反思與建構(gòu)：初中化學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)技能與素養(yǎng)

楊大強(qiáng) 王國(guó)崢

摘要： 通過觀摩2018江蘇省初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能大賽，發(fā)現(xiàn)選手普遍存在的“課本實(shí)驗(yàn)深度研究不足”“實(shí)驗(yàn)操作‘估量缺失”“‘上位學(xué)科知識(shí)匱乏”“問題解決思維方式局限”4方面的問題，在此基礎(chǔ)上提出了3點(diǎn)思考。

關(guān)鍵詞： 初中化學(xué); 實(shí)驗(yàn)技能; 教師專業(yè)發(fā)展; 學(xué)科本質(zhì)理解

文章編號(hào)： 10056629（2019）4003004中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

由江蘇省教育裝備與勤工儉學(xué)管理中心組織的“2018年初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能大賽”，于12月7日在南京大學(xué)附屬中學(xué)落下帷幕。此項(xiàng)比賽每4年舉行一次，相當(dāng)于一個(gè)奧運(yùn)周期，可謂是江蘇省初中化學(xué)教師實(shí)驗(yàn)理論與操作技能等方面，水平最優(yōu)、層次最高的一項(xiàng)賽事。

此次比賽的規(guī)則是13個(gè)大市各自組成代表隊(duì)，每隊(duì)由4名選手參加。組委會(huì)分設(shè)個(gè)人賽與團(tuán)體賽，個(gè)人賽由90分鐘的筆試（占總分20%）與80分鐘的4組實(shí)驗(yàn)操作（占總分80%）兩部分構(gòu)成;團(tuán)體賽則在個(gè)人賽基礎(chǔ)上（4名選手的個(gè)人賽得分之和×20%）加賽，即以設(shè)區(qū)市為單位進(jìn)行的5分鐘實(shí)驗(yàn)教學(xué)模擬展示（每位選手得分占總分20%）。

2018年的比賽內(nèi)容與2014年相比，無論是實(shí)驗(yàn)理論考查還是實(shí)驗(yàn)技能操作，都有了較大幅度的調(diào)整與變化，原創(chuàng)度高、思維性強(qiáng)，很多都是初中化學(xué)向外拓展、與高中銜接的邊緣性的知識(shí)，令人耳目一新，改變了上屆試題偏重基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、講究操作細(xì)節(jié)、突出操作規(guī)范的風(fēng)格，著重考查選手們學(xué)科本質(zhì)理解與解決問題的思維方式，對(duì)于初中化學(xué)教師而言，是一個(gè)“學(xué)科知識(shí)+操作能力”的全面性挑戰(zhàn)。由于準(zhǔn)備不足或偏向，令多數(shù)選手始料未及、防不勝防。筆者有幸成為本次大賽的評(píng)委之一，親眼目睹了整個(gè)比賽過程，感慨頗多?，F(xiàn)結(jié)合試題內(nèi)容從問題與建議兩方面，談幾點(diǎn)想法，僅供參賽的選手以及廣大的一線初中化學(xué)教師，實(shí)驗(yàn)教學(xué)、研討時(shí)參考。

1 比賽過程所暴露的4大問題

1.1 課本實(shí)驗(yàn)深度研究不足

隨著對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)識(shí)的不斷深入，黑板上“講實(shí)驗(yàn)”、“畫實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象有了明顯的改善，但本次比賽中反映出部分選手在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可能“照方抓藥”、“照貓畫虎”的行為還或多或少地存在，對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的深度研究不足、創(chuàng)新度不高，因而難以適應(yīng)本次比賽的挑戰(zhàn)。

例1 證明氣體分子運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求： 根據(jù)提供的儀器和試劑，設(shè)計(jì)合適的裝置驗(yàn)證氣體分子運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散。

供選試劑及器材： 大燒杯（500mL， 1只）、小燒杯（50mL， 2只）、脫脂棉花、長(zhǎng)直玻璃管（1根，兩端配橡皮塞），試管、試管夾、酒精燈、火柴、鑷子、表面皿、玻璃棒，長(zhǎng)濾紙條2根。濃氨水、酚酞試液[1]。

部分選手還是按照課本上的操作套路，習(xí)慣于選擇燒杯（見圖1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，很少有選擇長(zhǎng)直玻璃管（見圖2）的。有些選手雖用了長(zhǎng)直玻璃管，但是卻將長(zhǎng)直玻璃管橫放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，由于NH3的密度小于空氣，向上比向左右跑得更快，因而影響了實(shí)驗(yàn)時(shí)間與效果。更有甚者用酒精燈加熱，主觀上臆斷氣體會(huì)擴(kuò)散得更快，但卻沒有注意到兩頭封閉的玻璃管加熱是有一定危險(xiǎn)性的。

1.2 實(shí)驗(yàn)操作“估量”缺失

比賽過程中反映出多數(shù)選手實(shí)驗(yàn)時(shí)缺少“量”的概念。如： 某白色粉末的鑒別實(shí)驗(yàn)操作題，原題中的白色固體粉末，其成分可能是a.氯化鈉，b.碳酸鈉，c.碳酸氫鈉，d.上述三種固體中的任意兩種的混合物，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)鑒別出其成分。所提供的藥品中有3種不同濃度的酸，分別是0.5mol/L硝酸、0.1mol/L鹽酸、3mol/L鹽酸。其實(shí)這是一道“陷阱題”，命題專家所設(shè)置提供的白色粉末是按照質(zhì)量比9∶1混合而成的NaCl、 Na2CO3，少量的Na2CO3稍不留神就難以鑒別，所以鑒定Na2CO3時(shí)一是要注意到直接取用固態(tài)粉末，而不能加水溶解，否則稀溶液很難檢測(cè);二是要選用濃度較大的3mol/L鹽酸，因?yàn)镃O2要從水中冒出，所形成較大濃度的H2CO3， CO2才能克服被水分子“抓住”而溶解在水中，有氣泡產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象才更為明顯?？缮鲜鰞蓚€(gè)注意點(diǎn)，很多選手都失策，毫不思考拿到藥品先配溶液，其得出的結(jié)論便可想而知。

又如上述證明氣體分子運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)操作題，都習(xí)慣上用燒杯作為實(shí)驗(yàn)儀器，藥品用量既多、造成不必要的浪費(fèi)，又易形成室內(nèi)環(huán)境污染。再如： 測(cè)定“泡騰片”中的NaHCO3含量，有些選手想也不想就用4片放進(jìn)錐形瓶中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根本沒有去思考與估算，1片“泡騰片”中NaHCO3含量多少、能產(chǎn)生多少CO2;所提供的飲料瓶550mL和350mL能否收集4片“泡騰片”所產(chǎn)生的CO2量。這實(shí)際上是平時(shí)實(shí)驗(yàn)過程中沒有養(yǎng)成“量”或“估量”的習(xí)慣所造成，甚至就沒有“估量”的概念。在日常的教研活動(dòng)中，接觸到的初中化學(xué)教師，問過他們“15mm×150mm”的試管，2mL液體大約多少？而多數(shù)沒有感覺，更不清楚約為手指的1個(gè)骨節(jié)高;對(duì)于液體藥品的濃度，實(shí)驗(yàn)時(shí)也不太關(guān)注。

1.3 “上位”學(xué)科知識(shí)匱乏

本次比賽的試題內(nèi)容不僅在原有初中基礎(chǔ)知識(shí)上進(jìn)行深度挖掘與有機(jī)整合，更有部分涉及高中乃至大學(xué)的化學(xué)學(xué)科內(nèi)容，需要選手從“上位”的學(xué)科知識(shí)來理解與領(lǐng)會(huì)，解讀相關(guān)試題內(nèi)容，回答平時(shí)少見、“冷僻”問題。無論是理論題的應(yīng)答，還是實(shí)驗(yàn)題的操作，都反映出選手存在一定的學(xué)科知識(shí)缺陷，“上位”知識(shí)儲(chǔ)備不足。正因?yàn)閷W(xué)科知識(shí)體系不夠健全，有些試題令一些選手感到無從下手、一籌莫展。

例2 運(yùn)用分子結(jié)構(gòu)模型理解P4與O2的反應(yīng)過程

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求： 拼裝白磷（P4）的分子結(jié)構(gòu)，結(jié)合你在拼接過程中的體驗(yàn)，推測(cè)P4與O2反應(yīng)的最初中間產(chǎn)物的分子組成，進(jìn)而搭建出P4O10的分子結(jié)構(gòu)。

供選試劑及器材： 4個(gè)P原子的小球（黑色，分別是3孔、4孔和5孔，3種規(guī)格供選擇）;10個(gè)O原子的小球（紅色，分別是1孔、2孔和3孔，3種規(guī)格供選擇）;24個(gè)短鍵。

（1） 在搭建過程中繪制P4（見圖3）、P4O6（見圖4）、P4O10（見圖5）的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

（2） 呈現(xiàn)最終搭建的P4O10的結(jié)構(gòu)模型[2]。

多數(shù)選手拿到此題時(shí)，瞬間都“懵”住了，一下子無所適從，感覺毫無頭緒。搭建P4、 P4O6、 P4O10的結(jié)構(gòu)模型，實(shí)際上這3個(gè)問題是“遞進(jìn)式”相關(guān)聯(lián)的，P4結(jié)構(gòu)是后面的基礎(chǔ)，可從開始搭建P4（正四面體，鍵角為60°）的分子模型就被難住，大多數(shù)選手受NH3分子結(jié)構(gòu)（三角錐形，鍵角為107.5°）的影響而選擇3孔的黑色圓球，則下面的P4O6、 P4O10模型的搭建就無法完成;也有少數(shù)選手選擇了5孔黑色圓球，搭建的P4以及P4O6分子模型湊合著還行，但不太美觀，以至于連自己都不敢相信是否搭建成功;選擇4孔黑色圓球搭建的則少之又少，但是在搭建P4O6分子模型的過程中，不知道從哪兒打開P—P鍵而插入6個(gè)O原子，最終能夠完成P4O10的選手大約占參賽選手總數(shù)的1/8。不僅對(duì)于上述P4、 P4O6、 P4O10分子模型不甚了解，對(duì)于一些常識(shí)性的“上位”學(xué)科知識(shí)的了解也顯得捉襟見肘，只知其一卻不知其二。如筆試題： 向還原鐵粉中加入少量炭粉，混合均勻后，撒入內(nèi)壁用NaCl溶液潤(rùn)濕過的具支試管中，鐵粉與炭粉構(gòu)成原電池，或理解為鐵的吸氧腐蝕過程的實(shí)驗(yàn)原理，選手對(duì)此都不清楚，只略知NaCl溶液能夠加快鐵生銹的速率。又如： 失去標(biāo)簽的NaOH、 Na2CO3和NaHCO3的飽和溶液，如何用酚酞試液加以鑒別，不能順利應(yīng)答是因?yàn)閷?duì)于飽和的NaOH溶液先變紅后褪色，醌式的酚酞遇到濃度較大的NaOH溶液時(shí)，不穩(wěn)定而酯環(huán)被打開，立即轉(zhuǎn)變成無色的羧酸鹽結(jié)構(gòu)，以及NaHCO3水解后雖然也呈弱堿性，但不足以使酚酞變紅等知識(shí)點(diǎn)認(rèn)識(shí)模糊。再如： 含有Al3+的鹽溶液呈酸性，使得藍(lán)色石蕊試紙變紅;CuSO4不能作為電解水時(shí)電解質(zhì)的原因，是因?yàn)镃u2+的氧化性大于H+等鹽類水解、氧化還原等高中化學(xué)知識(shí)基本遺忘。

1.4 問題解決思維方式局限

思維方式局限也是本次比賽所暴露出的主要問題之一，思維比較單一與定勢(shì)，往往局限于初中化學(xué)范疇，難以突破初中化學(xué)的藩籬，這或許成為初中化學(xué)教師最明顯的弱點(diǎn)，最需要改良的薄弱環(huán)節(jié)。

例3 維生素C泡騰片中碳酸鹽含量測(cè)定

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求： 利用維生素C泡騰片在水中釋放二氧化碳體積計(jì)算泡騰片中碳酸氫鈉的含量。

參考公式： PV=nRT。其中P取1.0×105Pa; T為室溫（換算成絕對(duì)溫標(biāo)）;R取8.314m3·Pa·mol-1·K-1。

供選試劑及器材： 具支錐形瓶（吸濾瓶1只）、乳膠管、彎導(dǎo)管、溫度計(jì)（1支）、燃燒匙（1個(gè)）、單孔塞（1個(gè)）、無孔塞（1個(gè)）、50mL量筒（1個(gè)）、100mL量筒（1個(gè)）、水槽、飲料瓶（規(guī)格： 350mL、 550mL）、餐巾紙等。維生素C泡騰片（商品名： 力度伸），每位選手可以用3片。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與記錄：

（1） CO2的體積： ;

（2） 每片泡騰片中含NaHCO3的質(zhì)量約為g;

（3） 可能產(chǎn)生誤差的原因有？你還有哪些減少實(shí)驗(yàn)誤差的措施[3]？

這道題對(duì)于選手而言存在3個(gè)方面的挑戰(zhàn)： （1）用排水法收集CO2氣體時(shí)，將會(huì)有少量CO2溶解在水中，影響測(cè)定的精確性;（2）理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT的運(yùn)用;（3）用無刻度的飲料瓶測(cè)量CO2氣體的體積。而題目中的信息——“每位選手可以用3片”，有些選手缺少認(rèn)真解讀而被誤導(dǎo)、“上當(dāng)受騙”，題目本意并非是用3片一并進(jìn)行測(cè)量，而是可以先用1～2片放進(jìn)水槽中，形成飽和的CO2水溶液，減少測(cè)量時(shí)因CO2溶解而產(chǎn)生誤差。所得到的CO2體積如何換算成質(zhì)量，眾多選手都是用標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol氣體的體積為22.4L進(jìn)行換算，忽視了當(dāng)時(shí)“室溫”的因素，顯然“上位”知識(shí)不熟、思維方式存在問題。最大的挑戰(zhàn)是用“補(bǔ)水”的方法測(cè)定收到的氣體體積，基本沒有選手能想到，只有極個(gè)別的先利用量筒測(cè)量飲料瓶的總體積，再減去飲料瓶收集完氣體后剩余的瓶中水的體積?！把a(bǔ)水法”的思維方式在筆試第22題“空氣中氧氣含量的測(cè)定”（見圖6）也有所體現(xiàn)，用無刻度的具支試管測(cè)定空氣中氧氣的含量，關(guān)鍵是具支試管的總體積如何得到，實(shí)質(zhì)是在能夠測(cè)量的被倒吸到具支試管中的水體積的基礎(chǔ)上，再補(bǔ)水到試管塞刻度以下，加上導(dǎo)管中的水，即具支試管的總體積。諸如此類的思維方式的運(yùn)用，選手很不適應(yīng)，猶如碰到固體物質(zhì)鑒別立即先配溶液一樣，思維定勢(shì)與局限暴露無遺。

2 幾點(diǎn)建議

2.1 參與是一種過程享受

賽后不少選手很沮喪，感覺失去了往日三尺講臺(tái)侃侃而談的自信，比賽結(jié)果公示后，部分選手自認(rèn)為就像一個(gè)“差生”而無地自容，甚至懊惱不該參加這次比賽。其實(shí)這些都大可不必，比賽的結(jié)果要淡然面對(duì)，參加是一種過程，過程是一種享受，享受又回到學(xué)生時(shí)代的美好時(shí)光;享受賽場(chǎng)上那思維高度集中的激情;享受賽場(chǎng)上對(duì)手間激烈的競(jìng)爭(zhēng)與拼搏。既然是比賽，就一定有輸贏、一定有高低，從失敗中尋找原因，從“跌倒”處“站”起來，從挫折中找到前進(jìn)的方向與目標(biāo)，辯證地看不失為一件好事。比賽有著諸多不可控的因素，既有主觀因素，也有客觀因素，如： 同一種試劑，產(chǎn)地不同、分析純不同，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論可能有差異;即使產(chǎn)地、分析純完全相同的試劑，實(shí)驗(yàn)時(shí)室溫不同，實(shí)驗(yàn)的效果也可能會(huì)有所區(qū)別?？吹Y(jié)果、享受過程既是一種心態(tài)，也是一種品格，更是一種內(nèi)心的強(qiáng)大，有了內(nèi)心的強(qiáng)大就能戰(zhàn)勝人生道路上的一切困難與險(xiǎn)阻。

2.2 夯實(shí)學(xué)科專業(yè)功底

長(zhǎng)期擔(dān)任初中化學(xué)一線教學(xué)，對(duì)于高中知識(shí)乃至大學(xué)知識(shí)點(diǎn)或多或少的遺忘，這是常有的事，但不能以此作為“保護(hù)傘”，為我們的惰性尋找合適的理由，使得自身的專業(yè)水平在慢慢地退步，以至于僅僅停留在初中生的學(xué)識(shí)階段。日前在鹽城召開的“2018江蘇省中學(xué)化學(xué)名師論壇”，其主題為“好老師、大先生”，告誡我們要從“經(jīng)師”走向“明師”，最終成為“人師”，其中學(xué)習(xí)力是一個(gè)不可或缺的重要元素，要有落地的雙腳，勤奮地閱讀與學(xué)習(xí)，讓閱讀成為一種習(xí)慣，讓學(xué)習(xí)成為生活中的常態(tài)，精準(zhǔn)的學(xué)科功底是成就“大先生”的基石。對(duì)于初中化學(xué)教師而言，應(yīng)該做到精通初中知識(shí)、熟悉高中教材、不忘大學(xué)內(nèi)容，書桌案頭上要常備高中化學(xué)教材以及《大學(xué)無機(jī)》、《大學(xué)有機(jī)》、《化學(xué)反應(yīng)原理》等高校教材，或在電腦中存有pdf版的高中、大學(xué)教材電子書籍，時(shí)常去翻閱、去瀏覽[4]。同時(shí)具有堅(jiān)強(qiáng)的學(xué)習(xí)選擇力、高超的學(xué)術(shù)研究力、豐富的精神感染力，不斷拓展自身的閱讀視野，用“一滴水”與“一杯水”的比例要求對(duì)自身提出努力的目標(biāo)與方向，挑戰(zhàn)極限、止于至善。如綠色能源太陽能的教學(xué)，自身應(yīng)該懂得比學(xué)生多得多，了解得比課本深得多。太陽是距離地球最近的一顆恒星，其核心溫度可達(dá)1500萬度，這些能量源自核聚變反應(yīng)，即： 由4個(gè)氫核聚變成1個(gè)氦核的反應(yīng)，每秒約有7億噸氫變成氦，這個(gè)過程約有400萬噸的質(zhì)量變成能量，這些能量從太陽向外輻射，大約有22億分之一到達(dá)地球，每秒達(dá)到地球的輻射能相當(dāng)于500萬噸煤燃燒放出的化學(xué)能[5]。

2.3 加強(qiáng)學(xué)科本質(zhì)理解

尊重科學(xué)事實(shí)，加強(qiáng)學(xué)科本質(zhì)理解，不忽悠學(xué)生，其本身就是一個(gè)合格教師人格魅力、人文精神的體現(xiàn)。唯有深度理解學(xué)科本質(zhì)，教學(xué)時(shí)方能深入淺出、游刃有余，才能把最基礎(chǔ)的、最基本的啟蒙化學(xué)講得有滋有味、有血有肉，才能激發(fā)學(xué)生熱愛化學(xué)的興趣，引領(lǐng)學(xué)生跨進(jìn)化學(xué)之門，將來走上化學(xué)科研之路。長(zhǎng)期在初中一線任教，可能會(huì)形成一種思維慣性，教學(xué)目標(biāo)就是中考，提高教學(xué)質(zhì)量的“抓手”就是“刷題”，“考什么就教什么”、“怎么考就怎么教”，長(zhǎng)此以往，必然導(dǎo)致對(duì)學(xué)科本質(zhì)理解的下降，對(duì)專業(yè)知識(shí)把控的削弱。倘若我們?cè)谡n本知識(shí)的基礎(chǔ)上向外“跨出一步”，可能會(huì)“打開另一扇窗戶”。如化學(xué)變化的概念教學(xué)時(shí)，不能僅滿足于課本中“有新物質(zhì)生成的變化”這樣一種從文本到文本的字面解讀，或構(gòu)成物質(zhì)的分子被破壞，分解成原子，原子重新組合的淺層理解，而是要從搭建H2O、 CO2、 CH4的分子球棍模型入手，去認(rèn)識(shí)不同原子間存在著一種特有的化學(xué)作用——化學(xué)鍵，化學(xué)變化的本質(zhì)就是這些化學(xué)鍵與原子間的排列方式發(fā)生改變的變化，這其中還可能包含電子得失的過程。

參考文獻(xiàn)：

[1][2][3]2018江蘇省初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)技能大賽理論、 實(shí)驗(yàn)操作試題.

[4]王國(guó)崢. 初中化學(xué)教師科學(xué)與人文素養(yǎng)建構(gòu)研究[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2012， （12）： 7.

[5]周公度. 化學(xué)是什么[M]. 北京： 北京大學(xué)出版社， 2016： 105.