學(xué)科理解視域下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

摘要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解是開展“素養(yǎng)為本”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)。通過初中、高中、大學(xué)三個(gè)階段化學(xué)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，教師能夠更深入地理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)與內(nèi)涵，從而設(shè)計(jì)出以素養(yǎng)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。這種基于深度理解的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅有助于學(xué)生化學(xué)觀念的形成，還能有效促進(jìn)其科學(xué)素養(yǎng)的全面提升。以人教版高中化學(xué)必修一“粗鹽提純實(shí)驗(yàn)”為例，教師可結(jié)合大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，深入探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心理念與實(shí)踐方法，推動(dòng)學(xué)科素養(yǎng)在高中化學(xué)課堂教學(xué)中的有效落實(shí)。

關(guān)鍵詞：學(xué)科理解；高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；粗鹽提純

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標(biāo)》）在“教學(xué)與評(píng)價(jià)建議”中明確指出，教師應(yīng)當(dāng)“充分認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特價(jià)值，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)”。通過增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解，能夠提升課堂教學(xué)能力。化學(xué)作為研究物質(zhì)及其變化的學(xué)科，其實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)不僅是學(xué)科知識(shí)體系的重要組成部分，更是理論研究成果得以驗(yàn)證和發(fā)展的關(guān)鍵支撐。化學(xué)學(xué)科理解不僅包含對學(xué)科知識(shí)體系的掌握，更強(qiáng)調(diào)對化學(xué)學(xué)科特有的思維方式和方法論的本源性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知。因此，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的深入理解是構(gòu)建完整化學(xué)學(xué)科理解的重要基石。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)旨在通過系統(tǒng)的實(shí)踐操作，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系、培養(yǎng)科學(xué)思維能力和實(shí)驗(yàn)操作技能。在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，教師對實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知深度直接影響實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的實(shí)施效果，其理解程度與學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成度呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。然而，當(dāng)前教學(xué)中普遍存在的教師對化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解不足的問題，直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)模糊、教學(xué)過程機(jī)械套用教材實(shí)驗(yàn)方案，最終影響教學(xué)效果的達(dá)成。基于此，本文擬從科學(xué)探究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)的視角出發(fā)，就化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解的內(nèi)涵、理解的路徑以及基于實(shí)驗(yàn)理解開展化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐策略進(jìn)行深入探討。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解的內(nèi)涵與路徑

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是建立在化學(xué)本源性知識(shí)基礎(chǔ)之上的綜合性實(shí)踐活動(dòng)，其本質(zhì)是化學(xué)知識(shí)與科學(xué)方法的有機(jī)統(tǒng)一。從專業(yè)發(fā)展的角度來看，掌握系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)和嫻熟的實(shí)驗(yàn)操作技能是成為一名合格化學(xué)教師的基本要求；而優(yōu)秀的化學(xué)教師則應(yīng)當(dāng)在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步具備獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法的能力。這種能力的形成不僅需要扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，更依賴于對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的深刻理解和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的持續(xù)積累。

（一）化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解內(nèi)涵

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本源性知識(shí)是指支撐化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的基礎(chǔ)理論和核心概念體系，其內(nèi)涵涵蓋化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)特性、能量變化規(guī)律等關(guān)鍵領(lǐng)域。這些知識(shí)不僅是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作的理論基石，更是確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性和安全性的重要保障，同時(shí)也有助于學(xué)生深化對化學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)的理解。具體而言，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的本源性知識(shí)體系包括：實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范與實(shí)驗(yàn)用品安全管理、實(shí)驗(yàn)基本原理、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器的名稱及功能、標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)操作流程、常見化學(xué)試劑的典型物理化學(xué)性質(zhì)等核心要素。

從系統(tǒng)論的角度來看，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是由實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果處理等環(huán)節(jié)構(gòu)成的有機(jī)整體。其中，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，而實(shí)驗(yàn)原理則是整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論支撐。實(shí)驗(yàn)原理不僅決定了實(shí)驗(yàn)用品的選取，還指導(dǎo)著實(shí)驗(yàn)操作的具體實(shí)施，因此，深入理解實(shí)驗(yàn)原理是確保實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)高效達(dá)成的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)操作的實(shí)施必須以實(shí)驗(yàn)原理為依據(jù)，而新型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，包括實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)化等，則體現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)體系的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知與創(chuàng)新性應(yīng)用。

（二）不同學(xué)段化學(xué)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)貫穿化學(xué)教育的全過程，是化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的重要載體。實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有明確的目標(biāo)導(dǎo)向性，無論是中學(xué)還是大學(xué)階段的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，都致力于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力。這種能力培養(yǎng)主要體現(xiàn)在三個(gè)維度：其一，掌握規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作技能；其二，理解化學(xué)原理及其科學(xué)方法；其三，發(fā)展創(chuàng)新思維能力，包括實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與歸納等能力。不同學(xué)段學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木唧w培養(yǎng)目標(biāo)詳見表1。

從表1所示的培養(yǎng)目標(biāo)體系可以看出，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)呈現(xiàn)出明顯的階段性特征，各學(xué)段目標(biāo)層層遞進(jìn)，逐步提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和科學(xué)探究素養(yǎng)。基于《課標(biāo)》要求和實(shí)際教學(xué)觀察，不同學(xué)段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出鮮明的特點(diǎn)：初中階段以直觀現(xiàn)象觀察為主，理論要求相對基礎(chǔ)，著重激發(fā)學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)；高中階段則深化理論理解，引入定量分析方法，注重理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的有機(jī)結(jié)合；大學(xué)階段則強(qiáng)調(diào)理論驗(yàn)證與創(chuàng)新應(yīng)用，通過綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，為后續(xù)的科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。這種循序漸進(jìn)的能力培養(yǎng)體系，既符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，也體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的漸進(jìn)式發(fā)展特點(diǎn)。

（三）高中教師化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解路徑

教師的化學(xué)實(shí)驗(yàn)理解能力是實(shí)施“素養(yǎng)為本”課堂教學(xué)實(shí)踐的重要基石。《課標(biāo)》為教師專業(yè)發(fā)展構(gòu)建了多維度的提升路徑，通過建立系統(tǒng)化的培訓(xùn)機(jī)制和持續(xù)性的學(xué)習(xí)體系，有效支持教師完善化學(xué)學(xué)科理解。化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一項(xiàng)兼具理論性與實(shí)踐性的專業(yè)技能，其掌握程度與教師的理論學(xué)習(xí)深度和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累密切相關(guān)。

從實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的核心要素來看，教師需要重點(diǎn)把握理論原理與操作原理兩個(gè)維度，并在教學(xué)實(shí)施過程中有效引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行雙重理解。通過對比不同學(xué)段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)可以發(fā)現(xiàn)，中學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出基礎(chǔ)性、示范性的特征，而大學(xué)階段的實(shí)驗(yàn)教學(xué)則更具系統(tǒng)性、綜合性和探究性。這種學(xué)段差異決定了教師需要通過持續(xù)學(xué)習(xí)來彌合知識(shí)斷層，其中加強(qiáng)對大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的系統(tǒng)研究，不僅能夠促進(jìn)教師專業(yè)素養(yǎng)的全面提升，更能幫助教師站在更高視角審視中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)能力的跨越式發(fā)展。基于上述分析，教師提升實(shí)驗(yàn)理解能力可遵循“發(fā)現(xiàn)問題→深化學(xué)習(xí)→探究原理→創(chuàng)新設(shè)計(jì)”的循環(huán)發(fā)展路徑，這一過程體現(xiàn)了教師專業(yè)成長的實(shí)踐智慧。

為深入探討基于實(shí)驗(yàn)理解的課堂教學(xué)實(shí)踐，本文選取高中化學(xué)必做實(shí)驗(yàn)“用化學(xué)沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”（以下通稱“粗鹽提純”實(shí)驗(yàn)）作為研究案例。該實(shí)驗(yàn)不僅涉及離子反應(yīng)、溶解度規(guī)則等化學(xué)核心概念，還包含實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、操作技能訓(xùn)練以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理想載體。下文將詳細(xì)闡述如何基于實(shí)驗(yàn)理解開展教學(xué)設(shè)計(jì)，以促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效落實(shí)。

二、粗鹽提純實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

粗鹽提純實(shí)驗(yàn)作為初中、高中和大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在不同學(xué)段均具有重要的教學(xué)價(jià)值。每個(gè)學(xué)段對該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)要求既相互銜接又逐步深化，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次性和系統(tǒng)性。教師加強(qiáng)對下一學(xué)段實(shí)驗(yàn)要求的學(xué)習(xí)和理解，是提升本學(xué)段實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的有效途徑。本文將從三個(gè)學(xué)段的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟪霭l(fā)，結(jié)合大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的啟示，探討如何開展素養(yǎng)為本的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

（一）大學(xué)、中學(xué)教材中實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪M(jìn)階分析

由上頁表1可見，三個(gè)學(xué)段的實(shí)驗(yàn)?zāi)康某尸F(xiàn)出明顯的遞進(jìn)性特征。在初中階段，該實(shí)驗(yàn)的主要目的是學(xué)習(xí)除去粗鹽中難溶性雜質(zhì)（如泥沙）的方法，教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于基本操作技能的掌握，系統(tǒng)介紹了過濾操作的實(shí)踐要領(lǐng)。這一階段的教學(xué)目標(biāo)主要定位于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)興趣的激發(fā)。

在高中階段，實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶哟物@著提升，與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“微觀探析”要求相呼應(yīng)。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向從粗鹽水中除去Ca2?、Mg2?、[SO2-4]等可溶性雜質(zhì)離子，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)能力，并以此為依據(jù)確定實(shí)驗(yàn)操作流程。實(shí)驗(yàn)操作包括稱量、溶解、沉淀、過濾、洗滌、pH調(diào)節(jié)、蒸發(fā)結(jié)晶等，對操作的規(guī)范性和精確性提出了更高要求。這一階段的教學(xué)目標(biāo)更注重學(xué)生科學(xué)思維能力和探究能力的培養(yǎng)。

在大學(xué)階段，以蘭州大學(xué)出版社出版的《大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)I》為例，實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)一步細(xì)化和深化。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅包括原理理解和操作實(shí)踐，還增加了產(chǎn)物鑒定和產(chǎn)率計(jì)算等環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹刑貏e強(qiáng)調(diào)了對沉淀過程的理解和控制，并新增了減壓過濾和烘干等操作技能的練習(xí)。這一階段的教學(xué)目標(biāo)更加注重學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂蒲兴季S的培養(yǎng)。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡恼{(diào)整和優(yōu)化，充分體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)的階段性特征，也反映了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在不同學(xué)段的具體要求。這種遞進(jìn)式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)，為教師開展素養(yǎng)為本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了清晰的目標(biāo)指引（見下頁表2）。

（二）理解粗鹽提純實(shí)驗(yàn)的原理

分離提純實(shí)驗(yàn)是基于物質(zhì)間物理、化學(xué)性質(zhì)的差異，通過科學(xué)方法實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與純化。以下是常見的分離方法及其依據(jù)的性質(zhì)差異：一是過濾。利用物質(zhì)間溶解性的差異，將難溶性固體與液體分離。二是蒸餾與蒸發(fā)結(jié)晶。基于物質(zhì)間沸點(diǎn)的差異，通過加熱使不同組分依次汽化或結(jié)晶析出。三是萃取與分液。利用物質(zhì)在兩種互不相溶溶劑中的溶解性差異，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分的分離。四是沉淀。依據(jù)物質(zhì)間化學(xué)性質(zhì)的差異，通過化學(xué)反應(yīng)生成難溶性沉淀，從而實(shí)現(xiàn)分離。這些方法體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“性質(zhì)決定方法”的核心思想，是分離提純實(shí)驗(yàn)的重要理論基礎(chǔ)。

1.除雜原理

高中階段粗鹽提純實(shí)驗(yàn)的基本原理主要基于離子反應(yīng)和沉淀溶解平衡，其核心是通過化學(xué)反應(yīng)將粗鹽中的可溶性雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化為難溶性沉淀，進(jìn)而通過過濾等操作實(shí)現(xiàn)分離。為了確保雜質(zhì)離子完全去除且不引入新的雜質(zhì)，可溶性雜質(zhì)離子包括Ca2?、Mg2?和[SO2-4]，分別選用Na?CO?溶液、NaOH溶液和BaCl?溶液作為沉淀劑。新引入的Ba2?可使用Na?CO?溶液除去，試劑的添加順序需要科學(xué)設(shè)計(jì)，BaCl?溶液要加在Na?CO?溶液之前。過濾后，用HCl溶液調(diào)節(jié)濾液的pH至中性，以除去過量的OH?和CO?2?。

2.實(shí)驗(yàn)操作的理解

在課堂教學(xué)中，教師需要從多角度學(xué)習(xí)借鑒，深入分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)際問題及其背后的基本原理。在具體分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)時(shí)，既要關(guān)注每一步實(shí)驗(yàn)操作的細(xì)節(jié)，又要具備整體性思維，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)相結(jié)合。因此，在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡幕A(chǔ)上，教師應(yīng)根據(jù)實(shí)際教學(xué)中存在的問題，引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)問題，并通過科學(xué)方法提出解決方案。高中粗鹽提純實(shí)驗(yàn)通常需要在1課時(shí)內(nèi)完成，時(shí)間較為緊張，實(shí)際操作中常面臨以下問題。

溶解環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)室提供的粗鹽顆粒較大，溶解速率較慢。部分教師會(huì)引入研磨操作以加快溶解速率（部分實(shí)驗(yàn)員會(huì)在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段提前處理）。然而，在實(shí)際操作中，部分學(xué)生試圖通過增加水量來提高溶解速率，這種做法不僅效果有限，還會(huì)延長后續(xù)蒸發(fā)和過濾環(huán)節(jié)的時(shí)間。

沉淀環(huán)節(jié)：加入沉淀劑后，雖然可以觀察到白色固體生成，但由于顆粒較小，沉降速度較慢。學(xué)生需要等待較長時(shí)間才能取上清液檢驗(yàn)沉淀是否完全，這影響了實(shí)驗(yàn)的整體進(jìn)度。

過濾環(huán)節(jié)：濾液流速逐漸減慢，且收集到的濾液較少，導(dǎo)致過濾效率低下。此外，在蒸發(fā)環(huán)節(jié)中，最終產(chǎn)物量較少，學(xué)生實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)感較差。

對比初高中與大學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作，可以發(fā)現(xiàn)以下差異。

溶解環(huán)節(jié)：初中和高中階段的實(shí)驗(yàn)通常在常溫下進(jìn)行溶解，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)則在加熱條件下進(jìn)行。加熱能夠顯著加快溶解速率，這是基于分子運(yùn)動(dòng)速率隨溫度升高而加快的原理。

沉淀環(huán)節(jié)：高中實(shí)驗(yàn)未明確具體的操作條件，多數(shù)教師在常溫下進(jìn)行，而大學(xué)實(shí)驗(yàn)則在近沸條件下加入沉淀劑。從微觀角度分析，雜質(zhì)離子濃度較低時(shí)，生成的固體顆粒較小，沉降速度慢。加熱可以促進(jìn)顆粒聚集，增大顆粒尺寸，從而加快沉降速度并提高過濾效率。

過濾環(huán)節(jié)：過濾的原理是利用顆粒粒徑的差異實(shí)現(xiàn)分離。顆粒過小容易堵塞濾紙，而氯化鈉在過濾過程中會(huì)部分溶解在水中，殘留在濾紙上，導(dǎo)致產(chǎn)率偏低。

針對上述問題，教師可以從實(shí)驗(yàn)操作、知識(shí)本源以及解決方法三個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化（見表3）。通過對比分析不同學(xué)段的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，教師可以更好地理解實(shí)驗(yàn)操作的改進(jìn)方向，從而提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，幫助學(xué)生更高效地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，同時(shí)深化對化學(xué)原理的理解。

教學(xué)實(shí)踐不僅要傳授化學(xué)知識(shí)，更要培養(yǎng)學(xué)生具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法，即培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科理解能力的思維。真實(shí)的科學(xué)探究面對的是動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的環(huán)境，需要學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，實(shí)驗(yàn)過程中允許試錯(cuò)。本設(shè)計(jì)將粗鹽提純實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)部分：微觀粒子分離實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生思考改進(jìn)方案；學(xué)生根據(jù)改進(jìn)后的方案進(jìn)行實(shí)操練習(xí)。下文對部分教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行展示。

（三）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)】

教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)日常生活中的物質(zhì)分離現(xiàn)象，如風(fēng)車分離稻谷、過濾法分離果汁、鍋蓋上的汽水凝結(jié)等。學(xué)生分析特定條件下物質(zhì)分離的原理。

教學(xué)目的：讓學(xué)生感受人類的智慧，認(rèn)識(shí)到物質(zhì)分離的關(guān)鍵在于尋找物質(zhì)間顯著的物理或化學(xué)性質(zhì)差異。

師：粗鹽中的雜質(zhì)離子Ca2?、Mg2?和SO?2?與Na?和Cl?的主要性質(zhì)差異是什么？

生：雖然這些離子都能溶解于水中，但可以通過化學(xué)反應(yīng)將雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化為沉淀，利用溶解性差異將其除去。

教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)沉淀劑的選擇原則和除雜順序的優(yōu)化策略，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

通過這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，不僅能夠幫助學(xué)生掌握化學(xué)知識(shí)，還能培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力，為未來的科學(xué)探究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【實(shí)驗(yàn)演示環(huán)節(jié)】

環(huán)節(jié)一：溶解。教師演示通過攪拌溶解粗鹽，提問：溶解速率較慢，有什么方法能夠提升溶解速率？

生：可以將粗鹽研磨為細(xì)小顆粒，也可以加熱。

師：同學(xué)們認(rèn)為研細(xì)和加熱能夠加快溶解速率的依據(jù)是什么？

生：研磨為細(xì)小顆粒增大了固體表面積，即增大了NaCl與水的接觸面積，進(jìn)而加快溶解速率；加熱能夠提升水分子與鈉離子和氯離子的接觸效率。

教師再次使用研細(xì)的固體，在加熱的條件下溶解，溶解速率得到較大幅度的提升。

教學(xué)目的：氯化鈉溶解的本質(zhì)是與水結(jié)合生成水合鈉離子和氯離子，增大固體表面積和加熱都能增加結(jié)合速率，進(jìn)而加快溶解。通過以上問題引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度思考溶解的本質(zhì)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測的準(zhǔn)確性。

環(huán)節(jié)二：沉淀法除雜（除雜劑加入順序：BaCl2、NaOH、Na2CO3）。教師將上述濾液分為兩份，向其中一份溶液中滴加沉淀劑BaCl?并搖勻，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析溶液變渾濁的原因，并提出問題：如何驗(yàn)證是否沉淀完全？

生：取上清液滴加BaCl?，觀察是否有新的沉淀生成。

師：請同學(xué)們觀察上層溶液是否變澄清？

生：固體沉降速度很慢。

師：結(jié)合生活實(shí)際，思考固體沉降速度慢的原因是什么？

生：固體密度小，或者固體顆粒太小。

師：我們學(xué)過什么辦法可以增大固體顆粒？請結(jié)合膠粒聚沉的原因思考。

生：可以嘗試使用加熱的方法，加熱會(huì)增大微粒碰撞變?yōu)榇箢w粒的幾率。

教師將上述溶液加熱并攪拌，形成大量絮狀物，快速沉降。然后在加熱條件下依次加入沉淀劑NaOH和Na?CO?，均顯示出較好的沉降效果。

教學(xué)目的：雜質(zhì)離子含量較低導(dǎo)致生成的難溶物固體顆粒較小，加熱促使微粒運(yùn)動(dòng)速率加快，增加碰撞幾率，快速形成大顆粒沉降。通過沉淀Ba2?、Ca2?、Mg2?，可較大程度地節(jié)約實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間。

環(huán)節(jié)三：過濾。教師將上述兩份加熱和未加熱的濁液同時(shí)進(jìn)行過濾，對比發(fā)現(xiàn)加熱條件下得到的濁液流速明顯更大，提問：請同學(xué)們從過濾操作原理出發(fā)，分析可能的原因是什么？

生：過濾的原理是比濾紙孔洞小的微粒通過孔洞流下，粒徑大的微粒滯留在濾紙上面。流速慢的可能原因是部分微粒堵塞濾紙孔洞，粒徑大的微粒不易堵塞，所以流速更快。

教師向?qū)W生介紹不同孔徑的濾紙，并提問：還有什么辦法可以加快過濾速率？

生：在上方進(jìn)行加壓。

師：為什么加壓可以加快過濾速率？

生：濾紙上方和下方形成壓強(qiáng)差。

教師向?qū)W生介紹減小下方壓強(qiáng)的方法，并介紹減壓過濾裝置：布氏漏斗和抽濾瓶。

師（引入情境——紅軍利用棉衣藏鹽）：原理是什么？

生：鹽溶解于水，水揮發(fā)干后鹽就留在棉衣上面。

教師總結(jié)原理類似蒸發(fā)結(jié)晶，并提問：過濾時(shí)要提高產(chǎn)率，對濾紙要進(jìn)行什么操作？

生：用適量蒸餾水洗滌濾紙。

教學(xué)目的：過濾的本質(zhì)是利用固定孔徑的濾紙，使比孔徑小的微粒穿過。存在壓強(qiáng)差時(shí)能夠加快穿過速率。氯化鈉溶解在水中，會(huì)被吸附在濾紙上，洗滌濾紙能夠提高產(chǎn)率。通過以上環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，學(xué)生不僅掌握了粗鹽提純的實(shí)驗(yàn)操作，還從微觀角度理解了溶解、沉淀和過濾的原理，培養(yǎng)了科學(xué)探究的思維方式。同時(shí)，通過結(jié)合生活實(shí)際和科學(xué)史實(shí)，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和知識(shí)遷移能力。

環(huán)節(jié)四：學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)。在本次實(shí)驗(yàn)中，溶解和沉淀步驟均在加熱條件下進(jìn)行，以加快反應(yīng)速率并促進(jìn)沉淀顆粒的生成。過濾時(shí)，學(xué)生對沉淀和濾紙進(jìn)行了充分洗滌，以確保產(chǎn)物的純度和實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)操作未涉及新增步驟，大多數(shù)學(xué)生能夠在二十分鐘內(nèi)順利完成實(shí)驗(yàn)，并得到較多的白色固體產(chǎn)物，實(shí)驗(yàn)過程流暢且體驗(yàn)感良好。本次實(shí)驗(yàn)不僅幫助學(xué)生掌握了粗鹽提純的實(shí)驗(yàn)技能，還通過科學(xué)探究的過程培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)了較強(qiáng)的動(dòng)手能力、科學(xué)思維能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，達(dá)到了高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)的成功體驗(yàn)進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的興趣，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定了良好基礎(chǔ)。

理解實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心和靈魂。教師只有深入理解實(shí)驗(yàn)的原理、目標(biāo)和意義，才能設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的教學(xué)活動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)“素養(yǎng)為本”的教學(xué)目標(biāo)。粗鹽提純實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成功實(shí)踐表明，基于實(shí)驗(yàn)理解的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)感，更能夠培養(yǎng)他們的科學(xué)思維、探究能力和化學(xué)觀念，為學(xué)生的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。因此，教師應(yīng)始終將實(shí)驗(yàn)理解作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，不斷探索和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法與路徑。

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（責(zé)任編輯：楊強(qiáng)）