“金屬元素及其化合物”的“實驗化教學”方法初探

李虎山

摘要：元素及其化合物的傳統(tǒng)教法是從元素的單質再到化合物，從物理性質再到化學性質按層次鋪展而成。從實踐的效果看，金屬元素及其化合物的教學向實驗化或實驗探究化方向轉移，則會取得更好的效果。文章就如何在“金屬元素及其化合物”的教學中向實驗化轉移作闡述。

關鍵詞：金屬元素;化合物;實驗觀察;形象記憶;實驗化教學

文章編號：1008-0546（2014）12-0033-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.12.012

中學化學的“金屬元素及其化合物”始于初中，高中則對鈉、鋁、鐵的單質及其化合物作重點介紹。課程的核心思想就是通過金屬及其化合物性質的學習，提高學生對“化學是一門以實驗為基礎的科學”的認識，培養(yǎng)學生的實驗意識、操作技能，觀察能力和分析問題的能力。進而讓學生系統(tǒng)掌握金屬元素及其化合物的學習方法，并重點掌握幾種典型金屬及其化合物的性質、用途、制備方法，以應用于生產(chǎn)生活。

一、問題的提出

目前多數(shù)老師對“元素及其化合物”部分的教學拘泥于傳統(tǒng)模式，從物理性質講到化學性質（偶爾因講化學性質之需引入課堂演示實驗），最后從性質導出其用途，如此而已、效果平平。如果大膽創(chuàng)新、精心設置金屬元素的“實驗化教學”，則會將“元素及其化合物”貫穿于實驗教學之中，讓學生在眼見為實的教學中獲得過目難忘的體驗，并漸漸提升其觀察、思維、探究等綜合學習的能力！

二、解決的方法

下面就人教版《化學1》教材中“鈉的單質及其化合物”的“實驗化教學”設計分述如下：

1. 《鈉及其重要化合物》的教學設計思路

金屬鈉很活潑必須保存在煤油中，否則會很快氧化變成白色的氧化鈉，但氧化鈉的穩(wěn)定性較小，在非水狀態(tài)下與空氣接觸，最終會轉化成更穩(wěn)定的Na2O2（淡黃色），這些變化在鈉保存的煤油瓶中可以見到。Na2O2與水及二氧化碳的反應，因現(xiàn)象劇烈會給學生留下難以忘卻的印象，其中之一的產(chǎn)物碳酸鈉，正是本課中要重點討論的鈉鹽之一……，所以只要按思路設計好實驗流程就一定會在取得很好實驗現(xiàn)象的同時取得良好的教學效果。

2. 基于以上思路的“實驗化教學”課堂設計

[實驗Ⅰ]出示保存鈉的試劑瓶（表明鈉比煤油的密度大），用鑷子從煤油中取出表面有些發(fā)黃（后續(xù)解釋：淡黃色的Na2O2更穩(wěn)定?。┑拟c塊，用濾紙吸干凈其表面的煤油，小刀切割（質地很軟），讓學生迅速觀看其斷面（銀白色、金屬光澤，迅速與空氣中的氧氣反應生成白色的Na2O，而使斷面迅速變灰暗），然后將其小心地放到盛有水的燒杯中觀察現(xiàn)象（密度比水小，與水劇烈反應，放熱并有氫氣產(chǎn)生，故可能有火花！），反應結束后滴加1-2滴酚酞（鈉與水反應生成氫氣和強堿氫氧化鈉）。

至此，教師只一兩句話，提醒同學注意觀察并記錄實驗現(xiàn)象，就能順利完成鈉的物理性質及部分化學性質的教學。此時無聲勝有聲！

[實驗Ⅱ]另取吸干凈表面煤油的鈉兩小塊（皆約黃豆大?。?，分別置于直通管中并用酒精燈加熱，觀察到鈉燃燒且有黃色火焰產(chǎn)生（鈉元素的焰色），生成淡黃色固體（過氧化鈉的顏色與狀態(tài)），將生成的產(chǎn)物從直通管中取出，一份用脫脂棉包住讓學生用吸管對其吹氣，一會棉花劇烈燃燒起來（過氧化鈉與CO2反應生成氧氣并放熱），另一份滴加水2滴左右，一會棉花同樣劇烈燃燒起來（過氧化鈉與H2O反應生成氧氣并放熱）。（本實驗主要針對鈉的化學性質以及過氧化鈉的物理性質和化學性質而設計的）

3. 根據(jù)實驗觀察后的問題分析與思考

（1）從“實驗Ⅰ”你得到鈉有怎樣的理化性質？

（2）你看到切開的鈉表面的現(xiàn)象是？如果此次不用，則一段時間后再從煤油瓶中取出表面就會出現(xiàn)表面部分發(fā)黃的狀況，你猜測可能的反應是 ? ? ? ? ? ?。

（3）將金屬鈉投入水中你觀察的現(xiàn)象，說明了鈉又具有怎樣的性質（包括物理和化學性質）？

（4）從“實驗Ⅱ”你能得到鈉的什么化合物的何種化學性質，其對應的化合物Na2O2又具有什么性質？這些性質會有哪些應用？

（5）綜合上述實驗，請你完整描述鈉以及過氧化鈉的主要的物理及化學性質。

以上問題主要是通過對實驗現(xiàn)象的回顧，總結并挖掘出鈉及其化合物的主要性質。

[實驗Ⅲ]（一）取NaHCO3與Na2CO3樣品展示后，分別各取一藥匙溶于裝有4mL水的大試管中，充分振蕩，觀察現(xiàn)象（粗略得到NaHCO3比Na2CO3溶解得更少?。?，留置備用。①分別取1mL左右的飽和兩溶液，各滴2滴酚酞，觀察現(xiàn)象;②另取兩試管分別取1mL左右的兩溶液，同時分別滴加等濃度的稀鹽酸，觀察現(xiàn)象;③再取1mL左右的溶液，分別滴加氯化鋇溶液;④最后取余下的兩飽和溶液，分別滴加澄清石灰水，觀察現(xiàn)象。

就上述實驗觀察到的不同現(xiàn)象，提出如下問題：

（1）①的現(xiàn)象說明什么？有何應用？

（2）②的現(xiàn)象說明什么？實驗中的離子方程式分別如何書寫？你聯(lián)想到哪些應用或用途？

（3）③的現(xiàn)象表明絕大多數(shù)碳酸氫鹽是可溶于水的，這一結論對嗎？本實驗又有何應用？

（4）④表明Ca（OH）2、Ba（OH）2溶液能否鑒別NaHCO3與Na2CO3？用離子方程式表明原因。

（5）要比較Na2CO3與NaHCO3溶液的堿性誰更強，NaHCO3與Na2CO3與鹽酸反應誰更快，上述①和②的做法合理嗎？若不合理如何改進？

同學的討論自然會涉及到濃度問題，順著學生的思路，推出如下實驗：

[實驗Ⅲ]（二）使用與電腦連接好的pH傳感器探頭，分別測定兩瓶濃度都為0.3mol/L的NaHCO3與Na2CO3溶液（課前已經(jīng)配好）的pH值。投影出測定結果NaHCO3為8.4，Na2CO3為10.5。另取兩溶液1-2mL分別向其中同時加入1滴管（約0.4mL） 0.5mol/L的鹽酸，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢。endprint

[講述]精確的pH傳感器測得的數(shù)據(jù)充分說明了無論飽和還是等濃度的NaHCO3和Na2CO3堿性都是Na2CO3更強，所以它才有“純堿”的俗稱啊！

[實驗Ⅳ]進行如右圖所示的實驗，觀察現(xiàn)象：

結論是： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

對應的方程式是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

本實驗的直接應用是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

很顯然，無需贅述，所有的實驗和問題的討論目標指向的都是NaHCO3與Na2CO3這兩種鈉的重要化合物核心知識點——“主要性質和重要用途”，作為鈉及其化合物的教學，其主要的核心內容全部在本設計中充分體現(xiàn)出來，這比什么樣的課堂設計都要直觀明了，效果都將是直接可靠而且?guī)缀跏巧羁屉y忘的。

三、檢測與分析

課后一周，筆者在所教的兩個平行班高一（4）班（“實驗化教學”的班級）和高一（9）班（所有知識點講解全都覆蓋，但用傳統(tǒng)方法加演示實驗進行）做過一次比較性小測試（4大題共50分）：

1. 鈉與氧氣反應會得到 ? ? ? ?（4分），其（產(chǎn)物）與水和CO2反應的化學方程式分別是： ? ? ? ?（8分）;現(xiàn)有金屬鈉一小塊，將其置于空氣中，最終將變成

（4分），整個過程中涉及的主要化學方程式：

（6分）;如果將其置于干燥的空氣中，最終變成

（2分）;

2. 有兩瓶無色溶液分別是NaHCO3與Na2CO3，試用盡可能多的方法鑒別它們： ? ? ? ?（6分）;

3.向等濃度等體積的Na2CO3、NaHCO3溶液中分別加入足量的稀鹽酸，放出氣體的速率 ? ? ? ?大（填“前者”、“后者”或“一樣”，下同）（2分）;產(chǎn)生氣體的體積 ? ? ? ?大（2分）;當加入少量稀鹽酸溶液時，發(fā)生反應的離子方程式分別為 ? ? ? ?（4分）; ? ? ? ?（4分）;

4.某Na2CO3樣品中可能含有NaHCO3，如何檢驗？如有NaHCO3存在，則如何除去？（8分）

對比實驗與采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)4舍5入全部取整）見第46頁表格。

四、實踐與思考

實驗測定的數(shù)據(jù)雖不能完全說明“實驗化教學”方法一定優(yōu)于傳統(tǒng)的教授模式，但從實驗數(shù)據(jù)至少可以體會到本法在學生掌握與記憶物質性質上的優(yōu)勢還是相當明顯的——挖掘了學生觀察能力提升其學習的質量與品味！如此，就值得去推行去嘗試！因為“教育就是生長，其本質是人的發(fā)展，也就是說，教育的過程就是發(fā)掘人的天性、潛能以及潛在價值的過程。”

實驗教學的優(yōu)點是提高學生的學習興趣同時，可以將整個元素及化合物的知識巧妙地穿插在所設計的實驗中，讓學習者去觀察、發(fā)現(xiàn)甚至進行探究性嘗試。

以金屬的知識為線索，通過閱讀、查閱資料、實驗觀察及現(xiàn)象分析、討論和概括等一系列教學行為，培養(yǎng)學生獲取知識及信息加工的能力，通過比較、歸納等手法，讓學生逐步掌握學習元素化合物知識的一般方法，這正是“實驗化教學”應用于這一課題的獨一無二的優(yōu)勢所在。

參考文獻

[1] 江蘇省教育考試院.2013江蘇省普通高中學業(yè)水平測試（選修科目）說明[M].南京：江蘇教育出版社，2013

[2] 林格.教育是一種大智慧[M].北京：清華大學出版， 2007.1handsomeliwen@163.comendprint

[講述]精確的pH傳感器測得的數(shù)據(jù)充分說明了無論飽和還是等濃度的NaHCO3和Na2CO3堿性都是Na2CO3更強，所以它才有“純堿”的俗稱??！

[實驗Ⅳ]進行如右圖所示的實驗，觀察現(xiàn)象：

結論是： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

對應的方程式是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

本實驗的直接應用是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

很顯然，無需贅述，所有的實驗和問題的討論目標指向的都是NaHCO3與Na2CO3這兩種鈉的重要化合物核心知識點——“主要性質和重要用途”，作為鈉及其化合物的教學，其主要的核心內容全部在本設計中充分體現(xiàn)出來，這比什么樣的課堂設計都要直觀明了，效果都將是直接可靠而且?guī)缀跏巧羁屉y忘的。

三、檢測與分析

課后一周，筆者在所教的兩個平行班高一（4）班（“實驗化教學”的班級）和高一（9）班（所有知識點講解全都覆蓋，但用傳統(tǒng)方法加演示實驗進行）做過一次比較性小測試（4大題共50分）：

1. 鈉與氧氣反應會得到 ? ? ? ?（4分），其（產(chǎn)物）與水和CO2反應的化學方程式分別是： ? ? ? ?（8分）;現(xiàn)有金屬鈉一小塊，將其置于空氣中，最終將變成

（4分），整個過程中涉及的主要化學方程式：

（6分）;如果將其置于干燥的空氣中，最終變成

（2分）;

2. 有兩瓶無色溶液分別是NaHCO3與Na2CO3，試用盡可能多的方法鑒別它們： ? ? ? ?（6分）;

3.向等濃度等體積的Na2CO3、NaHCO3溶液中分別加入足量的稀鹽酸，放出氣體的速率 ? ? ? ?大（填“前者”、“后者”或“一樣”，下同）（2分）;產(chǎn)生氣體的體積 ? ? ? ?大（2分）;當加入少量稀鹽酸溶液時，發(fā)生反應的離子方程式分別為 ? ? ? ?（4分）; ? ? ? ?（4分）;

4.某Na2CO3樣品中可能含有NaHCO3，如何檢驗？如有NaHCO3存在，則如何除去？（8分）

對比實驗與采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)4舍5入全部取整）見第46頁表格。

四、實踐與思考

實驗測定的數(shù)據(jù)雖不能完全說明“實驗化教學”方法一定優(yōu)于傳統(tǒng)的教授模式，但從實驗數(shù)據(jù)至少可以體會到本法在學生掌握與記憶物質性質上的優(yōu)勢還是相當明顯的——挖掘了學生觀察能力提升其學習的質量與品味！如此，就值得去推行去嘗試！因為“教育就是生長，其本質是人的發(fā)展，也就是說，教育的過程就是發(fā)掘人的天性、潛能以及潛在價值的過程?！?/p>

實驗教學的優(yōu)點是提高學生的學習興趣同時，可以將整個元素及化合物的知識巧妙地穿插在所設計的實驗中，讓學習者去觀察、發(fā)現(xiàn)甚至進行探究性嘗試。

以金屬的知識為線索，通過閱讀、查閱資料、實驗觀察及現(xiàn)象分析、討論和概括等一系列教學行為，培養(yǎng)學生獲取知識及信息加工的能力，通過比較、歸納等手法，讓學生逐步掌握學習元素化合物知識的一般方法，這正是“實驗化教學”應用于這一課題的獨一無二的優(yōu)勢所在。

參考文獻

[1] 江蘇省教育考試院.2013江蘇省普通高中學業(yè)水平測試（選修科目）說明[M].南京：江蘇教育出版社，2013

[2] 林格.教育是一種大智慧[M].北京：清華大學出版， 2007.1handsomeliwen@163.comendprint

[講述]精確的pH傳感器測得的數(shù)據(jù)充分說明了無論飽和還是等濃度的NaHCO3和Na2CO3堿性都是Na2CO3更強，所以它才有“純堿”的俗稱?。?/p>

[實驗Ⅳ]進行如右圖所示的實驗，觀察現(xiàn)象：

結論是： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

對應的方程式是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ;

本實驗的直接應用是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

很顯然，無需贅述，所有的實驗和問題的討論目標指向的都是NaHCO3與Na2CO3這兩種鈉的重要化合物核心知識點——“主要性質和重要用途”，作為鈉及其化合物的教學，其主要的核心內容全部在本設計中充分體現(xiàn)出來，這比什么樣的課堂設計都要直觀明了，效果都將是直接可靠而且?guī)缀跏巧羁屉y忘的。

三、檢測與分析

課后一周，筆者在所教的兩個平行班高一（4）班（“實驗化教學”的班級）和高一（9）班（所有知識點講解全都覆蓋，但用傳統(tǒng)方法加演示實驗進行）做過一次比較性小測試（4大題共50分）：

1. 鈉與氧氣反應會得到 ? ? ? ?（4分），其（產(chǎn)物）與水和CO2反應的化學方程式分別是： ? ? ? ?（8分）;現(xiàn)有金屬鈉一小塊，將其置于空氣中，最終將變成

（4分），整個過程中涉及的主要化學方程式：

（6分）;如果將其置于干燥的空氣中，最終變成

（2分）;

2. 有兩瓶無色溶液分別是NaHCO3與Na2CO3，試用盡可能多的方法鑒別它們： ? ? ? ?（6分）;

3.向等濃度等體積的Na2CO3、NaHCO3溶液中分別加入足量的稀鹽酸，放出氣體的速率 ? ? ? ?大（填“前者”、“后者”或“一樣”，下同）（2分）;產(chǎn)生氣體的體積 ? ? ? ?大（2分）;當加入少量稀鹽酸溶液時，發(fā)生反應的離子方程式分別為 ? ? ? ?（4分）; ? ? ? ?（4分）;

4.某Na2CO3樣品中可能含有NaHCO3，如何檢驗？如有NaHCO3存在，則如何除去？（8分）

對比實驗與采集的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)4舍5入全部取整）見第46頁表格。

四、實踐與思考

實驗測定的數(shù)據(jù)雖不能完全說明“實驗化教學”方法一定優(yōu)于傳統(tǒng)的教授模式，但從實驗數(shù)據(jù)至少可以體會到本法在學生掌握與記憶物質性質上的優(yōu)勢還是相當明顯的——挖掘了學生觀察能力提升其學習的質量與品味！如此，就值得去推行去嘗試！因為“教育就是生長，其本質是人的發(fā)展，也就是說，教育的過程就是發(fā)掘人的天性、潛能以及潛在價值的過程?！?/p>

實驗教學的優(yōu)點是提高學生的學習興趣同時，可以將整個元素及化合物的知識巧妙地穿插在所設計的實驗中，讓學習者去觀察、發(fā)現(xiàn)甚至進行探究性嘗試。

以金屬的知識為線索，通過閱讀、查閱資料、實驗觀察及現(xiàn)象分析、討論和概括等一系列教學行為，培養(yǎng)學生獲取知識及信息加工的能力，通過比較、歸納等手法，讓學生逐步掌握學習元素化合物知識的一般方法，這正是“實驗化教學”應用于這一課題的獨一無二的優(yōu)勢所在。

參考文獻

[1] 江蘇省教育考試院.2013江蘇省普通高中學業(yè)水平測試（選修科目）說明[M].南京：江蘇教育出版社，2013

[2] 林格.教育是一種大智慧[M].北京：清華大學出版， 2007.1handsomeliwen@163.comendprint