從探究物質組成綜合實驗題 反思初高中化學教學銜接

李小芬 劉紫珊

【摘要】本文從對比初高中階段的探究物質組成的綜合實驗題入手，反思初高中化學在化學實驗、化學反應以及化學計算等方面的差異，以教學氧化還原反應為例，闡述初高中化學教學有效銜接的途徑。

【關鍵詞】化學教學 初高中銜接 氧化還原反應

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）08-0127-04

筆者曾參與一次初三化學學科中考復習的調研活動，其內容是通過大數據后臺，觀摩初三學生用數控筆答題的情況。通過觀察學生的答題筆跡、答題順序，分析其中反映出的學生答題思路，進而給出合理的備考策略。其中有一道實驗題，由于其考查形式、試題素材、設問重點都與高中階段常見的實驗題有共通之處，用于考查學生的實驗操作基本技能、科學探究與創新意識，非常適合作為初高中銜接課程的試題素材。筆者從這道“探究物質組成的綜合實驗題”中受到啟發，反思初高中化學學科的銜接教學現狀，并以教學氧化還原反應為例，思考初高中化學教學有效銜接的途徑。

一、試題反思

初中試題：菱鐵礦和赤鐵礦一樣，也是工業上冶煉鐵的一種礦物。某種菱鐵礦中鐵元素的主要存在形式是堿式碳酸亞鐵，為測定堿式碳酸亞鐵[xFeCO3·yFe（OH）2·zH2O]的組成，華雪同學在老師的指導下設計了如圖1所示實驗裝置：

（查閱資料）a.堿式碳酸亞鐵受熱會完全分解生成FeO、CO2以及H2O。

b.FeO是一種黑色粉末，它不穩定，在空氣中加熱，可被氧化成四氧化三鐵。

c.堿石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO2和H2O。

（實驗步驟）（1）檢查裝置的? ? ? 后，稱取3.40g堿式碳酸亞鐵粉末放在裝置B中，連接儀器。

（2）? ? ? ，鼓入一段時間空氣，準確稱量裝置C、D、E的質量。

（3）關閉彈簧夾K，加熱裝置B至裝置C中導管末端無氣泡冒出，再打開彈簧夾K，緩緩通空氣一段時間，這樣操作的目的是? ? ? ? ? ?。

高中試題：某鐵銹成分為Fe2O3·xH2O和FeCO3，為確定其組成，興趣小組稱取此鐵銹樣品25.4g，在科研人員的指導下用下頁圖2所示裝置進行實驗。

（查閱資料）a.Fe2O3·xH2O失去結晶水溫度為110℃，FeCO3在282℃分解為FeO和CO2。

b.溫度高于500℃時鐵的氧化物才能被CO還原。

（實驗步驟）（1）裝配好實驗裝置后，首先要? ?   ? ? ? ? ? ? ?。

（2）裝置A中的反應為：H2C2O4（草酸）[濃硫酸加熱]CO+CO2+H2O，通過B、C裝置可得到干燥、純凈的CO氣體，洗氣瓶B中應盛放? ? ?（選填序號）。

A.濃硫酸 B.澄清的石灰水 C.氫氧化鈉溶液

（3）現控制D裝置中的溫度為300℃對鐵銹進行熱分解，直至D裝置中剩余固體質量不再變化為止，冷卻后裝置E增重3.6g，裝置F增重2.2g.則樣品中FeCO3的質量m（FeCO3）= g，x= 。

（4）若缺少G裝置，測得的m（FeCO3） （選填“偏大”“偏小”“不變”，下同），x的值會 。

這類題目屬于探究物質組成的綜合性實驗題，考查了基本實驗操作、試劑的使用和作用，以及相關計算。答題的基本流程及考查學生的能力如下。

從學生的答題情況看，初三學生的答題情況并不理想，得分率較低。解答綜合實驗題首先要明確實驗目的、實驗原理，進而結合題干和問題去構思實驗過程。要解答好這類題，必須熟練掌握初（高）中的基本實驗操作和技能，熟練運用有關計算的方法和技巧，準確分析化學反應特別是氧化還原反應，并根據條件書寫出氧化還原反應的方程式。這兩道題都涉及物質的分解，并且都涉及一種重要的反應類型——氧化還原反應。氧化還原反應是學生從初中進入高中后，要進行深入學習的一個重點知識，也是學生學習的難點，該知識的學習和應用幾乎貫穿了整個高中階段的化學學習，所以教師要合理設計氧化還原反應的新課教學，充分做好知識的銜接。

二、基于上述試題的反思

教育部關于全面深化課程改革的意見中明確指出，中小學各學段要上下貫通、有機銜接、相互協調。以上兩道題的設置和考查體現了初高中化學教學的有機銜接。初中試題很好地起到了“啟下”的作用，高中試題則很好地起到了“承上”的作用。高中試題在初中試題的基礎上，難度有所提升，對實驗操作的設問更加具體，考查學生是否具備證據推理與模型認知、科學探究與創新意識等化學學科核心素養。

化學實驗具有真實性、實踐性等特點，在幫助學生深入理解化學知識和技能、提高科學素養方面有不可替代的作用。如何培養學生正確的解題思路，做好初高中銜接？筆者認為，教師首先要明確初高中化學知識之間的區別與聯系。

（一）化學實驗基本操作和基本技能有所提升

化學是一門以實驗為基礎的學科。初中是學生正式系統學習化學的第一階段，其中涉及的化學基本操作和基本技能，是學生學習化學的必備能力?！盁o安全就無化學實驗”，化學教學初始就應該讓學生建立化學實驗的安全意識和操作規范。高中階段的很多實驗，特別是課本必修1中的實驗，都是在初中實驗基礎上的進一步加深。所以，高中生需要全面掌握初中實驗，才能很好地過渡到高中化學的學習。初中化學實驗與高中化學必修1中的實驗對比如下頁表1所示。

從對比中可以發現，在初中的基本實驗操作基礎上，高中增加了一些操作，如萃取分液、蒸餾、滲析等，為學生深入學習化學奠定了基礎;一定物質的量濃度溶液的配制是初中階段一定質量分數的溶液配制的加深;學生開始學習相對精密的儀器——容量瓶的使用;引入誤差分析，培養學生科學嚴謹的精神和證據推理、模型認知能力。

（二）化學反應變化更豐富

化學學習的核心是能從微觀和宏觀理解物質發生的化學變化，并能夠用化學語言（化學方程式）表征其中的變化過程。與初中階段主要講解四種基本反應類型相比，高中階段化學反應類型增多，如無機化學主要為氧化還原反應和離子反應，還有有機化學涉及的反應。學生在高中化學學習中，不僅要能區分不同的反應類型，還要能理解反應的實質（電子轉移和化學鍵的斷裂情況）、反應中伴隨的能量變化等。以上兩道實驗題就通過探究產物組成考查了物質變化的相關內容，高中階段的化學學習經常通過讓學生選擇試劑來考查學生對物質的性質和變化的掌握情況。

在高中的化學反應中，氧化還原反應是非常重要的知識。筆者通過分析初高中化學教材及課程標準發現，兩個學段對氧化還原反應的相關知識的考查要求相差較大。初中階段僅要求學生了解、識記一兩個氧化反應或還原反應，高中階段則要求學生深入理解概念并能夠熟練運用概念、解決問題。

（三）化學計算的變化

以上兩道實驗題都是物質的分解實驗，通過計算分解產物的質量確定原子個數比或者化學式，進一步完成分解的化學方程式。從這兩道題的計算可以看出，初高中計算考查上的不同與聯系。高中階段計算的最大特點就是引入了物質的量這個物理量。這樣做，一方面大大降低了化學計算的難度，另一方面把宏觀和微觀聯系了起來（如表2所示）。

三、氧化還原反應教學實例

下面筆者以教學氧化還原反應為例，具體談談初高中化學教學銜接的一些做法。

經過對學生的調查和課后反思，筆者認為，剛進入高一的學生在進行氧化還原內容的學習時，主要存在3個方面的認知困難：一是高中教材只用了非常短的篇幅論證“氧化反應和還原反應是同時發生的，這樣的反應被稱為氧化還原反應”這一命題，而學生在初中階段對氧化反應、還原反應兩個概念的認識僅停留在淺層次，由初中階段到高中階段的思維跨度比較大，學生很難將已學的初中概念順利過渡到高中概念;二是部分學生不熟悉常見物質、離子的化合價，解題時反應慢，也缺乏將“化合價升降”與“電子得失”聯系起來的意識，導致對化學反應的本質認識不夠深刻，也對常見氧化劑、還原劑的辨識與記憶存在一定困難;三是相比初中僅需簡單了解氧化反應或還原反應，高中階段氧化還原反應的學習涉及非常多的概念，如氧化還原反應及其包括的氧化反應與還原反應、氧化劑與還原劑、氧化性與還原性等，還有反應物、生成物、反應過程等，這些概念學生極易混淆。另外，與初中階段的學習不同的是，高中階段將氧化還原反應拆分成氧化反應、還原反應兩條線進行梳理，也就是說，學生對氧化還原反應的認知，從初中到高中經歷了“獨立割裂的兩個概念——統一于同一反應——深刻理解同時進行的兩個過程”這一辯證的、螺旋上升的認知過程。

為了避免學生出現不適應高中化學學習的現象，教師必須吃透教材，精心備課，優化教學方法，靈活運用教學策略，注意做好初高中化學教學的銜接與過渡。

（一）適當補充知識，緩沖學生的陌生感

在高中化學教材中，原子核外電子分層排布的相關知識編排比較靠后，為了讓學生更好地理解氧化還原反應與得失電子的情況，教師有必要對原子核外電子分層排布這一知識點進行簡單介紹，這樣既有利于學生理解氧化還原反應，又為以后進一步學習原子核外電子排布規律打下基礎。教師可以向學生補充介紹“8電子的穩定結構”和“2電子穩定結構”，還可以輔以常見物質中的元素化合價開展辨識練習，在學習氧化還原反應前就將“化合價升降”與“電子得失”聯系起來，可以讓學生更容易理解氧化還原反應中電子的得失與偏移的區別。

（二）設置沖突點，引導學生自主推理探究

在引入氧化還原反應之前，教師先通過教材上的“思考與交流”活動，請學生列舉幾個初中所學的氧化反應、還原反應，學生有可能會列舉C+O2=CO2、2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2、CuO+CO=Cu+CO2等反應。教師此時提問：“這些反應屬于基本反應類型的哪一種？”當學生發現反應CuO+CO=Cu+CO2不屬于任何一種基本反應類型后，教師引導學生轉換思維進行思考：請從物質所含有的元素這個角度，分析反應前后發生了什么變化。這時學生發現，CO經過反應得到氧，發生了氧化反應;CuO經過反應失去氧變成Cu單質，發生了還原反應。學生進而發現，氧化反應和還原反應一定是同時發生的，從而導出氧化還原反應的概念。學生在教師的引導下，通過自主探究，完成了由初中階段概念向高中階段概念的過渡。

（三）細講多練，突破學習難點

經過概念的轉變和規律的總結，學生對許多概念可能仍然一知半解。接受知識是一個循序漸進的過程，不可能一步到位，必須通過一些有效的練習來加強對知識的理解和記憶。這時，教師需要準備好導學案及適量的難度適中的針對性練習，比如在概括出氧化還原反應的特征和本質后，呈現一些反應方程式，讓學生從中找出屬于氧化還原的反應;在學習了氧化劑和還原劑的概念后，組織學生找出一些反應中的兩劑——氧化劑和還原劑、兩產物——氧化產物和還原產物，并在小組內交流，描述氧化劑、還原劑各自發生的電子轉移、化合價升降等，充分調動學生的多個感官，深入體會氧化還原反應。

從初中到高中，學生的學習習慣、思維方式都會發生很大的改變。教師要在順應學生這些變化的基礎上做好教學銜接工作，讓學生能更順利地進入新階段的學習。除了課本知識，實驗操作也是非常好的銜接載體，高中教師應該保持對化學知識和學科素養的敏銳度，從課本內容、習題素材、生活細節等多方面挖掘初高中的有效銜接點，幫助學生在高一入學時攻克知識難度壁壘，激發化學學習興趣，從而更好地發展學生的核心素養。

作者簡介：李小芬（1982— ），一級教師，研究方向為化學教學;劉紫珊（1997— ），二級教師，研究方向為化學教學。

（責編 劉小瑗）