基于学科融合、促进化学观念形成的探索与实践

摘 要：气体压强的认识和运用一直是学习的难点，其科学本质超出了初中学生的认知，但需要学生了解基本影响因素及其规律。文章探讨在初中化学教学中如何充分挖掘教材中的素材资源，通过与物理、数学等学科融合进行气体压强的教学，帮助学生在宏观现象和微观原理之间建立联系，并在教学中通过实验探究活动促进学生化学观念的形成。

关键词：气体压强；学科融合；化学观念

气体压强的认识和运用一直是学生的难点，其科学本质超出了初中学生的认知，但其基本影响因素及其规律又需要了解，因为从初中开始，化学学习中有很多实验研究活动必须借助压强的表征来达到目的。事实上，在人教版化学九年级上、下册的实验探究活动中，与气体压强有关的实验探究一共有13处之多，涵盖第一单元到第十单元。可见，初三化学中关于气体压强的教学，教师应借助教材的实验探究活动，帮助学生在宏观现象和微观分析之间建立联系，使气体压强的认识和运用贯穿于全学年的教学活动之中，并在教学中促进学生化学观念的形成。化学观念是化学课程要培养的核心素养之一，其中包括物质是由分子和原子构成的，在化学学习的过程中要求学生能从原子、分子视角初步分析物质的变化。

一、关于气体压强的教学背景及意义分析

（一）教材分析（见右栏表）

（二）学情分析

学生在物理中学习过液体压强和大气压强，知道大气压强的存在和测量大气压强的方法。其中，人教版初中物理八年级下册第39页展示了这样一个例子，如图1，什么力使悬空塑料管里的水不会流出来？第40页，又问：“大气压究竟有多大？”如果把悬空倒置的塑料管的上端跟大气相通，上、下大气压强相等，水就不能留在管中。如图1，大气压可以把纸片上的液柱托住。

这是学生学习气体压强的基础，也是一个衔接，化学教师可以重新演示该实验，对学生进行化学实验探究很有帮助。九年级的学生在学习气体压强时会感到难理解，而化学教师一般也会认为学生在八年级已经学习过相关知识，因而没有重视知识的衔接。化学教师如果在备课时也深入研读物理教材，会了解学生的关于气体压强的知识储备，有助学生克服困难。

（三）在气体压强的教学中与数学、物理进行学科融合的意义

化学学习中有很多实验研究活动必须借助压强的表征来达到目的，其基本影响因素与八年级物理中的液体压强和大气压强相关，其大小变化规律与气体分子数目及分子间隔相关。化学实验研究活动中关于气体压强的学习应该以大气压强和液体压强的知识为基础，结合粒子的数量、间隔关系，作综合分析，帮助学生掌握气体压强的基本影响因素与变化规律。因此，初中化学中气体压强的教学应结合物理、数学知识，在学科融合中帮助学生从分子的视角分析实验探究活动中压强的变化，促进化学观念的形成。

二、基于数理化学科融合的关于气体压强的教学实践

（一）做好教材基础实验，重视实验原理分析

教材第一、二单元共有5个与气体压强有关的实验，做好这5个实验的演示、分析对学生学习气体压强很重要，也是学生日后运用气体压强的知识解决问题的基础。

1. 九年级化学教材中第一个与气体压强有关的实验（上册课本第7页），如图2，石灰石与盐酸反应。教师在演示该实验时，应当设问：“为什么导管口会有气泡冒出？”并与学生一起分析，这是由于石灰石与盐酸反应后产生了大量二氧化碳气体，使试管内气体增加，压强增大，所以有气泡冒出。

2. 教材第20页，如图3，在学习用胶头滴管取用液体时，可以补充说明其中原理：原本，滴管内的气压与滴管外的气压一样，当挤压胶头，滴管内气体排出，滴管内气体压强就会减少；当滴管深入液面下，并松开胶头时，大气压的作用会使液体进入滴管，直到滴管内外压强一样。这个原理说明是学生学习倒吸现象的基础。

3. 教材第22页，如图4，学习检查装置气密性时，学生需要掌握其中原理：连接仪器后，把导管深入液面下，此时，装置内的气体压强与装置外是相等的，当用手紧握试管加热后，试管内气体体积受热膨胀，装置内压强大于装置外，于是，有气泡从导管口冒出，直到装置内外压强相等；当松开手，不再给试管加热时，试管内气体体积遇冷收缩，装置内压强小于装置外，大气压的作用会使水进入导管，直到装置内外压强一样，于是，会观察到导管口倒吸了一段水柱。学生掌握其中原理对后续的探究实验或解题很有帮助。

4. 教材第27页，如图5，学习测定空气里氧气的含量时，学生需要掌握其中原理：点燃红磷前，装置内外的压强是相等的，当红磷熄灭、装置又恢复到室温时，由于氧气被消耗完毕，装置内气体压强会少于装置外气体压强，于是，当打开止水夹，会观察到“水沿着导管倒吸进集气瓶”，直到装置内外气体压强相等，进入集气瓶的水占瓶内空间1/5。

5. 教材第45页，如图6，学习高锰酸钾制取氧气时，学生需要掌握其中原理：装药品后、加热前，装置内外的气体压强是一样的。加热后，试管内气体体积受热膨胀，装置内压强大于装置外，于是，有气泡从导管口冒出，当高锰酸钾分解后，装置内有新产生的氧气，气体的量增加，使装置内气体压强持续增大，于是源源不断有气泡从导管口冒出，可以收集氧气。当实验结束，应先把导管撤离水面，再停止加热，防止水倒吸进试管，其中的原理同上述教材第22页实验。

在以上5个实验中，气体压强都与物理知识是紧密联系的，教学时应紧扣物理知识。以上实验都分散在教材的第一、二单元，受限于知识水平，学生并未有“物质有微观粒子构成”这个观念，因此，在以上5个实验的学习过程中，还不能进行有关气体压强的微粒观搭建，留待在学习第三单元时，从微粒观的角度重新认识上述实验的原理。

（二）注重与气体压强相关的微粒观搭建

1. 深挖教材资源

学生对于气体压强问题的理解与微粒观水平直接相关，只有微粒性认识达到一定水平才能在各种因素之间建立实质联系。教材中也创设了较多机会增强学生对于气体压强微观原因的认识。例如，在教材上册第28页谈到氧气的用途时，展示了贮存氧气的蓝色钢瓶，在第33页学习氧气的性质时，提到“工业生产的氧气，一般加压贮存在蓝色钢瓶中”，在学习化石燃料的利用时，提到“液化石油气是经加压后压缩到钢瓶中的，瓶内压强是大气压强的7—8倍”。这些素材都增强了学生对于气体压强微观原因的认识。

2. 增加演示实验

在教学实践中，笔者会增加演示实验帮助学生构建与气体压强有关的微粒观。上册课本第49页，在学习“物质有微观粒子构成”时，谈到“我们知道气体可以压缩在钢瓶中，是因为分子之间有间隔，在受压情况下气体液化，分子间的间隔减少”，在教学过程中，增加一个演示实验：分别用注射器抽取空气和水，比较两者被压缩时的体积变化的情况。让学生通过观察实验现象，明白到气体容易被压缩，是因为气体分子间隔比较大，受压时，气体分子间隔会减少；液体难被压缩，是因为分子间隔比较小。实验演示和分析，能加强学生的感官认识。

3. 以习题搭桥、宏微结合

气体压强是宏观现象，而影响气体压强大小变化的微观原因有两个：一是装置内气体分子的数目增加了或减少了；二是装置内气体分子的间隔增大了或减少了。学生在学习的过程中通常不会自主地在宏观现象和微观解释之间建立联系。笔者的做法是在学生学习了第三单元课题一“分子和原子”，知道了氧气、氮气、二氧化碳等气体由分子构成后，以习题的形式重现第一、二单元中有关气体压强的5个实验，帮助学生从微观角度理解具体的实验原理。为此，笔者设计了以下一道习题：

请在实验过程分析中填写“数目增大”“数目减少”“间隔增大”或“间隔减少”。

这道看似简单的习题回顾了5个探究实验，题目的设问旨在帮助学生在实验现象和微观原理之间建立联系，提高其微粒观的搭建水平，使他们能够运用气体压强的知识在陌生情景下解决实际问题。

三、立足课本知识，应用创新

学习碱的化学性质时（教材下册56页），谈到氢氧化钠在空气中不仅吸收水分，还会发生如下的反应：

2NaOH＋CO2[           ]Na2CO3＋H2O

这是碱与非金属氧化物的反应，是重难点，如果学得扎实，将有助于学生解决很多陌生情景下的实际问题。由于该反应的生成物Na2CO3可溶于水，宏观上观察不出是否有新物质产生。那么，怎样设计一个实验证明NaOH溶液与CO2确实发生化学反应呢？笔者在课堂上把上述问题抛给学生，可以画图作答。受限于现有的知识水平，学生暂时还未能想到证明反应后存在Na2CO3，大多会想到通过观察反应物CO2的减少来证明两者确实发生了反应。大家想到的办法还真不少，学生的想法经过收集、梳理、分析，结合课前准备，笔者演示了以下两个创新实验。

实验一：往两个充满CO2的软塑料瓶中分别注入10mL纯净水和10mLNaOH溶液，振荡、观察、比较塑料瓶变瘪的程度。注入10mL纯净水的软塑料瓶变化不明显，注入10mLNaOH溶液注入的软塑料瓶变得非常瘪，瓶内几乎没有空间了，实验现象相当震撼，由此，可以证实NaOH溶液CO2确实发生化学反应。实验完毕，与学生一起分析塑料瓶变瘪的微观原因：集气瓶内的CO2与NaOH溶液发生化学反应，CO2分子数目减少，使瓶内压强减少。

实验二：往一个充满CO2的玻璃集气瓶注入10mLNaOH溶液，迅速在瓶口放一个剥壳的熟鸡蛋，轻轻摇荡集气瓶，只见鸡蛋慢慢地被吞进集气瓶，现象非常有趣。实验完毕，亮出一道题，请学生从微观角度分析，鸡蛋被吞进集气瓶的原因，那就是集气瓶内的CO2与NaOH溶液发生化学反应，CO2分子数目减少，使瓶内压强减少。

通过实验探究的应用、创新，促进学生科学精神的发展，尤其是在探究过程中促进学生化学观念的形成，培养学生尊重事实、认真严谨、敢于批判质疑的科学态度，引导学生对实验进行创新设计，最后设计出具有“操作简单、现象明显、体现本质、环保安全”特点的创新实验。

四、教学启示

《义务教育化学课程标准（2022年版）》提出以下的课程理念：“聚焦学科育人方式的转变，深化化学教学改革。基于大概念的建构，整体设计和合理实施单元教学，注重启发式、互动式、探究式教学，引导学生自主学习，开展以化学实验为主的多样化探究活动；创设真实问题情境，倡导‘做中学’‘用中学’‘创中学’，开展项目式学习，重视跨学科实践活动。”作为一线的初中化学教师，应当着力加强自身对化学观念的认识和理解，强化自身创新精神教学的责任意识，充分挖掘初中化学教材中的素材资源，注重与数学、物理学科的知识融合，帮助学生突破学习难点，引领学生参与到实验探究活动中，通过观察现象、分析原理、优化实验方法、改进实验方案、设计实验装置等途径，促进学生的化学观念的形成。