在实验探究中深化化学概念教学*

李登海

化学概念是在大量观察和实验的基础上，运用逻辑的思维方法，把化学研究对象的共同特征加以概括而形成的，具有高度的概括性和抽象性。化学教学的重要内容之一是概念教学，而概念教学因为概念本身的抽象性，教师在实际教学过程中往往更多地关注概念本身的知识属性以及概念的迁移应用，缺少了对概念生成的教学实践探索。结合概念教学中的教学模式和化学学科的特点，根据学生认知发展的水平，笔者提出如图1 所示的基于实验探究的概念生成型教学步骤。

图1 基于实验探究的概念生成型教学步骤

“化学反应速率”是高中化学的重要概念，是后续学习化学平衡的基础。笔者尝试运用基于实验探究的概念生成型教学进行有效教学。

1.引出已有概念

师：《龟兔赛跑》的寓言故事众所周知，请同学们提供两种具体规则来确定比赛的冠军。

生：比较一定距离内时间的长短或一定时间内距离的长短。

师：比赛的冠军一定是比赛期间平均速率较大的那一方。日常生活和化学实验中，反应的快慢不同，请举例说明。

通过《龟兔赛跑》寓言故事中比赛规则的制定这一轻松的活动引出已有概念——平均速率，这有助于学生进行迁移，实现同化。让学生举出反应快慢不同的实例，引导学生关注生活，帮助学生初步了解化学反应快慢主要是由反应本身决定，其次才是外界条件。

2.提出模糊概念

实验1：取两支试管，分别加入5 mL 1 mol/L和5 mL 4 mol/L 的H2SO4溶液，并滴加2～3 滴起泡试剂，再同时分别加入一粒锌粒（颗粒大小基本相同）于试管中，观察现象并记录。

实验2：取两支试管各加入5 mL 0.1 mol/L的Na2S2O3溶液，另取两支试管各加入5 mL 0.1 mol/L的H2SO4溶液，将四支试管分成两组（每组各有一支盛有Na2S2O3溶液和H2SO4溶液的试管），一组放入自来水中，另一组放入热水中，经过2～3min 后，分别混合后再放在原处。观察现象并记录。

师：上述实验都同时进行了两组对照实验，请同学们利用控制变量思想，找到影响反应快慢的因素。

生：由实验1 得出，其他条件相同时，增大反应物浓度，反应进行得更快一些；由实验2 得出，其他条件相同时，提高温度，反应进行得更快一些。

笔者在教学中安排了两个典型的实验，一方面引导学生学会利用变量控制法研究多变量问题，得出影响化学反应进行快慢的因素；另一方面则是基于实验探究，通过观察进行抽象概括得出化学反应速率的模糊概念，有助于从定性观察逐渐引导学生过渡到定量计算。

3.定义精准概念

师：为什么教材中用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示反应速率呢？

实验3：取两支试管，分别加入5 mL 4 mol/L 和10 mL 4 mol/L 的H2SO4溶液，取两只气球，分别将一粒和两粒锌粒（颗粒大小基本相同）塞在气球中，然后将气球套在试管口处，同时将锌粒投向H2SO4溶液中，观察现象并记录。

小组交流：（1）实验3 中两支试管中的反应快慢能否通过气球膨胀大小来判断？（2）为什么实验1 中两支试管中的反应快慢可以通过产生泡沫的多少来判断？

结论：实验3 中两支试管中进行的化学反应速率是相等的，广度性质物理量（气体体积、固体质量）的变化量呈现倍数关系，而强度性质物理量（物质的量浓度）的变化量相同。用物质的量浓度这种强度性质的物理量来定义化学反应速率更具有普适性。因此公式中的B自然不包括纯固体或纯液体。

当化学反应速率的模糊概念不能同化化学反应快慢的客体时，借助实验3 的探究活动，先让学生产生新的认知冲突，采用问题驱动式的小组交流方式，借助模型的建构与演示来帮助学生定义化学反应速率的精准概念。

4.发展概念外延

作业：密闭容器中，合成氨反应开始时：c（N2）=8 mol/L，c（H2）=20 mol/L；2 min后：c（N2）=4 mol/L。那么（1）分别用N2、NH3、H2的浓度变化表示这段时间内的反应速率为多少？（2）对同一反应，用不同物质的浓度变化所表示的反应速率的数值可能不同。为什么？它们之间有什么关系？

通过基础性的典型例1，让学生认识到同一反应中用不同物质表示的反应速率数值上可能相同，也可能不同，这取决于化学计量系数是否相同。

本节课基于学生的认知发展规律，从学生的已有概念出发，引导其逐步建构新概念；同时，基于真实的实验探究情境，从定性观察出发，通过问题驱动、交流合作、抽象归纳、模型建构与演示，帮助学生完成从定性观察到定量计算的转变，引导学生学会利用变量控制法研究多变量问题。