雞蛋的“多米諾”實驗——基于主題串聯式的初三酸復習課實驗設計

任寧生　鄧小麗（上海師范大學生命與環境科學學院　上海　200234）

雞蛋的“多米諾”實驗——基于主題串聯式的初三酸復習課實驗設計

任寧生鄧小麗
（上海師范大學生命與環境科學學院上海200234）

摘要：通過實驗重整進行復習是化學實驗教學研究的重大議題之一。文章設計一個關于雞蛋的“多米諾”實驗，將初三化學中酸的知識點進行整合，幫助學生通過體驗構建知識網絡，培養科學探究的能力以及綠色化學的科學態度，進而加深對化學的認識。

關鍵詞：“多米諾”實驗；主題串聯；初三化學；酸復習

中圖分類號：

文章編號：1008-0546（2015）03-0014-04G633．8

文獻標識碼：B

一、設計緣由

進入21世紀，“整合”作為基礎教育階段科學課程改革的核心理念已成為科學教育研究者的共識。美國《新一代科學教育標準》（以下簡稱《標準》）作為新一輪教學教育改革的里程碑，充分體現了整合的核心理念，其中一個很大的變化就是按主題編排和“故事線”的串聯，圍繞大概念組織科學教育內容。與此同時，實驗作為化學學科的基礎，在基礎教育階段的化學學科中受到了更多的重視，例如上海市高中會考中已經將化學實驗技能作為會考要求列出。我國在借鑒美國《標準》的基礎上，已經有大量“故事線”串聯式的教學設計出現，其中多為講述形式的復習課的教學設計，而與實驗相關的串聯式復習課教學設計則不多見，主要的原因筆者認為有如下幾點：（1）復習課使用實驗教學過于耽誤時間，效果不會好；（2）實驗的紀律不好維持，學生不能把握實驗和教學的重點；（3）實驗的串聯不易設計，串聯實驗如何與教學專題有效結合起來，使學生通過實驗找到已有知識之間聯系，構建出知識結構，形成有意義的學習。

筆者基于以上三個原因的考慮，在國培計劃（2013）——海南省農村初中化學骨干教師短期集中培訓項目以及2014年的青海省的教師培訓中，相繼幫助設計了“生活實驗”培訓項目，其中一個專題是雞蛋的“多米諾”實驗復習課教學設計，可以較好的規避以上三個問題，初三化學教師對于該實驗頗有興趣，認為與課堂聯系緊密。首先，初三化學作為化學的入門課程，教學內容相對簡單，所以復習課的課時不會如高中時那么緊張；其次，在實驗課程中，我們在每個實驗后，不斷穿插了提問和計算環節，這些環節不僅是對實驗進程時間的控制，也是對實驗過程的再反思，加深學生對于實驗的理解，以保證學生整節課的思路是清晰的，避免出現因實驗進程而引起的紀律問題和重難點把握不當問題；最后，實驗串聯主要采用“多米諾”式，即一個實驗的產物即下一個實驗的反應物，如此的實驗充分運用實驗器材，遵循了原料充分利用的原則，潛移默化地培養了學生資源合理利用的綠色化學思想，體現STSE（科學，技術，社會，環境）的教學理念的同時，也能夠吸引學生的興趣，激發學生的動機。同時，整個實驗流程與初三化學中重點內容酸的知識又緊密貼合，使得該“多米諾”實驗可以幫助學生在腦海中形成有意義的聯系，從而建構起酸相關的定性性質和定量計算知識。

在解決了上文的三個困惑之后，該“多米諾”實驗中最主要的實驗用品為生活中常見的雞蛋，一方面，實驗用品簡單易得，成本不高，推廣性較好；另一方面，采用生活中材料作為實驗用品，可以讓學生將專題知識與生活聯系起來，有切身的體驗，幫助學生克服對知識復習的厭倦感、對習題思考的倦怠感的同時還體現了探究性，在實驗中讓學生主動建構，將專題知識構建成有意義的知識結構，形成系統。

二、設計理念和教學目標的確定

隨著課程改革的推進，化學學科的教學目標已經由原來的單一維度過渡到現今的三維目標評價體系，分別為：知識與技能，過程與方法，情感態度與價值觀。筆者基于以上三個目標的考慮，加上實驗復習課的教學特點，將目標從三個維度進行解讀，分別為知識體系，能力類型以及情感態度與價值觀的培養。

1．知識體系分析

文章在雞蛋的基礎上進行了三個實驗，將初中學習的化學知識在新情境下加以運用，從而起到鞏固和串聯知識的目的。其中邏輯順序主要是由弱酸到強酸，最后到濃強酸分別與蛋殼（主要成分碳酸鈣）的反應，其中穿插了二氧化碳氣體的制取，檢驗方法，溶液中溶質、溶劑概念理解和相關計算題，酸堿中和反應方程式及簡單計算，所以，知識體系角度，涉及的知識點可以為：強弱酸比較，二氧化碳氣體制取與檢驗，溶液性質，酸的化學性質，化學計算等。

2．能力類型分析

初三化學需要學生“增強科學探究的理解，發展科學探究的能力，學習基本的實驗技能”，本實驗設計需要學生動手操作，從實驗中獲取有效信息，并“主動與他人進行交流和討論，清楚地表達自己的觀點，逐步形成良好的學習習慣和學習方法。在該實驗設計中，需要學生從觀點、證據、原因三個維度分析實驗，掌握科學探究的一般方法，并論證自己的結論。基于此，本課時能力角度從以下三個方面落實：從實驗中獲取有效信息的能力；利用解釋和論證培養學生科學探究的能力；從材料中整合信息加以利用的能力。

3．情感態度價值觀角度分析

新課程中要求學生在學習中體驗，采用生活用品的實驗設計可以讓學生在科學探究中體驗化學變化之美以及體驗化學與實際生活的聯系，學生對于雞蛋的熟識程度保證了學生對于實驗用品有切身的經驗，提高了學生體驗實驗進程的動機。同時，“多米諾”的實驗設計，潛意識中培養了學生對于合理利用資源的認識，與STSE（科學、技術、社會、環境）的教學方式相吻合，落實了科學學科與社會，環境的相互關系。所以本復習課的情感態度價值觀設定為體驗化學與生活，社會的聯系并培養資源合理利用的綠色化學意識。

基于以上三個維度的分析，我們將目標與實驗相聯系，設定目標如下：①從不同酸與CaCO3反應現象掌握強弱酸的區別；②從酸與堿式鹽反應生成的CO2復習制備和檢驗該氣體的方法；③從食醋和潔廁靈等生活用品的配置復習溶液相關概念及簡單計算；④從實驗中使用論證分析實驗現象得到實驗結論培養科學探究的能力；⑤從“多米諾”實驗設計本身感受資源合理利用的綠色化學思想；⑥從生活中常見實驗用品體驗和感悟化學與生活，社會的聯系。

三、實驗流程與設計意圖

1．實驗準備

（1）實驗器械：鐵架臺，石棉網，酒精燈，500mL燒杯2個，50mL燒杯1個，玻璃棒，毛筆，小刀（或剪刀），鑷子。

（2）實驗藥品：雞蛋，濃鹽酸，醋酸，蠟燭，蒸餾水。

2．實驗教學進程

該設計以生雞蛋為串聯實驗的主要實驗物品，將“蛋殼刻字”、“雞蛋站立”、“雞蛋顯膜”三個連續的實驗按照順序在該雞蛋上呈現出來，設計的實驗流程如圖1所示。

圖1　“多米諾”實驗設計流程圖

筆者根據此流程，將該“多米諾”系列實驗流程與相應教學設計呈現如下：

（一）蛋殼刻字

［設計意圖］根據簡單的蛋殼刻字實驗，通過同伴間解釋反應原理，不斷論證自己的觀點，培養科學探究的能力。復習強弱酸的區別，以及酸的性質，檢驗CO2氣體的方法。同時，通過藥品替代問題復習溶質、溶液、質量分數概念，理解和定量計算。

［教學步驟］

（1）取一段蠟燭，放入研缽中搗碎，將粉末狀的蠟燭放入小燒杯中加熱，使之融化；

（2）用毛筆蘸取液態蠟，在雞蛋的蛋殼上寫幾個簡單的字或涂鴉；

（3）配置10%醋酸溶液備用；

（4）待蛋殼上的蠟冷卻凝固之后，將雞蛋放入之前配好的醋酸溶液中，使用玻棒不停攪拌，使雞蛋表面與溶液充分接觸均勻；

（5）大約攪拌20分鐘之后，當蛋殼表面出現明顯腐蝕時停止攪拌，將燒杯內醋酸倒掉，取出雞蛋；

（6）用清水沖洗盡蛋殼表面的酸溶液，晾干；

（7）使用剪刀（小刀）輕輕刮去蛋殼表面的蠟，放入熱水中2分鐘后取出，觀察實驗現象。

教學設計：

（學生）動手操作實驗，記錄實驗現象。

（教師）嘗試從觀點、證據、原因三個方面簡述實驗的實驗原理，并和同伴交流，力求每一位同學都了解實驗原理。運用原理分析產生的氣體是什么，如何檢驗，實驗室如何制取該氣體，可否用該方法制取。

（學生）交流，討論。

（教師）10%的醋酸如何配制，考慮：溶質是什么，

溶劑是什么，選用什么規格的燒杯，配制多少毫升的醋酸溶液最佳。

（學生）交流，討論，回答。

（教師）說明蛋殼為什么會“褪色”但卻沒有完全腐蝕。

（學生）交流，回答。

（教師）實驗中，在雞蛋表面涂抹石蠟的目的是什么？能不能用顏料，粉筆等物品代替？

（學生）交流，討論。

（教師）思考：討論為什么不用生活用品白醋代替醋酸溶液。根據展示的白醋配料（3%－5%），計算一瓶白醋中醋酸的質量，寫出計算過程。

（二）雞蛋站立

［設計意圖］使用上一個實驗的雞蛋繼續做站立實驗，讓學生更加直觀觀察到強弱酸與CaCO3反應的區別，再通過對比，對實驗原理解析，加深學生理解，幫助學生掌握總結如何區分強弱酸。再進一步，比較不同濃度對反應的影響，為之后的高中化學做鋪墊。最后，利用生活用品潔廁靈，融合了酸堿中和反應對其進行溶質質量分數計算，將之前質量分數計算用另一種方式呈現，幫助學生靈活理解和運用該知識點，同時加深對于酸堿中和反應的認識。

［教學步驟］

（1）使用之前實驗中的毛筆，清洗后，蘸取稀鹽酸，在之前刻了字的雞蛋的大頭處輕輕涂，不斷蘸取稀鹽酸，涂抹5分鐘左右，將雞蛋小心的豎直放置在實驗桌上。

教學設計：

（學生）動手操作實驗，記錄實驗現象。

（教師）雞蛋為何可以站立，與上一個實驗進行對比，并用化學方程式說明實驗現象和實驗原理。

（學生）交流，討論。

（教師）給出以下一種溶液，氫氧化鈉，氫氧化鈣，稀硫酸，稀硝酸，哪些可以取代稀鹽酸進行上述反應，給出的4種物質，哪些可以相互反應，寫出相應的化學方程式。

（學生）交流，回答。

（教師）實驗中，是否可以用濃鹽酸（或濃硫酸）代替稀鹽酸涂在雞蛋表面上？嘗試解釋。

（學生）交流，回答。

（教師）該實驗，也可以使用家庭中常用的潔廁靈代替稀鹽酸，為了測定潔廁靈中鹽酸的質量分數，取某品牌“潔廁靈”樣品20g，使用配制好的質量分數為10%的NaOH溶液與該樣品潔廁靈試劑反應，使用pH試紙測定，當加入8gNaOH溶液時，pH為7，嘗試計算潔廁靈溶液的質量分數。

（學生）計算，討論。

（三）演示實驗，雞蛋顯膜

［設計意圖］通過雞蛋的連串實驗，讓學生觀察弱酸，稀強酸，濃強酸與雞蛋反應的不同反應現象，進行對比，將酸的概念形成一個整體。同時，引進半透膜的概念，通過例題幫助學生進一步理解概念，讓學生熟悉考試中的開放題型，并為學生的高中學習打基礎。

［教學步驟］

（1）在之前雞蛋的大頭處破一直徑1cm左右的小孔，用玻璃棒導出蛋殼內的蛋清和蛋黃，用培養皿盛放，用少量清水蕩洗幾次；

（2）用滴管加入3mL～4mL濃鹽酸，靜置1min左右；

（3）用清水洗去蛋殼內的酸液，用鑷子輕輕擊破蛋殼的另一端，剝下蛋殼，露出完整的蛋衣。

教學設計：

（教師）由于有危險品，實驗由教師操作，演示實驗，學生觀察，記錄實驗現象。

（教師）在實驗過程中，用玻璃棒伸入雞蛋內的目的是什么？

（學生）交流，回答。

（教師）將濃鹽酸滴入蛋殼內，目的是什么？

（學生）交流，討論。

（教師）嘗試解釋為什么濃鹽酸能透過雞蛋表面的膜與蛋殼反應，而將水倒入膜內，卻滲不出來。

（學生）交流，討論。

（教師）解釋半透膜原理，說明雞蛋膜是一種半透膜，只能透過鹽酸，而不能透過水。

（教師）例題：淡化海水，充分利用水資源是科學家一直研究的課題，科學家使用高分子材料制作半透膜來對海水加壓，海水中的溶劑分子可以通過半透膜，而溶質分子很難透過。請你分析，有關高分子材料制造的半透膜的作用是（）

A．阻止泥沙，過濾海水

B．可讓水分子通過，阻止鹽分子通過

C．抬高淡水的水位

D．能與海水中的鹽分反應，除去鹽分

四、教學建議

1．知識串聯與線索組織

探究性題型是中考的熱點之一，通過該主題串聯

式的實驗，讓學生在實驗中對前概念形成認知沖突，從而可以嘗試運用學習的知識自主解決問題，反思學習內容，進而激發學生學習的動機，提高教學效率，同時還有效培養學生對于探究性問題的解決策略，將學習的內容串連成知識網絡，通過不斷的對比深化學生的概念理解。

該“多米諾”系列實驗依次與同一物質反應，環環相扣，通過反應現象的觀察，復習強弱酸與強堿和常見鹽的性質，進而復習酸的相關化學性質。而在實驗中，也穿插了在初中化學教學中的一個難點，質量分數的問題，提高學生對于定量計算的熟練度，整個實驗與教學過程可以將初三化學（人民教育出版社）中第9章溶液與第10章酸與堿串聯起來，有助于學生對知識形成整體的認識，在腦海中形成知識結構，促進學生靈活運用知識。

2．價值觀培養與“多米諾”實驗教學運用展望

化學作為一門自然科學，學生應該在學習中學會運用知識解決生活中的問題，了解世界，發現世界，而任何抽象都要以感官認識為基礎，實驗可以幫助提升學生感知和操作的直接興趣，而基于生活材料的科學探究引起學生的認識沖突，則激發了學生的探究和創造的間接興趣，同時，適應了學生的認知特點，提高了認知質量。如雞蛋的“多米諾”實驗這樣的一材多用的實驗，在此基礎上，潛移默化地培養了學生對于原料高效利用的理念，也是綠色化學的必然需求。

如上述所說的“多米諾”實驗，網絡上，各類學術期刊上屢見不鮮，但是運用于課堂的教學設計卻屈指可數，如果不僅僅將這些知識作為課外閱讀材料或趣味小實驗介紹，而是在實驗的基礎上將其中包含的化學知識串聯起來，讓教師在教學過程中運用的有理有據，那么對于教師教學與學生的學習都會有許多益處，促進學生的全面發展。不可否認，如此的教學過程存在一定弊端，如教學秩序不易控制，教學時間較長，但是隨著探究性學習的不斷深化發展，我們有理由相信如此的教學將會化學課堂中常見的教學形式。

參考文獻

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doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．03．005