挖掘教材實驗功能，助力化學課堂教學
——以蘇教版化學1“碳酸鈉的性質與應用”教學為例

劉 凱 陶 杰 胡志剛

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

挖掘教材實驗功能，助力化學課堂教學
——以蘇教版化學1“碳酸鈉的性質與應用”教學為例

劉 凱1陶 杰1胡志剛2

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

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

教材實驗；功能；激發興趣；課堂教學

化學實驗的教學功能是多方面的，包括動機功能、認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］。以蘇教版化學必修1“碳酸鈉的性質與應用”的教學內容為例，在涉及的實驗教學環節，可以挖掘教材實驗功能的不同途徑，引導學生分析實驗設計的不同功能取向和動機，以不同的呈現形式幫助學生實現對知識的建構以及轉化，因所處的學習層面發生質的變化，在一定程度上實現了課堂深度學習。

該課主要通過碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質對比、鑒別與轉化實驗，學習碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質與應用，建立“性質與應用”之間的必然聯系，教材中的實驗內容如表1所示。

上述四部分實驗內容的先后順序符合認知水平和能力發展的螺旋式上升規律，從表1教材實驗的呈現形式看，包括性質實驗、實驗方案設計、生活化實驗和工業化實驗，因此實驗教學既是該節課學習的主要載體，也是達成教學目標的重要途徑。活動與探究1主要體現了對物質性質的認識論功能；活動探究2以表格的形式呈現信息，要求設計實驗方案，這一編排具有定向、激發、組織和評價的延伸功能，賦予教師和學生更寬廣的發揮空間，充分發揮教學的主動性和創造性，體現了對比實驗的方法論功能；圖片素材和拓展視野既體現了化學的學科價值，也體現了育人功能。

一、生活化實驗的開發與應用

化學知識廣泛應用生產、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，豐富多樣的實驗現象最容易激發學生興趣；也由施教者對實驗的挖掘程度有關，生活化實驗設計是發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，也能夠引出學習的對象，作為感知反應存在的生動素材，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，讓兩個學生搖勻，發現加Na2CO3粉末的雪碧瓶癟了。

利用簡單的生活化實驗動態引出該節課學習的主角——Na2CO3和NaHCO3，遠比展示靜態圖片和口頭描述要生動，通過實驗創設達到激趣的效果。讓學生從宏觀現象感受到微觀反應的存在事實，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的作用，培養學生宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養。

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

圖1

學會化學實驗研究中控制變量的思想。讓化學知識在課外得到拓展和延伸，讓學生親身體驗化學的學科價值，引導學生通過網絡查閱信息，在“去油污”的實驗中建立性質（堿性）與應用之間的聯系，也為后續選修模塊中的相關知識提供事實性素材；在“微波爐發面”中感受發酵粉原理和中和有機酸等知識，拓展和完善該節課所學的內容，引導學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、現象獨特、留有懸念，貼近學生生活實際和認知水平。同時，實驗素材的選擇要能夠適切教學的主題，為解決某些教學問題而引入，切勿只為現象“壯觀”制造轟動效應，而作用甚微，落入“跑題”的誤區。實驗素材的選擇還要善于發現化學的正能量，切勿過分放大化學的負面影響，若使用負面素材，也要對學生進行風險認知教育，這是化學工作者所肩負的育人觀念。教學過程中要“首尾呼應”，注意引導學生合理分析現象。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，面包發酵過程中會生成乳酸，乳酸亦可與碳酸氫鈉反應生成二氧化碳，這兩種主要因素均使面包具有松軟的結構，切不可憑自己的經驗片面解釋現象，以免犯錯。

二、定性與定量實驗對比

化學實驗承擔著方法論功能，所有的實驗，實際上都是在條件控制下進行和觀察的。“表格2-4碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質比較”提供了必要的比較信息，可以幫助學生去思考隱藏在表格背后有價值的信息，對內隱性的認知方法提升具有獨特的優勢。學生依據這些信息提出實驗探究內容，一般會從物理性質（溶解性）及化學性質（水溶液的酸堿性、熱穩定性、與酸溶液反應、與鹽溶液反應）等方面進行探究實驗設計。“表格2-5區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生認知現狀，包括觀察、分析、概括、表達、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，觀察現象。取下燒杯，各加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現象。

圖2

圖3

圖4

圖3 和圖4實驗在保證實驗現象明顯的情況下，能夠簡化實驗步驟，縮短實驗時間，體現對比實驗的方法和實驗創新意識。在改進教材實驗時，關注實驗效果的同時，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專業儀器為主，具有簡約性，讓學生容易理解實驗的原理。

（二）從定量的角度對比分析

化學實驗中的定量化研究，不僅有利于學生更加清晰地認識物質世界，建立科學的研究物質的方法體系，而且有利于形成完整的學科知識體系和建構更加豐富的化學實驗內涵。

【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對比。

在溶解性實驗中，應該選擇相同質量的水、投入相同質量的Na2CO3和 NaHCO3，還可以引導學生感受溶解過程的熱效應等，讓學生感知化學實驗中的顯性與隱性現象。由于區別碳酸鈉和碳酸氫鈉是在二者未知的情況下，所以教學中要對實驗方案進行補充和修正，要強調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實驗是在其物質的量濃度相同的情況下進行比較的，既突出了教學的嚴謹性，也為后續學習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識，實驗研究表明［4］，在常量范圍（＞1%）內，向 Na2CO3和 NaHCO3溶液中分別滴加CaCl2或BaCl2溶液，Na2CO3溶液中僅僅只產生白色沉淀，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℃的水浴）。 在微量范圍（0.01%～1%）和痕量（＜0.01%）范圍內，用CaCl2或BaCl2溶液在碳酸氫鈉溶液中無法看到沉淀形成對比，突出定量對于化學研究的重要意義。

由于知識的復雜性、認知的階段性和能力的發展性，決定了教學具有探究性和學習具有創造性。教學中要直面 “NaHCO3溶液與 CaCl2溶液混合可能產生白色沉淀和氣泡”這一“異常現象”，設計常量和微量對比實驗，加深學生對量變引起質變的認識，也為學生后續學習化學反應原理知識提供可研究的素材。

三、從微觀的角度認識反應機理

化學實驗教學中要注重引導學生加強宏微聯系，見著知微，實現從掌握一種現象、知識或結論到理解知識本質的化學學科核心思維品質的轉變。手持技術實驗可以通過采集到的數據轉化為數據表、曲線圖等多種形式，能夠讓微觀反應過程直觀化、數字化、圖形化，實現由基于定性的教學研究向基于事實和數據的教學研究轉變，構建從微觀視角思考宏觀問題的化學觀念，將微觀的問題通過具體的數據加以體現，滲透定量思想，讓實驗變得可視化，構建宏觀、微觀、符號、曲線等四重表征教學模式，形成科學、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的歷程。

圖5

圖6

可以應用手持技術，采用圖像疊加的方法，通過圖像對比方式讓學生能夠清晰的認識到碳酸鈉溶液與鹽酸反應是分步進行的。從宏觀現象到微觀本質的探究，體現了對化學微粒觀本質的認識。但由于技術條件的限制，有些傳感器較敏感，容易受到多種因素的干擾，穩定性較弱，建議教學中可以事先拍攝實驗微課視頻或者直接引入得到的數據結果加以分析，也可以引導學生在課外用手持技術實驗進行此實驗的研究性學習，體驗實驗的過程。

基于上述認識，筆者認為可以研究教材中各種實驗載體，挖掘實驗功能，通過改進或增補實驗，激發學生的好奇心和求知欲，發揮實驗教學的多重功能，引入技術支持，宏微合一，在探索知識本質的過程中提升高階思維能力，促進深度學習的形成，讓學生成為新知識的探索者和發現者，促進學生核心素養的形成。

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

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

［3］倪娟.名師課堂教學設計與點評·中學化學（一）［M］.南京：南京師范大學出版社，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識［J］.化學教育，2014（11）.

G633.8

A

1673-9884（2017）08-0096-03

2017-07-02

福州市教育科學研究“十二五”規劃2015年度課題（FZ2015GH087）

劉 凱，男，長樂第二中學高級教師。