讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象從“無”到“有”的初中化學(xué)對比實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

顧鳴英

摘要：初中化學(xué)中不少實(shí)驗(yàn)如氫氧化鈉與鹽酸，二氧化碳與水、氫氧化鈉反應(yīng)等無明顯現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了學(xué)生的認(rèn)知困難。為此，在初中化學(xué)教學(xué)中通過設(shè)置對比實(shí)驗(yàn)，使現(xiàn)象從“無”到“有”，具體包括：用指示劑檢驗(yàn)酸堿性、測量反應(yīng)前后的溫度、檢測反應(yīng)物減少和生成物產(chǎn)生等，讓學(xué)生利用間接的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或手段感知反應(yīng)的發(fā)生及其微觀過程，深刻理解“無明顯現(xiàn)象”化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：“無明顯現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)；間接直觀實(shí)驗(yàn)法；對比實(shí)驗(yàn)；初中化學(xué)

文章編號：1005–6629（2017）2–0074–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

初中化學(xué)學(xué)習(xí)中許多化學(xué)變化常伴隨明顯現(xiàn)象的產(chǎn)生，如放熱、發(fā)光、變色、放出氣體、生成沉淀等等?！坝忻黠@現(xiàn)象”的化學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生判斷變化中新物質(zhì)的產(chǎn)生，分析化學(xué)變化的特征，從而解釋化學(xué)變化的本質(zhì)。

然而，在實(shí)際的變化中并不是每個(gè)化學(xué)反應(yīng)都伴隨明顯的化學(xué)現(xiàn)象，比如二氧化碳與水的化合反應(yīng)、與氫氧化鈉反應(yīng)生成易溶的無色碳酸鈉和水，氫氧化鈉與鹽酸的中和反應(yīng)在變化過程中也沒有特別明顯的可觀察的現(xiàn)象，我們經(jīng)常稱之為“無明顯現(xiàn)象”的化學(xué)反應(yīng)。針對這些物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生無法通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察來判斷物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)變化，分析物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的特征，理解化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)，因此產(chǎn)生認(rèn)知上的困難。

怎樣讓學(xué)生在已有的生活經(jīng)驗(yàn)和化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上深刻理解無明顯現(xiàn)象的變化確實(shí)發(fā)生了呢？間接直觀實(shí)驗(yàn)法通過利用一定的測量手段，放大或凸顯原本不夠明顯的物質(zhì)相互作用的變化特征，或是選擇間接變量進(jìn)行測量或表征，形成“有明顯現(xiàn)象”可供觀察的實(shí)驗(yàn)。本文利用間接直觀實(shí)驗(yàn)法，將原本無明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)設(shè)計(jì)成為可供觀察的有明顯現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生深入認(rèn)識(shí)常見的化學(xué)反應(yīng)。

1 利用指示劑的變色對比實(shí)驗(yàn)，感知化學(xué)反應(yīng)新物質(zhì)的產(chǎn)生

可溶性的無色酸堿溶液發(fā)生中和反應(yīng)過程沒有明顯的現(xiàn)象，但是溶液的酸堿性卻發(fā)生了突變。依據(jù)化學(xué)反應(yīng)過程中溶液酸堿性的變化，利用酸堿指示劑石蕊或者酚酞的變色，說明物質(zhì)的酸堿性發(fā)生了變化，明確指示出反應(yīng)過程物質(zhì)的成分發(fā)生了變化；也可以測定溶液酸堿度，從酸堿度的數(shù)值變化學(xué)生可以間接判斷化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行過程，感知新物質(zhì)的產(chǎn)生。

如氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生中和反應(yīng)利用酸堿指示劑變色和pH測定反應(yīng)過程中溶液酸堿度的變化，設(shè)計(jì)定性或者定量的測定溶液酸堿性對比實(shí)驗(yàn)（見表1）。

又如二氧化碳與水反應(yīng)后生成碳酸，無明顯現(xiàn)象，若在水中滴入紫色石蕊試液，再通入CO2氣體紫色石蕊試液變紅色，說明發(fā)生了化學(xué)變化。但是在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生疑問，二氧化碳是酸性氧化物能否也能使紫色石蕊試液變紅色？于是設(shè)計(jì)了一組石蕊試劑變色的對比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過觀察石蕊的變色判斷二氧化碳與水反應(yīng)生成了新物質(zhì)碳酸，顯酸性（見表2）。

利用指示劑顯色對比，直接觀察反應(yīng)過程中物質(zhì)酸堿性的變化，從而判斷物質(zhì)的成分發(fā)生變化，感知化學(xué)反應(yīng)中新物質(zhì)的產(chǎn)生，理解無色的可溶性酸和堿、二氧化碳和水等物質(zhì)之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

2 間接檢測物質(zhì)成分的對比實(shí)驗(yàn)，解釋說明化學(xué)反應(yīng)的微觀構(gòu)成

化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生實(shí)質(zhì)就是反應(yīng)物變成了生成物，反應(yīng)過程中可以檢測化學(xué)反應(yīng)過程物質(zhì)的成分發(fā)生的變化，用間接直觀的實(shí)驗(yàn)檢測化學(xué)反應(yīng)過程中物質(zhì)的成分，判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，分析解釋化學(xué)反應(yīng)的微觀構(gòu)成。

無色堿溶液與酸性氧化物反應(yīng)后生成無色可溶于水的鹽溶液，無法觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在化學(xué)反應(yīng)過程中反應(yīng)物在不斷地減少，生成物在不斷地產(chǎn)生。依據(jù)間接直觀的實(shí)驗(yàn)檢測反應(yīng)物成分的減少和生成物成分產(chǎn)生，判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，解釋說明化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的微觀構(gòu)成，分析化學(xué)反應(yīng)中微觀粒子的變化。

二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，即無色的碳酸鈉溶液，反應(yīng)物減少，生成物（Na2CO3）產(chǎn)生。從檢驗(yàn)反應(yīng)物（CO2）減少和生成物（Na2CO3）的產(chǎn)生角度，設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，分析化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

反應(yīng)物二氧化碳是氣體，化學(xué)反應(yīng)后氣體量減小，容器內(nèi)氣壓減小。設(shè)計(jì)噴泉裝置、反應(yīng)容器連接U形管或盛水的容器，反應(yīng)后會(huì)發(fā)生液體倒流現(xiàn)象，反應(yīng)容器內(nèi)連接橡皮球或用軟塑料瓶做反應(yīng)容器，反應(yīng)后發(fā)生形變，這些裝置凸顯氣體量減少，氣壓明顯變小的現(xiàn)象，明確知道反應(yīng)物氣體的減少，化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)成分發(fā)生質(zhì)的變化，微觀構(gòu)成也變化了（見表3）。

上述實(shí)驗(yàn)都是二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，但學(xué)生質(zhì)疑也可能是二氧化碳與水反應(yīng)產(chǎn)生了相同的現(xiàn)象。

由于對比實(shí)驗(yàn)的不嚴(yán)謹(jǐn)，控制變量的不一致，使分析解釋化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)了偏差，學(xué)生產(chǎn)生了二氧化碳與水反應(yīng)的疑惑，若改用相同材質(zhì)的塑料瓶，用控制變量法來設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，可排除二氧化碳與水反應(yīng)的疑問（見表4）。

從反應(yīng)物的成分減少設(shè)計(jì)的對比實(shí)驗(yàn)，從宏觀的氣壓減少，推測反應(yīng)物二氧化碳?xì)怏w的減少，用物理變化的現(xiàn)象，分析推斷物質(zhì)成分的變化，理解二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)變化的本質(zhì)。

化學(xué)變化的本質(zhì)是產(chǎn)生新物質(zhì)，二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)后的產(chǎn)物是碳酸鈉和水。組成碳酸鈉的碳酸根是檢驗(yàn)的特征成分，選擇不同類別物質(zhì)（酸堿鹽）進(jìn)行檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（見表5）。

碳酸根用不同種類的酸堿鹽檢測可以產(chǎn)生明顯的氣泡或者沉淀現(xiàn)象。酸檢驗(yàn)碳酸根產(chǎn)生弱酸碳酸，可以觀察到氣泡現(xiàn)象。用可溶性的氫氧化鈣或氫氧化鋇、可溶性的鈣鹽或鋇鹽檢驗(yàn)碳酸根，有明顯的白色沉淀產(chǎn)生，放大的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象檢測生成物的微觀粒子，以確定化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生以及化學(xué)反應(yīng)中微觀粒子的變化。

從“無”現(xiàn)象到“有”現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)探究中間接地呈現(xiàn)明顯現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生好奇心，深入思考化學(xué)反應(yīng)的特征，分析化學(xué)反應(yīng)的微觀變化，推測物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)的邏輯關(guān)系，提升學(xué)習(xí)化學(xué)的思維品質(zhì)，教學(xué)效果特別明顯。

3 利用溫度計(jì)測定反應(yīng)中溫度變化對比實(shí)驗(yàn)，分析判斷化學(xué)反應(yīng)的特征

化學(xué)反應(yīng)過程中還存在能量的變化，可以利用實(shí)驗(yàn)儀器來放大不明顯的現(xiàn)象，凸顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，進(jìn)一步判斷新物質(zhì)的產(chǎn)生，體會(huì)化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，有時(shí)放出的熱量少一般很難觀察和體驗(yàn)。使用溫度計(jì)測量中和反應(yīng)過程中溫度的升降是一個(gè)較好的方法。利用明顯的溫度變化，凸顯中和反應(yīng)中的放熱現(xiàn)象，明確化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，從而分析氫氧化鈉和鹽酸兩種物質(zhì)的反應(yīng)特征（見表6）。

4 從“無”到“有”間接直觀實(shí)驗(yàn)法的教學(xué)過程：質(zhì)疑-假設(shè)-檢驗(yàn)-分析

在《上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，對氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)，二氧化碳與水、氫氧化鈉反應(yīng)的性質(zhì)沒有明確的實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)習(xí)水平層次要求比較模糊，但教科書的內(nèi)容和考試手冊上的要求以及這些化學(xué)反應(yīng)的原理和解釋卻是在理解、掌握甚至應(yīng)用層面上。因此，在實(shí)際教學(xué)中直接設(shè)計(jì)二氧化碳與水、氫氧化鈉反應(yīng)，鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，判斷化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，推測生成物質(zhì)、分析化學(xué)反應(yīng)原理顯得特別重要。但是二氧化碳與水反應(yīng)、二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)、氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)，卻都沒有明顯的現(xiàn)象，有些現(xiàn)象甚至出乎學(xué)生意料之外，于是開始質(zhì)疑這些化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。針對這一問題，利用間接直觀實(shí)驗(yàn)法，對這些學(xué)習(xí)難點(diǎn)的教學(xué)過程通?？梢砸勒杖缦颅h(huán)節(jié)來展開：情境引入提出質(zhì)疑-進(jìn)行假設(shè)設(shè)計(jì)方案-實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)分析現(xiàn)象-結(jié)論獲得解釋原理。具體而言，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下將“無明顯現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化成“有明顯現(xiàn)象”的對比實(shí)驗(yàn)——間接直觀實(shí)驗(yàn)法：利用指示劑顯色、檢驗(yàn)反應(yīng)過程中物質(zhì)的成分、測定反應(yīng)中溫度的變化等手段去放大和凸顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生深入思考、理解化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的特征和本質(zhì)，分析解釋化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的微觀粒子構(gòu)成。

5 結(jié)語

從“無”到“有”的對比實(shí)驗(yàn)，將化學(xué)學(xué)習(xí)中難以分析和理解的化學(xué)反應(yīng)難點(diǎn)，轉(zhuǎn)化成直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生易于理解和說明化學(xué)反應(yīng)的特征、物質(zhì)成分和微觀構(gòu)成，從而掌握化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。

此外，從“無”到“有”的對比實(shí)驗(yàn)往往是討論一個(gè)探究性問題。在解決探究性問題過程中，學(xué)生不僅深刻理解了學(xué)習(xí)難點(diǎn)，還會(huì)引發(fā)多個(gè)知識(shí)的綜合應(yīng)用，促進(jìn)了學(xué)生化學(xué)知識(shí)的整理、綜合、拓展，使化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和方法得到重構(gòu)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰瓦壿嬐评砟芰Φ玫教岣?，培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王榮橋.談探究氫氧化鈉性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的五個(gè)誤區(qū)[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（7）：63.