開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究功能——《碳酸氫鈉的性質(zhì)與應(yīng)用》教學(xué)反思

葛珊珊 丁愛(ài)軍

（江蘇省揚(yáng)州中學(xué) 江蘇 揚(yáng)州 225009）

一、開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究功能的重要性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生科學(xué)探究能力的重要立足點(diǎn)。 實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程和培養(yǎng)探究能力的最佳手段。 通過(guò)觀察演示實(shí)驗(yàn)、自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、理論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等學(xué)習(xí)過(guò)程，可以有效地幫助學(xué)生形成化學(xué)概念、培養(yǎng)觀察能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、提高思考能力、培養(yǎng)科學(xué)研究的習(xí)慣和態(tài)度。

在日常教學(xué)過(guò)程中，演示實(shí)驗(yàn)是最常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)類型。 與學(xué)生實(shí)驗(yàn)相比，教師演示實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器、藥品、場(chǎng)地的要求較低， 也更容易在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)完成。所以，演示實(shí)驗(yàn)這樣一個(gè)在課堂中高頻率出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)類型其科學(xué)探究功能應(yīng)該被更好的開發(fā)。

二、開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究功能的三條思路

實(shí)際上，演示實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究功能常常被教師忽視，主要原因還是大家對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程存在一些固定思維。 比如，人們常常把演示實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)劃等號(hào)，將演示實(shí)驗(yàn)的操作方式趨向于表演性。 學(xué)生往往先學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理，獲得完整的實(shí)驗(yàn)裝置，了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程，然后再知曉實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)精力集中在實(shí)驗(yàn)原理的灌輸上，希望通過(guò)新奇的實(shí)驗(yàn)想象幫助學(xué)生掌握知識(shí)，完成一場(chǎng)“成功”的課堂演示實(shí)驗(yàn)。 固然這樣的實(shí)驗(yàn)會(huì)給學(xué)生帶來(lái)感官上的刺激，有助于其記住實(shí)驗(yàn)原理，但要想幫助學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的探究實(shí)驗(yàn)，獲得“化學(xué)思維”，還需要教師對(duì)實(shí)驗(yàn)作一些精心的設(shè)計(jì)。

我在《碳酸氫鈉的性質(zhì)與應(yīng)用》一節(jié)課的教學(xué)過(guò)程中，作了以下的一些嘗試，提供了開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究功能的三條思路供大家參考。

1． 在演示實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)條件控制意識(shí)

在實(shí)驗(yàn)研究過(guò)程中，要想專注于研究某個(gè)條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，就必須排除其它干擾因素，如對(duì)比兩反應(yīng)產(chǎn)生氣體的體積時(shí)，必須控制兩反應(yīng)在同樣的溫度和壓強(qiáng)條件下。 這樣的條件控制意識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)性有著舉足輕重的作用。 如果僅僅要求學(xué)生按照書本或?qū)嶒?yàn)報(bào)告冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)程序操作，學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)過(guò)程中哪些條件是被控制的，這要求教師對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的過(guò)程教學(xué)做些小設(shè)計(jì)。

本課中就有兩個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)——對(duì)比碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的堿性、對(duì)比碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的速率。

要求學(xué)生根據(jù)提供的儀器和藥品（藥品中既有碳酸鈉和碳酸氫鈉固體， 也有同濃度的兩者的溶液）設(shè)計(jì)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)， 對(duì)比Na2CO3和NaHCO3溶液的堿性，以及Na2CO3和NaHCO3溶液與酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的速率。不少學(xué)生面露難色，覺(jué)得這些實(shí)驗(yàn)挺簡(jiǎn)單的，沒(méi)什么實(shí)驗(yàn)步驟好設(shè)計(jì)的。5 分鐘后，將學(xué)生設(shè)計(jì)中比較典型的實(shí)驗(yàn)步驟投影給全體同學(xué)：

各種影像中有關(guān)大運(yùn)河的記錄，也不過(guò)百年，但這些記錄，卻寫滿了沿岸人民的回憶……今天，我們就走進(jìn)運(yùn)河岸邊的江北水城——聊城，聽一聽她的運(yùn)河故事。

［實(shí)驗(yàn)1］取兩種固體配成溶液／取兩溶液，用玻璃棒測(cè)溶液的pH。

［實(shí)驗(yàn)2］分別取少量固體與鹽酸反應(yīng)，觀察氣體產(chǎn)生的速率。

這樣的設(shè)計(jì)從原理上來(lái)講并沒(méi)有什么大問(wèn)題，但實(shí)際操作起來(lái)科學(xué)性卻不是很強(qiáng)，這與學(xué)生在初中主要學(xué)習(xí)原理而很少關(guān)注定量科學(xué)研究有關(guān)。 高中的學(xué)習(xí)過(guò)程中， 教師要努力幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)量的理解，加強(qiáng)有條件控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

于是，我讓學(xué)生對(duì)比教科書中的實(shí)驗(yàn)步驟，找找其中有哪些同學(xué)沒(méi)提到的關(guān)鍵詞。

教科書中實(shí)驗(yàn)步驟如下：

［實(shí)驗(yàn)1］取兩張pH 試紙置于干燥潔凈的玻璃片上。用干燥潔凈的玻璃棒沾取瓶中0．5mol／L 的碳酸氫鈉溶液和碳酸氫鈉溶液滴在試紙上。 將試紙與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)比，讀出pH。

［實(shí)驗(yàn)2］ 在兩支小試管中分別倒入1mL 0．5mol／L 碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液備用。 用兩只膠頭滴管吸取整滴管的鹽酸，同時(shí)全部加入兩支小試管中，對(duì)比反應(yīng)的劇烈程度。

經(jīng)過(guò)引導(dǎo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)1 中發(fā)現(xiàn)了“干燥潔凈”、“0．5mol／L”兩個(gè)關(guān)鍵詞，并認(rèn)識(shí)到這兩個(gè)關(guān)鍵詞是為了控制濃度這個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)條件。 經(jīng)過(guò)進(jìn)一步總結(jié)，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)溶液的pH 除了取決于其本身的堿性還和溶液的濃度密切相關(guān)， 要想研究物質(zhì)的堿性強(qiáng)弱，必須將濃度這一影響因素排除。 再來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)2 分析的時(shí)候，學(xué)生就熟練了很多，直接確定了濃度、體積、酸用量、時(shí)間等多項(xiàng)影響因素，并將控制這些條件的關(guān)鍵詞一一找到。

初入門的學(xué)生們經(jīng)過(guò)先設(shè)計(jì)再與書本實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)比的學(xué)習(xí)過(guò)程， 可以提高對(duì)實(shí)驗(yàn)條件控制的意識(shí)，辨別和設(shè)計(jì)更科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟，掌握實(shí)驗(yàn)的真正研究途徑。 教師要在設(shè)計(jì)中提醒學(xué)生注意實(shí)際操作中的若干細(xì)節(jié)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)往往決定著他們的思考價(jià)值。

2． 在演示實(shí)驗(yàn)中推廣對(duì)比實(shí)驗(yàn)思路

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是一種常用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)思路， 指設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)組，通過(guò)對(duì)比結(jié)果，來(lái)探究各種因素與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的關(guān)系。 例如上述實(shí)驗(yàn)2 的設(shè)計(jì)就屬于一種比較典型的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。 不過(guò)還有很多演示實(shí)驗(yàn)，雖然沒(méi)有典型的對(duì)比實(shí)驗(yàn)過(guò)程，卻充滿了豐富的對(duì)比實(shí)驗(yàn)思路， 如果學(xué)生不能領(lǐng)會(huì)這些實(shí)驗(yàn)是如何進(jìn)行對(duì)比的， 就不能說(shuō)他真正領(lǐng)會(huì)了實(shí)驗(yàn)的原理。

在碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性學(xué)習(xí)中，書本上出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

圖1

實(shí)驗(yàn)裝置是實(shí)驗(yàn)原理的載體，飽含著設(shè)計(jì)者對(duì)實(shí)驗(yàn)的深刻理解。 不要直接告訴學(xué)生內(nèi)管裝什么藥品、外管裝什么藥品，讓他們自己思考一下內(nèi)外管在什么實(shí)驗(yàn)條件上有差異。 學(xué)生可以說(shuō)的出是溫度存在差異。

再幫助學(xué)生回憶一些以往學(xué)習(xí)的相關(guān)知識(shí)信息，如碳酸鈣和碳酸氫鈣的熱穩(wěn)定性差異，讓他們預(yù)測(cè)碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性是否也有這樣的差異。不論學(xué)生作出怎樣的預(yù)測(cè)此時(shí)都是合理的，讓他們?cè)O(shè)計(jì)內(nèi)外管的樣品應(yīng)該裝什么才可以佐證自己的預(yù)測(cè)。這樣一來(lái)，學(xué)生在課堂中完成了科學(xué)探究的實(shí)際過(guò)程，獲得的遠(yuǎn)不止于“碳酸氫鈉穩(wěn)定性弱于碳酸鈉”。

甚至有的學(xué)生還可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)比實(shí)驗(yàn)有時(shí)候不一定非要設(shè)定為一模一樣的實(shí)驗(yàn)條件，有時(shí)候“不平等”的實(shí)驗(yàn)條件反而更有說(shuō)服力。

這樣的教學(xué)過(guò)程并不復(fù)雜，一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題可以幫助學(xué)生思考對(duì)比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)精髓，掌握科學(xué)的研究思路，少點(diǎn)教條、多點(diǎn)思考。

3． 在演示實(shí)驗(yàn)中形成工業(yè)生產(chǎn)模型

演示實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一座橋梁，它連接了書本上的化學(xué)原理和實(shí)際中的工業(yè)生產(chǎn)。 從演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以直觀地看到化學(xué)原理是如何發(fā)生的，并了解工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜的工藝設(shè)計(jì)是如何從最基本的化學(xué)原理開始的。

本節(jié)課有一個(gè)拓展視野的閱讀內(nèi)容——侯氏制堿法，書本上沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn)，學(xué)生看了之后既覺(jué)得很興奮，又覺(jué)得很神奇。 興奮是因?yàn)楹畹掳駡A了中華民族的強(qiáng)國(guó)之夢(mèng)，覺(jué)得神奇是因?yàn)椴惶吹枚磻?yīng)的原理。

在課堂上如果安排做侯氏制堿法的演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置是比較復(fù)雜的、氣味是比較難聞的、實(shí)驗(yàn)時(shí)間是比較漫長(zhǎng)的。 這不符合安排演示實(shí)驗(yàn)的基本要求，所以我作了另一個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：取一支干燥的試管，倒入約2mL 飽和NHHCO、 2mL 飽和NaCl 溶液，另一支試管加入4mL 蒸餾水做對(duì)比。 觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 同時(shí)提供10℃（當(dāng)?shù)禺?dāng)時(shí)氣溫） 時(shí)幾種鹽的溶解度數(shù)據(jù)：

?

學(xué)生驚訝地看到裝有碳酸氫鈉和氯化鈉的試管中出現(xiàn)了渾濁，根據(jù)溶解度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)原來(lái)復(fù)分解反應(yīng)也不一定非要生成“沉淀”，只要濃度達(dá)到飽和，可溶性鹽也可以變成“沉淀”。

此時(shí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了侯氏制堿法中關(guān)鍵的一步反應(yīng)原理：

再介紹一下工業(yè)上為了降低成本和連續(xù)生產(chǎn)，并沒(méi)有使用碳酸氫銨，而是使用氨氣和二氧化碳通入飽和食鹽水中。 學(xué)生對(duì)侯氏制堿法的理解就會(huì)比較深入，甚至能夠很快回答出氨氣和二氧化碳的通入順序問(wèn)題，因?yàn)樗麄円呀?jīng)認(rèn)識(shí)到碳酸氫銨需要濃度比較大時(shí)碳酸氫鈉才能飽和析出。

工業(yè)設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的， 但其中蘊(yùn)含的化學(xué)原理可能比較簡(jiǎn)單。通過(guò)這樣的演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以幫助學(xué)生將侯氏制堿法的工業(yè)原理化繁為簡(jiǎn)、 化整為零，建立簡(jiǎn)單的工業(yè)原理分步模型。 同時(shí)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)信息的深入分析， 同學(xué)們還能更好的理解復(fù)分解等反應(yīng)原理，從離子角度認(rèn)識(shí)溶液反應(yīng)。演示實(shí)驗(yàn)此時(shí)無(wú)疑成了一劑催化劑， 促成了學(xué)生腦袋中的思維大爆炸。

以上就是我在《碳酸氫鈉的性質(zhì)與應(yīng)用》教學(xué)過(guò)程中形成對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的一些研究想法。 我認(rèn)為演示實(shí)驗(yàn)的魅力值得廣大教師同仁發(fā)現(xiàn)，演示實(shí)驗(yàn)這棵老樹應(yīng)該在探究實(shí)驗(yàn)的課堂上發(fā)新枝，充分開發(fā)演示實(shí)驗(yàn)在探究性學(xué)習(xí)中的功能， 對(duì)于改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，形成終身學(xué)習(xí)的能力具有重要的意義。

［1］ 林長(zhǎng)春， 彭蜀晉． 中外理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)比較與思考［J］． 課程·教材·教法，2001，（2）

［2］ 羅芳． 課程改革下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)科學(xué)探究［J］． 科教文匯，2007，（2）