劉 凱 陶 杰 胡志剛

（1.長樂第二中學(xué)，福建 長樂 350211；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007）

挖掘教材實驗功能，助力化學(xué)課堂教學(xué)
——以蘇教版化學(xué)1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例

劉 凱1陶 杰1胡志剛2

（1.長樂第二中學(xué)，福建 長樂 350211；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007）

文章以蘇教版化學(xué)1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例，在遵循教材編寫意圖的基礎(chǔ)上，探討合理挖掘教材實驗功能的三個途徑：生活化實驗的開發(fā)與應(yīng)用、定性與定量實驗對比、從微觀的角度認(rèn)識反應(yīng)機理，助力化學(xué)課堂教學(xué)。

教材實驗；功能；激發(fā)興趣；課堂教學(xué)

化學(xué)實驗的教學(xué)功能是多方面的，包括動機功能、認(rèn)識論功能和方法論功能等顯性功能，還括德育功能和美育功能等隱性功能［1］。以蘇教版化學(xué)必修1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”的教學(xué)內(nèi)容為例，在涉及的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，可以挖掘教材實驗功能的不同途徑，引導(dǎo)學(xué)生分析實驗設(shè)計的不同功能取向和動機，以不同的呈現(xiàn)形式幫助學(xué)生實現(xiàn)對知識的建構(gòu)以及轉(zhuǎn)化，因所處的學(xué)習(xí)層面發(fā)生質(zhì)的變化，在一定程度上實現(xiàn)了課堂深度學(xué)習(xí)。

該課主要通過碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)對比、鑒別與轉(zhuǎn)化實驗，學(xué)習(xí)碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)與應(yīng)用，建立“性質(zhì)與應(yīng)用”之間的必然聯(lián)系，教材中的實驗內(nèi)容如表1所示。

上述四部分實驗內(nèi)容的先后順序符合認(rèn)知水平和能力發(fā)展的螺旋式上升規(guī)律，從表1教材實驗的呈現(xiàn)形式看，包括性質(zhì)實驗、實驗方案設(shè)計、生活化實驗和工業(yè)化實驗，因此實驗教學(xué)既是該節(jié)課學(xué)習(xí)的主要載體，也是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的重要途徑?；顒优c探究1主要體現(xiàn)了對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識論功能；活動探究2以表格的形式呈現(xiàn)信息，要求設(shè)計實驗方案，這一編排具有定向、激發(fā)、組織和評價的延伸功能，賦予教師和學(xué)生更寬廣的發(fā)揮空間，充分發(fā)揮教學(xué)的主動性和創(chuàng)造性，體現(xiàn)了對比實驗的方法論功能；圖片素材和拓展視野既體現(xiàn)了化學(xué)的學(xué)科價值，也體現(xiàn)了育人功能。

一、生活化實驗的開發(fā)與應(yīng)用

化學(xué)知識廣泛應(yīng)用生產(chǎn)、生活的各個方面。實驗的動機功能，既由實驗本身的固有屬性所決定，豐富多樣的實驗現(xiàn)象最容易激發(fā)學(xué)生興趣；也由施教者對實驗的挖掘程度有關(guān)，生活化實驗設(shè)計是發(fā)揮實驗動機功能最直接和最有效的途徑之一。［2］借助于生活化實驗激趣的同時，也能夠引出學(xué)習(xí)的對象，作為感知反應(yīng)存在的生動素材，化無形于有形。例如：碳酸鈉和碳酸氫鈉在溶液中的轉(zhuǎn)化，蘇教版教材中只提供了一個方程式：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，此時可以做“加法”，設(shè)計如下可供參考的生活化實驗：

【案例1】取一瓶600 mL的雪碧（富含CO2），分別倒出約三分之一的雪碧于兩個空的礦泉水瓶中，其中一瓶迅速加入5～6g的Na2CO3粉末，蓋好瓶塞，讓兩個學(xué)生搖勻，發(fā)現(xiàn)加Na2CO3粉末的雪碧瓶癟了。

利用簡單的生活化實驗動態(tài)引出該節(jié)課學(xué)習(xí)的主角——Na2CO3和NaHCO3，遠(yuǎn)比展示靜態(tài)圖片和口頭描述要生動，通過實驗創(chuàng)設(shè)達(dá)到激趣的效果。讓學(xué)生從宏觀現(xiàn)象感受到微觀反應(yīng)的存在事實，繼而通過分析推理得出符號表征，讓生活化實驗在四重表征中起到橋梁架構(gòu)的作用，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【案例2】設(shè)計熱的純堿去油污和“微波爐發(fā)面”［3］將和好的三個面團加入微波爐加熱，見圖1：

圖1

學(xué)會化學(xué)實驗研究中控制變量的思想。讓化學(xué)知識在課外得到拓展和延伸，讓學(xué)生親身體驗化學(xué)的學(xué)科價值，引導(dǎo)學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱信息，在“去油污”的實驗中建立性質(zhì)（堿性）與應(yīng)用之間的聯(lián)系，也為后續(xù)選修模塊中的相關(guān)知識提供事實性素材；在“微波爐發(fā)面”中感受發(fā)酵粉原理和中和有機酸等知識，拓展和完善該節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動探究解決問題的正確途徑。

生活化實驗的選擇要原料易得、現(xiàn)象獨特、留有懸念，貼近學(xué)生生活實際和認(rèn)知水平。同時，實驗素材的選擇要能夠適切教學(xué)的主題，為解決某些教學(xué)問題而引入，切勿只為現(xiàn)象“壯觀”制造轟動效應(yīng)，而作用甚微，落入“跑題”的誤區(qū)。實驗素材的選擇還要善于發(fā)現(xiàn)化學(xué)的正能量，切勿過分放大化學(xué)的負(fù)面影響，若使用負(fù)面素材，也要對學(xué)生進行風(fēng)險認(rèn)知教育，這是化學(xué)工作者所肩負(fù)的育人觀念。教學(xué)過程中要“首尾呼應(yīng)”，注意引導(dǎo)學(xué)生合理分析現(xiàn)象。例如：面包在烘焙過程中受熱會促使碳酸氫鈉分解放出二氧化碳，面包發(fā)酵過程中會生成乳酸，乳酸亦可與碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳，這兩種主要因素均使面包具有松軟的結(jié)構(gòu)，切不可憑自己的經(jīng)驗片面解釋現(xiàn)象，以免犯錯。

二、定性與定量實驗對比

化學(xué)實驗承擔(dān)著方法論功能，所有的實驗，實際上都是在條件控制下進行和觀察的?！氨砀?-4碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)比較”提供了必要的比較信息，可以幫助學(xué)生去思考隱藏在表格背后有價值的信息，對內(nèi)隱性的認(rèn)知方法提升具有獨特的優(yōu)勢。學(xué)生依據(jù)這些信息提出實驗探究內(nèi)容，一般會從物理性質(zhì)（溶解性）及化學(xué)性質(zhì)（水溶液的酸堿性、熱穩(wěn)定性、與酸溶液反應(yīng)、與鹽溶液反應(yīng)）等方面進行探究實驗設(shè)計?！氨砀?-5區(qū)別碳酸鈉與碳酸氫鈉的實驗”屬于策略完善類表格，可以幫助教師快速診斷學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)狀，包括觀察、分析、概括、表達(dá)、綜合、運用等。兩個表格相輔相成，而通過控制或改變實驗條件進行實驗對比是得到的實驗結(jié)論的最佳方法之一。

（一）從定性的角度對比分析

【案例3】教材中碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的對比實驗如圖2所示，可以改進為圖3和圖4所示的裝置。

改進1：如圖3，利用套管實驗，將碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性實驗合二為一，形成對比。

改進2：如圖4：在銅片上中分別放上約6g Na2CO3和NaHCO3固體，各罩上一只干冷的小燒杯，加熱片刻，觀察現(xiàn)象。取下燒杯，各加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象。

圖2

圖3

圖4

圖3 和圖4實驗在保證實驗現(xiàn)象明顯的情況下，能夠簡化實驗步驟，縮短實驗時間，體現(xiàn)對比實驗的方法和實驗創(chuàng)新意識。在改進教材實驗時，關(guān)注實驗效果的同時，要注意繼承原有實驗的功能，不要造成其他功能的缺失；儀器的替代要以化學(xué)專業(yè)儀器為主，具有簡約性，讓學(xué)生容易理解實驗的原理。

（二）從定量的角度對比分析

化學(xué)實驗中的定量化研究，不僅有利于學(xué)生更加清晰地認(rèn)識物質(zhì)世界，建立科學(xué)的研究物質(zhì)的方法體系，而且有利于形成完整的學(xué)科知識體系和建構(gòu)更加豐富的化學(xué)實驗內(nèi)涵。

【案例4】碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性、堿性對比實驗；碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液分別與酸反應(yīng)對比。

在溶解性實驗中，應(yīng)該選擇相同質(zhì)量的水、投入相同質(zhì)量的Na2CO3和 NaHCO3，還可以引導(dǎo)學(xué)生感受溶解過程的熱效應(yīng)等，讓學(xué)生感知化學(xué)實驗中的顯性與隱性現(xiàn)象。由于區(qū)別碳酸鈉和碳酸氫鈉是在二者未知的情況下，所以教學(xué)中要對實驗方案進行補充和修正，要強調(diào)水溶液的堿性強弱實驗、碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與酸的反應(yīng)實驗是在其物質(zhì)的量濃度相同的情況下進行比較的，既突出了教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，也為后續(xù)學(xué)習(xí)控制變量法做好鋪墊。

【案例5】用CaCl2或BaCl2溶液鑒別碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液的實驗。

這一實驗要從定量的角度去認(rèn)識，實驗研究表明［4］，在常量范圍（＞1%）內(nèi)，向 Na2CO3和 NaHCO3溶液中分別滴加CaCl2或BaCl2溶液，Na2CO3溶液中僅僅只產(chǎn)生白色沉淀，而NaHCO3溶液中既有白色沉淀，也有較多量的氣泡（若氣體逸出緩慢可置于70℃的水?。?。 在微量范圍（0.01%～1%）和痕量（＜0.01%）范圍內(nèi)，用CaCl2或BaCl2溶液在碳酸氫鈉溶液中無法看到沉淀形成對比，突出定量對于化學(xué)研究的重要意義。

由于知識的復(fù)雜性、認(rèn)知的階段性和能力的發(fā)展性，決定了教學(xué)具有探究性和學(xué)習(xí)具有創(chuàng)造性。教學(xué)中要直面 “NaHCO3溶液與 CaCl2溶液混合可能產(chǎn)生白色沉淀和氣泡”這一“異常現(xiàn)象”，設(shè)計常量和微量對比實驗，加深學(xué)生對量變引起質(zhì)變的認(rèn)識，也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理知識提供可研究的素材。

三、從微觀的角度認(rèn)識反應(yīng)機理

化學(xué)實驗教學(xué)中要注重引導(dǎo)學(xué)生加強宏微聯(lián)系，見著知微，實現(xiàn)從掌握一種現(xiàn)象、知識或結(jié)論到理解知識本質(zhì)的化學(xué)學(xué)科核心思維品質(zhì)的轉(zhuǎn)變。手持技術(shù)實驗可以通過采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)表、曲線圖等多種形式，能夠讓微觀反應(yīng)過程直觀化、數(shù)字化、圖形化，實現(xiàn)由基于定性的教學(xué)研究向基于事實和數(shù)據(jù)的教學(xué)研究轉(zhuǎn)變，構(gòu)建從微觀視角思考宏觀問題的化學(xué)觀念，將微觀的問題通過具體的數(shù)據(jù)加以體現(xiàn)，滲透定量思想，讓實驗變得可視化，構(gòu)建宏觀、微觀、符號、曲線等四重表征教學(xué)模式，形成科學(xué)、理性的思維。見圖 5，圖 6。

【案例6】探究碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別與鹽酸反應(yīng)的歷程。

圖5

圖6

可以應(yīng)用手持技術(shù)，采用圖像疊加的方法，通過圖像對比方式讓學(xué)生能夠清晰的認(rèn)識到碳酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)是分步進行的。從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)的探究，體現(xiàn)了對化學(xué)微粒觀本質(zhì)的認(rèn)識。但由于技術(shù)條件的限制，有些傳感器較敏感，容易受到多種因素的干擾，穩(wěn)定性較弱，建議教學(xué)中可以事先拍攝實驗微課視頻或者直接引入得到的數(shù)據(jù)結(jié)果加以分析，也可以引導(dǎo)學(xué)生在課外用手持技術(shù)實驗進行此實驗的研究性學(xué)習(xí)，體驗實驗的過程。

基于上述認(rèn)識，筆者認(rèn)為可以研究教材中各種實驗載體，挖掘?qū)嶒灩δ?，通過改進或增補實驗，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，發(fā)揮實驗教學(xué)的多重功能，引入技術(shù)支持，宏微合一，在探索知識本質(zhì)的過程中提升高階思維能力，促進深度學(xué)習(xí)的形成，讓學(xué)生成為新知識的探索者和發(fā)現(xiàn)者，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

［1］鄭長龍,林長春.論化學(xué)實驗的教育教學(xué)功能［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1996（3）.

［2］蘇香妹.生活中實驗資源的開發(fā)和利用［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（1/2）.

［3］倪娟.名師課堂教學(xué)設(shè)計與點評·中學(xué)化學(xué)（一）［M］.南京：南京師范大學(xué)出版社，2015.

［4］楊飛，馬宏佳.用氯化鈣或氯化鋇鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的再認(rèn)識［J］.化學(xué)教育，2014（11）.

G633.8

A

1673-9884（2017）08-0096-03

2017-07-02

福州市教育科學(xué)研究“十二五”規(guī)劃2015年度課題（FZ2015GH087）

劉 凱，男，長樂第二中學(xué)高級教師。