从探究物质组成综合实验题 反思初高中化学教学衔接

李小芬 刘紫珊

【摘要】本文从对比初高中阶段的探究物质组成的综合实验题入手，反思初高中化学在化学实验、化学反应以及化学计算等方面的差异，以教学氧化还原反应为例，阐述初高中化学教学有效衔接的途径。

【关键词】化学教学 初高中衔接 氧化还原反应

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）08-0127-04

笔者曾参与一次初三化学学科中考复习的调研活动，其内容是通过大数据后台，观摩初三学生用数控笔答题的情况。通过观察学生的答题笔迹、答题顺序，分析其中反映出的学生答题思路，进而给出合理的备考策略。其中有一道实验题，由于其考查形式、试题素材、设问重点都与高中阶段常见的实验题有共通之处，用于考查学生的实验操作基本技能、科学探究与创新意识，非常适合作为初高中衔接课程的试题素材。笔者从这道“探究物质组成的综合实验题”中受到启发，反思初高中化学学科的衔接教学现状，并以教学氧化还原反应为例，思考初高中化学教学有效衔接的途径。

一、试题反思

初中试题：菱铁矿和赤铁矿一样，也是工业上冶炼铁的一种矿物。某种菱铁矿中铁元素的主要存在形式是碱式碳酸亚铁，为测定碱式碳酸亚铁[xFeCO3·yFe（OH）2·zH2O]的组成，华雪同学在老师的指导下设计了如图1所示实验装置：

（查阅资料）a.碱式碳酸亚铁受热会完全分解生成FeO、CO2以及H2O。

b.FeO是一种黑色粉末，它不稳定，在空气中加热，可被氧化成四氧化三铁。

c.碱石灰是NaOH及CaO的混合物，可以吸收CO2和H2O。

（实验步骤）（1）检查装置的      后，称取3.40g碱式碳酸亚铁粉末放在装置B中，连接仪器。

（2）      ，鼓入一段时间空气，准确称量装置C、D、E的质量。

（3）关闭弹簧夹K，加热装置B至装置C中导管末端无气泡冒出，再打开弹簧夹K，缓缓通空气一段时间，这样操作的目的是           。

高中试题：某铁锈成分为Fe2O3·xH2O和FeCO3，为确定其组成，兴趣小组称取此铁锈样品25.4g，在科研人员的指导下用下页图2所示装置进行实验。

（查阅资料）a.Fe2O3·xH2O失去结晶水温度为110℃，FeCO3在282℃分解为FeO和CO2。

b.温度高于500℃时铁的氧化物才能被CO还原。

（实验步骤）（1）装配好实验装置后，首先要                   。

（2）装置A中的反应为：H2C2O4（草酸）[浓硫酸加热]CO+CO2+H2O，通过B、C装置可得到干燥、纯净的CO气体，洗气瓶B中应盛放     （選填序号）。

A.浓硫酸 B.澄清的石灰水 C.氢氧化钠溶液

（3）现控制D装置中的温度为300℃对铁锈进行热分解，直至D装置中剩余固体质量不再变化为止，冷却后装置E增重3.6g，装置F增重2.2g.则样品中FeCO3的质量m（FeCO3）= g，x= 。

（4）若缺少G装置，测得的m（FeCO3） （选填“偏大”“偏小”“不变”，下同），x的值会 。

这类题目属于探究物质组成的综合性实验题，考查了基本实验操作、试剂的使用和作用，以及相关计算。答题的基本流程及考查学生的能力如下。

从学生的答题情况看，初三学生的答题情况并不理想，得分率较低。解答综合实验题首先要明确实验目的、实验原理，进而结合题干和问题去构思实验过程。要解答好这类题，必须熟练掌握初（高）中的基本实验操作和技能，熟练运用有关计算的方法和技巧，准确分析化学反应特别是氧化还原反应，并根据条件书写出氧化还原反应的方程式。这两道题都涉及物质的分解，并且都涉及一种重要的反应类型——氧化还原反应。氧化还原反应是学生从初中进入高中后，要进行深入学习的一个重点知识，也是学生学习的难点，该知识的学习和应用几乎贯穿了整个高中阶段的化学学习，所以教师要合理设计氧化还原反应的新课教学，充分做好知识的衔接。

二、基于上述试题的反思

教育部关于全面深化课程改革的意见中明确指出，中小学各学段要上下贯通、有机衔接、相互协调。以上两道题的设置和考查体现了初高中化学教学的有机衔接。初中试题很好地起到了“启下”的作用，高中试题则很好地起到了“承上”的作用。高中试题在初中试题的基础上，难度有所提升，对实验操作的设问更加具体，考查学生是否具备证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等化学学科核心素养。

化学实验具有真实性、实践性等特点，在帮助学生深入理解化学知识和技能、提高科学素养方面有不可替代的作用。如何培养学生正确的解题思路，做好初高中衔接？笔者认为，教师首先要明确初高中化学知识之间的区别与联系。

（一）化学实验基本操作和基本技能有所提升

化学是一门以实验为基础的学科。初中是学生正式系统学习化学的第一阶段，其中涉及的化学基本操作和基本技能，是学生学习化学的必备能力。“无安全就无化学实验”，化学教学初始就应该让学生建立化学实验的安全意识和操作规范。高中阶段的很多实验，特别是课本必修1中的实验，都是在初中实验基础上的进一步加深。所以，高中生需要全面掌握初中实验，才能很好地过渡到高中化学的学习。初中化学实验与高中化学必修1中的实验对比如下页表1所示。

从对比中可以发现，在初中的基本实验操作基础上，高中增加了一些操作，如萃取分液、蒸馏、渗析等，为学生深入学习化学奠定了基础;一定物质的量浓度溶液的配制是初中阶段一定质量分数的溶液配制的加深;学生开始学习相对精密的仪器——容量瓶的使用;引入误差分析，培养学生科学严谨的精神和证据推理、模型认知能力。

（二）化学反应变化更丰富

化学学习的核心是能从微观和宏观理解物质发生的化学变化，并能够用化学语言（化学方程式）表征其中的变化过程。与初中阶段主要讲解四种基本反应类型相比，高中阶段化学反应类型增多，如无机化学主要为氧化还原反应和离子反应，还有有机化学涉及的反应。学生在高中化学学习中，不仅要能区分不同的反应类型，还要能理解反应的实质（电子转移和化学键的断裂情况）、反应中伴随的能量变化等。以上两道实验题就通过探究产物组成考查了物质变化的相关内容，高中阶段的化学学习经常通过让学生选择试剂来考查学生对物质的性质和变化的掌握情况。

在高中的化学反应中，氧化还原反应是非常重要的知识。笔者通过分析初高中化学教材及课程标准发现，两个学段对氧化还原反应的相关知识的考查要求相差较大。初中階段仅要求学生了解、识记一两个氧化反应或还原反应，高中阶段则要求学生深入理解概念并能够熟练运用概念、解决问题。

（三）化学计算的变化

以上两道实验题都是物质的分解实验，通过计算分解产物的质量确定原子个数比或者化学式，进一步完成分解的化学方程式。从这两道题的计算可以看出，初高中计算考查上的不同与联系。高中阶段计算的最大特点就是引入了物质的量这个物理量。这样做，一方面大大降低了化学计算的难度，另一方面把宏观和微观联系了起来（如表2所示）。

三、氧化还原反应教学实例

下面笔者以教学氧化还原反应为例，具体谈谈初高中化学教学衔接的一些做法。

经过对学生的调查和课后反思，笔者认为，刚进入高一的学生在进行氧化还原内容的学习时，主要存在3个方面的认知困难：一是高中教材只用了非常短的篇幅论证“氧化反应和还原反应是同时发生的，这样的反应被称为氧化还原反应”这一命题，而学生在初中阶段对氧化反应、还原反应两个概念的认识仅停留在浅层次，由初中阶段到高中阶段的思维跨度比较大，学生很难将已学的初中概念顺利过渡到高中概念;二是部分学生不熟悉常见物质、离子的化合价，解题时反应慢，也缺乏将“化合价升降”与“电子得失”联系起来的意识，导致对化学反应的本质认识不够深刻，也对常见氧化剂、还原剂的辨识与记忆存在一定困难;三是相比初中仅需简单了解氧化反应或还原反应，高中阶段氧化还原反应的学习涉及非常多的概念，如氧化还原反应及其包括的氧化反应与还原反应、氧化剂与还原剂、氧化性与还原性等，还有反应物、生成物、反应过程等，这些概念学生极易混淆。另外，与初中阶段的学习不同的是，高中阶段将氧化还原反应拆分成氧化反应、还原反应两条线进行梳理，也就是说，学生对氧化还原反应的认知，从初中到高中经历了“独立割裂的两个概念——统一于同一反应——深刻理解同时进行的两个过程”这一辩证的、螺旋上升的认知过程。

为了避免学生出现不适应高中化学学习的现象，教师必须吃透教材，精心备课，优化教学方法，灵活运用教学策略，注意做好初高中化学教学的衔接与过渡。

（一）适当补充知识，缓冲学生的陌生感

在高中化学教材中，原子核外电子分层排布的相关知识编排比较靠后，为了让学生更好地理解氧化还原反应与得失电子的情况，教师有必要对原子核外电子分层排布这一知识点进行简单介绍，这样既有利于学生理解氧化还原反应，又为以后进一步学习原子核外电子排布规律打下基础。教师可以向学生补充介绍“8电子的稳定结构”和“2电子稳定结构”，还可以辅以常见物质中的元素化合价开展辨识练习，在学习氧化还原反应前就将“化合价升降”与“电子得失”联系起来，可以让学生更容易理解氧化还原反应中电子的得失与偏移的区别。

（二）设置冲突点，引导学生自主推理探究

在引入氧化还原反应之前，教师先通过教材上的“思考与交流”活动，请学生列举几个初中所学的氧化反应、还原反应，学生有可能会列举C+O2=CO2、2Fe2O3+3C=4Fe+3CO2、CuO+CO=Cu+CO2等反应。教师此时提问：“这些反应属于基本反应类型的哪一种？”当学生发现反应CuO+CO=Cu+CO2不属于任何一种基本反应类型后，教师引导学生转换思维进行思考：请从物质所含有的元素这个角度，分析反应前后发生了什么变化。这时学生发现，CO经过反应得到氧，发生了氧化反应;CuO经过反应失去氧变成Cu单质，发生了还原反应。学生进而发现，氧化反应和还原反应一定是同时发生的，从而导出氧化还原反应的概念。学生在教师的引导下，通过自主探究，完成了由初中阶段概念向高中阶段概念的过渡。

（三）细讲多练，突破学习难点

经过概念的转变和规律的总结，学生对许多概念可能仍然一知半解。接受知识是一个循序渐进的过程，不可能一步到位，必须通过一些有效的练习来加强对知识的理解和记忆。这时，教师需要准备好导学案及适量的难度适中的针对性练习，比如在概括出氧化还原反应的特征和本质后，呈现一些反应方程式，让学生从中找出属于氧化还原的反应;在学习了氧化剂和还原剂的概念后，组织学生找出一些反应中的两剂——氧化剂和还原剂、两产物——氧化产物和还原产物，并在小组内交流，描述氧化剂、还原剂各自发生的电子转移、化合价升降等，充分调动学生的多个感官，深入体会氧化还原反应。

从初中到高中，学生的学习习惯、思维方式都会发生很大的改变。教师要在顺应学生这些变化的基础上做好教学衔接工作，让学生能更顺利地进入新阶段的学习。除了课本知识，实验操作也是非常好的衔接载体，高中教师应该保持对化学知识和学科素养的敏锐度，从课本内容、习题素材、生活细节等多方面挖掘初高中的有效衔接点，帮助学生在高一入学时攻克知识难度壁垒，激发化学学习兴趣，从而更好地发展学生的核心素养。

作者简介：李小芬（1982— ），一级教师，研究方向为化学教学;刘紫珊（1997— ），二级教师，研究方向为化学教学。

（责编 刘小瑗）