用學生家庭實驗推動線上教育開展

龐嵩

摘要：通過三個家庭實驗對碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質進行研究，將物質溶解度、溶液酸堿性、“酸、堿、鹽”性質等知識整合到一起，并通過數字化實驗改進傳統實驗，實現實驗細節的“放大”，做到數形結合分析問題，以此激發學生學習興趣，增強動手能力。借助Classln強大的互動功能和虛擬實驗室，課堂創設以學生分享為主體，教師答疑解惑為輔助的新型教學模式，為疫情背景下的線上教育提供了參考。

關鍵詞：線上教育；家庭實驗；數字化實驗；教學實錄

文章編號：1008-0546（ 2022）11-0084-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.019

一、教材、學情分析

本節課是一節線上直播課。碳酸鈉和碳酸氫鈉屬于滬教版初中化學九年級下冊第7章第3節“幾種常見的鹽”中的內容。《義務教育化學課程標準（2022年版）》對學習主題“物質的性質與應用”提出的學業要求是“能基于真實問題情境，依據常見物質的性質，初步分析和解決相關的綜合問題；能基于物質的性質和用途，從辯證的角度，初步分析和評價物質的實際應用”[1]。疫情肆虐，學生被迫在家接受線上教育，但線上教育與班級授課差異較大且化學學科的演示實驗又較為繁多，這給廣大一線教師帶來了巨大挑戰。主要問題集中在：1．演示實驗只能播放優質視頻——教學效果差；2．師生缺乏面對面交流——教學互動性差；3．教師無法關注所有人的動態——課堂管理難度大。針對以上問題，本節課放手讓三位學生在家自由進行碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質探究，并將研究成果以視頻和PPT的形式在課堂上分享給學生，教師負責答疑解惑和拓展延伸，以此激發學生學習熱情，提升課堂效果。這種顛覆傳統的教學模式，也是在疫情背景下的一種新嘗試。

二、教學目標

1．通過碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質對比，初步形成化學觀念，解決實際問題。

2．通過家庭實驗的成果展示，提高線上教育的積極性，增強實踐能力，達到“教是為了不教”的目的。

三、教學重難點

1．碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應的定性與定量，宏觀與微觀的探究。

2．碳酸鈉、碳酸氫鈉固體的區分方法。

四、教學流程圖

見圖1。

五、教學過程

課堂引入：文學有“三蘇”，分別是蘇洵、蘇軾、蘇轍。化學也有“三蘇”，分別是大蘇打、蘇打、小蘇打。今天我們重點研究蘇打（碳酸鈉）與小蘇打（碳酸氫鈉）的性質與用途。

問題延伸：思考1：同學們已經知道哪些有關碳酸鈉與碳酸氫鈉的知識？

學生：白色固體、碳酸鈉可以與鹽酸反應、小蘇打可以做發酵粉……。

教師：思考2：同學們還想知道哪些有關碳酸鈉與碳酸氫鈉的知識？

學生：碳酸鈉與碳酸氫鈉的溶解性如何？水溶液的酸堿性如何？除與稀鹽酸反應外還能與哪些物質發生反應？為什么小蘇打可以做發酵粉？如何獲取小蘇打和純堿？

技術支持：Classln隨機選人小T具，舉手授權，聊天框等。

教師：本周末，班級已經有幾位同學用廚房用品對它們進行了探究，現在我們請學生代表分享他的研究成果。

技術支持：Classln授權學生打開云盤PPT和視頻進行講解。

學子說：學生家庭實驗1

學生實驗1：碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解性實驗。

實驗步驟：在兩個燒杯中各加入50 mL水，用溫度計測量溫度為14.9℃，取3g碳酸鈉和碳酸氫鈉固體分別放人燒杯中，用筷子攪拌，再用溫度計測量溫度。最后再加入50 mL水，攪拌，比較剩余固體多少。

實驗現象：攪拌較長時間，固體才能漸漸溶解。碳酸鈉部分溶解，溶解時放熱，溶液溫度最終約為16℃；碳酸氫鈉也部分溶解，溶解時吸熱，溶液溫度最終約為13.9℃。

實驗結論：室溫下，碳酸鈉溶解度大于碳酸氫鈉。碳酸鈉固體溶解放熱，碳酸氫鈉固體溶解吸熱。

學生實驗2：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與紫甘藍汁反應。

實驗步驟：配制等濃度的碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，滴人等量紫甘藍汁。

實驗現象：裝有碳酸鈉溶液的杯中紫甘藍汁變綠，裝有碳酸氫鈉溶液的杯中紫甘藍汁變藍。

實驗結論：經查閱資料，紫甘藍汁顏色變綠或變藍均說明溶液呈堿性。在其他條件相同時，碳酸鈉溶液的堿性更強。

師解惑1：

教師：請同學們分析表1、表2數據，得出相應結論。

學生：在0℃～60℃的范圍內，碳酸鈉的溶解度均大于碳酸氫鈉。常溫下，碳酸鈉易溶于水，碳酸氫鈉可溶于水。

教師：請同學們觀察紫甘藍汁在不同酸堿度下的顏色變化圖。

學生：通過顏色對比，學生代表所配制的碳酸鈉溶液pH≈11，碳酸氫鈉溶液pH≈8，均呈堿性。

教師：通過pH試紙也能測定碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液pH。經查閱資料，常溫常壓下飽和碳酸鈉溶液的pH為11.6；飽和碳酸氫鈉溶液的pH為8.3，與實驗結果一致。

總結：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液均呈堿性。在等濃度時，碳酸鈉溶液堿性更強。

設計意圖：學生家庭實驗出現幾個問題：1．筷子不洗凈擦干直接攪拌另一種溶液；2．固體未完全溶解就測溫、比較溶液酸堿度等。但正是這種錯誤操作和不合理的對比才讓家庭實驗更加真實，基于真實情境下的化學研討才有意義。教師在解惑期間抽絲剝繭，發現問題，解決問題，總結知識，使教學更富趣味性和時效性。

過渡：碳酸鈉和碳酸氫鈉還有哪些性質呢？我們請另一位學生代表帶來分享。

學子說：學生家庭實驗2

學生實驗3：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與白醋反應。

實驗步驟：配制等濃度碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液，向溶液中慢慢滴加白醋，觀察實驗現象。

實驗現象：碳酸氫鈉溶液中迅速產生大量氣泡；碳酸鈉溶液中一開始沒有氣泡，加入較多白醋后慢慢產生大量氣泡。

實驗結論：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液均能與白醋發生反應，但白醋與碳酸鈉溶液反應的異常現象暫時不知曉原因。

師解惑2：

教師：家用白醋成分較為復雜，為了解決這個問題，老師將白醋替換成熟知的稀鹽酸來進行研究，通過類比尋找答案。

演示實驗1：兩支試管中分別裝有0.3 g碳酸鈉和碳酸氫鈉粉末，在氣球中提前倒人足量稀鹽酸。將氣球中的稀鹽酸同時、快速、全部傾倒人試管中觀察現象。

學生：兩支試管中均產生大量氣泡，氣球膨脹，裝有碳酸氫鈉的試管上方氣球膨脹得更大。說明碳酸鈉和碳酸氫鈉均能與稀鹽酸反應，等質量碳酸氫鈉與稀鹽酸反應產生的氣體更多。

教師：請寫出碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應的化學方程式。

學生：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

過渡：為什么等質量碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與足量稀鹽酸反應，碳酸氫鈉產生的二氧化碳更多？

教師：現分別取0.318 g碳酸鈉和碳酸氫鈉固體加入足量稀鹽酸中，計算最終產生的二氧化碳質量是多少？

學生：碳酸氫鈉產生約0.167 g二氧化碳，而等質量的碳酸鈉只能產生0.132 g。由此看出等質量碳酸氫鈉與稀鹽酸反應產生的二氧化碳更多。

技術支持：Classln發布小黑板。

過渡：碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與稀鹽酸反應誰的速度更快？

演示實驗2：分別在容器中提前加入約0.06 gNaHCO3或Na2CO3固體粉末，將10 mL稀鹽酸同時、快速、全部加入容器中，快速插好傳感器，測定二氧化碳濃度隨時間的變化曲線。結果如圖2所示，藍色曲線為碳酸氫鈉，紅色曲線為碳酸鈉。由此可以得出什么結論？

學生：在其他條件相同時，碳酸氫鈉粉末與稀鹽酸反應速度更快。

設計意圖：碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與稀鹽酸反應速率太快，無法通過肉眼區分清楚，需借助傳感器測定。測定裝置由反應容器（2個），二氧化碳傳感器（2個），數據采集器，計算機（含配套使用的通用和專用軟件）四部分組成，可定量采集數據并以圖表形式清晰呈現出來，是一種現代化的新型實驗技術手段。[2]數字化實驗有諸多優勢。一是定量分析，揭示化學規律；二是使微觀現象可視化；三是實時連續采集數據。[3]

教師：請大家參考2018年蘇州市中考化學第33題圖（見圖3），嘗試從微觀角度分析反應原理。

學生：溶液中的碳酸根離子和氫離子先結合生成碳酸氫根，再與氫離子進一步反應生成水和二氧化碳。碳酸鈉與稀鹽酸反應分兩步進行，所以速度較慢。

教師：回想：為什么白醋與碳酸鈉反應開始時無氣泡，后續產生大量氣泡？

學生：白醋與碳酸鈉反應也可能分步進行。

設計意圖：通過類比法，用碳酸鈉與稀鹽酸的分步反應原理解釋異常現象，將復雜問題簡單化，更符合初中生的思維認知。實驗時將定性的氣球大小問題，轉化為定量的計算，使結果更加直觀。最后宏微結合解釋分步反應原理，并對其進行三重表征，加深學生理解。

過渡：研究性質的目的是更好地認識和利用物質，請第三位學生代表帶來分享。

學子說：學生家庭實驗3

學生實驗4：面餅實驗——碳酸氫鈉受熱分解。

實驗內容：將碳酸氫鈉與碳酸鈉粉末分別放人面團中，揉和均勻，起鍋燒油煎餅，觀察現象。

實驗現象：加入碳酸氫鈉的面餅在油煎后明顯蓬松，加入碳酸鈉的面餅無明顯改變，面餅內部的氣孔差異也較大。

師解惑3：

教師：利用Classln化學虛擬實驗室如圖4所示，模擬碳酸氫鈉受熱分解實驗。

技術支持：Classln化學虛擬實驗室。

演示實驗3：加熱碳酸氫鈉固體，并將產生的氣體通人澄清石灰水中，觀察現象。在加熱后的剩余固體中加入過量稀鹽酸，并將氣體通人澄清石灰水中，觀察現象。

實驗現象：試管壁上有水珠，澄清石灰水變渾濁。剩余固體加入稀鹽酸后，產生大量氣泡，產生的氣體使澄清石灰水變渾濁。

實驗結論：碳酸氫鈉受熱分解產生二氧化碳、水和碳酸鈉。

化學方程式：

總結：小蘇打做發酵粉的原理：碳酸氫鈉受熱分解或與發酵過程中產生的酸性物質作用均會生成二氧化碳氣體，使面餅更加蓬松多孔。

設計意圖：化學虛擬實驗在傳統教學中不多見。根據課后問卷調查顯示，75.3%的學生相較真實實驗更喜歡這種形式。虛擬實驗的結果真實有效且現象更明顯，用于取代部分傳統演示實驗會有出乎意料的效果。同時，虛擬實驗成功率較高，速度更快，如果能邀請學生一起參與演示，效果將更好。

教師：純堿碳酸鈉也有很多用途：造紙、洗滌劑、紡織印染、制玻璃陶瓷等。那純堿是如何獲得的？請大家閱讀書本54頁，回答問題。

學生：通過天然內陸鹽湖提取，也可以通過工業生產。

教師：視頻：侯德榜及其侯氏聯合制堿法。

鞏固訓練：技術支持：Classln發布選項實時統計。

板書：隨堂手動輸入，Classln自動生成，分享給學生。

六、教學反思

1．教學形式的創新。本節課鼓勵學生利用廚房用品動手實驗，將探究過程拍攝成小視頻或者制作成PPT，然后向其他同學分享成果，最后由教師對家庭實驗進行點評并答疑解惑，以此提高學生實驗參與度、興趣感和成就感，最終提升課堂效果。

2．授課方式的轉變。本節課充分利用Classln的互動性和實效性組織線上教學。Classln中的小工具，如視頻墻可以用于迅速查看學生整體學習狀態；計時器和倒計時功能能更好地控制上課時間，把握課堂節奏；小黑板和選項發布與統計為教師的隨堂反饋提供了新的可能；語音互動和分享功能實現了師生的實時交流，便于教師及時掌握學生個人學習狀態；化學虛擬實驗室作為一種新穎的演示實驗形式，效果顯著。

3．傳統文化的宣揚。本節課的課堂引入將“文學三蘇”和“化學三蘇”進行了有機融合；給學生的關鍵詞“學子說”“三人行必有我師”來源于《論語》；給教師的關鍵詞“師解惑”取白韓愈的《師說》：“師者，所以傳道授業解惑也！”；給作業的關鍵詞“百尺竿頭須進步”出白宋·釋道原《景德傳燈錄》卷十：“師示一偈曰：‘百丈竿頭不動人，雖然得人未為真。百尺竿頭須進步，十方世界是全身。”

4．應試教育的內化。本節課用2018年蘇州市中考卷第33題的原圖解釋碳酸鈉與稀鹽酸反應的微觀本質，以此達到在新授課中融人中考要求的目的，符合新課標的要求。

參考文獻

[1]義務教育化學課程標準（2022版）[s]．北京：北京師范大學出版社，2022：18-21.

[2]夏建華，數字化實驗與中學化學教學深度融合[M]．合肥：安徽教育出版社，2016，2．

[3]繆徐，初中化學數字化實驗教學的認知與思考[J]．中小學數字化教學，2020（4）：66-69．