挖掘教材實(shí)驗(yàn)功能，助力化學(xué)課堂教學(xué)
——以蘇教版化學(xué)1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例

劉 凱 陶 杰 胡志剛

（1.長(zhǎng)樂(lè)第二中學(xué)，福建 長(zhǎng)樂(lè) 350211；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007）

挖掘教材實(shí)驗(yàn)功能，助力化學(xué)課堂教學(xué)
——以蘇教版化學(xué)1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例

劉 凱1陶 杰1胡志剛2

（1.長(zhǎng)樂(lè)第二中學(xué)，福建 長(zhǎng)樂(lè) 350211；2.福建師范大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，福建 福州 350007）

文章以蘇教版化學(xué)1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例，在遵循教材編寫(xiě)意圖的基礎(chǔ)上，探討合理挖掘教材實(shí)驗(yàn)功能的三個(gè)途徑：生活化實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、定性與定量實(shí)驗(yàn)對(duì)比、從微觀的角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)機(jī)理，助力化學(xué)課堂教學(xué)。

教材實(shí)驗(yàn)；功能；激發(fā)興趣；課堂教學(xué)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能是多方面的，包括動(dòng)機(jī)功能、認(rèn)識(shí)論功能和方法論功能等顯性功能，還括德育功能和美育功能等隱性功能［1］。以蘇教版化學(xué)必修1“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”的教學(xué)內(nèi)容為例，在涉及的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，可以挖掘教材實(shí)驗(yàn)功能的不同途徑，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同功能取向和動(dòng)機(jī)，以不同的呈現(xiàn)形式幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的建構(gòu)以及轉(zhuǎn)化，因所處的學(xué)習(xí)層面發(fā)生質(zhì)的變化，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了課堂深度學(xué)習(xí)。

該課主要通過(guò)碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)對(duì)比、鑒別與轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)與應(yīng)用，建立“性質(zhì)與應(yīng)用”之間的必然聯(lián)系，教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示。

上述四部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先后順序符合認(rèn)知水平和能力發(fā)展的螺旋式上升規(guī)律，從表1教材實(shí)驗(yàn)的呈現(xiàn)形式看，包括性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、生活化實(shí)驗(yàn)和工業(yè)化實(shí)驗(yàn)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是該節(jié)課學(xué)習(xí)的主要載體，也是達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的重要途徑?；顒?dòng)與探究1主要體現(xiàn)了對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)論功能；活動(dòng)探究2以表格的形式呈現(xiàn)信息，要求設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，這一編排具有定向、激發(fā)、組織和評(píng)價(jià)的延伸功能，賦予教師和學(xué)生更寬廣的發(fā)揮空間，充分發(fā)揮教學(xué)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，體現(xiàn)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法論功能；圖片素材和拓展視野既體現(xiàn)了化學(xué)的學(xué)科價(jià)值，也體現(xiàn)了育人功能。

一、生活化實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

化學(xué)知識(shí)廣泛應(yīng)用生產(chǎn)、生活的各個(gè)方面。實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)功能，既由實(shí)驗(yàn)本身的固有屬性所決定，豐富多樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象最容易激發(fā)學(xué)生興趣；也由施教者對(duì)實(shí)驗(yàn)的挖掘程度有關(guān)，生活化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是發(fā)揮實(shí)驗(yàn)動(dòng)機(jī)功能最直接和最有效的途徑之一。［2］借助于生活化實(shí)驗(yàn)激趣的同時(shí)，也能夠引出學(xué)習(xí)的對(duì)象，作為感知反應(yīng)存在的生動(dòng)素材，化無(wú)形于有形。例如：碳酸鈉和碳酸氫鈉在溶液中的轉(zhuǎn)化，蘇教版教材中只提供了一個(gè)方程式：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，此時(shí)可以做“加法”，設(shè)計(jì)如下可供參考的生活化實(shí)驗(yàn)：

【案例1】取一瓶600 mL的雪碧（富含CO2），分別倒出約三分之一的雪碧于兩個(gè)空的礦泉水瓶中，其中一瓶迅速加入5～6g的Na2CO3粉末，蓋好瓶塞，讓兩個(gè)學(xué)生搖勻，發(fā)現(xiàn)加Na2CO3粉末的雪碧瓶癟了。

利用簡(jiǎn)單的生活化實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)引出該節(jié)課學(xué)習(xí)的主角——Na2CO3和NaHCO3，遠(yuǎn)比展示靜態(tài)圖片和口頭描述要生動(dòng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)達(dá)到激趣的效果。讓學(xué)生從宏觀現(xiàn)象感受到微觀反應(yīng)的存在事實(shí)，繼而通過(guò)分析推理得出符號(hào)表征，讓生活化實(shí)驗(yàn)在四重表征中起到橋梁架構(gòu)的作用，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【案例2】設(shè)計(jì)熱的純堿去油污和“微波爐發(fā)面”［3］將和好的三個(gè)面團(tuán)加入微波爐加熱，見(jiàn)圖1：

圖1

學(xué)會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中控制變量的思想。讓化學(xué)知識(shí)在課外得到拓展和延伸，讓學(xué)生親身體驗(yàn)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查閱信息，在“去油污”的實(shí)驗(yàn)中建立性質(zhì)（堿性）與應(yīng)用之間的聯(lián)系，也為后續(xù)選修模塊中的相關(guān)知識(shí)提供事實(shí)性素材；在“微波爐發(fā)面”中感受發(fā)酵粉原理和中和有機(jī)酸等知識(shí)，拓展和完善該節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究解決問(wèn)題的正確途徑。

生活化實(shí)驗(yàn)的選擇要原料易得、現(xiàn)象獨(dú)特、留有懸念，貼近學(xué)生生活實(shí)際和認(rèn)知水平。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)素材的選擇要能夠適切教學(xué)的主題，為解決某些教學(xué)問(wèn)題而引入，切勿只為現(xiàn)象“壯觀”制造轟動(dòng)效應(yīng)，而作用甚微，落入“跑題”的誤區(qū)。實(shí)驗(yàn)素材的選擇還要善于發(fā)現(xiàn)化學(xué)的正能量，切勿過(guò)分放大化學(xué)的負(fù)面影響，若使用負(fù)面素材，也要對(duì)學(xué)生進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知教育，這是化學(xué)工作者所肩負(fù)的育人觀念。教學(xué)過(guò)程中要“首尾呼應(yīng)”，注意引導(dǎo)學(xué)生合理分析現(xiàn)象。例如：面包在烘焙過(guò)程中受熱會(huì)促使碳酸氫鈉分解放出二氧化碳，面包發(fā)酵過(guò)程中會(huì)生成乳酸，乳酸亦可與碳酸氫鈉反應(yīng)生成二氧化碳，這兩種主要因素均使面包具有松軟的結(jié)構(gòu)，切不可憑自己的經(jīng)驗(yàn)片面解釋現(xiàn)象，以免犯錯(cuò)。

二、定性與定量實(shí)驗(yàn)對(duì)比

化學(xué)實(shí)驗(yàn)承擔(dān)著方法論功能，所有的實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上都是在條件控制下進(jìn)行和觀察的?！氨砀?-4碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)比較”提供了必要的比較信息，可以幫助學(xué)生去思考隱藏在表格背后有價(jià)值的信息，對(duì)內(nèi)隱性的認(rèn)知方法提升具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。學(xué)生依據(jù)這些信息提出實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容，一般會(huì)從物理性質(zhì)（溶解性）及化學(xué)性質(zhì)（水溶液的酸堿性、熱穩(wěn)定性、與酸溶液反應(yīng)、與鹽溶液反應(yīng)）等方面進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。“表格2-5區(qū)別碳酸鈉與碳酸氫鈉的實(shí)驗(yàn)”屬于策略完善類表格，可以幫助教師快速診斷學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)狀，包括觀察、分析、概括、表達(dá)、綜合、運(yùn)用等。兩個(gè)表格相輔相成，而通過(guò)控制或改變實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比是得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的最佳方法之一。

（一）從定性的角度對(duì)比分析

【案例3】教材中碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)如圖2所示，可以改進(jìn)為圖3和圖4所示的裝置。

改進(jìn)1：如圖3，利用套管實(shí)驗(yàn)，將碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)合二為一，形成對(duì)比。

改進(jìn)2：如圖4：在銅片上中分別放上約6g Na2CO3和NaHCO3固體，各罩上一只干冷的小燒杯，加熱片刻，觀察現(xiàn)象。取下燒杯，各加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象。

圖2

圖3

圖4

圖3 和圖4實(shí)驗(yàn)在保證實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的情況下，能夠簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，體現(xiàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識(shí)。在改進(jìn)教材實(shí)驗(yàn)時(shí)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)，要注意繼承原有實(shí)驗(yàn)的功能，不要造成其他功能的缺失；儀器的替代要以化學(xué)專業(yè)儀器為主，具有簡(jiǎn)約性，讓學(xué)生容易理解實(shí)驗(yàn)的原理。

（二）從定量的角度對(duì)比分析

化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的定量化研究，不僅有利于學(xué)生更加清晰地認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，建立科學(xué)的研究物質(zhì)的方法體系，而且有利于形成完整的學(xué)科知識(shí)體系和建構(gòu)更加豐富的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵。

【案例4】碳酸鈉和碳酸氫鈉溶解性、堿性對(duì)比實(shí)驗(yàn)；碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液分別與酸反應(yīng)對(duì)比。

在溶解性實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)該選擇相同質(zhì)量的水、投入相同質(zhì)量的Na2CO3和 NaHCO3，還可以引導(dǎo)學(xué)生感受溶解過(guò)程的熱效應(yīng)等，讓學(xué)生感知化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的顯性與隱性現(xiàn)象。由于區(qū)別碳酸鈉和碳酸氫鈉是在二者未知的情況下，所以教學(xué)中要對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行補(bǔ)充和修正，要強(qiáng)調(diào)水溶液的堿性強(qiáng)弱實(shí)驗(yàn)、碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是在其物質(zhì)的量濃度相同的情況下進(jìn)行比較的，既突出了教學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，也為后續(xù)學(xué)習(xí)控制變量法做好鋪墊。

【案例5】用CaCl2或BaCl2溶液鑒別碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液的實(shí)驗(yàn)。

這一實(shí)驗(yàn)要從定量的角度去認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)研究表明［4］，在常量范圍（＞1%）內(nèi)，向 Na2CO3和 NaHCO3溶液中分別滴加CaCl2或BaCl2溶液，Na2CO3溶液中僅僅只產(chǎn)生白色沉淀，而NaHCO3溶液中既有白色沉淀，也有較多量的氣泡（若氣體逸出緩慢可置于70℃的水?。?在微量范圍（0.01%～1%）和痕量（＜0.01%）范圍內(nèi)，用CaCl2或BaCl2溶液在碳酸氫鈉溶液中無(wú)法看到沉淀形成對(duì)比，突出定量對(duì)于化學(xué)研究的重要意義。

由于知識(shí)的復(fù)雜性、認(rèn)知的階段性和能力的發(fā)展性，決定了教學(xué)具有探究性和學(xué)習(xí)具有創(chuàng)造性。教學(xué)中要直面 “NaHCO3溶液與 CaCl2溶液混合可能產(chǎn)生白色沉淀和氣泡”這一“異?，F(xiàn)象”，設(shè)計(jì)常量和微量對(duì)比實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)量變引起質(zhì)變的認(rèn)識(shí)，也為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)提供可研究的素材。

三、從微觀的角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)機(jī)理

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)宏微聯(lián)系，見(jiàn)著知微，實(shí)現(xiàn)從掌握一種現(xiàn)象、知識(shí)或結(jié)論到理解知識(shí)本質(zhì)的化學(xué)學(xué)科核心思維品質(zhì)的轉(zhuǎn)變。手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)表、曲線圖等多種形式，能夠讓微觀反應(yīng)過(guò)程直觀化、數(shù)字化、圖形化，實(shí)現(xiàn)由基于定性的教學(xué)研究向基于事實(shí)和數(shù)據(jù)的教學(xué)研究轉(zhuǎn)變，構(gòu)建從微觀視角思考宏觀問(wèn)題的化學(xué)觀念，將微觀的問(wèn)題通過(guò)具體的數(shù)據(jù)加以體現(xiàn)，滲透定量思想，讓實(shí)驗(yàn)變得可視化，構(gòu)建宏觀、微觀、符號(hào)、曲線等四重表征教學(xué)模式，形成科學(xué)、理性的思維。見(jiàn)圖 5，圖 6。

【案例6】探究碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液分別與鹽酸反應(yīng)的歷程。

圖5

圖6

可以應(yīng)用手持技術(shù)，采用圖像疊加的方法，通過(guò)圖像對(duì)比方式讓學(xué)生能夠清晰的認(rèn)識(shí)到碳酸鈉溶液與鹽酸反應(yīng)是分步進(jìn)行的。從宏觀現(xiàn)象到微觀本質(zhì)的探究，體現(xiàn)了對(duì)化學(xué)微粒觀本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。但由于技術(shù)條件的限制，有些傳感器較敏感，容易受到多種因素的干擾，穩(wěn)定性較弱，建議教學(xué)中可以事先拍攝實(shí)驗(yàn)微課視頻或者直接引入得到的數(shù)據(jù)結(jié)果加以分析，也可以引導(dǎo)學(xué)生在課外用手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)的研究性學(xué)習(xí)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。

基于上述認(rèn)識(shí)，筆者認(rèn)為可以研究教材中各種實(shí)驗(yàn)載體，挖掘?qū)嶒?yàn)功能，通過(guò)改進(jìn)或增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多重功能，引入技術(shù)支持，宏微合一，在探索知識(shí)本質(zhì)的過(guò)程中提升高階思維能力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的形成，讓學(xué)生成為新知識(shí)的探索者和發(fā)現(xiàn)者，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

［1］鄭長(zhǎng)龍,林長(zhǎng)春.論化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)功能［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1996（3）.

［2］蘇香妹.生活中實(shí)驗(yàn)資源的開(kāi)發(fā)和利用［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（1/2）.

［3］倪娟.名師課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與點(diǎn)評(píng)·中學(xué)化學(xué)（一）［M］.南京：南京師范大學(xué)出版社，2015.

［4］楊飛，馬宏佳.用氯化鈣或氯化鋇鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的再認(rèn)識(shí)［J］.化學(xué)教育，2014（11）.

G633.8

A

1673-9884（2017）08-0096-03

2017-07-02

福州市教育科學(xué)研究“十二五”規(guī)劃2015年度課題（FZ2015GH087）

劉 凱，男，長(zhǎng)樂(lè)第二中學(xué)高級(jí)教師。