基于真實(shí)生活情境培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)
——以“碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)”教學(xué)為例

柳小康，張惠宣，字 敏

(云南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，許多教師仍然追求目標(biāo)的形式化，忽視學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)[1]。而在《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》對(duì)于元素及其化合物學(xué)習(xí)內(nèi)容的要求中明確指出：“結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或者運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究，從而了解到其元素和相關(guān)化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)它們?cè)谏a(chǎn)、生活實(shí)際中的重要作用”[2]。教學(xué)過(guò)程之中運(yùn)用生活化情境作為驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)探究可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而保證課堂教學(xué)的高效性。下面以人教版(2019年版)必修一[3]第二章第一節(jié)“鈉及其化合物”碳酸鈉和碳酸氫鈉教學(xué)為例談?wù)劵谡鎸?shí)生活情境下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

1 教學(xué)背景分析

1.1 內(nèi)容分析

其實(shí)Na2CO3和NaHCO3是同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)生活中經(jīng)常會(huì)接觸的物質(zhì)，比如含NaHCO3飲料、玻璃主要成分含有的Na2CO3、NaHCO3作為中和胃酸藥品的主要成分等等，同學(xué)們通過(guò)初中階段的學(xué)習(xí)基本可以自己歸納總結(jié)碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質(zhì)及相關(guān)反應(yīng)等部分化學(xué)性質(zhì)。高中階段學(xué)習(xí)本節(jié)課，我們需要解決的是碳酸鈉和碳酸氫鈉兩者在物理性質(zhì)之上的異同之處；在酸堿性、熱穩(wěn)定性等化學(xué)性質(zhì)上的差異。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究性的活動(dòng)中，從化學(xué)及物理性質(zhì)兩個(gè)角度加深對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的認(rèn)識(shí)，并初步建立起“性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念，為后面學(xué)習(xí)鐵及其化合物提供學(xué)習(xí)思路。

1.2 學(xué)情分析

從學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備看，在本專題的學(xué)習(xí)中，Na2CO3和NaHCO3的俗名學(xué)生已認(rèn)識(shí)了，學(xué)生也已經(jīng)掌握了鈉及鈉的氧化物的一些相關(guān)性質(zhì)，以及它們的主要化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用，學(xué)會(huì)了運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)探究鈉及其氧化物性質(zhì)上的不同，也初步了解了性質(zhì)與應(yīng)用的關(guān)系，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。不過(guò)高一學(xué)生剛剛接觸元素及其化合物的第一個(gè)模塊，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)散亂而不成體系。從學(xué)生學(xué)習(xí)能力看，經(jīng)過(guò)一年多初三的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和方法的學(xué)習(xí)，特別是化學(xué)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步具備了系統(tǒng)知識(shí)學(xué)習(xí)的能力，具備了一定的提出問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。從學(xué)生心理情況看，本節(jié)課知識(shí)與實(shí)際生活相聯(lián)系，都是生活中容易接觸到的物質(zhì)，能激發(fā)學(xué)生對(duì)于本節(jié)課學(xué)習(xí)的興趣。

2 教學(xué)目標(biāo)

(1)了解Na2CO3和NaHCO3的主要性質(zhì)，學(xué)會(huì)用比較思維的方法認(rèn)識(shí)分析兩者的性質(zhì)及差異。

(2)通過(guò)性質(zhì)探究實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)通過(guò)觀察法記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而根據(jù)解釋現(xiàn)象成因得出結(jié)論。

(3)通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，了解Na2CO3和NaHCO3在實(shí)際生產(chǎn)、生活中的用途，感受化學(xué)對(duì)于生產(chǎn)、生活的重要性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。

3 教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：Na2CO3和NaHCO3的相關(guān)物理化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)及其熱穩(wěn)定性比較方法的掌握。

教學(xué)難點(diǎn)：Na2CO3和NaHCO3的熱穩(wěn)定比較。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

為什么放了NaHCO3的饅頭膨松、爽口？廚房沒(méi)有NaHCO3可否用Na2CO3代替？

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖示Fig.1 Illustration of teaching design ideas

引入：均衡飲食對(duì)于保證我們的健康身體特別重要，老師每天早點(diǎn)都離不開(kāi)幾個(gè)大饅頭，恰逢前幾天周末老師在家做起了饅頭。老師做完饅頭后發(fā)現(xiàn)老師自己所做的饅頭與平時(shí)買來(lái)吃的饅頭差異特別大，差異主要體現(xiàn)在饅頭的膨松性和口感。老師感到特別納悶，然后觀看了制作饅頭的標(biāo)準(zhǔn)視頻，才發(fā)現(xiàn)老師制作的饅頭與標(biāo)準(zhǔn)制作過(guò)程的區(qū)別是老師未加入發(fā)酵粉這一物質(zhì)，老師稱自己的這一事件為“饅頭敗筆”。那同學(xué)們發(fā)酵粉這種物質(zhì)主要成分是什么呢？在饅頭制作整個(gè)過(guò)程之中，它起了什么作用？都發(fā)生了哪些化學(xué)變化？為什么饅頭“膨松長(zhǎng)肥了”。

環(huán)節(jié)一：發(fā)酵粉這種物質(zhì)主要成分是什么呢？

[教師]遇到這樣的未知問(wèn)題你會(huì)怎么做呢？問(wèn)老師、父母或同學(xué)？

[學(xué)生]用手機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)查詢呀！

[學(xué)生活動(dòng)]通過(guò)相關(guān)瀏覽器對(duì)“發(fā)酵粉主要成分”進(jìn)行了檢索，按照小組討論，提出觀點(diǎn)。

[學(xué)生]發(fā)酵粉的主要成分為我們初中學(xué)習(xí)的小蘇打，即NaHCO3。

[教師]對(duì)的，發(fā)酵粉主要成分為我們熟知的NaHCO3，同學(xué)們?cè)诔踔袝r(shí)還學(xué)過(guò)蘇打，蘇打即Na2CO3？那老師做饅頭時(shí)沒(méi)有小蘇打的情況之下，可以用蘇打代替嗎？

[學(xué)生1]可以，因?yàn)槎际翘K打呀！

[學(xué)生2]不可以，不然為什么發(fā)酵粉成分是小蘇打呢。

[教師]同學(xué)們的回答都很好，接下來(lái)我們一起來(lái)走進(jìn)Na2CO3和NaHCO3的學(xué)習(xí)。

探究環(huán)節(jié)一：宏觀角度比較Na2CO3和NaHCO3的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)

[教師]在每一個(gè)小組的桌子上有老師給大家提前準(zhǔn)備的Na2CO3和NaHCO3兩種物質(zhì)，同學(xué)們仔細(xì)觀察，兩者從外觀上有什么異同呢？

[學(xué)生活動(dòng)]認(rèn)真觀察兩物質(zhì)的外觀，組內(nèi)討論。

[學(xué)生回答]Na2CO3是白色的粉末狀；NaHCO3為白色的細(xì)小晶體。

[教師]同學(xué)們都知道鈉鹽都是與水互溶的，那現(xiàn)在我們要探究?jī)烧咚芤翰町愋裕瑢W(xué)們將其配置成溶液，配置過(guò)程中認(rèn)真觀察現(xiàn)象(為了相關(guān)性質(zhì)的明顯性提前告訴學(xué)生配置時(shí)均為等量少量水+Na2CO3和NaHCO3均1g)。

[學(xué)生活動(dòng)]將Na2CO3和NaHCO3分別裝入試管進(jìn)行水溶液的配置。

[教師]同學(xué)們，配置過(guò)程中都觀察到了哪些現(xiàn)象呢？

[學(xué)生]配置過(guò)程中，Na2CO3溶液的試管外部產(chǎn)生了熱量，而NaHCO3的水溶液試管外溫度下降。而且Na2CO3完全溶解在水中，NaHCO3只是部分溶解了，底部還有少量固體。

[教師]同學(xué)們，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們能的出什么結(jié)論呢？

[學(xué)生]Na2CO3固體溶于水放熱而NaHCO3固體溶于水為吸熱，從溶解度角度來(lái)看，Na2CO3的溶解度大于NaHCO3。

[教師]同學(xué)們，那現(xiàn)在我們有了兩者的溶液，同學(xué)們根據(jù)已有的藥品對(duì)它們的酸堿性進(jìn)行比較。

[學(xué)生活動(dòng)]向配置的溶液中滴入2～3滴酚酞試劑觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生]酚酞在Na2CO3溶液中的紅色比NaHCO3中深，所以堿性Na2CO3要大于NaHCO3。

[教師]通過(guò)同學(xué)們的探究，整理出關(guān)于Na2CO3和NaHCO3兩者的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)(如表1)，所以通過(guò)宏觀現(xiàn)象得出物質(zhì)間的性質(zhì)也是我們化學(xué)學(xué)習(xí)的一種方法。

表1 Na2CO3和NaHCO3相關(guān)性質(zhì)對(duì)比Table 1 Comparison of Na2CO3 and NaHCO3 related properties (already written)

探究環(huán)節(jié)二：Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性探究

引言：通過(guò)以上的性質(zhì)探究，有沒(méi)發(fā)現(xiàn)還是解決不了“饅頭敗筆”中老師提出來(lái)的幾個(gè)問(wèn)題：饅頭制作過(guò)程中都發(fā)生了哪些化學(xué)變化？為什么饅頭“膨松長(zhǎng)肥了”。

[學(xué)生猜想]饅頭制作過(guò)程中饅頭膨松了，應(yīng)該是NaHCO3分解產(chǎn)生氣體所致。

[教師]同學(xué)們，這一過(guò)程如果是NaHCO3分解所致，剛才我們提出在沒(méi)有NaHCO3情況下是否做饅頭也可以用Na2CO3代替，同學(xué)們產(chǎn)生了不同意見(jiàn)，既然以上的結(jié)論還不能證明，我們一起看看它們的熱穩(wěn)定性。

[學(xué)生活動(dòng)]帶著疑問(wèn)，結(jié)合課本，設(shè)計(jì)可靠實(shí)驗(yàn)裝置，最后選擇的裝置(如圖2所示)。

圖2 實(shí)驗(yàn)Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性探究Fig.2 Study on experimental Na2CO3 and NaHCO3 thermal stability

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較教材上同時(shí)在一支試管中加熱Na2CO3和NaHCO3固體驗(yàn)證穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用套管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，大試管內(nèi)裝碳酸鈉粉末，小試管內(nèi)裝碳酸氫鈉粉末，用導(dǎo)管把氣體導(dǎo)入到澄清石灰水中，大試管與小試管連接兩裝有澄清石灰水的燒杯[4]。加熱試管，分別觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。得到的熱穩(wěn)定性結(jié)論會(huì)更加可靠。

[教師]同學(xué)們按照實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真觀察對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)歸納相關(guān)結(jié)論。

[學(xué)生]按小組有序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

[教師]各小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到什么現(xiàn)象呢？

[學(xué)生]大試管中裝有的Na2CO3沒(méi)有什么變化與之相連的澄清石灰水也無(wú)明顯現(xiàn)象，而在大試管里面的小試管中的NaHCO3分解了，生成的氣體使得澄清石灰水變渾濁了。

[教師]同學(xué)們觀察的非常仔細(xì)，歸納的也很到位，根據(jù)現(xiàn)象我們知道熱穩(wěn)定性為：Na2CO3>NaHCO3，同學(xué)們寫(xiě)出相關(guān)反應(yīng)方程式。

[教師]同學(xué)們通過(guò)我們熱穩(wěn)定的探究實(shí)驗(yàn)，想一想我們?cè)凇梆z頭敗筆”中提出的疑問(wèn)，試著回答一下。

[學(xué)生]在制作饅頭的過(guò)程之中，由于NaHCO3不穩(wěn)定會(huì)分解產(chǎn)生CO2氣體，可以讓饅頭變得“膨松肥大”，口感變好。而且由于Na2CO3穩(wěn)定加熱也不易分解，所以做饅頭時(shí)在沒(méi)有NaHCO3情況下不可以用Na2CO3代替。

[教師]同學(xué)們，通過(guò)今天對(duì)于碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)的學(xué)習(xí)，知道以后在做饅頭時(shí)的要訣，也可以用自己所學(xué)知識(shí)去解釋饅頭制作中的化學(xué)問(wèn)題，我們要知道生活離不開(kāi)化學(xué)，化學(xué)中的許多知識(shí)也來(lái)于生活。

5 結(jié) 語(yǔ)

本節(jié)課圍繞主情境線饅頭的制作展開(kāi)教學(xué)，基于真實(shí)生活情境下開(kāi)展課堂教學(xué)利于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)情景來(lái)源于實(shí)際生活，可以快速拉近學(xué)生與化學(xué)的距離，吸引學(xué)生進(jìn)入課堂教學(xué)和互動(dòng)中，使得學(xué)生明白化學(xué)在社會(huì)生活中的價(jià)值，提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，提升學(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)可度[5]。本節(jié)課主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)學(xué)生一直處于做中學(xué)的狀態(tài)，探究實(shí)驗(yàn)較多，探究課堂教學(xué)耗時(shí)較長(zhǎng)，教師可以不必拘泥于常規(guī)的一節(jié)課教授，可適當(dāng)增加課時(shí)進(jìn)行授課。