實驗探究教學中的二個問題商討及思考

薛樹青

摘要：通過觀摩研討課而提出的2個實驗探究結論問題，與同行們商榷，與此同時，在實驗探究素材的選擇及教師的專業知識結構優化方面，闡明了自己2點思考。

關鍵詞：初中化學；實驗探究；問題思考；學科素養

文章編號：1008-0546（2017）04-0082-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.028

一、問題的提出

近日有幸參加縣、區級初中化學課堂教學研討活動，分別觀摩了“‘暖寶寶成分探究”以及“碳酸鈉與硫酸銅反應產物探究”2節以實驗探究為載體的公開課，對于2位執教老師的全新的課堂教學理念，深厚的課堂教學基本功，精湛的課堂教學藝術尤為贊賞，特別是通過分組實驗，引領學生在化學實驗中發現問題、分析問題，以問題為主線聯動整個課堂，引發學生的認知沖突，激活學生思維，學生在思考中建構新的知識。如此的學生主體和教師的主導相得益彰的教學方式與課堂魅力，給觀摩教師很多的啟迪，筆者至今仍記憶猶新，不斷地揣摩與思考。但似乎感覺教師對實驗結論的詮釋在某些方面比較牽強，甚至有2個問題的解釋說法值得商榷。現成文如下，與同行們研討，以期共同提高：

1. 問題1“暖寶寶”中的活性炭僅僅是 “作為鐵粉的載體，吸附鐵粉，使熱量得以均勻散發”嗎？

[課堂實錄]

[分組實驗]學生分組實驗探究：根據“貝貝貓貼身暖寶寶”標簽上所提供的信息，探究“暖寶寶”發熱的原理。

（學生根據標簽的提示，撕開外袋取出內袋，5min后用溫度計測量內料袋溫度的變化。）

[教師設問]一段時間后，溫度會發生什么變化？發熱的原理是什么？袋內的黑色成分分別發生何種變化或承載何種作用？

[學生討論、交流]鐵粉被氧化釋放出熱量，食鹽加快了鐵粉氧化速率。

存有疑問：活性炭的作用？

[教師講解]通常情況下，鐵粉遇空氣會發生氧化反應，放出熱量，但此氧化屬于緩慢氧化，且熱量難以聚集，因此加入少量蛭石。蛭石是一種天然、無毒的礦物質，難溶于水，是一種極好的保溫材料。其中活性炭具有吸附性而吸附鐵粉，作為鐵粉的介質，使熱量得以均勻發散。

筆者認為：這發熱背后的原因恐怕不只是緩慢氧化這么簡單。 根據“貝貝貓貼身暖寶寶”標簽知：袋內成分為鐵粉、水、活性炭、食鹽、蛭石等（如圖1所示），將“暖寶寶”外包裝撕開后，內袋“暖寶寶”發熱的原因是以下兩方面：

（1）氧化反應原理。通過鐵粉與氧氣的接觸氧化而放出熱量。其中，活性炭拓展了鐵粉和空氣的接觸面積，加快了鐵粉的氧化速率，且使熱量得以均勻散逸。

（2）電化學反應原理。溶解在食鹽溶液中的少量氧氣可與鐵粉、活性炭粉形成無數個微小的原電池，原電池加快了鐵粉的氧化速率，將化學能轉變為電能、電能轉變為熱能。發生了下列反應：

負極（鐵） 2Fe-4e-[=]2Fe2+

正極（碳） 2H2O+O2+4e-[=]4OH-

Fe2+與OH-結合形成Fe（OH）2， Fe（OH）2在空氣中被O2氧化為Fe（OH）3，Fe（OH）3又在一定條件下發生脫水反應生成紅棕色的鐵銹Fe2O3[1]。內袋“暖寶寶”里的熱量來自于上述反應，此反應屬于鋼鐵的電化學腐蝕，又稱之為吸氧腐蝕。從這個角度說，活性炭粉主要是發生電化學反應的電極，而不能僅理解為鐵粉的介質、吸附鐵粉，起到使熱量均勻散發的作用。蛭石是一種保溫性能較好的礦物材料，外袋有一層不透氣的明膠，撕開外袋，空氣中的氧氣進入透氣的內袋（用無紡布袋制成），釋放熱量的時間和提供的溫度是通過內袋的氧氣透過速率進行調節的。所以，一片“暖寶寶”可以持續供熱一段時間，且溫度比較貼近人的體溫。

2. 問題2 將Na2CO3溶液與CuSO4溶液混合，得到的藍色沉淀物一定是CuCO3嗎？

[課堂實錄]

[分組實驗]探究鹽與鹽發生反應的條件。學生分組實驗，取2mL CuSO4溶液逐滴滴入Na2CO3溶液，觀察現象。

[教師設問]將Na2CO3溶液與CuSO4溶液混合，觀察到什么現象？

[學生交流、討論]有藍色沉淀生成。

[教師設問、講解]藍色沉淀是什么？藍色沉淀物為CuCO3。因為Na2CO3+CuSO4[=]Na2SO4+CuCO3↓。

將Na2CO3溶液與CuSO4溶液混合，產生的藍色沉淀一定為CuCO3嗎？

Na2CO3屬于強堿弱酸鹽，其水溶液顯堿性；CuSO4屬于強酸弱堿鹽，其水溶液顯酸性，這兩種物質在水溶液中都能發生水解，反應的情況比較復雜。

現各取10mL 0.1mol/L的溶液進行定量分析：由于溶液比較稀，近似等于水的密度。查閱資料[2]，25℃時：

Ksp[Cu（OH）2]=[Cu2+][OH-]2=5.6×10-20

Ksp[CuCO3]=[Cu2+][CO32-]=1.0×10-10

分以下3種情況討論：

（1） 若將0.1mol/L CuSO4溶液逐滴加入到10mL Na2CO3溶液中。通過計算可得出OH-開始沉淀需要[Cu2+]=3.15×10-15；同理CO32-開始沉淀需要[Cu2+]為1.0×10-10/0.1=1.0×10-9<5×10-5mol/L。很明顯先有Cu（OH）2沉淀析出。那么什么時候開始有CuCO3析出呢？當[Cu2+]增大到能使CuCO3開始沉淀時，Cu（OH）2和CuCO3都呈飽和溶液狀態，Cu2+、OH-、CO32-同時滿足對應的溶度積，沉淀為Cu（OH）2和CuCO3。

（2）若將0.1mol/LNa2CO3溶液滴入到10mL CuSO4溶液中。實際情況比較復雜，只能認為剛開始時溶液中的[Cu2+] [CO32-]=5×10-6>1.0×10-10，所以會有CuCO3沉淀析出。但CuCO3是弱酸弱堿鹽，在水溶液中的水解傾向較大，CuCO3遇水立即雙水解為Cu（OH）2和Cu2（OH）2CO3的混合物。

（3）若兩種溶液等體積混合，由于水解對CO32-和Cu2+的濃度影響很小，根據[Cu2+] [CO32-]=2.5×10-3>1.0×10-10，則一定有CuCO3析出，且遇水立即雙水解。

以上3種情況，得到的藍色沉淀都不僅僅是CuCO3。盡管這些知識點已經超越了初中范圍，但老師心中要有“底數”與“底線”，明白其中的來龍去脈。因此，在選擇探究鹽與鹽發生反應條件的素材時，最好多選擇一些強酸強堿鹽，如NaCl與AgNO3、K2SO4與BaCl2反應等，可以避開此類“欲講不能、欲罷也不能”的“兩難”尷尬境地。

二、思考

思考1：有這樣一個問題始終縈繞在我的腦海中，課堂教學中我們應該傳授怎樣的知識？傳授怎樣的知識才能使我們的學生具有更大的發展空間？多年來的教學實踐深深體悟到：培養學生分析問題、解決問題的思維方法是最主要的知識，是課堂教學永恒的主題。引領學生進行實驗探究，通過探究獲取信息、分析信息，從感性到理性，自已建構原理、概念的“雛形”，是訓練學生科學思維方法的重要途徑與方法之一。問題的關鍵是如何選擇素材？倘若只囿于課本中的知識點與素材資源組織學生實驗探究，可能不利于拓展學生的視野，束縛學生的思維，甚至扼殺學生的創造力，這與新課程改革的初衷完全相悖。因而，選擇素材的角度要多元化，具有一定的開放性，充分關注社會、生活中的熱點話題，拓展學生的知識視野與應用能力。

初中化學屬于中學化學的啟蒙階段，教學內容基本屬于學科的基礎知識，打好基礎、激發興趣，引領學生“入門”，培養基本的學科素養與能力是初中化學教學最主要的任務。但教材中的有些概念與結論，受知識體系與邏輯結構的限制，可能存在不完整、不全面的情況，具有一定的“暫定性”，留有一定的教學“空白”。因此，作為一名學科素養較高的初中化學教師，在選取探究素材時，既要考慮到初中生的學情與初中知識結構，又要充分考慮到素材背后所潛在的“上位”學科知識和規律原理，在兩者之間尋找“平衡點”與“切入點”。如何篩選、組合和運用素材中的信息，充分利用素材中的相關資源引導學生進行實驗探究，巧妙而適度地在學生能力的“最近發展區”內設計問題，教師的智慧、深度思考是關鍵因素，這既需要優良的專業知識做基石，也需要豐富的教學實踐與積累做支撐。切不可簡單地采用“拿來主義”整體照搬復制，更不可對于一些有“上位”學科知識的問題，缺少深度研究，自身似懂非懂，說不清、道不明而“忽悠”學生，或以訛傳訛、傳授偽科學知識。這既是教師堅守誠信品格的“底線”，也是教師學科素養與品質的展現，更是作為一名優秀教師的高尚美德。

思考2：化學是令人振奮、充滿成就感的學科，好奇心可以幫助學生對化學學科保持持久的興趣，批判性思維可以幫助學生日常生活或學習中養成正確理解事物的習慣與能力。要使得學生在今后的化學道路上走得更高、更遠，甚至將來從事尖端的化學科學研究，中學階段教師的正確引領是必不可少的，從這個角度說，教師完善的知識結構和良好的學科素養又是必備的基石與關鍵，尤其是初中化學教師，任重而道遠，學生到了高中階段，能否繼續喜歡化學、選修化學，初中化學教師的決定作用非常之大，一個專業素養缺失的教師很難在本學科的研究之中有所作為，也很難成為學科教學的領軍人物。對于初中化學教師而言，由于執教學段的客觀原因，較少接觸高中乃至大學的學科專業知識，對于初中知識的拓展與延伸所涉及到的高中或大學知識，都會出現不同程度的陌生感，這都屬于普遍現象，更何況化學學科已經進入了一個高速發展的空前階段，知識的更新與創造日新月異，新的概念與知識不斷涌現，高科技手段研制的新物質層出不窮，學科之間的交叉與融合已成為許多原創性成果的源泉。因此，對一名稱職的初中化學教師而言，必須做到精通初中知識、熟悉高中教材、不忘大學內容，還要不斷地關注相鄰學科的知識體系與發展，書桌、辦公室要常備高中化學教材以及《無機化學》、《有機化學》、《物質結構》等高校教材，時常去翻閱、去瀏覽，或下載相應的pdf版本存放在筆記本電腦中，可隨時查閱。同時要廣泛閱讀，養成閱讀的好習慣，不斷補充自身的信息量，擴充自己的知識面，時刻保持“饑餓”狀態，保持敏銳的眼光，深知“一桶水”與“一杯水”的辯證關系，比學生站得更“高”、懂得更多、視野更開闊，在繁重的教學事務之中擁有屬于自己時光的“黃金分割”，只有這樣，你的課堂教學才能游刃有余，對于一些深奧問題的解讀才能駕輕就熟。對于一些涉及到高中乃至大學知識點的相關內容，當然不適宜直接下放到初中課堂，但是，當你具備了良好的學科知識結構以后，你就會從不同的角度理解、詮釋，能多維度、多層面的看待問題，智慧而有“度”地、深入淺出地進行教學，特別是對于那些具有發展潛力的優等學生來說，方能設計一些讓他們“跳一跳、夠得到”的更能啟發深思、引發思維沖突的“亮點”問題，激活思維，點燃思維碰撞的“火花”。如此之舉，因材施教、個性化發展就能落地生根開花，具備這種才能的老師至少不會 “誤人子弟”。

以上實驗探究教學的2個案例，也許僅僅是偶遇，筆者撰文的目的并非有“吹毛求疵”之意，只是希望能引起同行們的共鳴與關注，使我們的學科實驗探究教學在素材的選擇與結論的詮釋等方面更具有科學性、拓展性，避免把問題講偏、講死，講得太“絕對化”。

參考文獻

[1] 王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書，化學2（第六版）[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2015：41

[2] http：//www.docin.com/p-396088030.html