄實驗現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：實驗1中兩支試管均能觀察到白色沉淀，證明AgCl飽和溶液存在Ag+和Cl-，說明AgCl可以溶解解離成Ag+和Cl-；增大Ag+或Cl-濃度，Ag+與Cl-又結(jié)合生成AgCl，即難溶物的溶解解離與清液中的離子結(jié)合成沉淀是一個可逆過程；實驗2沉淀的變化，證明沉淀溶解平衡是可以被打破的，便于證明沉淀溶解與生成是由于Qc與Ksp相對大小造成的。實驗3沉淀生成的先后順序，說明沉淀的生成不僅與Ksp的大小有關(guān)，還與沉淀的組成有關(guān)。學(xué)生在對實驗現(xiàn)象觀察與思考中，逐步形成“沉淀溶解平衡”科學(xué)的化學(xué)概念。

同樣，我們要說明鹽類水解是一個可逆過程，可設(shè)計如下化學(xué)實驗。

實驗：取0.1 mol/L Na2CO3溶液少許于試管中，滴入幾滴酚酞溶液，再滴加足量的BaCl2溶液，記錄現(xiàn)象。

設(shè)計意圖：滴加酚酞溶液變紅，證明CO2-3水解產(chǎn)生OH-；加入BaCl2溶液，觀察到產(chǎn)生白色沉淀且溶液紅色變淺直至褪色，反映出溶液中OH-濃度不斷減少是由于Ba2+與CO32-反應(yīng)生成BaCO3沉淀，導(dǎo)致水解平衡不斷向左移動，學(xué)生就很容易意識到鹽類水解是個可逆過程。

有些化學(xué)概念是比較抽象和難以理解的。借助化學(xué)實驗很容易將難講解、難理解的化學(xué)問題簡單化、深刻化。在對實驗現(xiàn)象觀察、分析后，學(xué)生很容易抓住化學(xué)概念的本質(zhì)并形成概念。

2.3 運用實驗，揭示概念的內(nèi)涵與外延

任何一個化學(xué)概念都是有其內(nèi)涵與外延的。化學(xué)概念的內(nèi)涵是指物質(zhì)在化學(xué)變化中特有的屬性總和，是化學(xué)概念的本質(zhì)，而化學(xué)概念的外延是指研究對象、范圍和條件等。充分揭示概念的內(nèi)涵與外延，有助于加深對概念的理解。對一些的比較復(fù)雜的概念，如果只是采用剖析、講解概念的本身，那就很難真正地幫助學(xué)生理解與掌握概念，究其原因主要是學(xué)生對概念的內(nèi)涵與外延理解不清。在化學(xué)概念教學(xué)中，學(xué)生可以運用化學(xué)實驗手段對所觀察到的現(xiàn)象進行比較、分析、綜合，最終清晰理解概念的內(nèi)涵與外延。

如在電解質(zhì)概念的教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生一直把金屬、氯化鈉溶液、氨氣、二氧化碳等物質(zhì)當(dāng)成電解質(zhì)。筆者認(rèn)為，教學(xué)過程中可以采用分組對比實驗來加以解決。

分小組進行下列物質(zhì)的導(dǎo)電性實驗：①NaCl晶體、②NaCl溶液、③熔融NaCl、④乙醇溶液、⑤BaSO4溶液、⑥熔融BaSO4、⑦液氨、⑧氨水。學(xué)生在②③⑥⑧實驗中觀察到“電流計指針偏轉(zhuǎn)了、小燈泡亮了、音樂卡響了”，學(xué)生意識到因為這些物質(zhì)能電離成自由移動的離子，故能導(dǎo)電。這非常有利于學(xué)生建構(gòu)電解質(zhì)與非電解質(zhì)的概念，同時設(shè)計以下問題加深學(xué)生對概念的內(nèi)涵與外延的理解。

（1）問題1：NaCl晶體不導(dǎo)電，而NaCl溶液、熔融NaCl等物質(zhì)能導(dǎo)電，它們與金屬導(dǎo)電有何不同？

（2）問題2：Cu能導(dǎo)電，它是電解質(zhì)嗎？BaSO4固體不導(dǎo)電，它是不是電解質(zhì)？

（3）問題3：液氨不導(dǎo)電，而氨水能導(dǎo)電，那么液氨、氨水、NH3·H2O哪個是電解質(zhì)？

（4）問題4：NaCl固體不導(dǎo)電，那么它是非電解質(zhì)嗎？NaCl溶液能導(dǎo)電，它是電解質(zhì)嗎？

目的：問題1與問題2讓學(xué)生明確電解質(zhì)導(dǎo)電靠的是自由移動的離子（區(qū)別金屬導(dǎo)電），不要求自身能導(dǎo)電，只要求其在水溶液或熔化狀態(tài)下導(dǎo)電；同時也讓學(xué)生明白能導(dǎo)電的物質(zhì)未必是電解質(zhì)，電解質(zhì)與其本身是否導(dǎo)電無必然的聯(lián)系。問題3和問題4讓學(xué)生明確電解質(zhì)的內(nèi)涵為電解質(zhì)在水溶液或熔化狀態(tài)下（而不是在電的作用下）自身發(fā)生電離下產(chǎn)生可以自由移動的陰陽離子，而液氨本身不能電離；而電解質(zhì)的外延是指酸、堿、鹽等能發(fā)生電離的化合物，故單質(zhì)銅及NaCl溶液不屬于電解質(zhì)的范疇。

學(xué)生在導(dǎo)電性實驗及問題的剖析后，很容易就理解電解質(zhì)的內(nèi)涵與外延，加深了學(xué)生對電解質(zhì)概念的理解，同時提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，促進學(xué)生思維能力的提高，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3 運用實驗進行化學(xué)概念教學(xué)的教學(xué)反思與體會

學(xué)好化學(xué)概念是學(xué)好化學(xué)知識的前提，概念教學(xué)效果不僅僅影響著學(xué)生對知識的理解程度，同時也影響著學(xué)生對知識網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。宏觀的化學(xué)實驗在概念學(xué)習(xí)中發(fā)揮著極其重要的作用，借用實驗教學(xué)不僅能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，還能將微觀的變化用宏觀現(xiàn)象展示出來，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)概念。這樣的過程有利于他們對化學(xué)概念的理解與感悟，避免用傳統(tǒng)死記硬背的方式去機械的學(xué)習(xí)化學(xué)概念。可以說，實驗是學(xué)習(xí)好化學(xué)概念的最佳途徑。

教師利用實驗進行教學(xué)中，實驗的創(chuàng)設(shè)一定要結(jié)合本班學(xué)生的學(xué)情，要能符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，緊緊圍繞著便于概念理解的目標(biāo)而開展。同時教師還要不斷韓地加強對概念教學(xué)的深入研究，時刻關(guān)注學(xué)生對概念的理解，從認(rèn)知心理學(xué)角度進行實踐研究，并精心設(shè)計相關(guān)實驗。只有這樣，實驗效果才能達到最佳、才能真正服務(wù)于概念教學(xué)。

總之，教學(xué)在概念教學(xué)中要充分利用好化學(xué)實驗這個“法寶”，幫助學(xué)生去除錯誤的前概念的干擾，形成正確的科學(xué)概念，深層次地理解和掌握概念的內(nèi)涵及外延，最終實現(xiàn)化學(xué)概念的靈活應(yīng)用，學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)得以提升。