基于思维能力提升的复习课教学设计

朱国定

关键词：化学思维;复习;教学设计

化学思维既具有普通思维的共性特点，也具有化学特有属性。在解决化学问题中培养思维，既是培养化学思维的必要途径，也是培养化学思维的最终目的。

笔者认为，初中阶段学生刚接触化学，化学思维的训练须循序渐进。从实证出发，初步形成定量研究的意识，能有意识地进行反思，会“宏—微—符”结合，提升学生的思维能力（见图1）。

下面笔者以“探究二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应”复习课为例，阐述自己的实践与思考。

一、课题价值

初中阶段要重视学生对化学反应的认识，在认识化学反应的现象中提高宏观辨识的能力。对于无明显现象的反应，要学会借助“转化”的思想，找到变化的“痕迹”，强化实证意识。初中阶段，学生对化学反应的认识大多是从现象开始的，如：有气泡冒出、沉淀生成、变色、发光和放热等现象。而通常情况下，二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应无明显现象。在探究这个反应发生的过程中，能加深对化学反应发生的判断方法的理解，更能启发学生的化学思维，促进素养的形成。

1. 实践寻证

事实是知识形成的基础，是推理和概括的出发点，是思维的“证据”。课堂上运用事实进行分析和讨论，将激发化学思维，使学习充满乐趣。

[师]向长期暴露在空气中的氢氧化钠溶液中加入足量的稀盐酸，发现有气泡冒出。请思考出现此现象可能的原因。

[生1]氢氧化钠与稀盐酸反应，理论上没有气体生成。

[生2]能与盐酸反应生成气体的物质可能是活泼金属或碳酸盐。

[生3]氢氧化钠溶液不是活泼金属，也不是碳酸盐。

[生4]氢氧化钠溶液能吸收空气中的二氧化碳生成碳酸盐。是否因为氢氧化钠溶液长期暴露在空气中已变质？

面对实验的“异常现象”，学生们在教师的引导下，利用所学知识进行假设、推理，较好地培养了“基于证据推理”的能力。证据可以是现象，也可以是科学知识。课堂教学中，大多是利用已有知识作为证据，推理出新的知识。面对新的情境，引导学生用知识解决问题，既培养了推理能力，也帮助学生理清了知识间的逻辑，进行了知识建构。

[师]氢氧化钠与空气中二氧化碳反应没有明显现象，变质不易察觉。大家能设计实验，让这个反应有明显现象吗？

[生]（学生设计见图2）二氧化碳与NaOH溶液反应，气体减少，如果是密闭装置，装置内的气体压强会减小。

学生大多能设计通过压强的变化推断反应发生的装置。但学生对反应体系中的物质考虑不够周全，缺乏对溶液中的水对实验影响的考虑。

[师]上述现象是否因水产生？二氧化碳也能溶于水并与水反应。如何完善实验设计？

[生1]把氢氧化钠溶液换成等体积的水进行实验，对比实验现象。

[生2]（学生设计见图3）观察塑料瓶是否变瘪。

学生大多能根据以往做过的题目，设计出“生1”

的方案。深入了解，学生并不是从控制变量的角度进行考量。这里引导学生分析，与二氧化碳接触的物质有哪些？如果考虑其中部分物质的影响，可以把这部分因素消除掉。控制变量进行研究，实质是对实验事实能否作为证据的深入分析。实验事实中，哪些可以做证据？哪些不可用作证据？是培育学生“证据推理”能力的重要内容。在证据推理过程中，要充分考虑证据的质量，即证据的科学性和充分性。

[师]能否从物质性质角度，设计证明二氧化碳与氢氧化钠发生反应的实验？

[生1]向通入二氧化碳后的氢氧化钠溶液中，滴加足量稀盐酸，观察是否有气泡冒出？

[生2]向通入二氧化碳后的氢氧化钠溶液中，滴加氢氧化钙溶液，观察是否有沉淀出现？

学生们均能从检验生成物中的碳酸根离子角度设计实验。交流中发现，学生并没有思考与氢氧根离子的反应。在物质或离子检验中，除了要考虑被检验物质或离子的性质，还要考虑干扰项。证据推理时，要关注分析问题的全面性。

2. 定性到定量的思维转变

证据可以是多样的。把实验中的数据当作证据，能使思维更加严谨、使思维结果更加准确。

[师]氢氧化钠溶液究竟能吸多少二氧化碳呢？有人设计了如图4的装置，请阅读并思考相关问题。

步骤：（1）经检查，装置气密性良好。已知三颈瓶容积为250 mL。（2）在三颈瓶A口橡皮塞上接一只装有10 mL质量分数为1%的NaOH溶液的注射器。在C口接一个量气管，量气管中装有饱和碳酸氢钠溶液，其液面刻度为200 mL。C口处止水夹夹紧。（3）挤入注射器中的液体，微微振荡三颈瓶。一段时间后，打开止水夹。（4）待量气管中液面不再变化，调整水准瓶的高度，读取量气管中液面的高度。

问题：（1）若1% 的NaOH溶液的密度为1 g/mL ，常温下二氧化碳的密度为1.97 g/L ，则溶液中氢氧化钠完全变成碳酸钠时，理论上可以吸收二氧化碳的体积为多少？（2）液面不再变化后，水准瓶应该是缓慢上移还是缓慢下移？如果不调整，对测定结果的影响是什么？如果为调整两边相平，向水准瓶中添加了部分饱和碳酸氢钠溶液，是否会对测定结果有影响？（3）兴趣小组实际测得的被吸收二氧化碳的体积大于理论值，可能的原因是什么？

[生]（1）根据化学方程式2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O计算可知，若完全反应，吸收二氧化碳的质量为0.055 g，体积约为27.9 mL。（2）缓慢上移。如果不调整，会造成测定剩余液体体积偏大，计算出的被吸收二氧化碳体积偏小。如果为调整两边液面相平，向水准瓶中添加了部分饱和碳酸氢钠溶液，只要最終水准瓶与量气管中液面相平，对测定结果没有影响。因为气体的量没有变化，压强仍为常压。（3）实际吸收二氧化碳的体积大于氢氧化钠理论上生成碳酸钠所吸收二氧化碳的体积，可能是①收集到的二氧化碳中可能混有HCl气体;②氢氧化钠溶液中的水可能也吸收了少量的二氧化碳;③碳酸钠可能也能跟二氧化碳反应。

不少专家在研究氢氧化钠溶液与二氧化碳反应时，采用数字化实验仪器测定反应时压强变化。笔者也曾在课堂上进行过类似实验，但部分学生对压强的变化认识不能转化为对体积变化的认识。受氧气含量测定实验的启发，笔者设计了上述装置及问题，希望培养学生从定性到定量的思维转变。

回答问题（1）时，中等以上的学生都能计算出准确结果，少数学生在质量、体积的转化上有难度。定量研究的知识基础不牢。问题（2）与学生常解答的收集气体的体积读法类似，但液面变化是相反的，部分学生未能随之而变化，产生了错误。向水准瓶中添加溶液给学生造成了较大的困惑，直到有学生提出“气体的量没有变化，压强仍为常压”，大家才达成统一意见。问题（3）的讨论中，学生们更多从气体的纯度、操作等方面展开讨论，笔者提醒，是否存在碳酸钠溶液继续与二氧化碳反应的可能性呢？引发了学生深度思考。展示化学方程式Na2CO3 +CO2 +H2O 2NaHCO3，学生豁然开朗。笔者不失时机地介绍瑞利发现空气中氩气的过程，提醒学生，定量研究是化学成为一门科学的重要标志，定量研究解决了化学上“是什么？”“是多少？”的问题，便于人们更好地研究、归纳“为什么？”的定性问题。

3. 批判性思维

思维过程不仅要能按照常规的逻辑程序进行归纳、推理，更要有批判的精神和能力。针对一些理论、实际的现象、问题，产生理性的怀疑，不人云亦云。批判不等同于怀疑，是一种谨慎的接受，体现严谨的精神与素养，是一种高阶思维。

[师]氢氧化钠溶液与二氧化碳的反应，是初中化学经常讨论的话题。因为反应无明显现象，需要借助其他方法来判断反应的发生。这个实验为什么没有明显现象？

[生]因为生成物碳酸钠能溶于水。

[师]老师在实验室配制了质量分数为40%的氢氧化钠溶液，现在向其中通入二氧化碳气体（见图5）。请大家观察实验现象，分析表格中的数据（见表1），思考可能的原因。由此你对反应中生成沉淀是否有新的认识？

[生]溶液变浑浊了。可能氢氧化钠溶液的浓度较大，生成的碳酸钠、碳酸氢钠质量较大，溶液饱和后析出固体。变化中生成沉淀，不一定是生成难溶于水的物质，如果生成物溶解度较小，且生成物的质量较大，也可能会有沉淀现象。

面对学生已形成思维定势的“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应无明显现象”的结论，笔者设计了一个有沉淀现象的实验，让学生更多地反思，特别是对化学反应中的沉淀有更深的理解。

4. 系统思维

化学思维具有普遍思维的共性特点，遵循一般规律，也有化学所特有的思维方式和内容。其中最为突出的是“宏—微—符”相结合的系统思维。

[师]请用图示（用圆圈和符号表示不同的微粒）的方法画出二氧化碳与氢氧化钠溶液反应前后，溶液中微粒的种类。

学生大部分能画出反应前后的微粒。成绩优异的学生还考虑到了微粒的个数比情况、水分子的变化情况。国内广大化学教育工作者普遍认可，“宏—微—符”相结合的系统思维是最能体现化学学科特征的，也是“宏观辨识与微观探析”核心素养培育的重要方法。面对刚接触化学的初中生，考查要求不会这么高，但可以通过类似的训练，从微观角度启蒙学生的思维，加深对相关符号的理解。课堂语言中所有提及物质的时候，都使用名称，书写时都使用化学式，始终让学生在名称与符号之间进行切换，联想微观模型，既强化三者的联系，更能启蒙学生的化学思维。

二、总结与反思

在上述探究过程中，笔者引导学生通过观察现象、查找数据、设计实验、制作装置、计算求值、绘制图像等环节，让学生深入理解二氧化碳与氢氧化钠的反应，逐步实现化学思维能力的提升。

但学生化学思维的形成不会一蹴而就，在上述探究過程中，学生感觉难度较大，大多需要老师引导。初中阶段是学生化学思维的启蒙期，教师既要关注化学思维发展的内容，循序渐进，从低层次向高层次不断进阶，还要有进阶实践的方法、技巧和耐心。