基于学习进阶与层级问题的初中化学气体制取实验教学实践研究

黄碧云

摘要：初中化学是学生学习化学的启蒙学科，然而不同学生的心理和认知能力不同，在学习的过程中可能会遇到一些难越的“阶梯”，会产生一些思维障碍，进而在学习中产生挫败感，降低学习效率。因此，笔者在初中化学气体制取实验中尝试采用创设层级问题教学的方式，巧設学习进阶，优化课堂，帮助学生克服学习过程中产生的思维障碍，并通过层级问题诱发思维提升。

关键词：初中化学;气体制取;学习进阶;层级问题

学习进阶是近几年美国科学教育改革中的一个新兴的概念。其内涵可理解为：是学生围绕某一主题内容进行由浅入深、螺旋上升式有序学习的学习路径，以实现学生思维进阶发展为最终目的，帮助学生理解主题概念（规律）或掌握相关技能[1]。

新课程标准的理念是在培养学生核心素养的过程中，既要面对全体学生，又要尊重个别差异。实验教学是化学教学的灵魂，为了使不同层次的学生在同一个课堂中能最大化地获取知识，提升思维品质，笔者尝试在气体制取实验教学过程中创设层级问题，给学生铺设思维阶梯，让学生顺利跨越 “最近发展区”。下面以“二氧化碳制取的研究”新授课为例展开探讨。

1内容分析

2011 版《初中化学课程标准》中提出初中生应“初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体”。作为应掌握的基本实验技能，气体制取实验也是化学中考的必考内容之一，在初中化学教学中的地位举足轻重[2]。

在学习本课之前，学生已学习了“氧气的实验室制取”，但学习制取氧气时，学生接触到的知识是零散的、不系统的。学生能根据课本中提供的图组装出制取氧气的装置图，但并没有思考这个装置图为什么是这样的，缺乏对相关知识之间内在联系的深入认识。而“二氧化碳的实验室制取研究”进一步从反应原理、装置选择、验满和检验等方面总结制取气体的一般思路和方法，加强学生对气体制取实验体系的整体认识[3]。

由“表1”纵向看教材，关于气体制取教学内容的设置是有梯度的（如图1），从对气体制取的初步认知，到对气体制取原理和装置选择的深度认知，及设计实验方案和评价实验方案的高阶思维发展，再到对实验室制取气体的原理和方法的综合应用，为学生铺设了思维进阶的踏脚板。

2以层级问题为导向的教学设计与实施

以层级问题为导向的教学核心有两点：一是围绕教学重点有层次地构建核心问题，通过问题探索，激发学习兴趣、维持学习动机;二是在实际教学过程中将所设置的问题顺利实施。在初中化学气体制取实验教学中，通过有层次地设置问题，将实验活动与问题相融合，有利于驱动学生思维的发展，形成基本实验技能，并提升实验思维力。

2.1以层级问题为导向的教学思路

“二氧化碳的实验室制取研究”是在学生已有知识（制取氧气）的基础上，帮助学生建立“反应物的状态、反应条件与气体发生装置”、“气体的性质与收集装置”、“气体的性质与验满、检验方法”之间的联系，从而形成相互联系、系统化的气体制取实验思路。而利用好“制取氧气”的知识基础，设置好层级问题，可以使学生轻松地顺阶而上，从新的知识层面掌握气体制备的一般方法[4]。

2.2以层级问题为导向的教学实施

实践是检验方法的主要途径。以层级问题为导向的教学实施主要在于运用所设置的问题，达成学生思维的顺利过阶。在气体制取实验教学中，最终要实现学生动手能力和实验思维的双提升。

2.2.1 知识线一：确定反应原理

气体制取一般思路的第一步是确定反应原理，作为本课层级问题的起点，铺设的问题需要降低学生的心理难度，让大多数学生都愿意迈出第一步，才有持续思考的可能，因此，适当地指引，有利于消除学生的思维障碍，让学生从容进入思考圈。

实施策略：通过问题1（你知道有哪些方法可以产生CO2吗？）的谈话式表达，以轻松自然的气氛为思考入点，引导学生回忆所学的知识;进而通过问题2（以下产生CO2的反应能用于实验室制取CO2吗？），并利用“反应原理选择指引”（如图2）和结论指引（生成的气体可能不纯的是， 操作复杂，反应条件难以达到的是） 。”为学生搭建思维阶梯，帮助学生顺利越过思维障碍。

通过问题3（所用药品的组成中应该具有什么特点呢？）激发学生联系“质量守恒定律”中的“元素守恒”，归纳药品组成的共同点，思维得到进一步拓展;在此基础上，给出碳酸盐能与酸反应生成CO2的“资料提示”（如图3），并简单介绍药品的状态，为学生的进一步思考提供知识基础和后面选择装置做知识铺垫。

通过问题4（选择的固体药品和液体药品分别是什么？）设疑，并设置“层级对照实验”（如表3）指引学生分别探究适宜制取CO2的固体药品和液体药品，既能引导学生顺利选择药品，又能向学生渗透有关反应物状态影响反应速率的意识，环环相扣，为下面的学习搭建又一思维阶梯。

2.2.2 知识线二：实验装置的迁移确定

气体制取的知识核心之一是确定实验装置，而实验室制取二氧化碳的装置选择可以实验室制氧气的装置为原型，作为层级问题设置的切入点，使学生在归纳、比较已学知识的过程中，迁移到新的知识系统，进而顺利形成新的知识体系和实验思维。

实施策略：以问题5（根据“氧气的制取”的装置原型，你能选择出实验室制取CO2的发生装置和收集装置吗？）为层级问题的起点，联系旧知，触发新知。

如图4，从制备和收集氧气的装置原型出发，以影响因素为指引，通过确定的反应原理为途径，从而确定制备和收集二氧化碳的实验装置，并通过对万能瓶收集二氧化碳的进气口选择（“a”或“b”）进行讨论，实现实验思维和知识迁移能力的进阶提升。

2.2.3 知识线三：验满和检验的不同操作方法

气体的检验与验满是气体制取实验的一部分（如图5），它 联系了气体的性质，通过氧气和二氧化碳的不同检验方法，加深学生对气体“特性”与“检验”之间联系的理解;通过二氧化碳“验满”和“检验”的不同方法，提升学生对达到不同实验目的要采取不同操作方法的实验意识。

实施策略：笔者认为这部分需要突破的是“验满”的方法及“验满”与“检验”的区别。虽然人教版九年级化学上册教材中，关于二氧化碳性质的學习安排在“二氧化碳制取的研究”之后，但在学生已有的知识系统中，对于“CO2能使澄清石灰水变浑浊”和“CO2不支持燃烧”的性质已经比较熟悉，所以采用展示实验动图的形式，以形象直观的方式带领学生回忆已有的知识，重新认识检验CO2的方法与操作。

关于“验满”的方法，学生初学时常误选用“石灰水”进行“验满”，因此，在教学过程中，教学目标应定为帮助不同层次的学生理解“验满”与“检验”的区别，并深层次理解“验满”与“检验”是利用二氧化碳的不同性质。在学生思考和回答的过程中，引导其归纳出实验室制取气体的一般思路和流程，促进不同层次学生实验思维的形成。

2.2.4 知识线四：完整的实验操作步骤

学生动手能力的提高也是实验教学目标和要求的一个方面，在气体制取实验中，学生能动手实验的基础是——明确实验操作步骤，从思维上形成动手操作的逻辑顺序。因此，从整体上了解完整的实验操作步骤，有利于提高学生实验操作能力，使学生从理论层级进阶到实际操作层级，提升气体制取实验操作能力。

实施策略：设置任务型问题8（实验室制取CO2的操作应如何进行？），促使不同层次的学生整理实验室制取CO2具体的实验步骤——连、查、装、收、验，并通过实验视频直观内化，让学生初步认识实验室制取CO2操作的逻辑顺序和初步具备操作意识，为下一课时学生实验的顺利进行做好知识准备。

3评价与反思

笔者通过大胆尝试，在“二氧化碳制取的研究”新授课中实行创设层级问题教学的实践。在课程设计方面，从实验室制取氧气的原型出发，引出实验室制取二氧化碳的相关知识，并在能力提升方面设计了对多功能瓶的收集二氧化碳的研究和讨论;在课堂活动方面，以小组传、帮、带的形式促进学生的合作与思考，发现大部分学生对气体制取的思路有了一定的认识和理解，动手能力和合作能力也有所提升，知识迁移能力和实验认知能力方面也有一定程度的提高，但是受到课堂时间和学生本身个性的制约，仍有部分学生在课堂上未能得到充分的锻炼，思维难以拓展，思考未能入圈，在实验教学中，如何优化创设层级问题，以求达到教学效益最大化，还需要慢慢探讨。作为初中化学教师，我们应围绕学科核心素养，在化学实验课堂上实施层级问题教学，在设计教学方案时创设符合学生认知水平的层级问题，为每个学生的发展创造有力条件，让每个学生学习化学实验中轻松进阶，达到较高层次的思维发展。

参考文献：

[1]皇甫倩，常珊珊，王后雄. 美国学习进阶的研究进展及启示[J].外国中小学教育，2015（8）：53-59

[2]王东.气体制取的学习内容疑难分析和解决策略[J].化学教学，2013，（12） ：55-57.

[3]张瑞瑛.用问题引导 促学生思维发展——以初中化学“二氧化碳制取的研究”教学为例[J].教育与装备研究，2018，（3）：28-31.

[4]黄恭福1，邹海龙2.在中学化学实验教学中发展学生的核心素养[J].实验教学与仪器，2019，（12） ：7-10.