定性定量相結合數字化探究“不同成分胃藥功效”

倪晶晶??李云峰

化學是理論性與實用性緊密結合的學科。化學就在生活中。化學教師將化學知識融合在真實情境中講授，可以充分展現化學學科的“實用魅力”，有效激發學生對于化學學習的興趣。在“常見的酸堿鹽”教學中，很多教師以“幾種不同成分的胃藥”為例，結合圖片等講述，讓學生了解胃藥的反應原理、功效以及使用注意事項等。但是，單純的理論介紹缺乏實踐性，學生被動接受而非在探究活動中主動獲取知識，學習深度不夠，學科素養難以提高。課后，學生提出“能不能模擬胃藥與胃酸的反應”“能不能設計實驗探究不同胃藥的功效”等問題。很多文獻指出，教師科學應用手持技術可實現實驗數據的可視化，通過定量計算使實驗結論更具理據性。為提高學生化學學科核心素養，教師將生活與理論深度結合，選擇三種常見胃藥與模擬胃酸反應，用定性、定量研究的方法，開展對比實驗，回答學生的問題。教師通過數字化實驗驗證藥理，引導學生在胃藥作用與化學反應之間建立聯系，真正理解不同胃藥“功效”，掌握相關知識和原理，提高科學思維能力。

一、定性研究，展示化學“表象魅力”

教師要求學生參與探究活動，回答問題：“不同品牌的胃藥抗胃酸能力一樣嗎？”

教師帶領學生設計實驗方案。人體正常胃液pH為0.9—1.5，本實驗中選用的稀鹽酸pH為1.4，用以模擬與胃藥反應的胃酸。三種胃藥成分不同，具體有效成分等信息見表1。

教師準備三個50 mL的小燒杯，分別放入經過研磨的三種胃藥（如圖1），在每個燒杯中加入20 mL pH為1.4的稀鹽酸。攪拌1分鐘后，測定每個燒杯中溶液的pH。

【觀察討論】觀察現象，發現盛放胃藥一的燒杯中有大量氣泡，溶液很快變澄清；胃藥二與稀鹽酸反應產生少量氣泡，一段時間后溶液仍渾濁；胃藥三與稀鹽酸反應，無氣泡，一段時間后溶液仍渾濁（如圖2）。從現象上看，胃藥一與稀鹽酸反應最劇烈。

【現象分析】師生查閱胃藥成分知曉：胃藥一輔料較少，胃藥二和胃藥三添加了難溶于水的輔料，故胃藥二和胃藥三的反應燒杯中溶液渾濁。“反應后溶液是否澄清”不能作為判斷胃藥抗酸能力強弱的依據。實驗者需繼續利用pH試紙測定相同反應時間后溶液的pH，通過比較pH的大小，判斷三種胃藥的抗酸能力。從與稀鹽酸反應生成氣泡的情況來看，胃藥三沒有氣泡，說明沒有氣體CO生成；胃藥一和胃藥二均有氣體生成，且胃藥一生成氣體更劇烈。

【設計實驗】教師讓學生測定上述實驗反應前后溶液的pH，記錄實驗結果（如圖3），并對實驗結果進行再分析。

【觀察討論】與稀鹽酸（pH=1.4）的pH試紙對比，反應后溶液的pH試紙顏色均有一定變化，胃藥一和胃藥三的pH試紙顏色變化不明顯，pH約為3；胃藥二的pH試紙顏色變化較明顯，pH約為5。

【現象分析】結合實驗現象和pH試紙對比可以看出，三種胃藥均有一定的抗酸能力：胃藥二的抗酸能力最好，與稀鹽酸反應生成氣體不劇烈，比較溫和；胃藥一與胃藥三較胃藥二抗酸能力較弱，胃藥一生成氣體較劇烈，胃藥三沒有氣體生成。上述現象體現了三種胃藥與稀鹽酸的不同反應程度，適用于不同的病情。

【實驗評價】pH試紙作為測定溶液pH的工具，具有操作簡便、方便分組實驗時使用等優點，但也存在讀數不準確、誤差較大等不足。教師通過定性和“半定量”研究，獲得“現象”證據較多，展現了化學的“表象”魅力，但很難對三種不同成分的胃藥“功效”進行準確判斷。

二、定量研究，展示化學“思維魅力”

為指導學生用pH傳感器測定三個燒杯中反應的變化情況，教師設計了實驗方案，即向三個燒杯中分別加入pH為1.4的稀鹽酸20 mL，將pH傳感器分別放入燒杯中，打開磁力攪拌器，采集數據。分別向燒杯中加入胃藥三（含氫氧化鋁0.25 g）、胃藥二（含鋁碳酸鎂0.25 g）、胃藥一（含碳酸氫鈉0.25 g），采集170 s的pH數據。

【課堂展示】屏幕顯示實驗采集的數據，并生成pH-曲線圖（如圖4）。

【課堂任務】學生根據實驗現象及pH傳感器測得的數據填寫表格（見表2）。

【討論交流】學生觀察到胃藥一、胃藥二與稀鹽酸反應都有氣體產生，但胃藥二反應現象不明顯。教師引導學生思考用什么方法判斷哪種胃藥產生的氣體更多。

【定量計算】學生依據反應后溶液的pH確定稀鹽酸過量，按以下方法計算0.25 g鋁碳酸鎂、碳酸氫鈉片與稀鹽酸反應產生的二氧化碳質量（鋁碳酸鎂與鹽酸的反應較復雜，教師提供已配平的化學方程式）：

學生通過計算發現，相同質量的胃藥一產生的氣體質量是胃藥二的7倍。

【得出結論】

①實驗驗證了胃藥三（有效成分氫氧化鋁）有治療胃酸的功效，但胃藥三的抗酸能力最弱，160 s內，pH從1.40升高到1.44。胃藥三不產生氣體，反應比較溫和，反應速率較小，比較適合胃潰瘍、胃脹氣患者。

②根據胃藥二（有效成分鋁碳酸鎂）與鹽酸反應的曲線判斷：三種胃藥中，胃藥二中和胃酸的效果最好。150 s 內溶液pH從1.42升高到4.25，其中49 s左右，pH有較大的改變，說明胃藥二見效快。計算后發現，等質量有效成分的胃藥二產生的二氧化碳更少，更溫和。

③根據胃藥一（有效成分碳酸氫鈉）與鹽酸反應的曲線判斷：三種胃藥中，胃藥一的作用效果最快。胃藥一在15 s左右，pH有較大的改變，反應速率大，說明服用胃藥一見效快。反應前后，pH由1.43升高到2.43，說明胃藥一可以有效中和過多的胃酸，但效果相對較弱。計算后發現，相同條件下胃藥一與鹽酸反應產生二氧化碳較多，不適合胃潰瘍、胃脹氣的人群使用。

【課堂展示】大屏幕上展示從《說明書》中截取的“三種胃藥的藥理作用”。

胃藥一：本品為抗酸劑，口服后可迅速中和胃酸解除胃酸過多或胃灼熱癥狀，但作用較弱，持續時間較短。

胃藥二：本品有明顯抗酸作用，并兼有胃黏膜保護作用，對膽酸有一定吸附作用，其作用迅速、溫和、持久。

胃藥三：本品中氫氧化鋁為抗酸藥，能中和胃酸并保護潰瘍面，維生素U能促進肉芽發育和黏膜再生，顛茄浸膏可抑制腺體分泌，解除平滑肌痙攣引起的疼痛。

【實驗總結】對比實驗結論和藥理作用，不難發現：結論與藥理作用基本吻合。例如：有效成分為氫氧化鋁的胃藥三能保護潰瘍面，可能與反應溫和、不產生氣體有關；胃藥二有明顯的抗酸作用，作用迅速，傳感器測得的數據和曲線也能證明這點；胃藥一作用迅速，可從傳感器曲線的時間進行印證，但最終的pH表明該胃藥作用較弱。當然，這些藥品蘊含更多的藥用機理，如胃藥三中維生素U能促進肉芽發育和黏膜再生，同時醫療上根據不同情況也會使用“抑酸”胃藥、促胃動力藥、護胃黏膜藥等，所以在生活中遵照醫囑或按《說明書》使用藥物十分必要。

三、實驗教學策略與效果

（一）在探究中學會科學探究方法

學生通過死記硬背，也能熟練寫出氫氧化鋁與碳酸氫鈉用作胃藥的反應原理及化學方程式，但并不能真正理解。教師開展數字化實驗，有利于培養學生分析曲線的能力和定量探究思維的能力，引導學生學以致用，加深對化學學科的理解。基于傳感器開展實驗是現代科技與傳統教學融合的產物，既能顯示具體的數值，又能體現數據的變化趨勢，實現了實驗過程的可視化。

在實驗探究活動中，學生應用信息技術處理數據，將三種胃藥與鹽酸的反應呈現在一張圖上進行對比，結果一目了然。學生在實驗中，鞏固了科學的實驗方法，學會控制變量；知道從什么角度對藥物進行評價，辯證分析問題；嘗試將實驗數據與定量計算相結合，對研究方法進行整合。

學以致用體現了化學學科在生活中的應用價值，也有利于培養學生的實踐能力，促進學生的深度學習，提高化學學科核心素養。

（二）在實驗中認識學科價值

實驗探究是學生認識物質的重要手段，有利于他們正確認識化學，促進“科學態度與社會責任”素養的發展。在實驗探究開始前，筆者做了一次調查，90%的學生認為三種胃藥中和胃酸的效果相似；在問及如何選擇胃藥時，學生的回答是聽醫生的、看價格、看《說明書》、看療效等。通過本次探究，學生不僅通過數據看到了胃藥與稀鹽酸反應的過程，而且結合觀察現象、分析數據、定量計算，發現三種胃藥的區別，明確三種胃藥的適用對象。學生發現自己得出的結論與《說明書》吻合，不禁感慨知識的力量，感受到實驗的價值，他們的科學素養自然得到提升。

（三）在研究中學會終身學習

對教師而言，也應多多實驗，提升自身的實驗研究能力。未做胃藥與稀鹽酸反應的實驗時，筆者想當然地認為，三種胃藥抗酸能力接近，甚至在腦海中夸大了它們與酸反應的能力，猜想反應后溶液pH=7。教師通過實驗對胃藥有了更加正確的認識，也認識到要教給學生“一碗水”自己得有“一桶水”。在化學教學中，實驗研究是教師提升專業素養非常重要的路徑。教師要積極應用傳感器等新工具，將技術作為破荒的一把利刃，不斷創新、突破，改進教學。

注：本文系中國化學會教育委員會“十四五”規劃?2021 年一般課題“手持技術數字化實驗在初中化學項目式教學中的實踐研究”（編號：HJ2021-0026）和蘇州市教育科學規劃辦“十四五”規劃?2021 年課題“手持技術數字化實驗在初中化學教學中的應用研究?”（編號：2021/LX/02/163/04）的階段性成果。

參考文獻

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[3] 魏明貴.手持技術助力化學實驗教學向深度進發[J].中小學數字化教學，2022（4）：15-18.

（作者倪晶晶系江蘇省昆山市玉山中學教師；李云峰系人民教育出版社課程教材研究所高級編輯）

責任編輯：祝元志