基于學科核心素養的“鈉與水反應的微型化實驗改進”

吳寧寧

摘要：鈉與水反應實驗是高中化學的重點。對此，現行人教版化學教材必修一第三章第1節提供的實驗方案是：在燒杯中加入適量蒸餾水，再滴加幾滴酚酞試液，向其中投入綠豆大小的鈉，觀察實驗現象。方案雖然簡單，但鈉與水反應劇烈，且反應快而不易控制，比較危險，浪費試劑。此外，這種方案僅能驗證其中一種產物，對另一種產物——氫氣沒有設計收集和檢驗步驟，僅是通過推理得出，教師不易解釋清楚，學生也難以理解。因此，我們對之進行了改進。

關鍵詞：高中化學 鈉與水反應 微型化實驗

新課改提倡的學習觀，要求從重結果轉向重過程，從重知識轉向重能力。尤其是信息爆炸的當代社會，對人的能力的要求更高，對于未入社會的學生而言，其主要是通過各科學習來獲得能力。對于學校教育教學應該培養學生哪些能力，目前提倡培養學生的核心素養。不同的學科有不同的知識傳授任務和核心素養培養任務，具體到化學學科，體現在以下五個維度：宏觀辨識與微觀探析，變化觀念與平衡思想，證據推理與模型認知，科學探究與創新意識，科學精神與社會責任。本文主要在此背景下，以鈉與水反應的實驗改進為載體，探究培養學生的化學學科核心素養的有效方法。

為了彌補人教版高中化學必修一教材中提供的鈉與水反應的實驗方案的不足，筆者對此實驗進行了改進，以期取得更好的教學效果，同時將學科核心素養貫穿其中。

一、實驗原理

2Na+H₂O=（點燃）2NaOH+H2↑

2H₂+O₂=2H₂O

二、實驗改進方案

1.實驗改進方案一

（1）儀器

小試管（兩支），雙孔橡皮塞，注射器一支及輸液管一根，蒸發皿，火柴，水槽，鐵架臺（帶鐵夾）。

（2）試劑

蒸餾水、金屬鈉、酚酞試液、肥皂液。

（3）實驗裝置

實驗裝置見圖1。

（4）實驗步驟及現象

①用鑷子在一支干燥的小試管內壁附上三小塊金屬鈉（總體積不超過綠豆大小），三小塊鈉依次固定在試管內壁不同高度處，最下面的一塊鈉到試管底部一定要留有一段距離。將試管固定在鐵架臺上。分別取輸液管管徑較細的一段和另外一段，插入雙孔橡皮塞，較細的一根插入試管底部，將橡皮塞塞入試管，用注射器吸入一定量的滴有酚酞試液的蒸餾水，與較細的輸液管末端相連;另一根末端插入蒸發皿中的肥皂液。另外，向水槽中注入一定量的蒸餾水備用。

②通過注射器向試管中注入蒸餾水，當蒸餾水與試管內壁第一塊金屬鈉接觸，發生第一次反應時，觀察實驗現象。用火柴靠近蒸發皿中被吹起的肥皂泡，會聽到尖銳的爆鳴聲。

③第一次反應結束后，感興趣的學生可以繼續通過注射器向試管中注入水，開始第二次反應，采用排水法集滿一試管氣體，將試管口靠近燃著的酒精燈，可明顯聽到“噗”的一聲。實驗結束后，若有金屬鈉剩余，則用注射器將試管中的溶液全部吸出，使反應停止，撤去橡皮塞，用鑷子取出剩余的鈉并回收。

（5）改進后的優點

①反應可控。當第一塊鈉與水接觸，發生第一次反應時，學生若能將實驗現象觀察完整，即可用注射器吸出試管中的水，停止反應。若想繼續，再注入水即可。在一定程度上，本實驗可以實現隨開隨用、隨關隨停。

②節約試劑。將綠豆大小的鈉分成三塊，分別與水反應。第一次反應中主要觀察實驗現象，若學生感興趣便開始第二次反應，收集氣體。若不收集氣體，則會剩余兩塊鈉，節約試劑。

③現象直觀。實驗現象除常規的“浮、熔、游、響、紅”外，還可直觀地證明鈉與水反應產生了氣體，且爆鳴聲證明是可燃性氣體。由元素守恒推知應為氫氣。

2.實驗改進方案二

（1）儀器

透明的水筆芯（油墨用完），蒸發皿，火柴，注射器（帶針頭）。

（2）試劑

蒸餾水、金屬鈉、酚酞試液、肥皂液。

（3）實驗裝置

實驗裝置見圖2。

（4）實驗步驟及現象

①將水筆芯在靠近筆頭一端約三分之一處折彎。將筆頭摘掉，用靠近筆頭的一端戳取少量金屬鈉，再迅速將筆頭塞回去。

②用注射器吸取一定量滴有酚酞的蒸餾水，連上針頭。將筆芯沿折痕處折起，角朝上，從開口端用注射器注入一定量水，此時蒸餾水留在筆芯較長一段處。迅速將筆芯取直，使水流入靠筆頭的部分與鈉接觸，將筆芯折彎，角朝下，開口一端插入肥皂液中，并用點燃的火柴靠近肥皂泡，聽到尖銳的爆鳴聲。

③若需停止實驗，則只需將筆芯沿彎折處成一個較大角度，開口處垂直朝下，使水流出。由于折痕處較窄，水可以通過，而剩余的固體鈉具有一定的體積，不能通過，從而使二者分離，反應停止。

（5）改進后的優點

①反應可控。筆芯折痕處充當開關，彎折的兩段角度大，水易通過;角度小，水不易通過。這樣，可在一定程度上實現對反應發生和停止的控制。

②實驗微型化且裝置簡單。實驗過程中，用筆芯直接戳取金屬鈉，用量小，大大節約了試劑，且方便學生自己組建實驗裝置進行分組實驗，培養學生的實驗操作能力，激發學生對化學的學習興趣。

③現象直觀且明顯。采用點燃肥皂泡的方法檢驗生成的氣體，現象既直觀又明顯，效果更好，省去了教材中實驗方案的模糊推理。

④廢物利用。學生用完的廢棄筆芯作為反應發生的儀器，可以提高化學實驗的趣味性，啟發學生對廢物再利用的思考，培養自身資源回收再利用及環保意識。

三、改進方案的突出特點

以上兩種改進方案具有四個突出的特點：

第一，避免了教材中對鈉與水反應生成氣體的模糊間接推理，將其變成直接而直觀的證明，有利于加強學生的證據推理與模型認知素養訓練，啟發學生思考以后碰到類似問題時應該如何解決，從而實現知識的遷移和思維能力的鍛煉。

第二，實驗可控，克服了傳統的一次投料必須等其反應完全才能停止的弊端，但又需要多次嘗試厘清操作注意事項，比如不能把鈉粒放到試管底部后再加水，否則反應太劇烈，鈉容易在試管中燃燒，增加了實驗的危險性。這些都需要經過多次實驗才能摸索得到。這個過程雖然枯燥，但學生可體驗到科學探究的過程以及科學探究帶來的樂趣和成就感，激發學生的科學探究精神，這是傳統課堂上得不到的體驗。

第三，節約成本。所用到的儀器皆為常見儀器或身邊隨處可見的廢棄物，成本不高，一般學校均可提供齊全。試劑用量小，這對一些資金相對匱乏的學校來講非常重要，因為試劑屬于消耗品，一旦用完，一些經費投入不足的學校很難做到及時采購補充。

第四，滲透學科核心素養。這個方案可以啟發學生將理論與實踐相結合，體現在兩個方面：一是可以用實際生活中的東西解決理論學習中遇到的問題，小東西發揮大作用;二是可以用理論知識解決實際問題和指導實踐活動。通過這種理念的滲透，可以培養學生的科學精神和社會責任，將小我的言行與社會責任聯系起來，潛移默化地培育了學生的學科核心素養。

本實驗方案的改進和具體操作過程帶給筆者最大的感觸是，教學可以走高端路線，也可以很接地氣，向上向下都可以實現一定程度的創新，都會使學生的知識得到遷移、思維得到訓練、情感得到豐富，從而實現培養學科核心素養的目標。

參考文獻：

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