讓實驗現象從“無”到“有”的初中化學對比實驗教學設計

顧鳴英

摘要：初中化學中不少實驗如氫氧化鈉與鹽酸，二氧化碳與水、氫氧化鈉反應等無明顯現象，從而導致了學生的認知困難。為此，在初中化學教學中通過設置對比實驗，使現象從“無”到“有”，具體包括：用指示劑檢驗酸堿性、測量反應前后的溫度、檢測反應物減少和生成物產生等，讓學生利用間接的實驗現象或手段感知反應的發生及其微觀過程，深刻理解“無明顯現象”化學反應的本質。

關鍵詞：“無明顯現象”實驗；間接直觀實驗法；對比實驗；初中化學

文章編號：1005–6629（2017）2–0074–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

初中化學學習中許多化學變化常伴隨明顯現象的產生，如放熱、發光、變色、放出氣體、生成沉淀等等。“有明顯現象”的化學反應實驗有助于學生判斷變化中新物質的產生，分析化學變化的特征，從而解釋化學變化的本質。

然而，在實際的變化中并不是每個化學反應都伴隨明顯的化學現象，比如二氧化碳與水的化合反應、與氫氧化鈉反應生成易溶的無色碳酸鈉和水，氫氧化鈉與鹽酸的中和反應在變化過程中也沒有特別明顯的可觀察的現象，我們經常稱之為“無明顯現象”的化學反應。針對這些物質之間的化學反應，學生無法通過實驗現象的觀察來判斷物質之間發生的化學變化，分析物質發生化學反應的特征，理解化學反應的微觀本質，因此產生認知上的困難。

怎樣讓學生在已有的生活經驗和化學知識基礎上深刻理解無明顯現象的變化確實發生了呢？間接直觀實驗法通過利用一定的測量手段，放大或凸顯原本不夠明顯的物質相互作用的變化特征，或是選擇間接變量進行測量或表征，形成“有明顯現象”可供觀察的實驗。本文利用間接直觀實驗法，將原本無明顯現象的化學反應設計成為可供觀察的有明顯現象的實驗，幫助學生深入認識常見的化學反應。

1 利用指示劑的變色對比實驗，感知化學反應新物質的產生

可溶性的無色酸堿溶液發生中和反應過程沒有明顯的現象，但是溶液的酸堿性卻發生了突變。依據化學反應過程中溶液酸堿性的變化，利用酸堿指示劑石蕊或者酚酞的變色，說明物質的酸堿性發生了變化，明確指示出反應過程物質的成分發生了變化；也可以測定溶液酸堿度，從酸堿度的數值變化學生可以間接判斷化學反應的進行過程，感知新物質的產生。

如氫氧化鈉與鹽酸發生中和反應利用酸堿指示劑變色和pH測定反應過程中溶液酸堿度的變化，設計定性或者定量的測定溶液酸堿性對比實驗（見表1）。

又如二氧化碳與水反應后生成碳酸，無明顯現象，若在水中滴入紫色石蕊試液，再通入CO2氣體紫色石蕊試液變紅色，說明發生了化學變化。但是在這個實驗中學生往往會產生疑問，二氧化碳是酸性氧化物能否也能使紫色石蕊試液變紅色？于是設計了一組石蕊試劑變色的對比實驗，學生通過觀察石蕊的變色判斷二氧化碳與水反應生成了新物質碳酸，顯酸性（見表2）。

利用指示劑顯色對比，直接觀察反應過程中物質酸堿性的變化，從而判斷物質的成分發生變化，感知化學反應中新物質的產生，理解無色的可溶性酸和堿、二氧化碳和水等物質之間發生的化學反應。

2 間接檢測物質成分的對比實驗，解釋說明化學反應的微觀構成

化學反應的發生實質就是反應物變成了生成物，反應過程中可以檢測化學反應過程物質的成分發生的變化，用間接直觀的實驗檢測化學反應過程中物質的成分，判斷化學反應的發生，分析解釋化學反應的微觀構成。

無色堿溶液與酸性氧化物反應后生成無色可溶于水的鹽溶液，無法觀察到明顯的實驗現象。在化學反應過程中反應物在不斷地減少，生成物在不斷地產生。依據間接直觀的實驗檢測反應物成分的減少和生成物成分產生，判斷化學反應的發生，解釋說明化學反應中物質的微觀構成，分析化學反應中微觀粒子的變化。

二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，即無色的碳酸鈉溶液，反應物減少，生成物（Na2CO3）產生。從檢驗反應物（CO2）減少和生成物（Na2CO3）的產生角度，設計對比實驗，分析化學反應的本質。

反應物二氧化碳是氣體，化學反應后氣體量減小，容器內氣壓減小。設計噴泉裝置、反應容器連接U形管或盛水的容器，反應后會發生液體倒流現象，反應容器內連接橡皮球或用軟塑料瓶做反應容器，反應后發生形變，這些裝置凸顯氣體量減少，氣壓明顯變小的現象，明確知道反應物氣體的減少，化學反應中物質成分發生質的變化，微觀構成也變化了（見表3）。

上述實驗都是二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應，但學生質疑也可能是二氧化碳與水反應產生了相同的現象。

由于對比實驗的不嚴謹，控制變量的不一致，使分析解釋化學反應出現了偏差，學生產生了二氧化碳與水反應的疑惑，若改用相同材質的塑料瓶，用控制變量法來設計對比實驗，可排除二氧化碳與水反應的疑問（見表4）。

從反應物的成分減少設計的對比實驗，從宏觀的氣壓減少，推測反應物二氧化碳氣體的減少，用物理變化的現象，分析推斷物質成分的變化，理解二氧化碳與氫氧化鈉發生化學變化的本質。

化學變化的本質是產生新物質，二氧化碳與氫氧化鈉反應后的產物是碳酸鈉和水。組成碳酸鈉的碳酸根是檢驗的特征成分，選擇不同類別物質（酸堿鹽）進行檢驗實驗（見表5）。

碳酸根用不同種類的酸堿鹽檢測可以產生明顯的氣泡或者沉淀現象。酸檢驗碳酸根產生弱酸碳酸，可以觀察到氣泡現象。用可溶性的氫氧化鈣或氫氧化鋇、可溶性的鈣鹽或鋇鹽檢驗碳酸根，有明顯的白色沉淀產生，放大的實驗現象檢測生成物的微觀粒子，以確定化學反應的發生以及化學反應中微觀粒子的變化。

從“無”現象到“有”現象的實驗探究中間接地呈現明顯現象，激發學生好奇心，深入思考化學反應的特征，分析化學反應的微觀變化，推測物質之間發生反應的邏輯關系，提升學習化學的思維品質，教學效果特別明顯。

3 利用溫度計測定反應中溫度變化對比實驗，分析判斷化學反應的特征

化學反應過程中還存在能量的變化，可以利用實驗儀器來放大不明顯的現象，凸顯實驗現象，進一步判斷新物質的產生，體會化學反應的發生。

酸堿中和反應是放熱反應，有時放出的熱量少一般很難觀察和體驗。使用溫度計測量中和反應過程中溫度的升降是一個較好的方法。利用明顯的溫度變化，凸顯中和反應中的放熱現象，明確化學反應的發生，從而分析氫氧化鈉和鹽酸兩種物質的反應特征（見表6）。

4 從“無”到“有”間接直觀實驗法的教學過程：質疑-假設-檢驗-分析

在《上海市中學化學課程標準》中，對氫氧化鈉與鹽酸反應，二氧化碳與水、氫氧化鈉反應的性質沒有明確的實驗要求，學習水平層次要求比較模糊，但教科書的內容和考試手冊上的要求以及這些化學反應的原理和解釋卻是在理解、掌握甚至應用層面上。因此，在實際教學中直接設計二氧化碳與水、氫氧化鈉反應，鹽酸與氫氧化鈉反應的實驗情境，讓學生觀察實驗現象，判斷化學反應的發生，推測生成物質、分析化學反應原理顯得特別重要。但是二氧化碳與水反應、二氧化碳與氫氧化鈉反應、氫氧化鈉與鹽酸反應，卻都沒有明顯的現象，有些現象甚至出乎學生意料之外，于是開始質疑這些化學反應的發生。針對這一問題，利用間接直觀實驗法，對這些學習難點的教學過程通常可以依照如下環節來展開：情境引入提出質疑-進行假設設計方案-實驗檢驗分析現象-結論獲得解釋原理。具體而言，學生在教師的引導下將“無明顯現象”實驗轉化成“有明顯現象”的對比實驗——間接直觀實驗法：利用指示劑顯色、檢驗反應過程中物質的成分、測定反應中溫度的變化等手段去放大和凸顯實驗現象，使學生深入思考、理解化學反應發生的特征和本質，分析解釋化學反應中物質的微觀粒子構成。

5 結語

從“無”到“有”的對比實驗，將化學學習中難以分析和理解的化學反應難點，轉化成直觀的實驗現象，使學生易于理解和說明化學反應的特征、物質成分和微觀構成，從而掌握化學反應的本質。

此外，從“無”到“有”的對比實驗往往是討論一個探究性問題。在解決探究性問題過程中，學生不僅深刻理解了學習難點，還會引發多個知識的綜合應用，促進了學生化學知識的整理、綜合、拓展，使化學知識結構和方法得到重構、實驗能力和邏輯推理能力得到提高，培養了學生嚴謹的科學研究態度。

參考文獻：

[1]王榮橋.談探究氫氧化鈉性質實驗的五個誤區[J].化學教學，2016，（7）：63.