气体制取的学习内容疑难分析和解决策略

摘要：气体制取是初中学生应掌握的实验技能之一，在初中化学教学中占有非常重要的地位。采用教学案例对其中的学习疑难予以揭示，并运用教育心理学知识从教师教和学生学两个角度进行分析，结合教学实践提出了一些具体的解决策略。

关键词：气体制取；学习疑难；解决策略

文章编号：1005–6629（2013）12–0055–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2011版《初中化学课程标准》明确规定学生要“初步学习运用简单的装置和方法制取某些气体”。气体制取是初三学生应掌握的基本实验技能，也是化学中考的重点考查内容之一，在初中化学教学中占有非常重要的地位。这部分学习内容包括药品的选择、制取装置的确定、操作步骤的安排以及如何检验、验满等。根据笔者多年的教学经验和听课经历，装置气密性的检查和发生装置的设计是学生经常遇到的疑难问题。笔者运用案例分析法，对这些学习疑难进行研究，并提出一定的解决策略。

1 装置气密性的检查

1.1 疑难分析

案例1 在“二氧化碳制取的研究”教学中，教师要求学生考虑如何检查图1装置的气密性。大部分学生感到束手无策；有同学想到“先把导管放入水中，再双手紧握锥形瓶，看导管口是否有气泡冒出”；有同学建议“应先在锥形瓶加水到浸没长颈漏斗下端，再把导管放入水中，双手紧握锥形瓶，看导管口是否有气泡冒出”。

装置气密性的检查是实验室制取气体的首要步骤，是保证实验成功的重要因素。在上述案例中，由于学生在先前的学习中并未接触该装置且生活中也未遇到相类似的问题，也就是说学生缺乏解决问题的知识、经验和技能，根据“最近发展区”学习理论，当要学习的内容超出学生的“最近发展区”，学习难度将大大增加，学生将无法有效建构新知识，所以课堂上大部分学生束手无策。虽然有个别学生想到方法，但由于不明了气密性检查的原理，所设计的方法都不尽合理。如“先把导管放入水中，再双手紧握锥形瓶，看导管口是否有气泡冒出”，由于体系不密闭，即使气密性良好，也不会在导管口观察到气泡。再如“应先在锥形瓶加水到浸没长颈漏斗下端……”，虽然解决了体系密闭的问题，但改变体系气压的方法又不合理，因为水会吸热，光靠手部热量，不会在体系内产生明显压强差。

1.2 解决策略

1.2.1 运用引导性材料启发学生思维

案例2 教师先让学生回顾高锰酸钾制氧气装置气密性的检查方法，然后要求学生思考该方法的原理，即利用手部热量改变装置气压，造成压强差。教师质疑：如果试管底部有破洞，此方法是否有效？引导学生归纳出：检查装置气密性时，装置必须是密闭体系。在此基础上，再展开案例1装置气密性检查方法的研究，引导学生思考以下问题：此装置是否为密闭体系？如何使装置密闭？如何有效改变装置内的气压，产生压强差？学生思维活跃，设计出多种方法。方法一：堵住导管口，从长颈漏斗口加水，若形成液面差，则气密性好；方法二：将导管放入水中，从长颈漏斗口加水，有气泡冒出，则气密性好；方案三：用水液封长颈漏斗下端，用注射器在导管口推拉（或吹吸气）……

根据奥苏伯尔的“先行组织者”理论，学生面对新的学习任务时，如果原有认知结构中缺少同化新知识的上位观念，或原有观念不够清晰或巩固，则有必要设计一个先于学习材料呈现的引导性材料，在概括和包容的水平上高于要学习的材料（因此属于下位学习），构建一个使新旧知识发生联系的桥梁[1]。案例中教师通过复习、讨论、归纳，展示引导性材料，即检查装置气密性的原则（密闭）和原理（产生压强差），那么后续设计方法则变为下位学习，学生思维桎梏被打破，学习变得水到渠成，学生轻松完成新技能的同化。

1.2.2 运用分类思想进行专题研究

检查装置气密性的原理虽然简单，但面对复杂多变的装置，大多学生依然一筹莫展，且近年各地化学中考此类试题也屡见不鲜，因此在课时充裕、学生层次较高的前提下，可设计专题课突破难点。运用分类思想，抓住主要特征，利用实验、讨论、点拨、剖析等手段，通过变式训练、举一反三，让学生理解装置气密性检查的实质、掌握每类装置的常用方法。在课堂结构安排上应注意装置呈现要由简单到复杂、思维水平要由低到高，流程可如图2所示。

最终可引导学生归纳“设计气密性检查方案的原则与基本思路”，内容如下：

（1）原则：“密封”（通常可加水液封）。

（2）检验原理：使封闭体系不同位置的仪器空间之间产生压强差，并且通过产生明显可见的实验现象来判断装置的气密性。主要通过气泡的产生、液面的高度差、活塞归位等现象来进行判断[2]。

（3）检验方法：根据气体状态方程：PV=nRT，要改变密闭体系内的气压、产生压强差，可改变温度或气体体积。若改变温度，可用手捂法或酒精灯微热法等；若改变气体体积，可用注射器推拉法或水压法等。

2 发生装置的设计

2.1 疑难分析

案例3 在“二氧化碳制取的研究”教学中，教师要求学生利用书本上提供的仪器，设计多套制二氧化碳发生装置并在纸上画出装置。经过一段时间小组讨论，教师要求各小组派代表上讲台组装装置，向同学们展示。学生甲设计了图3的左装置；学生乙设计了图3的右装置；学生丙将左装置的锥形瓶换为试管；学生丁将右装置的试管换为锥形瓶。教师询问是否有其他不同的装置设计，学生沉默以对。

发生装置的设计是初中化学中锻炼学生装置设计能力、培养学生发散性思维和创造性思维的绝佳题材。根据课本提供的实验仪器，可设计九套发生装置，但案例中，集体智慧下，也仅出现四套装置，且是课本提供的装置原型或原型反应容器的互换。可见学生的思维仍然困囿于课本，他们提供的设计只是简单的模仿，能力并没有得到提升。

本案例中，发生装置的设计成为了教学中的疑难点。分析原因，主要是教师的教学设计存在缺陷，可能由于客观条件的限制，教师并没有向学生小组提供各种仪器和药品，而是要求学生根据书本图片来设计装置。根据皮亚杰的认知发展理论，儿童的认知发展分为四个阶段：感知运动阶段（出生～2岁左右）、前运演阶段（约2～7岁左右）、具体运演阶段（约7～12岁左右）、形式运演阶段（约12～15岁左右）[3]。初中学生处于由具体运演向形式运演发展过程中，即从形象思维向逻辑思维发展。考虑到学生认知发展水平的不同以及初中化学是化学学科的入门阶段，本着促进每个学生发展的原则，在教学中还应以形象思维为主，逻辑思维为辅。案例中出现的仪器学生并不熟悉，其中烧瓶、锥形瓶、长颈漏斗甚至是学生第一次接触。对于陌生事物，就要求初三学生脱离具体仪器，对抽象的和表征性的材料（图片）进行逻辑运演，实在是强人所难。

2.2 解决策略

2.2.1 借助具体仪器，促发具体运演

案例4 教师以四人为一组，每组分发两套仪器，每套仪器包括烧瓶、试管、底部有破洞试管、锥形瓶、长颈漏斗、注射器、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、弹簧夹、多孔塑料板、烧杯、集气瓶、导管若干等，以及大理石、稀盐酸等药品。经过一段时间的动手操作、小组讨论之后，小组代表汇报探究成果、展示作品，过程中不断有同学补充、交流、评价，出现了不少创新设计……

本案例中，教师提供了丰富的实验仪器。学生操作这些仪器，多次尝试后，都能自主设计出合理的发生装置。而生生交流、小组交流、班级交流，互通有无、取长补短，使思维的火花不断迸发、碰撞，学生的实验技能得到发展。

值得注意的是，借助具体事物，能作出一定程度的推理，但是这种运算还是有局限的。一方面还不具有足够的形式化，脱离不了具体事物或形象的支持；另一方面，这种运算是孤立的、零散的，还不能形成有机系统。教师在教学中要适当点拨归纳，帮助学生由具体运演向形式运演发展。

2.2.2 运用事物发展规律，引发形式运演

案例5 教师先利用道家思想“道生一、一生二、二生三、三生万物”阐明事物发展变化的规律，然后从原型开始，运用“反思不足改进装置”的逻辑运演模式，使装置不断变化，具体流程如图4。

我们知道事物都遵循从简单到复杂、从低级到高级的发展规律，如自然界从最原始的单细胞生物演化到高级智慧生物（人类）。从简单到复杂并不是一蹴而就的，而要经历从量变到质变的过程，即从简单的原型开始，持续不断地发生细微变化，最终发展为复杂的新事物。教师采用这一朴素的事物发展规律来设计教学，颇有新意。对于思维水平较高的学生群体，运用这种形式运演的方式教学，受益可能更大。

化学是一门以实验为基础的科学。对于实验教学，应多点“做中学”，少些“讲实验”或“看实验”，同时教师要多运用教育学、心理学规律来设计教学，在实验中启迪思维、发展能力，提高实验教学的有效性。

参考文献：

[1]张大均.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，2004：142.

[2]张军.实验装置气密性的检查[J].中学化学教学参考，2002，（12）：29.

[3][美] RobertJ.Sternberg.张厚粲译注.教育心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2003：42.