展示、揭秘、再現(xiàn)化學(xué)“魔術(shù)”促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展

摘 要 結(jié)合初三學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特征，創(chuàng)設(shè)化學(xué)“魔術(shù)”情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，并通過(guò)展示魔術(shù)、揭秘魔術(shù)、再現(xiàn)魔術(shù)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，不僅完成酸和堿的化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)任務(wù)，還從宏微結(jié)合角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維能力的培養(yǎng)和進(jìn)階。

關(guān)鍵詞 初中化學(xué) 常見(jiàn)酸和堿的化學(xué)性質(zhì) 化學(xué)“魔術(shù)” 科學(xué)思維

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課標(biāo)”）在“教學(xué)建議”部分指出，真實(shí)、生動(dòng)、直觀且富有啟迪性的學(xué)習(xí)情境，能夠激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生的思考，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。[1]44化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)、適切的化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境，是激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、發(fā)展科學(xué)思維和創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任的重要途徑。豐富多彩的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象猶如“魔術(shù)”表演，能引發(fā)學(xué)生深入思考，促進(jìn)科學(xué)思維發(fā)展。

一、科學(xué)思維的內(nèi)涵

科學(xué)思維是義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)之一。“課標(biāo)”中關(guān)于科學(xué)思維的闡述如下：“科學(xué)思維是在化學(xué)學(xué)習(xí)中基于事實(shí)與邏輯進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑和批判，提出創(chuàng)造性見(jiàn)解的能力；是從化學(xué)視角研究物質(zhì)及其變化規(guī)律的思路與方法；是從宏觀、微觀、符號(hào)相結(jié)合的視角探究物質(zhì)及其變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)方式。”從“課標(biāo)”關(guān)于科學(xué)思維的闡述可以看出，科學(xué)思維要培養(yǎng)學(xué)生有想法，有思考問(wèn)題的方式方法。

二、“常見(jiàn)酸和堿的化學(xué)性質(zhì)”內(nèi)容分析

“常見(jiàn)酸和堿的化學(xué)性質(zhì)”位于滬教版第八章第1 ～ 3節(jié)[2]，屬于“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”主題。通過(guò)課堂學(xué)習(xí)和課下練習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了酸和堿的基本概念和性質(zhì)，知道酸和堿因發(fā)生反應(yīng)而不能共存。復(fù)習(xí)內(nèi)容主要包括：常見(jiàn)酸和堿的化學(xué)性質(zhì)、酸堿中和反應(yīng)、相關(guān)化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)以及酸堿性質(zhì)在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用等。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過(guò)觀察化學(xué)“魔術(shù)”現(xiàn)象，基于化學(xué)變化現(xiàn)象，初步形成實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察能力和質(zhì)疑能力。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)變化過(guò)程，解決心中疑惑，基于物質(zhì)類(lèi)別及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作和驗(yàn)證事實(shí)的過(guò)程，初步形成證據(jù)推理能力。

3.通過(guò)再現(xiàn)化學(xué)“魔術(shù)”過(guò)程，揭秘“魔術(shù)”，基于宏觀、微觀、符號(hào)三個(gè)視角進(jìn)行分析，初步形成“宏—微—符”三重表征能力。

四、教學(xué)實(shí)踐流程

（一）展示“魔術(shù)”，初步形成觀察和質(zhì)疑能力

“魔術(shù)”過(guò)程：第一步，在紫色溶液中滴加一種無(wú)色液體A；第二步，間隔一段時(shí)間后，向上述溶液中滴加另一種無(wú)色液體B。

問(wèn)題1：觀察“魔術(shù)”過(guò)程，杯子里面的液體顏色發(fā)生了哪些變化？

[生1]滴加無(wú)色液體A后，溶液顏色由紫色變?yōu)榧t色。

[生2]滴加無(wú)色液體B后，溶液的顏色由紅色依次變?yōu)樗{(lán)色、靛青色、深綠色、淺綠色和黃色。

學(xué)生質(zhì)疑：紫色溶液是什么？無(wú)色液體A、B分別是什么？

【設(shè)計(jì)意圖】演示“魔術(shù)”過(guò)程和設(shè)置問(wèn)題1的目的是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究興趣，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)觀察能力、客觀事實(shí)描述能力及質(zhì)疑能力。

（二）揭秘“魔術(shù)”，初步形成證據(jù)推理能力

[師]為了解決你們心中的第一個(gè)質(zhì)疑，請(qǐng)閱讀資料卡片1。

【資料卡片1】紫甘藍(lán)（俗稱(chēng)紫包菜）中可提取一種天然色素——紫甘藍(lán)色素，其性質(zhì)穩(wěn)定，顏色隨溶液pH改變而發(fā)生鮮明的變化，可作為一種天然的酸堿指示劑。[3]

問(wèn)題2：紫色溶液是什么？

[生]紫甘藍(lán)溶液。

問(wèn)題3：根據(jù)資料卡片1，請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)一下，無(wú)色溶液A和B分別是什么？并分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證A和B具有哪些化學(xué)性質(zhì)。

[生]卡片1中說(shuō)紫甘藍(lán)可作為一種天然的酸堿指示劑，因此無(wú)色溶液A和B可能具有酸性或堿性。

學(xué)習(xí)任務(wù)：根據(jù)學(xué)生的猜測(cè)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證無(wú)色溶液A和B的類(lèi)別及其化學(xué)性質(zhì)。

教師提示：鹽酸和氫氧化鈉是初中化學(xué)中常見(jiàn)的酸和堿，A和B就是這兩種物質(zhì)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：以學(xué)習(xí)小組為單位，開(kāi)展合作探究。

所加實(shí)驗(yàn)試劑、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如表1所示。

學(xué)生匯報(bào)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，回答問(wèn)題3。

[生1]使用pH試紙可以驗(yàn)證，溶液A是鹽酸，溶液B是氫氧化鈉溶液。

[生2]根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，鹽酸能使酸堿指示劑變色，能與某些活潑金屬、某些金屬氧化物和某些鹽等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

[生3]根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，氫氧化鈉能使酸堿指示劑變色，能與某些鹽反應(yīng)。

【設(shè)計(jì)意圖】該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)主要是解決學(xué)生心中的疑惑，鞏固并發(fā)展本章的核心知識(shí)——酸和堿的化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)操作和驗(yàn)證事實(shí)的能力，發(fā)展證據(jù)推理能力。

（三）再現(xiàn)“魔術(shù)”，初步形成“宏—微—符”三重表征能力

[師]剛才演示的“魔術(shù)”，各種溶液都已經(jīng)得到確認(rèn)。

問(wèn)題4：鹽酸和氫氧化鈉溶液是如何讓紫甘藍(lán)溶液變色的呢？

學(xué)習(xí)活動(dòng)：閱讀資料卡片2，回答問(wèn)題4。

[資料卡2]紫甘藍(lán)色素的顏色變化與介質(zhì)的pH有關(guān)。無(wú)論底物如何，其顏色變化只與體系中的H+和OH-的濃度有關(guān)。紫甘藍(lán)色素在酸堿溶液中比酚酞具有更明顯的顏色變化[4，5]，對(duì)介質(zhì)pH微小變化也能顯示其顏色明顯變化，如表2所示。

[生]紫甘藍(lán)溶液的pH在6左右，因此溶液顯紫色。滴入鹽酸后，溶液的酸性變強(qiáng)，顏色由紫色變?yōu)榧t色，隨著氫氧化鈉溶液的滴入，溶液酸性減弱，堿性增強(qiáng)，溶液顏色從紅色，最終變?yōu)辄S色。

[師]顏色變化是實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象。

問(wèn)題5：微觀上，溶液中離子的濃度發(fā)生了什么變化呢？

學(xué)生任務(wù)：嘗試?yán)斫馊芤褐须x子濃度的變化趨勢(shì)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：以學(xué)習(xí)小組為單位，交流討論。

[生]微觀方面，在紫色溶液中滴入鹽酸后，溶液中H+的濃度增大，OH-的濃度減小，導(dǎo)致溶液的pH變小；滴入氫氧化鈉溶液后，溶液中H+的濃度減小，OH-的濃度增大，導(dǎo)致溶液的pH變大。

追問(wèn)：你能畫(huà)出溶液pH變化曲線(xiàn)嗎？

學(xué)生繪制的溶液pH－V曲線(xiàn)示意圖，如圖1所示。

問(wèn)題6：溶液中發(fā)生了什么化學(xué)反應(yīng)？

學(xué)習(xí)任務(wù)：用化學(xué)方程式表示溶液中發(fā)生的反應(yīng)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)：書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式，HCl + NaOH = NaCl + H2O。

[師]通過(guò)這一反應(yīng)可以在酸與堿的性質(zhì)部分增加一條，酸與堿能發(fā)生反應(yīng)。

【設(shè)計(jì)意圖】在明確紫色溶液和無(wú)色溶液A、B是何種物質(zhì)的基礎(chǔ)上，再現(xiàn)環(huán)節(jié)一中的化學(xué)“魔術(shù)”。問(wèn)題4是在給定資料基礎(chǔ)上，從溶液酸堿性角度揭秘“魔術(shù)”；問(wèn)題5是從溶液中離子濃度變化角度揭秘“魔術(shù)”；問(wèn)題6是從化學(xué)方程式角度揭秘“魔術(shù)”，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生“宏—微—符”三重表征能力。并補(bǔ)充完善酸與堿能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。

五、教學(xué)反思

（一）結(jié)合明暗雙線(xiàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

本教學(xué)設(shè)計(jì)以具體化學(xué)知識(shí)為“明線(xiàn)”，幫助學(xué)生理清酸和堿的化學(xué)性質(zhì)、構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；以?xún)?nèi)隱于知識(shí)體系的化學(xué)學(xué)科思維為“暗線(xiàn)”，助其領(lǐng)悟科學(xué)探究方法、把握學(xué)科本質(zhì)。通過(guò)化學(xué)魔術(shù)引發(fā)學(xué)生求知欲，利用已有知識(shí)和證據(jù)進(jìn)行合理假設(shè)和推理，推動(dòng)學(xué)生不斷地解決問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，促使兩條線(xiàn)同時(shí)進(jìn)行。

（二）利用實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)科思維

實(shí)驗(yàn)探究以問(wèn)題為主線(xiàn)，使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案探討、質(zhì)疑、思辨，制定實(shí)驗(yàn)方案，提升解決問(wèn)題能力，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的養(yǎng)成。同時(shí)在歸納總結(jié)中建構(gòu)對(duì)酸堿反應(yīng)本質(zhì)的模型認(rèn)知，促進(jìn)科學(xué)思維能力培養(yǎng)和進(jìn)階。

（三）構(gòu)建生活化學(xué)，體現(xiàn)學(xué)科魅力

通過(guò)制作“魔術(shù)水”及紫甘藍(lán)變色實(shí)驗(yàn)形成強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，不僅提升學(xué)生的視覺(jué)感受，引起學(xué)生的好奇心和求知欲，還將酸堿中和反應(yīng)中pH變化可視化，引發(fā)學(xué)生思考，引出酸堿指示劑的學(xué)習(xí)和后續(xù)探究；在再現(xiàn)魔術(shù)環(huán)節(jié)中，學(xué)以致用，理解變色機(jī)理；通過(guò)深入探究紫甘藍(lán)變色的原因，使學(xué)生感悟化學(xué)學(xué)科魅力。

本文設(shè)計(jì)觀點(diǎn)與課標(biāo)中倡導(dǎo)的“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”為導(dǎo)向的化學(xué)教學(xué)理念相一致。通過(guò)收集證據(jù)、科學(xué)推理，構(gòu)建模型，適時(shí)引入課外素材，拔高知識(shí)的落點(diǎn)，拓展學(xué)科視野，不僅完成酸和堿的化學(xué)性質(zhì)內(nèi)容復(fù)習(xí)，還培養(yǎng)了化學(xué)核心素養(yǎng)和科學(xué)思維能力，這也為科學(xué)培育人才提供了一種方法和途徑。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]王祖浩.義務(wù)教育教科書(shū)·化學(xué)（九年級(jí)·上冊(cè)）[M].上海：上海教育出版社，2024：42-61.

[3]張小平，張旻媛.紫甘藍(lán)色素變色實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2014（6）：3.

[4]盧玉振，袁勛模.一種天然指示劑：紫甘藍(lán)色素[J].貴州科學(xué)，1996（3）：53-57.

[5]白曉菲，梁東明，張艷紅，等.紫甘藍(lán)色素提取工藝優(yōu)化及其酸堿指示劑性質(zhì)[J].食品工業(yè)，2022，43（4）：5.

（責(zé)任編輯：姜顯光）