“鈉在空氣中燃燒”實驗現象的項目式教學探究

燕聰聰 崔繼文

(佳木斯大學藥學院,黑龍江 佳木斯 154007)

在進行“鈉在空氣中燃燒”實驗時,學生觀察到的實驗現象為:鈉迅速熔化成光亮的小球,劇烈燃燒,產生黃色火焰,冒出大量白煙,有淡黃色固體生成.但在教學參考資料中,卻絲毫沒有提及到白煙的生成.對此學生表示疑惑,對于這種明顯可以觀察到的現象,為什么不寫進實驗現象里?白煙又是什么?不僅學生疑惑,筆者也很疑惑,是因為白煙這個實驗現象為無關緊要因素,還是因為參考的教學參考資料有問題?在實際教學過程中其他教師又是怎樣來解決這一問題的?帶著這些疑問,筆者對鈉在空氣中燃燒實驗現象進行探索,并以此問題為真實情景,開展項目式教學活動,讓學生在做項目的過程中,實現知識的應用與建構,并落實化學核心素養.

1 問題的探究

1.1 探究教學參考資料的影響

1.1.1市面常見教學參考資料匯總

筆者將市面上常見的教學參考資料進行了匯總,發現教學參考資料中的實驗現象都是熔化為小球,劇烈燃燒,火焰呈黃色,生成淡黃色固體.

1.1.2教學參考資料中呈現部分實驗現象的原因分析

1.1.2.1 以《普通高中化學課程標準》為準則

《普通高中化學課程標準》是規定高中化學的課程性質、課程目標、內容目標、實施建議的教學指導性文件[1].教學資料參考書是以課程標準為準則的,在《普通高中化學課程標準》中提到“鈉在空氣中燃燒”實驗的主要目的是知道淡黃色固體是過氧化鈉,再通過與鈉和氧氣在常溫下生成氧化鈉形成對比,得出實驗過程中要注意控制溫度、壓強、溶液的濃度等條件,這是因為同樣的反應物在不同的條件下會發生不同的反應的結論.因此教學參考資料并沒有對《課程標準》中沒有提到的白煙進行具體描述.

1.1.2.2 “鈉在空氣中燃燒”實驗仍需探究

筆者查閱文獻與資料,發現關于鈉燃燒實驗的研究性文章在期刊上多有報道,至今仍有疑惑尚未完全解決,疑惑白煙是什么,它的化學成分是氧化鈉,還是過氧化鈉,還是氧化鈉和氧化鈉混合物,或者是其他氧化物,至今沒有詳細的說明;冉甜老師認為白煙的成分主要是由兩部分構成,一部分白煙是由鈉表面的煤油及其分解產物所形成,另一部分白煙是過氧化鈉分解(可能含少量氧化鈉)所產生的[2];劉懷樂老師認為鈉在空氣中燃燒,反應溫度必然會很快升高到遠超Na2O2的分解溫度,直接生成Na2O2的分解產物Na2O(白煙)[3].

1.2 探究實際教學過程

對于這樣的情況,在實際教學過程中其他教師又是怎么做的?為此筆者進行了一個問卷調查,通過對本年級組19位教師進行調查,其中11位為近三年的新教師,8位為超過三年教學年限的教師.

通過問卷調查,發現58%教師都是簡單地講解白煙是過氧化鈉,對實驗目的沒有太大影響,不需過多了解;31%教師認為白煙是無關變量,講解時可以略過;11%教師告知學生白煙至今沒有被明確,仍需探索.

筆者在課后對學生進行了詢問,發現他們還是對老師講解的白煙是過氧化鈉充滿了質疑,認為過氧化鈉是淡黃色固體,怎么可能是白煙,并且很想知道為什么會產生白煙以及白煙的成分,并且還很積極地查閱資料,小組討論,向教師展示他們的猜想.

2 問題的解決

2020版《新課程標準》中多次提到高中化學課程性質在于提升學生的化學學科核心素養,而開展項目式教學活動對發展學生的化學學科核心素養有獨特的價值.項目式教學讓學生能夠從源頭問題去思考,把“情境”“問題”和“學習活動”融為一體[4].

對于學生們在學習“鈉在空氣中燃燒”實驗中所遇到的疑惑,通過開展項目式教學活動,將教學中遇到的問題作為真實的情景,以“探索鈉在空氣中燃燒實驗中的白煙”為項目主題,引導學生猜想物質成分并設計實驗進行驗證,激發學生思考質疑,再利用實驗探究,培養學生化學核心素養以及探索未知、崇尚真理的意識,最后再對鈉燃燒實驗裝置進行改進,將綠色化學理念融合到化學課程中.

2.1 項目主題的選擇

通過設立“探索鈉在空氣燃燒實驗中的白煙”這一項目,激發學生的學習動機,以猜測鈉與氧氣加熱實驗的白煙以及設計驗證實驗為教學主線,深化學生對鈉與氧氣燃燒的認識,激發學生思考質疑,培養學生化學核心素養.

2.2 項目目標的確立

(1)通過查閱相關資料,對白煙進行猜測,培養信息搜集與處理能力.

(2)通過設計相關的驗證實驗,培養實驗方案設計能力及實驗操作能力,發展證據推理學科核心素養.

(3)通過實驗驗證,觀察實驗現象,未必能夠得到科學的證據鏈,感悟化學科學探究永遠沒有止境,要思考和質疑.

(4)通過對鈉燃燒實驗裝置進行改進,減少白煙在空氣中的擴散,將綠色化學理念融入到化學課程中,增強社會責任感.

2.3 項目任務及教學流程(見表1)

表1 項目式教學流程

2.4 項目式教學實施(見表2)

表2 教學實驗過程

2.5 項目式教學效果與反思

在教學過程中,將學生分成小組,小組之間分工明確,從多種途徑收集并分享相關資料,為探究“鈉在空氣中燃燒”實驗產生的白煙提供有力支持.課堂上學生積極猜測白煙的成分并設計相關的實驗進行驗證,大大地提高了學生的動手能力、合作能力以及完成任務的能力,使學生在化學課上獲得較多的成就感,擁有探索未知、崇尚真理的意識,最后嘗試并改進“鈉在空氣中燃燒”實驗的裝置,培養學生綠色化學意識,提升科學精神和社會責任感.

教師要充分發揮規劃、設計、協調能力.比如在進行任務2時應該讓各小組互相進行提問與指正,能夠加深學生對該實驗的認識;在進行任務3時,教師可以選擇與周邊的大學合作,爭取可以獲得X射線衍射儀的支持,為實驗的成功增添一份力量.學生操作性實驗不太熟練,應多進行相關實驗活動.

基礎化學實驗中的疑難,既有技術層面上的,也有理論層面上的,有些過去認為已經解決的問題,其實并未完全解決,尚有探究的空間.在日常教學中還會遇到諸如本文中的此類問題,教師可以以這些問題為真實情景,采用項目式教學的方式,引領學生不斷質疑,不斷探索,在探索中領略化學的魅力,在探索中培養解決問題和創新合作的能力,在探索中落實化學學科核心素養.