高中化學“碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質”的項目式教學
——以“探秘饅頭中的膨松劑”為例

高天爽

（廣東省惠州市惠州中學 廣東 惠州 516000）

一、項目主題內容分析

課程標準中關于碳酸鈉與碳酸氫鈉性質的學習要求為“結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鈉及其重要化合物的主要性質，了解這些物質在生產、生活中的應用［1］。”同時，學業要求中進一步強調了“能從物質類別、元素價態的角度，依據復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質的化學性質和變化，設計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關實驗現象［1］。”由此可見，課程標準不僅要求學生掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質與用途，同時強調在教學的過程中要緊密聯系生產和生活實際，創設豐富多樣的真實問題情境，在真實情境中進行問題解決，在問題解決過程中開展高質量的實驗探究活動，落實學生化學學科核心素養，促進其關鍵能力的發展。

基于對課程標準的分析，對現行三個版本的高中化學教材的碳酸鈉與碳酸氫鈉的相關內容進行了融合，深度挖掘魯科版教材中微項目“探秘膨松劑”［2］改良成現在的項目式教學主題“探秘饅頭中的膨松劑”，意在通過展示運用不同類型的膨松劑制作出來的饅頭的差異，讓學生掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉在穩定性、酸堿性和與酸反應等方面的相似性和差異性，并且學生通過前面對鈉及其氧化物的學習，已經掌握了研究物質性質的方法和程序，并具備了預測物質性質、設計實驗驗證性質和對實驗現象分析解釋的能力。因此在項目式教學過程中，引導學生針對真實問題情境中的現象展開預測，有序的開展科學探究活動，并對產生的問題進行解釋，可以進一步強化研究物質性質的方法和程序，構建研究物質性質的一般思路，在實踐中促進學生問題解決能力的發展。

二、項目教學目標

基于課程標準的要求和對教材內容的分析，并結合學生實際，制定本項目的教學目標如下：

（1）通過認識化學膨松劑的過程，掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉的化學性質，對比碳酸鈉和碳酸氫鈉在化學性質上的相似性和差異性；

（2）通過制作饅頭過程中的現象預測物質的性質，小組合作設計實驗方案進行實驗驗證，分析和解釋有關實驗現象并得出結論，培養科學探究能力，構建研究物質性質的一般思路；

（3）通過“探秘饅頭中的膨松劑”的項目式學習，樹立將化學知識應用于實際生活的意識，提高綜合運用化學知識解決實際問題的能力。

三、項目任務及教學流程

本項目以“探秘饅頭中的膨松劑”為驅動性總任務，學生需要完成三個項目任務，即了解生物膨松劑、認識化學膨松劑與改良和設計膨松劑。在完成三個項目任務的過程中，學生發現問題，提出解決問題的猜想，設計實驗驗證猜想從而解決問題，通過不斷解決問題的過程完成整個項目，并且通過所學習到的內容能夠獨立設計產生項目成果，在實踐中發展化學學科核心素養。項目任務及教學流程見表1。

表1 項目任務及教學流程

四、項目實施過程及學生學習成果

【真實情境】今年過年之際，山東饅頭因種類繁多，花樣各異上了網絡熱搜。在中國人的飲食文化中，饅頭作為傳統的主食，一直是餐桌上必不可少的一樣。那么這樣蓬松酥軟的饅頭是如何制作的呢？

【學生】可能是使用了膨松劑。

【教師】膨松劑是指在食品加工過程中加入的，能使面團發起形成多孔結構，從而使食品具有酥軟或酥脆特點的一類物質［3］。同學們知道哪些物質可以作為制作饅頭的膨松劑呢？

【學生】酵母，酵頭，小蘇打，面堿……

【驅動性總任務】今天我們共同認識和探秘制作饅頭過程中使用的膨松劑，并改良或設計一款膨松劑。

環節一：了解生物膨松劑

【資料展示】膨松劑一般分為生物膨松劑和化學膨松劑。人類最早在制作饅頭的過程中，經常會留下一小團面團為下次制作做準備，這個面團稱為酵頭或者老面，后期為了方便隨時醒發面團，又尋找了與酵頭作用類似的酵母。酵頭和酵母屬于生物膨松劑。其原理是依靠能產生CO2氣體的微生物發酵而產生起發作用［3］。

【播放視頻】播放使用酵頭和酵母制作饅頭的視頻，并展示成品的圖片如圖1所示。

圖1 使用酵頭和酵母制作饅頭的過程

【分析總結】總結使用酵頭和酵母做饅頭的優點和不足。

【學生】優點是面團會變得膨松多孔；不足是發酵程度不易控制，可能存在酸味，同時發酵時間長，對溫度要求較高。

環節二：認識化學膨松劑

1.單一成分膨松劑

【教師】制作饅頭時，除了生物膨松劑外，也可以使用化學膨松劑。剛剛同學們提到的面堿與小蘇打就是碳酸鈉與碳酸氫鈉的俗稱，它們都屬于化學膨松劑。那么它們中哪一種成分是適合制作饅頭的化學膨松劑呢？接下來讓我們共同探究。

【制作過程】展示三種類型饅頭的制作過程，具體過程如圖2所示。

圖2 三種類型饅頭的制作過程

【思考】第一個碗中除了面粉和水之外，什么都沒加。這組樣品存在的價值是什么呢？

【學生】做空白對照組。

【教師】體現了控制變量的思想，這是設計化學實驗方案中很重要的一種思想。

【圖片展示】使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭如圖3所示。

圖3 使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭

【分析總結】請同學們從形狀，軟硬程度，顏色和味道分析使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭的特征，并將結果記錄在學案的表格中。

【學生】學生觀察思考討論，回答問題，具體內容如表2所示。

表2 使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭的特征

【問題驅動1】通過饅頭的形狀和軟硬程度，推斷一下碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學性質呢？

【學生預測1】碳酸鈉受熱不分解，而碳酸氫鈉可能受熱發生了分解，產生某種氣體令饅頭膨脹。

【教師】請同學們設計實驗方案并進行實驗驗證你的猜想。

【學生實驗1】各小組設計實驗，匯報實驗方案，進行實驗探究，小組討論得出結論，代表展示，匯報結果。具體過程如表3所示。

表3 學生匯報實驗結果

【總結歸納1】碳酸鈉受熱不分解，碳酸氫鈉受熱分解，分解可產生二氧化碳和水。

【分析】除了水和二氧化碳外，從質量守恒的角度分析，你認為還可能生成什么產物呢？

【學生】可能是鈉，氧化鈉，過氧化鈉，碳酸鈉等。

【分析】根據我們剛學習過的鈉及其氧化物的知識可知，鈉、氧化鈉和過氧化鈉都和水反應，因此產物只能是碳酸鈉。

【問題驅動2】為什么使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭顏色會發黃，并且味道苦澀呢？上述現象體現了碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學性質呢？

【查閱資料展示】

資料卡片：在制作饅頭的過程中，堿性物質過多會破壞食品的組織結構，令饅頭口感偏澀，同時面粉中的異黃酮色素遇到過量的堿性物質會變成黃色

【學生預測2】碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液可能顯堿性。

【教師】請同學們設計實驗方案并進行實驗驗證你的猜想。

【學生實驗2】各小組設計實驗，匯報實驗方案，進行實驗探究，小組討論得出結論，代表展示，匯報結果。具體過程如表4所示。

表4 學生匯報實驗結果匯總

【總結歸納2】碳酸鈉與碳酸氫鈉的水溶液顯堿性，且碳酸鈉溶液的堿性比同濃度的碳酸氫鈉強，原因會在選擇性必修1中進一步學習。正是因為碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液顯堿性，因此饅頭發黃并且口感苦澀。

2.復合膨松劑

【教師】只用碳酸鈉或碳酸氫鈉作為單一成分的膨松劑，并沒有蒸出大家想象中的饅頭，根據我們上面學習有關二者的性質，我們該如何改良呢？

【學生】可以加入酸性物質，酸堿中和。

【教師】如果你現在就在廚房里面，你認為加入哪一種酸性物質可以幫助改良化學膨松劑呢？

【學生】可以加入食醋。

【圖片展示】分別加入食醋后使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作饅頭如圖4所示。

圖4 加入食醋后使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭

【問題驅動3】加入食醋后，饅頭整體顏色變白，不再偏黃。這體現了碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學性質呢？

【學生預測3】碳酸鈉與碳酸氫鈉可能與酸發生反應。

【思考】除此之外你還觀察到什么現象呢？

【學生】饅頭一大一小。

【教師】我們選用等質量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與醋酸反應，為什么饅頭會一大一小呢？我們通過實驗分析一下。

【學生實驗3】以鹽酸來代替醋酸演示等質量的碳酸鈉與碳酸氫鈉和酸的反應。分別取1 g碳酸鈉和碳酸氫鈉裝入到濾紙膠囊中，并將濾紙膠囊裝入氣球中，將氣球中的膠囊同時加入足量的鹽酸溶液中，觀察實驗現象。具體流程如圖5所示。

圖5 等質量的碳酸鈉與碳酸氫鈉與鹽酸反應的現象

【學生】裝有碳酸鈉的試管中氣球鼓起來較慢，裝有碳酸氫鈉的試管中氣球鼓起來較快，最終碳酸氫鈉對應的氣球更大。

【教師】為什么會產生上述實驗現象呢？

【學生書寫】

Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑

【教師】分析化學方程式，我們會發現，對于相同質量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸氫鈉產生二氧化碳的量更多，所以碳酸氫鈉對應的氣球更大。

【總結歸納3】因為等質量的情況下，碳酸氫鈉與酸反應產生二氧化碳的量更多，因此用碳酸氫鈉制作的饅頭稍微大一些。

【問題驅動4】通過上述分析過程，思考一下碳酸鈉與碳酸氫鈉哪種物質更適合作制作饅頭的化學膨松劑呢？理由是什么？

【學生】碳酸氫鈉更合適。

成品外觀：碳酸氫鈉受熱分解，會產生二氧化碳，進一步增加膨松度。

色澤口感：碳酸氫鈉的堿性相對較小，可以盡量避免蒸饅頭時發黃的問題。

制作效率：相同質量時，碳酸氫鈉的反應速率更快，產生二氧化碳更多。

環節三：改良和設計膨松劑

【教師】制作饅頭的化學膨松劑不僅需要碳酸氫鈉，還需要結合酸性物質、助劑等物質按照一定比例進行調配形成復合膨松劑。如下圖6所示的復配油條膨松劑。

圖6 復配油條膨松劑配料表

【教師】復合膨松劑中主要由三部分構成：碳酸鹽、酸性物質和助劑。請同學們將復配油條膨松劑的配料表中的成分進行分類，并思考一下各組成部分的作用。

【學生】學生小組討論，匯報結果。具體內容見表5。

表5 學生分析結果

【教師】酸性物質為什么沒有選擇食醋，而是用檸檬酸和蘋果酸等物質？

【學生】食醋是液體，不方便運輸，同時會直接與碳酸鹽反應，令膨松劑失效。而檸檬酸等物質為固體，只有在形成溶液時才會與碳酸鹽反應，便于儲存。

【教師】因此對于膨松劑的設計，我們不僅要考慮理論層面，更要關注生產生活的實際需要。

【項目成果展示】請同學們根據本節課所學習的內容同時查閱相關資料，改良已有的生物膨松劑或者設計一款化學膨松劑，并附有設計理念。學生作品如圖7所示。

圖7 學生作品展示

五、項目教學反思

本項目以“探秘饅頭中的膨松劑”這一真實的問題情境為載體，從真實的問題情境中提煉出問題引導學生不斷的思考，讓學生按照“問題情境——提出猜想——設計實驗——實驗探究——觀察現象——得出結論——問題解決”的過程進行項目化學習，在做中學，在做中思考，一方面有利于學生體驗科學探究的過程，另一方面有利于學生綜合運用所學知識解決實際問題，促進學生化學學科核心素養的發展。

本項目式教學過程中也暴露了一些實際問題。首先，由于不同學生的觀察現象和提取信息的能力不同，在表述現象過程中不夠全面，需要教師進一步引導；其次，大多數學生在設計實驗時主要集中在定性層面，在定量層面關注不足，控制變量意識不足；最后，課堂的開放程度比較大，課堂內容比較豐富，如何在有限的時間內完成科學探究的過程，高效的組織課堂教學活動，達成教學目標值得我們不斷的探索和嘗試。