朱國(guó)定

關(guān)鍵詞：化學(xué)思維;復(fù)習(xí);教學(xué)設(shè)計(jì)

化學(xué)思維既具有普通思維的共性特點(diǎn)，也具有化學(xué)特有屬性。在解決化學(xué)問(wèn)題中培養(yǎng)思維，既是培養(yǎng)化學(xué)思維的必要途徑，也是培養(yǎng)化學(xué)思維的最終目的。

筆者認(rèn)為，初中階段學(xué)生剛接觸化學(xué)，化學(xué)思維的訓(xùn)練須循序漸進(jìn)。從實(shí)證出發(fā)，初步形成定量研究的意識(shí)，能有意識(shí)地進(jìn)行反思，會(huì)“宏—微—符”結(jié)合，提升學(xué)生的思維能力（見(jiàn)圖1）。

下面筆者以“探究二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)”復(fù)習(xí)課為例，闡述自己的實(shí)踐與思考。

一、課題價(jià)值

初中階段要重視學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)，在認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象中提高宏觀辨識(shí)的能力。對(duì)于無(wú)明顯現(xiàn)象的反應(yīng)，要學(xué)會(huì)借助“轉(zhuǎn)化”的思想，找到變化的“痕跡”，強(qiáng)化實(shí)證意識(shí)。初中階段，學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識(shí)大多是從現(xiàn)象開(kāi)始的，如：有氣泡冒出、沉淀生成、變色、發(fā)光和放熱等現(xiàn)象。而通常情況下，二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象。在探究這個(gè)反應(yīng)發(fā)生的過(guò)程中，能加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的判斷方法的理解，更能啟發(fā)學(xué)生的化學(xué)思維，促進(jìn)素養(yǎng)的形成。

1. 實(shí)踐尋證

事實(shí)是知識(shí)形成的基礎(chǔ)，是推理和概括的出發(fā)點(diǎn)，是思維的“證據(jù)”。課堂上運(yùn)用事實(shí)進(jìn)行分析和討論，將激發(fā)化學(xué)思維，使學(xué)習(xí)充滿樂(lè)趣。

[師]向長(zhǎng)期暴露在空氣中的氫氧化鈉溶液中加入足量的稀鹽酸，發(fā)現(xiàn)有氣泡冒出。請(qǐng)思考出現(xiàn)此現(xiàn)象可能的原因。

[生1]氫氧化鈉與稀鹽酸反應(yīng)，理論上沒(méi)有氣體生成。

[生2]能與鹽酸反應(yīng)生成氣體的物質(zhì)可能是活潑金屬或碳酸鹽。

[生3]氫氧化鈉溶液不是活潑金屬，也不是碳酸鹽。

[生4]氫氧化鈉溶液能吸收空氣中的二氧化碳生成碳酸鹽。是否因?yàn)闅溲趸c溶液長(zhǎng)期暴露在空氣中已變質(zhì)？

面對(duì)實(shí)驗(yàn)的“異?，F(xiàn)象”，學(xué)生們?cè)诮處煹囊龑?dǎo)下，利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行假設(shè)、推理，較好地培養(yǎng)了“基于證據(jù)推理”的能力。證據(jù)可以是現(xiàn)象，也可以是科學(xué)知識(shí)。課堂教學(xué)中，大多是利用已有知識(shí)作為證據(jù)，推理出新的知識(shí)。面對(duì)新的情境，引導(dǎo)學(xué)生用知識(shí)解決問(wèn)題，既培養(yǎng)了推理能力，也幫助學(xué)生理清了知識(shí)間的邏輯，進(jìn)行了知識(shí)建構(gòu)。

[師]氫氧化鈉與空氣中二氧化碳反應(yīng)沒(méi)有明顯現(xiàn)象，變質(zhì)不易察覺(jué)。大家能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓這個(gè)反應(yīng)有明顯現(xiàn)象嗎？

[生]（學(xué)生設(shè)計(jì)見(jiàn)圖2）二氧化碳與NaOH溶液反應(yīng)，氣體減少，如果是密閉裝置，裝置內(nèi)的氣體壓強(qiáng)會(huì)減小。

學(xué)生大多能設(shè)計(jì)通過(guò)壓強(qiáng)的變化推斷反應(yīng)發(fā)生的裝置。但學(xué)生對(duì)反應(yīng)體系中的物質(zhì)考慮不夠周全，缺乏對(duì)溶液中的水對(duì)實(shí)驗(yàn)影響的考慮。

[師]上述現(xiàn)象是否因水產(chǎn)生？二氧化碳也能溶于水并與水反應(yīng)。如何完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？

[生1]把氫氧化鈉溶液換成等體積的水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[生2]（學(xué)生設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3）觀察塑料瓶是否變癟。

學(xué)生大多能根據(jù)以往做過(guò)的題目，設(shè)計(jì)出“生1”

的方案。深入了解，學(xué)生并不是從控制變量的角度進(jìn)行考量。這里引導(dǎo)學(xué)生分析，與二氧化碳接觸的物質(zhì)有哪些？如果考慮其中部分物質(zhì)的影響，可以把這部分因素消除掉?？刂谱兞窟M(jìn)行研究，實(shí)質(zhì)是對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)能否作為證據(jù)的深入分析。實(shí)驗(yàn)事實(shí)中，哪些可以做證據(jù)？哪些不可用作證據(jù)？是培育學(xué)生“證據(jù)推理”能力的重要內(nèi)容。在證據(jù)推理過(guò)程中，要充分考慮證據(jù)的質(zhì)量，即證據(jù)的科學(xué)性和充分性。

[師]能否從物質(zhì)性質(zhì)角度，設(shè)計(jì)證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)？

[生1]向通入二氧化碳后的氫氧化鈉溶液中，滴加足量稀鹽酸，觀察是否有氣泡冒出？

[生2]向通入二氧化碳后的氫氧化鈉溶液中，滴加氫氧化鈣溶液，觀察是否有沉淀出現(xiàn)？

學(xué)生們均能從檢驗(yàn)生成物中的碳酸根離子角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。交流中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生并沒(méi)有思考與氫氧根離子的反應(yīng)。在物質(zhì)或離子檢驗(yàn)中，除了要考慮被檢驗(yàn)物質(zhì)或離子的性質(zhì)，還要考慮干擾項(xiàng)。證據(jù)推理時(shí)，要關(guān)注分析問(wèn)題的全面性。

2. 定性到定量的思維轉(zhuǎn)變

證據(jù)可以是多樣的。把實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)當(dāng)作證據(jù)，能使思維更加嚴(yán)謹(jǐn)、使思維結(jié)果更加準(zhǔn)確。

[師]氫氧化鈉溶液究竟能吸多少二氧化碳呢？有人設(shè)計(jì)了如圖4的裝置，請(qǐng)閱讀并思考相關(guān)問(wèn)題。

步驟：（1）經(jīng)檢查，裝置氣密性良好。已知三頸瓶容積為250 mL。（2）在三頸瓶A口橡皮塞上接一只裝有10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液的注射器。在C口接一個(gè)量氣管，量氣管中裝有飽和碳酸氫鈉溶液，其液面刻度為200 mL。C口處止水夾夾緊。（3）擠入注射器中的液體，微微振蕩三頸瓶。一段時(shí)間后，打開(kāi)止水夾。（4）待量氣管中液面不再變化，調(diào)整水準(zhǔn)瓶的高度，讀取量氣管中液面的高度。

問(wèn)題：（1）若1% 的NaOH溶液的密度為1 g/mL ，常溫下二氧化碳的密度為1.97 g/L ，則溶液中氫氧化鈉完全變成碳酸鈉時(shí)，理論上可以吸收二氧化碳的體積為多少？（2）液面不再變化后，水準(zhǔn)瓶應(yīng)該是緩慢上移還是緩慢下移？如果不調(diào)整，對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響是什么？如果為調(diào)整兩邊相平，向水準(zhǔn)瓶中添加了部分飽和碳酸氫鈉溶液，是否會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響？（3）興趣小組實(shí)際測(cè)得的被吸收二氧化碳的體積大于理論值，可能的原因是什么？

[生]（1）根據(jù)化學(xué)方程式2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O計(jì)算可知，若完全反應(yīng)，吸收二氧化碳的質(zhì)量為0.055 g，體積約為27.9 mL。（2）緩慢上移。如果不調(diào)整，會(huì)造成測(cè)定剩余液體體積偏大，計(jì)算出的被吸收二氧化碳體積偏小。如果為調(diào)整兩邊液面相平，向水準(zhǔn)瓶中添加了部分飽和碳酸氫鈉溶液，只要最終水準(zhǔn)瓶與量氣管中液面相平，對(duì)測(cè)定結(jié)果沒(méi)有影響。因?yàn)闅怏w的量沒(méi)有變化，壓強(qiáng)仍為常壓。（3）實(shí)際吸收二氧化碳的體積大于氫氧化鈉理論上生成碳酸鈉所吸收二氧化碳的體積，可能是①收集到的二氧化碳中可能混有HCl氣體;②氫氧化鈉溶液中的水可能也吸收了少量的二氧化碳;③碳酸鈉可能也能跟二氧化碳反應(yīng)。

不少專(zhuān)家在研究氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)時(shí)，采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器測(cè)定反應(yīng)時(shí)壓強(qiáng)變化。筆者也曾在課堂上進(jìn)行過(guò)類(lèi)似實(shí)驗(yàn)，但部分學(xué)生對(duì)壓強(qiáng)的變化認(rèn)識(shí)不能轉(zhuǎn)化為對(duì)體積變化的認(rèn)識(shí)。受氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，筆者設(shè)計(jì)了上述裝置及問(wèn)題，希望培養(yǎng)學(xué)生從定性到定量的思維轉(zhuǎn)變。

回答問(wèn)題（1）時(shí)，中等以上的學(xué)生都能計(jì)算出準(zhǔn)確結(jié)果，少數(shù)學(xué)生在質(zhì)量、體積的轉(zhuǎn)化上有難度。定量研究的知識(shí)基礎(chǔ)不牢。問(wèn)題（2）與學(xué)生常解答的收集氣體的體積讀法類(lèi)似，但液面變化是相反的，部分學(xué)生未能隨之而變化，產(chǎn)生了錯(cuò)誤。向水準(zhǔn)瓶中添加溶液給學(xué)生造成了較大的困惑，直到有學(xué)生提出“氣體的量沒(méi)有變化，壓強(qiáng)仍為常壓”，大家才達(dá)成統(tǒng)一意見(jiàn)。問(wèn)題（3）的討論中，學(xué)生們更多從氣體的純度、操作等方面展開(kāi)討論，筆者提醒，是否存在碳酸鈉溶液繼續(xù)與二氧化碳反應(yīng)的可能性呢？引發(fā)了學(xué)生深度思考。展示化學(xué)方程式Na2CO3 +CO2 +H2O 2NaHCO3，學(xué)生豁然開(kāi)朗。筆者不失時(shí)機(jī)地介紹瑞利發(fā)現(xiàn)空氣中氬氣的過(guò)程，提醒學(xué)生，定量研究是化學(xué)成為一門(mén)科學(xué)的重要標(biāo)志，定量研究解決了化學(xué)上“是什么？”“是多少？”的問(wèn)題，便于人們更好地研究、歸納“為什么？”的定性問(wèn)題。

3. 批判性思維

思維過(guò)程不僅要能按照常規(guī)的邏輯程序進(jìn)行歸納、推理，更要有批判的精神和能力。針對(duì)一些理論、實(shí)際的現(xiàn)象、問(wèn)題，產(chǎn)生理性的懷疑，不人云亦云。批判不等同于懷疑，是一種謹(jǐn)慎的接受，體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)木衽c素養(yǎng)，是一種高階思維。

[師]氫氧化鈉溶液與二氧化碳的反應(yīng)，是初中化學(xué)經(jīng)常討論的話題。因?yàn)榉磻?yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象，需要借助其他方法來(lái)判斷反應(yīng)的發(fā)生。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么沒(méi)有明顯現(xiàn)象？

[生]因?yàn)樯晌锾妓徕c能溶于水。

[師]老師在實(shí)驗(yàn)室配制了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氧化鈉溶液，現(xiàn)在向其中通入二氧化碳?xì)怏w（見(jiàn)圖5）。請(qǐng)大家觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析表格中的數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），思考可能的原因。由此你對(duì)反應(yīng)中生成沉淀是否有新的認(rèn)識(shí)？

[生]溶液變渾濁了?？赡軞溲趸c溶液的濃度較大，生成的碳酸鈉、碳酸氫鈉質(zhì)量較大，溶液飽和后析出固體。變化中生成沉淀，不一定是生成難溶于水的物質(zhì)，如果生成物溶解度較小，且生成物的質(zhì)量較大，也可能會(huì)有沉淀現(xiàn)象。

面對(duì)學(xué)生已形成思維定勢(shì)的“二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)無(wú)明顯現(xiàn)象”的結(jié)論，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)有沉淀現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生更多地反思，特別是對(duì)化學(xué)反應(yīng)中的沉淀有更深的理解。

4. 系統(tǒng)思維

化學(xué)思維具有普遍思維的共性特點(diǎn)，遵循一般規(guī)律，也有化學(xué)所特有的思維方式和內(nèi)容。其中最為突出的是“宏—微—符”相結(jié)合的系統(tǒng)思維。

[師]請(qǐng)用圖示（用圓圈和符號(hào)表示不同的微粒）的方法畫(huà)出二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)前后，溶液中微粒的種類(lèi)。

學(xué)生大部分能畫(huà)出反應(yīng)前后的微粒。成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生還考慮到了微粒的個(gè)數(shù)比情況、水分子的變化情況。國(guó)內(nèi)廣大化學(xué)教育工作者普遍認(rèn)可，“宏—微—符”相結(jié)合的系統(tǒng)思維是最能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特征的，也是“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)培育的重要方法。面對(duì)剛接觸化學(xué)的初中生，考查要求不會(huì)這么高，但可以通過(guò)類(lèi)似的訓(xùn)練，從微觀角度啟蒙學(xué)生的思維，加深對(duì)相關(guān)符號(hào)的理解。課堂語(yǔ)言中所有提及物質(zhì)的時(shí)候，都使用名稱(chēng)，書(shū)寫(xiě)時(shí)都使用化學(xué)式，始終讓學(xué)生在名稱(chēng)與符號(hào)之間進(jìn)行切換，聯(lián)想微觀模型，既強(qiáng)化三者的聯(lián)系，更能啟蒙學(xué)生的化學(xué)思維。

二、總結(jié)與反思

在上述探究過(guò)程中，筆者引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察現(xiàn)象、查找數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、制作裝置、計(jì)算求值、繪制圖像等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生深入理解二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)化學(xué)思維能力的提升。

但學(xué)生化學(xué)思維的形成不會(huì)一蹴而就，在上述探究過(guò)程中，學(xué)生感覺(jué)難度較大，大多需要老師引導(dǎo)。初中階段是學(xué)生化學(xué)思維的啟蒙期，教師既要關(guān)注化學(xué)思維發(fā)展的內(nèi)容，循序漸進(jìn)，從低層次向高層次不斷進(jìn)階，還要有進(jìn)階實(shí)踐的方法、技巧和耐心。