反思与建构：初中化学教师的实验技能与素养

杨大强 王国峥

摘要： 通过观摩2018江苏省初中化学实验教学技能大赛，发现选手普遍存在的“课本实验深度研究不足”“实验操作‘估量缺失”“‘上位学科知识匮乏”“问题解决思维方式局限”4方面的问题，在此基础上提出了3点思考。

关键词： 初中化学; 实验技能; 教师专业发展; 学科本质理解

文章编号： 10056629（2019）4003004中图分类号： G633.8文献标识码： B

由江苏省教育装备与勤工俭学管理中心组织的“2018年初中化学实验技能大赛”，于12月7日在南京大学附属中学落下帷幕。此项比赛每4年举行一次，相当于一个奥运周期，可谓是江苏省初中化学教师实验理论与操作技能等方面，水平最优、层次最高的一项赛事。

此次比赛的规则是13个大市各自组成代表队，每队由4名选手参加。组委会分设个人赛与团体赛，个人赛由90分钟的笔试（占总分20%）与80分钟的4组实验操作（占总分80%）两部分构成;团体赛则在个人赛基础上（4名选手的个人赛得分之和×20%）加赛，即以设区市为单位进行的5分钟实验教学模拟展示（每位选手得分占总分20%）。

2018年的比赛内容与2014年相比，无论是实验理论考查还是实验技能操作，都有了较大幅度的调整与变化，原创度高、思维性强，很多都是初中化学向外拓展、与高中衔接的边缘性的知识，令人耳目一新，改变了上届试题偏重基础实验、讲究操作细节、突出操作规范的风格，着重考查选手们学科本质理解与解决问题的思维方式，对于初中化学教师而言，是一个“学科知识+操作能力”的全面性挑战。由于准备不足或偏向，令多数选手始料未及、防不胜防。笔者有幸成为本次大赛的评委之一，亲眼目睹了整个比赛过程，感慨颇多。现结合试题内容从问题与建议两方面，谈几点想法，仅供参赛的选手以及广大的一线初中化学教师，实验教学、研讨时参考。

1 比赛过程所暴露的4大问题

1.1 课本实验深度研究不足

随着对实验教学认识的不断深入，黑板上“讲实验”、“画实验”的现象有了明显的改善，但本次比赛中反映出部分选手在日常实验教学中，可能“照方抓药”、“照猫画虎”的行为还或多或少地存在，对课本实验的深度研究不足、创新度不高，因而难以适应本次比赛的挑战。

例1 证明气体分子运动与扩散实验

实验内容与要求： 根据提供的仪器和试剂，设计合适的装置验证气体分子运动与扩散。

供选试剂及器材： 大烧杯（500mL， 1只）、小烧杯（50mL， 2只）、脱脂棉花、长直玻璃管（1根，两端配橡皮塞），试管、试管夹、酒精灯、火柴、镊子、表面皿、玻璃棒，长滤纸条2根。浓氨水、酚酞试液[1]。

部分选手还是按照课本上的操作套路，习惯于选择烧杯（见图1）进行实验，很少有选择长直玻璃管（见图2）的。有些选手虽用了长直玻璃管，但是却将长直玻璃管横放在实验台上，由于NH3的密度小于空气，向上比向左右跑得更快，因而影响了实验时间与效果。更有甚者用酒精灯加热，主观上臆断气体会扩散得更快，但却没有注意到两头封闭的玻璃管加热是有一定危险性的。

1.2 实验操作“估量”缺失

比赛过程中反映出多数选手实验时缺少“量”的概念。如： 某白色粉末的鉴别实验操作题，原题中的白色固体粉末，其成分可能是a.氯化钠，b.碳酸钠，c.碳酸氢钠，d.上述三种固体中的任意两种的混合物，要求设计实验鉴别出其成分。所提供的药品中有3种不同浓度的酸，分别是0.5mol/L硝酸、0.1mol/L盐酸、3mol/L盐酸。其实这是一道“陷阱题”，命题专家所设置提供的白色粉末是按照质量比9∶1混合而成的NaCl、 Na2CO3，少量的Na2CO3稍不留神就难以鉴别，所以鉴定Na2CO3时一是要注意到直接取用固态粉末，而不能加水溶解，否则稀溶液很难检测;二是要选用浓度较大的3mol/L盐酸，因为CO2要从水中冒出，所形成较大浓度的H2CO3， CO2才能克服被水分子“抓住”而溶解在水中，有气泡产生的实验现象才更为明显。可上述两个注意点，很多选手都失策，毫不思考拿到药品先配溶液，其得出的结论便可想而知。

又如上述证明气体分子运动与扩散的实验操作题，都习惯上用烧杯作为实验仪器，药品用量既多、造成不必要的浪费，又易形成室内环境污染。再如： 测定“泡腾片”中的NaHCO3含量，有些选手想也不想就用4片放进锥形瓶中进行实验，根本没有去思考与估算，1片“泡腾片”中NaHCO3含量多少、能产生多少CO2;所提供的饮料瓶550mL和350mL能否收集4片“泡腾片”所产生的CO2量。这实际上是平时实验过程中没有养成“量”或“估量”的习惯所造成，甚至就没有“估量”的概念。在日常的教研活动中，接触到的初中化学教师，问过他们“15mm×150mm”的试管，2mL液体大约多少？而多数没有感觉，更不清楚约为手指的1个骨节高;对于液体药品的浓度，实验时也不太关注。

1.3 “上位”学科知识匮乏

本次比赛的试题内容不仅在原有初中基础知识上进行深度挖掘与有机整合，更有部分涉及高中乃至大学的化学学科内容，需要选手从“上位”的学科知识来理解与领会，解读相关试题内容，回答平时少见、“冷僻”问题。无论是理论题的应答，还是实验题的操作，都反映出选手存在一定的学科知识缺陷，“上位”知识储备不足。正因为学科知识体系不够健全，有些试题令一些选手感到无从下手、一筹莫展。

例2 运用分子结构模型理解P4与O2的反应过程

实验内容与要求： 拼装白磷（P4）的分子结构，结合你在拼接过程中的体验，推测P4与O2反应的最初中间产物的分子组成，進而搭建出P4O10的分子结构。

供选试剂及器材： 4个P原子的小球（黑色，分别是3孔、4孔和5孔，3种规格供选择）;10个O原子的小球（红色，分别是1孔、2孔和3孔，3种规格供选择）;24个短键。

（1） 在搭建过程中绘制P4（见图3）、P4O6（见图4）、P4O10（见图5）的立体结构示意图。

（2） 呈现最终搭建的P4O10的结构模型[2]。

多数选手拿到此题时，瞬间都“懵”住了，一下子无所适从，感觉毫无头绪。搭建P4、 P4O6、 P4O10的结构模型，实际上这3个问题是“递进式”相关联的，P4结构是后面的基础，可从开始搭建P4（正四面体，键角为60°）的分子模型就被难住，大多数选手受NH3分子结构（三角锥形，键角为107.5°）的影响而选择3孔的黑色圆球，则下面的P4O6、 P4O10模型的搭建就无法完成;也有少数选手选择了5孔黑色圆球，搭建的P4以及P4O6分子模型凑合着还行，但不太美观，以至于连自己都不敢相信是否搭建成功;选择4孔黑色圆球搭建的则少之又少，但是在搭建P4O6分子模型的过程中，不知道从哪儿打开P—P键而插入6个O原子，最终能够完成P4O10的选手大约占参赛选手总数的1/8。不仅对于上述P4、 P4O6、 P4O10分子模型不甚了解，对于一些常识性的“上位”学科知识的了解也显得捉襟见肘，只知其一却不知其二。如笔试题： 向还原铁粉中加入少量炭粉，混合均匀后，撒入内壁用NaCl溶液润湿过的具支试管中，铁粉与炭粉构成原电池，或理解为铁的吸氧腐蚀过程的实验原理，选手对此都不清楚，只略知NaCl溶液能够加快铁生锈的速率。又如： 失去标签的NaOH、 Na2CO3和NaHCO3的饱和溶液，如何用酚酞试液加以鉴别，不能顺利应答是因为对于饱和的NaOH溶液先变红后褪色，醌式的酚酞遇到浓度较大的NaOH溶液时，不稳定而酯环被打开，立即转变成无色的羧酸盐结构，以及NaHCO3水解后虽然也呈弱碱性，但不足以使酚酞变红等知识点认识模糊。再如： 含有Al3+的盐溶液呈酸性，使得蓝色石蕊试纸变红;CuSO4不能作为电解水时电解质的原因，是因为Cu2+的氧化性大于H+等盐类水解、氧化还原等高中化学知识基本遗忘。

1.4 问题解决思维方式局限

思维方式局限也是本次比赛所暴露出的主要问题之一，思维比较单一与定势，往往局限于初中化学范畴，难以突破初中化学的藩篱，这或许成为初中化学教师最明显的弱点，最需要改良的薄弱环节。

例3 维生素C泡腾片中碳酸盐含量测定

实验内容及要求： 利用维生素C泡腾片在水中释放二氧化碳体积计算泡腾片中碳酸氢钠的含量。

参考公式： PV=nRT。其中P取1.0×105Pa; T为室温（换算成绝对温标）;R取8.314m3·Pa·mol-1·K-1。

供选试剂及器材： 具支锥形瓶（吸滤瓶1只）、乳胶管、弯导管、温度计（1支）、燃燒匙（1个）、单孔塞（1个）、无孔塞（1个）、50mL量筒（1个）、100mL量筒（1个）、水槽、饮料瓶（规格： 350mL、 550mL）、餐巾纸等。维生素C泡腾片（商品名： 力度伸），每位选手可以用3片。

实验结果与记录：

（1） CO2的体积： ;

（2） 每片泡腾片中含NaHCO3的质量约为g;

（3） 可能产生误差的原因有？你还有哪些减少实验误差的措施[3]？

这道题对于选手而言存在3个方面的挑战： （1）用排水法收集CO2气体时，将会有少量CO2溶解在水中，影响测定的精确性;（2）理想气体状态方程PV=nRT的运用;（3）用无刻度的饮料瓶测量CO2气体的体积。而题目中的信息——“每位选手可以用3片”，有些选手缺少认真解读而被误导、“上当受骗”，题目本意并非是用3片一并进行测量，而是可以先用1～2片放进水槽中，形成饱和的CO2水溶液，减少测量时因CO2溶解而产生误差。所得到的CO2体积如何换算成质量，众多选手都是用标准状态下，1mol气体的体积为22.4L进行换算，忽视了当时“室温”的因素，显然“上位”知识不熟、思维方式存在问题。最大的挑战是用“补水”的方法测定收到的气体体积，基本没有选手能想到，只有极个别的先利用量筒测量饮料瓶的总体积，再减去饮料瓶收集完气体后剩余的瓶中水的体积。“补水法”的思维方式在笔试第22题“空气中氧气含量的测定”（见图6）也有所体现，用无刻度的具支试管测定空气中氧气的含量，关键是具支试管的总体积如何得到，实质是在能够测量的被倒吸到具支试管中的水体积的基础上，再补水到试管塞刻度以下，加上导管中的水，即具支试管的总体积。诸如此类的思维方式的运用，选手很不适应，犹如碰到固体物质鉴别立即先配溶液一样，思维定势与局限暴露无遗。

2 几点建议

2.1 参与是一种过程享受

赛后不少选手很沮丧，感觉失去了往日三尺讲台侃侃而谈的自信，比赛结果公示后，部分选手自认为就像一个“差生”而无地自容，甚至懊恼不该参加这次比赛。其实这些都大可不必，比赛的结果要淡然面对，参加是一种过程，过程是一种享受，享受又回到学生时代的美好时光;享受赛场上那思维高度集中的激情;享受赛场上对手间激烈的竞争与拼搏。既然是比赛，就一定有输赢、一定有高低，从失败中寻找原因，从“跌倒”处“站”起来，从挫折中找到前进的方向与目标，辩证地看不失为一件好事。比赛有着诸多不可控的因素，既有主观因素，也有客观因素，如： 同一种试剂，产地不同、分析纯不同，实验的结论可能有差异;即使产地、分析纯完全相同的试剂，实验时室温不同，实验的效果也可能会有所区别。看淡结果、享受过程既是一种心态，也是一种品格，更是一种内心的强大，有了内心的强大就能战胜人生道路上的一切困难与险阻。

2.2 夯实学科专业功底

长期担任初中化学一线教学，对于高中知识乃至大学知识点或多或少的遗忘，这是常有的事，但不能以此作为“保护伞”，为我们的惰性寻找合适的理由，使得自身的专业水平在慢慢地退步，以至于仅仅停留在初中生的学识阶段。日前在盐城召开的“2018江苏省中学化学名师论坛”，其主题为“好老师、大先生”，告诫我们要从“经师”走向“明师”，最终成为“人师”，其中学习力是一个不可或缺的重要元素，要有落地的双脚，勤奋地阅读与学习，让阅读成为一种习惯，让学习成为生活中的常态，精准的学科功底是成就“大先生”的基石。对于初中化学教师而言，应该做到精通初中知识、熟悉高中教材、不忘大学内容，书桌案头上要常备高中化学教材以及《大学无机》、《大学有机》、《化学反应原理》等高校教材，或在电脑中存有pdf版的高中、大学教材电子书籍，时常去翻阅、去浏览[4]。同时具有坚强的学习选择力、高超的学术研究力、丰富的精神感染力，不断拓展自身的阅读视野，用“一滴水”与“一杯水”的比例要求对自身提出努力的目标与方向，挑战极限、止于至善。如绿色能源太阳能的教学，自身应该懂得比学生多得多，了解得比课本深得多。太阳是距离地球最近的一颗恒星，其核心温度可达1500万度，这些能量源自核聚变反应，即： 由4个氢核聚变成1个氦核的反应，每秒约有7亿吨氢变成氦，这个过程约有400万吨的质量变成能量，这些能量从太阳向外辐射，大约有22亿分之一到达地球，每秒达到地球的辐射能相当于500万吨煤燃烧放出的化学能[5]。

2.3 加强学科本质理解

尊重科学事实，加强学科本质理解，不忽悠学生，其本身就是一个合格教师人格魅力、人文精神的体现。唯有深度理解学科本质，教学时方能深入浅出、游刃有余，才能把最基础的、最基本的启蒙化学讲得有滋有味、有血有肉，才能激发学生热爱化学的兴趣，引领学生跨进化学之门，将来走上化学科研之路。长期在初中一线任教，可能会形成一种思维惯性，教学目标就是中考，提高教学质量的“抓手”就是“刷题”，“考什么就教什么”、“怎么考就怎么教”，长此以往，必然导致对学科本质理解的下降，对专业知识把控的削弱。倘若我们在课本知识的基础上向外“跨出一步”，可能会“打开另一扇窗户”。如化学变化的概念教学时，不能仅满足于课本中“有新物质生成的变化”这样一种从文本到文本的字面解读，或构成物质的分子被破坏，分解成原子，原子重新组合的浅层理解，而是要从搭建H2O、 CO2、 CH4的分子球棍模型入手，去认识不同原子间存在着一种特有的化学作用——化学键，化学变化的本质就是这些化学键与原子间的排列方式发生改变的变化，这其中还可能包含电子得失的过程。

参考文献：

[1][2][3]2018江苏省初中化学实验教学技能大赛理论、 实验操作试题.

[4]王国峥. 初中化学教师科学与人文素养建构研究[J]. 中学化学教学参考， 2012， （12）： 7.

[5]周公度. 化学是什么[M]. 北京： 北京大学出版社， 2016： 105.