陳懋　朱依鳳

摘要： 從迷思概念、認(rèn)知邏輯、深度學(xué)習(xí)三個(gè)角度，分析初中科學(xué)教材“傾倒二氧化碳使蠟燭熄滅”實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題；基于深度學(xué)習(xí)理念，從學(xué)生認(rèn)知邏輯出發(fā)，遷移氧氣性質(zhì)的驗(yàn)證方法，通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)設(shè)置三個(gè)小實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)二氧化碳的性質(zhì)；再讓學(xué)生設(shè)計(jì)傾倒二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)，分析異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因，點(diǎn)燃思維智慧火花，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 初中化學(xué)； 深度學(xué)習(xí)； 迷思實(shí)驗(yàn)； 二氧化碳； 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2023）11006204 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 迷思實(shí)驗(yàn)的界定

“迷思”一詞起源于希臘語(yǔ)單詞（mythos），泛指人們無(wú)法以科學(xué)方法驗(yàn)證的領(lǐng)域或現(xiàn)象?！懊运几拍睢笔侵笇W(xué)生頭腦中存在的與科學(xué)概念不一致的認(rèn)識(shí)［1］。而“迷思實(shí)驗(yàn)”源自“迷思概念”，“迷思實(shí)驗(yàn)”是指與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)不一致的混沌實(shí)驗(yàn)?！俺踔谢瘜W(xué)迷思實(shí)驗(yàn)”是指在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，因?qū)W生的經(jīng)驗(yàn)與科學(xué)知識(shí)只有部分重合，而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明確、實(shí)驗(yàn)原理講不清、實(shí)驗(yàn)結(jié)論不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)认瘛懊运肌币粯拥幕煦鐚?shí)驗(yàn)。學(xué)生的“迷思”往往源自日常的生活經(jīng)驗(yàn)，且在一定的范圍內(nèi)可能得到合理的解釋并為日常經(jīng)驗(yàn)所證實(shí)。因此，學(xué)生往往對(duì)其深信不疑，比如液體是可以?xún)A倒的，而氣體不行。教材中“傾倒二氧化碳使蠟燭熄滅”就是一個(gè)迷思實(shí)驗(yàn)，而迷思實(shí)驗(yàn)可以引發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生，因此該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值不言而喻。

2 對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的分析

2.1 從學(xué)生迷思概念分析

對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，人體呼出的氣體中含有二氧化碳，二氧化碳是一種非常熟悉的物質(zhì)。由于之前只體驗(yàn)過(guò)傾倒液體，所以對(duì)于二氧化碳可以像水那樣在容器之間傾倒是缺乏感性認(rèn)識(shí)的；學(xué)生通常認(rèn)為物質(zhì)支持燃燒就是可以燃燒，所以對(duì)于二氧化碳不支持燃燒也不可以燃燒也缺乏理性認(rèn)識(shí)。

“傾倒二氧化碳使蠟燭熄滅”的實(shí)驗(yàn)，在浙教版初中科學(xué)教材中以“活動(dòng)”欄目的形式出現(xiàn)，教師按照教材方案演示時(shí)（見(jiàn)圖1），會(huì)出現(xiàn)“上面的蠟燭先熄滅”“兩支蠟燭同時(shí)熄滅”“兩支蠟燭都不熄滅”等多種異?，F(xiàn)象。導(dǎo)致這些“異?！钡脑蚝芏?，比如蠟燭火焰的大小、蠟燭的高矮及位置、傾倒的快慢、傾倒的位置等等。此時(shí)，許多教師會(huì)重新實(shí)驗(yàn)，或花費(fèi)大量的時(shí)間解釋產(chǎn)生“異?！钡脑?，學(xué)生往往聽(tīng)得云里霧里，也由此產(chǎn)生“實(shí)驗(yàn)不允許失敗”“實(shí)驗(yàn)結(jié)論尤其重要”等“迷思概念”，從而失去一次點(diǎn)燃學(xué)生智慧火花的機(jī)會(huì)。

2.2 從學(xué)生認(rèn)知邏輯分析

人對(duì)事物的認(rèn)識(shí)通常是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從分解到綜合。二氧化碳的學(xué)習(xí)是基于氧氣性質(zhì)的基礎(chǔ)，浙教版初中科學(xué)教材中，將二氧化碳比空氣的密度大、二氧化碳不支持燃燒也不能燃燒三個(gè)性質(zhì)融合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，這樣的設(shè)計(jì)裝置比較簡(jiǎn)潔。把兩支蠟燭固定在燒杯中的階梯鐵皮架上，向燒杯里傾倒二氧化碳，這個(gè)操作以二氧化碳?xì)怏w能像液體那樣在容器之間傾倒，說(shuō)明它比空氣的密度大，可觀察到小蠟燭會(huì)從下往上熄滅，說(shuō)明它不支持燃燒也不能燃燒。也有教師提出創(chuàng)新改進(jìn)，但往往裝置變得很復(fù)雜，學(xué)生看得眼花繚亂。演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，有些教師為了避免“異常”現(xiàn)象出現(xiàn)，在傾倒氣體時(shí)用漏斗進(jìn)行導(dǎo)流，這樣做，看似讓學(xué)生探究，實(shí)質(zhì)上仍然停留在“告知事實(shí)，驗(yàn)證結(jié)論”的層次上。雖然教師都會(huì)反復(fù)強(qiáng)調(diào)，但在答題時(shí)仍發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生描述性質(zhì)不完整，這樣的裝置并不符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯。所以我們應(yīng)該先設(shè)置三個(gè)小實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)二氧化碳的性質(zhì)，再綜合設(shè)計(jì)“傾倒二氧化碳使蠟燭熄滅”的實(shí)驗(yàn)。

2.3 從學(xué)生深度學(xué)習(xí)分析

深度學(xué)習(xí)是基于批判性理解的學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)應(yīng)在深度中求廣度，從深刻認(rèn)識(shí)中挖掘出更為豐富的內(nèi)涵，使知識(shí)在廣泛的范圍內(nèi)得到更好的遷移，從而衍生出更多的內(nèi)容［2］。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，教材方案如圖2所示，將蠟燭由兩支變成一支，觀察蠟燭火焰的變化。學(xué)生與教師的實(shí)驗(yàn)裝置不同，學(xué)生不清楚究竟是一支還是兩支蠟燭效果好以及這樣設(shè)計(jì)的理由是什么，這樣的學(xué)習(xí)還是屬于淺層次認(rèn)知。所以我們應(yīng)該設(shè)置問(wèn)題支架，不斷追問(wèn)，通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展科學(xué)探究，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

3 基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)改進(jìn)

環(huán)節(jié)1：二氧化碳與空氣的密度大小比較

教師設(shè)問(wèn)：通常情況下，二氧化碳和空氣的密度哪個(gè)大？你怎么證明呢？學(xué)生想到，相同體積的二氧化碳和空氣的質(zhì)量應(yīng)該不同，在天平的左右盤(pán)分別放上裝滿(mǎn)空氣和二氧化碳的集氣瓶，觀察天平的指針偏轉(zhuǎn)情況。學(xué)生認(rèn)為，二氧化碳分子的組成中除了氧元素，還有碳元素，所以二氧化碳比空氣的密度大；也有學(xué)生認(rèn)為，一些地窖、溶洞中二氧化碳的含量高，所以二氧化碳比空氣的密度大；還有學(xué)生認(rèn)為，用向上排空氣法收集二氧化碳，所以二氧化碳比空氣的密度大。教師演示（見(jiàn)圖3），學(xué)生發(fā)現(xiàn)由于天平的精確度不夠，指針偏向變化不明顯。

教師追問(wèn)：還有什么更好辦法比較二氧化碳和空氣的密度大小呢？教師提示，根據(jù)物體浮沉條件知識(shí)，將兩種不同密度互不反應(yīng)的液體倒在一起，密度大的沉到下面，密度小的漂浮在上面。學(xué)生想到，可采用向容器中傾倒二氧化碳?xì)怏w，如果二氧化碳比空氣的密度大，則二氧化碳會(huì)沉到下面，如果二氧化碳比空氣的密度小，則二氧化碳會(huì)漂浮在上面。

學(xué)生活動(dòng)：如圖4所示，將充空氣的氣球放在燒杯內(nèi)，沉入底部，向燒杯內(nèi)傾倒二氧化碳，觀察氣球的浮沉狀況。學(xué)生發(fā)現(xiàn)，氣球上浮，說(shuō)明二氧化碳比空氣的密度大。

設(shè)計(jì)意圖：設(shè)置階梯式問(wèn)題，或設(shè)置問(wèn)題支架，不斷追問(wèn)，讓學(xué)生經(jīng)歷多種“困難”，從比較密度大小到比較相同體積氣體的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯；教師再提供學(xué)習(xí)支架，聯(lián)系浮力知識(shí)，確定采用氣體浮沉現(xiàn)象來(lái)判斷。讓學(xué)生經(jīng)歷分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造，發(fā)展自身的高階思維。

環(huán)節(jié)2：探究二氧化碳是否支持燃燒等

教師設(shè)問(wèn)：如何驗(yàn)證二氧化碳是否支持燃燒呢？學(xué)生認(rèn)為，可以遷移驗(yàn)證氧氣的助燃方法，將燃著的木條放在集氣瓶口及瓶?jī)?nèi)，觀察木條是否繼續(xù)燃燒，如果木條燃燒更旺，說(shuō)明該氣體可以助燃，如果木條熄滅，說(shuō)明該氣體不支持燃燒。學(xué)生活動(dòng)如圖5所示，發(fā)現(xiàn)燃著的木條立即熄滅，說(shuō)明二氧化碳不支持燃燒［3］。教師追問(wèn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有聽(tīng)到輕微的爆鳴聲，還能說(shuō)明什么？學(xué)生聯(lián)系燃燒知識(shí)，說(shuō)明二氧化碳本身也不能燃燒。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)學(xué)生而言，支持燃燒和可以燃燒容易混淆，從“最近發(fā)展區(qū)”出發(fā)，讓學(xué)生從氧氣的性質(zhì)驗(yàn)證方法跳一跳找到驗(yàn)證二氧化碳性質(zhì)的方法，解構(gòu)迷思概念。

環(huán)節(jié)3：驗(yàn)證氣體密度與溫度的關(guān)系教師設(shè)問(wèn)：如圖6所示，如果將燒杯倒扣在兩支長(zhǎng)短不同的點(diǎn)燃蠟燭上，你認(rèn)為哪支蠟燭先熄滅？學(xué)生認(rèn)為，短的蠟燭先熄滅，因?yàn)槎趸急瓤諝獾拿芏却?，生成的二氧化碳聚集在下方；也有學(xué)生認(rèn)為，長(zhǎng)的蠟燭先熄滅，因?yàn)橄灎T燃燒產(chǎn)生熱量，使氣體向上運(yùn)動(dòng)。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)的蠟燭先熄滅，說(shuō)明熱的二氧化碳在上方。

教師解釋?zhuān)和瑴赝瑝簵l件下，二氧化碳比空氣的密度大，但由于熱脹冷縮，蠟燭燃燒生成熱的二氧化碳?xì)怏w體積變大，變得比空氣的密度小，會(huì)聚集在火焰的上方，使長(zhǎng)的蠟燭先熄滅，短的蠟燭后熄滅［4］。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)始于他們?cè)谏顚?shí)踐中對(duì)自然的認(rèn)識(shí)。創(chuàng)設(shè)與學(xué)生自然認(rèn)識(shí)不一致的情境，先猜想，再實(shí)驗(yàn)，激發(fā)認(rèn)知沖突，也為后續(xù)實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

環(huán)節(jié)4：傾倒二氧化碳滅火

教師設(shè)問(wèn)：如何設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化碳的密度比空氣大、不能燃燒也不支持燃燒？有學(xué)生先想到用一支蠟燭，也有學(xué)生想到用兩支蠟燭。教師讓學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，一支蠟燭和兩支蠟燭是否都能證明二氧化碳的三個(gè)性質(zhì)？哪個(gè)方案更好？理由是什么？學(xué)生經(jīng)過(guò)討論，從對(duì)照實(shí)驗(yàn)角度，認(rèn)為兩支蠟燭比一支蠟燭更好。

教師設(shè)問(wèn)：那么兩支蠟燭如何放置呢？學(xué)生想到將兩支長(zhǎng)短不同的蠟燭水平放置，也有學(xué)生提出兩支蠟燭階梯放置。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論，為了避免蠟燭之間互相影響，兩支蠟燭放在階梯上更好，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)裝置圖（見(jiàn)圖7）。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生發(fā)現(xiàn)蠟燭熄滅的先后順序會(huì)因?yàn)閮A倒二氧化碳的位置不同而出現(xiàn)不同現(xiàn)象。教師解釋?zhuān)河捎谙灎T燃燒放出熱量，使得氣體受熱膨脹，密度變小，若直接倒在火焰的上方會(huì)因?yàn)槎趸疾荒芘c蠟燭火焰接觸而逸散到空氣中去。

教師追問(wèn)：如果為了實(shí)現(xiàn)蠟燭從下往上熄滅，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置？學(xué)生聯(lián)系空氣對(duì)流的特點(diǎn)，認(rèn)為可以在瓶口加一塊玻璃片（見(jiàn)圖8左），也有學(xué)生提出在燒杯口加一塊長(zhǎng)玻璃片，避免直接傾倒在蠟燭上方，如圖8右所示。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生發(fā)現(xiàn)有的組還是兩支蠟燭都不熄滅。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比分析，為了實(shí)現(xiàn)蠟燭從下往上熄滅，必須保證燒杯內(nèi)氣體溫度低，蠟燭的火焰不能太大，兩支蠟燭的距離不能太遠(yuǎn)，在傾倒二氧化碳時(shí)，動(dòng)作要稍慢一些，盡可能使二氧化碳向燒杯口擴(kuò)散得少一些，同時(shí)二氧化碳必須足夠多等［5］。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)問(wèn)題鏈引導(dǎo)學(xué)生從一支到兩支蠟燭、從水平到階梯放置的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)異常，理解玻璃片的作用，也明白教材實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的原理。對(duì)不同實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比分析，真正促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)發(fā)生。

4 教學(xué)反思

4.1 從“教教材”到“用教材”

教科書(shū)上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，是教學(xué)的重要資料，但我們必須從“教教材”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝媒滩摹?，而不“唯教材”。?duì)教材中的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知邏輯，有針對(duì)性地選擇能實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化的教學(xué)方式和策略。對(duì)有些實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行一定的改進(jìn)甚至創(chuàng)新，促成學(xué)生主動(dòng)有效地學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)從“教教材”到創(chuàng)造性地“用教材”。

4.2 從“關(guān)注結(jié)論”到“深度學(xué)習(xí)”

在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是為了驗(yàn)證結(jié)論，也是幫助學(xué)生理解知識(shí)的一種教學(xué)輔助手段。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的某些思維加工更需要給予足夠的重視。當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到困難時(shí)，教師必須要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案，幫助學(xué)生解決迷思問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

4.3 從“簡(jiǎn)單演示”到“具身探究”

親身經(jīng)歷以探究為核心的學(xué)習(xí)活動(dòng)是學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的主要途徑。針對(duì)教材上的迷思實(shí)驗(yàn)，教師既不能簡(jiǎn)單演示，更不能為了下結(jié)論而下結(jié)論，而要讓學(xué)生具身探究，在課堂上給予學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)、分析和討論等活動(dòng)留出足夠的時(shí)間，對(duì)“異?！爆F(xiàn)象先引導(dǎo)學(xué)生猜想、假設(shè)，再設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)不僅僅是獲得結(jié)論，還要了解實(shí)驗(yàn)的過(guò)程及其實(shí)驗(yàn)“異常”的原因，過(guò)程比結(jié)論更重要，只有這樣，學(xué)生才會(huì)對(duì)科學(xué)探究始終保持一份好奇心。

參考文獻(xiàn)：

［1］趙瑩， 黃皓， 王靖. “三序”結(jié)合視角下高中物理迷思概念轉(zhuǎn)變研究［J］. 教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考）， 2022， （4）： 54～57.

［2］李萬(wàn)杰. 深度學(xué)習(xí)視域下一道橢圓擺問(wèn)題的探討［J］. 中學(xué)物理教學(xué)參考， 2022， 51（31）： 17～21.

［3］閆相友. 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)——以二氧化碳的性質(zhì)探究為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2022， （4）： 79～81.

［4］周密， 張丹. 二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)及教學(xué)實(shí)踐［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2023， （5）： 60～62.

［5］范玉英. 二氧化碳的性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)新設(shè)計(jì)［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2023， （3）： 80～82.