巧用實驗創新　提升科學素養——人教版必修1“碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質”一組創新實驗示例

錢　華姜國峰呂永秀

（南京市中華中學　江蘇南京　210019）

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巧用實驗創新提升科學素養——人教版必修1“碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質”一組創新實驗示例

錢華1姜國峰2呂永秀3

（南京市中華中學江蘇南京210019）

摘要：科學興趣、科學知識、科學方法和科學精神是科學素養核心要素。而創新精神，理性的質疑和批判則更是焦點。化學實驗以其主動性、探究性和創新性等特點在提高學生科學素養方面有著重要作用。本教學設計提供的一組化學創新實驗示例，為尋求提高學生科學素養的途徑與方法提供了一定的依據。

關鍵詞：實驗創新；實驗探究；科學素養

科學興趣、科學知識、科學方法和科學精神是科學素養核心要素。化學實驗是化學賴以形成和發展的基礎，是展現化學的魅力和激發學生學習興趣的主要方法，更是培養和發展學生思維能力和創新能力的重要方法和手段。它讓學生認識和了解物質的某些化學性質和原理，科學地認識物質世界的發展變化。化學學科中的實驗與物理和生物學科中的實驗不同，它在注重物質宏觀變化的同時更側重于探尋引起物質變化的微觀原因。所以化學實驗設計和創新是通過化學課程落實科學素養教育的重要手段。

“碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質”的教學重點是碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質探究和比較鑒別，難點是碳酸鈉和碳酸氫鈉之間的相互轉化。人教版必修1教材設計了“科學探究”實驗，一個是通過在碳酸鈉和碳酸氫鈉水溶液中滴加酚酞探究兩者的溶解性及水溶液的堿性，另一個是通過套管加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉固體來探究兩者的熱穩定性及熱分解的產物。這兩個探究實驗對于以上重難點的化解還缺乏足夠的支撐，且套管實驗操作相對復雜、現象不明顯。為此，筆者在經過大量學習和實踐的基礎上，巧用部分創新實驗對教學內容進行了充實和改進，既達到了良好的教學效果，又提升了學生的科學素養。

一、碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩定性探究

1.饅頭實驗

用品和操作：如圖1，將和好的三個面團加入微波爐加熱1-2分鐘后觀察現象。

圖1

現象：和不摻加任何成分的3號面團相比，摻加小蘇打的1號面團膨脹最大，摻加蘇打的2號面團幾乎沒有膨脹。

原理：碳酸氫鈉受熱易分解，而碳酸鈉熱穩定性較好。

巧用意義：［1］科學興趣是科學素養中的重要組成部分，該實驗與生活緊密聯系，易激發學生對科學產生興趣并渴望探究，能發揚質疑、驗證的科學精神。

2.碳酸氫鈉受熱分解產物的確定

用品和操作：如圖2，［2］在鐵片上同時加熱碳酸鈉、碳酸氫鈉固體加以對比，在小燒杯中分別倒入澄清石灰水進行觀察。

圖2

現象：蓋在碳酸氫鈉上的燒杯壁上出現水霧，倒入澄清石灰水振蕩后出現白色渾濁，而蓋在碳酸鈉的燒杯壁上沒有明顯現象。

原理：碳酸氫鈉受熱分解能產生水和二氧化碳。

巧用意義：操作方便、易于觀察、現象明顯。［3］此過程是通過論證探究的科學方法來培養學生科學思維方式的一種策略。學生可以通過“饅頭實驗”預測碳酸氫鈉受熱分解的產物，提出“科學主張”，接著教師引導學生主動在實驗證據與推理的基礎上建構和完善科學觀點，又在質疑和論證中培養了學生嚴謹的科學品質，提升了科學素養。

二、碳酸鈉和碳酸氫鈉與酸的反應

用品和操作：如圖3，在滴定管夾兩側分別夾好如下裝置，先在滴有酚酞的碳酸鈉溶液中緩緩注入針筒中的稀鹽酸2mL，觀察現象；隨后同時注入兩側針管中剩余的稀鹽酸2mL。

圖3

現象：碳酸氫鈉溶液中注入稀鹽酸隨即產生大量氣泡，氣球迅速鼓起；而碳酸鈉溶液中剛剛注入少量稀鹽酸時并未產生氣泡，隨后逐步產生氣泡，氣球慢慢鼓起。

原理：碳酸鈉與鹽酸反應實質是分步進行的，所以碳酸氫鈉溶液與鹽酸反應放出二氧化碳的速率大于等濃度的碳酸鈉溶液與鹽酸反應放出二氧化碳的速率。

巧用意義：科學素養包括對科學原理和方法（即科學本質）的理解，該實驗的設計實現了從定性到定量，從宏觀現象到微觀本質的探究，加深了學生對質量互變規律的認識，體現了科學知識的化學學科特色。深入對科學知識本質的探究是提升學生科學素養的必須過程。

三、碳酸鈉和碳酸氫鈉的相互轉變

用品和操作：如圖4，600mL雪碧一瓶，碳酸鈉粉末。倒掉約三分之二的雪碧，加入5～6g碳酸鈉粉末，迅速蓋上蓋子，觀察現象；搖勻后，再觀察現象。

圖4

現象：先觀察到瓶中產生大量氣泡，泡沫充滿瓶內。充分搖勻后，觀察到瓶子癟了。

原理：雪碧中的檸檬酸與碳酸鈉反應產生大量二氧化碳，充分搖勻后，瓶內的二氧化碳與多余的碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉，這是碳酸鈉轉變為碳酸氫鈉的途徑。

巧用意義：學起于思，思源于疑，認知心理學告訴我們，質疑是探求真理的前提和基礎。要培養學生的科學素養，就必須培養他們勇于質疑的科學精神。該實驗利用一些簡單易找的器材拓展、延伸課外實驗，增強實驗創新，特別是實驗過程中出現了兩種對比鮮明的現象沖突，引發了學生的思考，這一點直接誘發和培養了學生勇于質疑的科學精神。

總之，巧用化學實驗創新能為培養學生的科學素養提供很好的平臺和契機。面對新形勢，我們化學教師自身首先必須培養和提高適應未來生存和發展所必備的科學素養，同時搭建多種系列化學創新實驗，完善科學素養培養體系，這對創新型人才的培養必將起到較大的推動作用。

參考文獻

［1］宋潔.善用化學實驗培養中學生科學素養的幾個實例［J］.教育教學論壇，2014，47

［2］周存軍.談探究碳酸鈉性質實驗的創新［J］.化學教學，2014，5

［3］林靜，張峰.實驗課堂的“論證”策略在培養學生科學素養中的應用［J］.中學生物學，2014，9

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.024

文章編號：1008-0546（2016）02-0077-02

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B