实验探究教学中的二个问题商讨及思考

薛树青

摘要：通过观摩研讨课而提出的2个实验探究结论问题，与同行们商榷，与此同时，在实验探究素材的选择及教师的专业知识结构优化方面，阐明了自己2点思考。

关键词：初中化学；实验探究；问题思考；学科素养

文章编号：1008-0546（2017）04-0082-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.028

一、问题的提出

近日有幸参加县、区级初中化学课堂教学研讨活动，分别观摩了“‘暖宝宝成分探究”以及“碳酸钠与硫酸铜反应产物探究”2节以实验探究为载体的公开课，对于2位执教老师的全新的课堂教学理念，深厚的课堂教学基本功，精湛的课堂教学艺术尤为赞赏，特别是通过分组实验，引领学生在化学实验中发现问题、分析问题，以问题为主线联动整个课堂，引发学生的认知冲突，激活学生思维，学生在思考中建构新的知识。如此的学生主体和教师的主导相得益彰的教学方式与课堂魅力，给观摩教师很多的启迪，笔者至今仍记忆犹新，不断地揣摩与思考。但似乎感觉教师对实验结论的诠释在某些方面比较牵强，甚至有2个问题的解释说法值得商榷。现成文如下，与同行们研讨，以期共同提高：

1. 问题1“暖宝宝”中的活性炭仅仅是 “作为铁粉的载体，吸附铁粉，使热量得以均匀散发”吗？

[课堂实录]

[分组实验]学生分组实验探究：根据“贝贝猫贴身暖宝宝”标签上所提供的信息，探究“暖宝宝”发热的原理。

（学生根据标签的提示，撕开外袋取出内袋，5min后用温度计测量内料袋温度的变化。）

[教师设问]一段时间后，温度会发生什么变化？发热的原理是什么？袋内的黑色成分分别发生何种变化或承载何种作用？

[学生讨论、交流]铁粉被氧化释放出热量，食盐加快了铁粉氧化速率。

存有疑问：活性炭的作用？

[教师讲解]通常情况下，铁粉遇空气会发生氧化反应，放出热量，但此氧化属于缓慢氧化，且热量难以聚集，因此加入少量蛭石。蛭石是一种天然、无毒的矿物质，难溶于水，是一种极好的保温材料。其中活性炭具有吸附性而吸附铁粉，作为铁粉的介质，使热量得以均匀发散。

笔者认为：这发热背后的原因恐怕不只是缓慢氧化这么简单。 根据“贝贝猫贴身暖宝宝”标签知：袋内成分为铁粉、水、活性炭、食盐、蛭石等（如图1所示），将“暖宝宝”外包装撕开后，内袋“暖宝宝”发热的原因是以下两方面：

（1）氧化反应原理。通过铁粉与氧气的接触氧化而放出热量。其中，活性炭拓展了铁粉和空气的接触面积，加快了铁粉的氧化速率，且使热量得以均匀散逸。

（2）电化学反应原理。溶解在食盐溶液中的少量氧气可与铁粉、活性炭粉形成无数个微小的原电池，原电池加快了铁粉的氧化速率，将化学能转变为电能、电能转变为热能。发生了下列反应：

负极（铁） 2Fe-4e-[=]2Fe2+

正极（碳） 2H2O+O2+4e-[=]4OH-

Fe2+与OH-结合形成Fe（OH）2， Fe（OH）2在空气中被O2氧化为Fe（OH）3，Fe（OH）3又在一定条件下发生脱水反应生成红棕色的铁锈Fe2O3[1]。內袋“暖宝宝”里的热量来自于上述反应，此反应属于钢铁的电化学腐蚀，又称之为吸氧腐蚀。从这个角度说，活性炭粉主要是发生电化学反应的电极，而不能仅理解为铁粉的介质、吸附铁粉，起到使热量均匀散发的作用。蛭石是一种保温性能较好的矿物材料，外袋有一层不透气的明胶，撕开外袋，空气中的氧气进入透气的内袋（用无纺布袋制成），释放热量的时间和提供的温度是通过内袋的氧气透过速率进行调节的。所以，一片“暖宝宝”可以持续供热一段时间，且温度比较贴近人的体温。

2. 问题2 将Na2CO3溶液与CuSO4溶液混合，得到的蓝色沉淀物一定是CuCO3吗？

[课堂实录]

[分组实验]探究盐与盐发生反应的条件。学生分组实验，取2mL CuSO4溶液逐滴滴入Na2CO3溶液，观察现象。

[教师设问]将Na2CO3溶液与CuSO4溶液混合，观察到什么现象？

[学生交流、讨论]有蓝色沉淀生成。

[教师设问、讲解]蓝色沉淀是什么？蓝色沉淀物为CuCO3。因为Na2CO3+CuSO4[=]Na2SO4+CuCO3↓。

将Na2CO3溶液与CuSO4溶液混合，产生的蓝色沉淀一定为CuCO3吗？

Na2CO3属于强碱弱酸盐，其水溶液显碱性；CuSO4属于强酸弱碱盐，其水溶液显酸性，这两种物质在水溶液中都能发生水解，反应的情况比较复杂。

现各取10mL 0.1mol/L的溶液进行定量分析：由于溶液比较稀，近似等于水的密度。查阅资料[2]，25℃时：

Ksp[Cu（OH）2]=[Cu2+][OH-]2=5.6×10-20

Ksp[CuCO3]=[Cu2+][CO32-]=1.0×10-10

分以下3种情况讨论：

（1） 若将0.1mol/L CuSO4溶液逐滴加入到10mL Na2CO3溶液中。通过计算可得出OH-开始沉淀需要[Cu2+]=3.15×10-15；同理CO32-开始沉淀需要[Cu2+]为1.0×10-10/0.1=1.0×10-9<5×10-5mol/L。很明显先有Cu（OH）2沉淀析出。那么什么时候开始有CuCO3析出呢？当[Cu2+]增大到能使CuCO3开始沉淀时，Cu（OH）2和CuCO3都呈饱和溶液状态，Cu2+、OH-、CO32-同时满足对应的溶度积，沉淀为Cu（OH）2和CuCO3。

（2）若将0.1mol/LNa2CO3溶液滴入到10mL CuSO4溶液中。实际情况比较复杂，只能认为刚开始时溶液中的[Cu2+] [CO32-]=5×10-6>1.0×10-10，所以会有CuCO3沉淀析出。但CuCO3是弱酸弱碱盐，在水溶液中的水解倾向较大，CuCO3遇水立即双水解为Cu（OH）2和Cu2（OH）2CO3的混合物。

（3）若两种溶液等体积混合，由于水解对CO32-和Cu2+的浓度影响很小，根据[Cu2+] [CO32-]=2.5×10-3>1.0×10-10，则一定有CuCO3析出，且遇水立即双水解。

以上3种情况，得到的蓝色沉淀都不仅仅是CuCO3。尽管这些知识点已经超越了初中范围，但老师心中要有“底数”与“底线”，明白其中的来龙去脉。因此，在选择探究盐与盐发生反应条件的素材时，最好多选择一些强酸强碱盐，如NaCl与AgNO3、K2SO4与BaCl2反应等，可以避开此类“欲讲不能、欲罢也不能”的“两难”尴尬境地。

二、思考

思考1：有这样一个问题始终萦绕在我的脑海中，课堂教学中我们应该传授怎样的知识？传授怎样的知识才能使我们的学生具有更大的发展空间？多年来的教学实践深深体悟到：培养学生分析问题、解决问题的思维方法是最主要的知识，是课堂教学永恒的主题。引领学生进行实验探究，通过探究获取信息、分析信息，从感性到理性，自已建构原理、概念的“雏形”，是训练学生科学思维方法的重要途径与方法之一。问题的关键是如何选择素材？倘若只囿于课本中的知识点与素材资源组织学生实验探究，可能不利于拓展学生的视野，束缚学生的思维，甚至扼杀学生的创造力，这与新课程改革的初衷完全相悖。因而，选择素材的角度要多元化，具有一定的开放性，充分关注社会、生活中的热点话题，拓展学生的知识视野与应用能力。

初中化学属于中学化学的启蒙阶段，教学内容基本属于学科的基础知识，打好基础、激发兴趣，引领学生“入门”，培养基本的学科素养与能力是初中化学教学最主要的任务。但教材中的有些概念与结论，受知识体系与逻辑结构的限制，可能存在不完整、不全面的情况，具有一定的“暂定性”，留有一定的教学“空白”。因此，作为一名学科素养较高的初中化学教师，在选取探究素材时，既要考虑到初中生的学情与初中知识结构，又要充分考虑到素材背后所潜在的“上位”学科知识和规律原理，在两者之间寻找“平衡点”与“切入点”。如何筛选、组合和运用素材中的信息，充分利用素材中的相关资源引导学生进行实验探究，巧妙而适度地在学生能力的“最近发展区”内设计问题，教师的智慧、深度思考是关键因素，这既需要优良的专业知识做基石，也需要丰富的教学实践与积累做支撑。切不可简单地采用“拿来主义”整体照搬复制，更不可对于一些有“上位”学科知识的问题，缺少深度研究，自身似懂非懂，说不清、道不明而“忽悠”学生，或以讹传讹、传授伪科学知识。这既是教师坚守诚信品格的“底线”，也是教师学科素养与品质的展现，更是作为一名优秀教师的高尚美德。

思考2：化学是令人振奋、充满成就感的学科，好奇心可以帮助学生对化学学科保持持久的兴趣，批判性思维可以帮助学生日常生活或学习中养成正确理解事物的习惯与能力。要使得学生在今后的化学道路上走得更高、更远，甚至将来从事尖端的化学科学研究，中学阶段教师的正确引领是必不可少的，从这个角度说，教师完善的知识结构和良好的学科素养又是必备的基石与关键，尤其是初中化学教师，任重而道远，学生到了高中阶段，能否继续喜欢化学、选修化学，初中化学教师的决定作用非常之大，一个专业素养缺失的教师很难在本学科的研究之中有所作为，也很难成为学科教学的领军人物。对于初中化学教师而言，由于执教学段的客观原因，较少接触高中乃至大学的学科专业知识，对于初中知识的拓展与延伸所涉及到的高中或大学知识，都会出现不同程度的陌生感，这都属于普遍现象，更何况化学学科已经进入了一个高速发展的空前阶段，知识的更新与创造日新月異，新的概念与知识不断涌现，高科技手段研制的新物质层出不穷，学科之间的交叉与融合已成为许多原创性成果的源泉。因此，对一名称职的初中化学教师而言，必须做到精通初中知识、熟悉高中教材、不忘大学内容，还要不断地关注相邻学科的知识体系与发展，书桌、办公室要常备高中化学教材以及《无机化学》、《有机化学》、《物质结构》等高校教材，时常去翻阅、去浏览，或下载相应的pdf版本存放在笔记本电脑中，可随时查阅。同时要广泛阅读，养成阅读的好习惯，不断补充自身的信息量，扩充自己的知识面，时刻保持“饥饿”状态，保持敏锐的眼光，深知“一桶水”与“一杯水”的辩证关系，比学生站得更“高”、懂得更多、视野更开阔，在繁重的教学事务之中拥有属于自己时光的“黄金分割”，只有这样，你的课堂教学才能游刃有余，对于一些深奥问题的解读才能驾轻就熟。对于一些涉及到高中乃至大学知识点的相关内容，当然不适宜直接下放到初中课堂，但是，当你具备了良好的学科知识结构以后，你就会从不同的角度理解、诠释，能多维度、多层面的看待问题，智慧而有“度”地、深入浅出地进行教学，特别是对于那些具有发展潜力的优等学生来说，方能设计一些让他们“跳一跳、够得到”的更能启发深思、引发思维冲突的“亮点”问题，激活思维，点燃思维碰撞的“火花”。如此之举，因材施教、个性化发展就能落地生根开花，具备这种才能的老师至少不会 “误人子弟”。

以上实验探究教学的2个案例，也许仅仅是偶遇，笔者撰文的目的并非有“吹毛求疵”之意，只是希望能引起同行们的共鸣与关注，使我们的学科实验探究教学在素材的选择与结论的诠释等方面更具有科学性、拓展性，避免把问题讲偏、讲死，讲得太“绝对化”。

参考文献

[1] 王祖浩.普通高中课程标准实验教科书，化学2（第六版）[M].南京：江苏凤凰教育出版社，2015：41

[2] http：//www.docin.com/p-396088030.html