挖掘教材实验功能，助力化学课堂教学——以苏教版化学1“碳酸钠的性质与应用”教学为例

刘 凯 陶 杰 胡志刚

（1.长乐第二中学，福建 长乐 350211；2.福建师范大学化学与化工学院，福建 福州 350007）

挖掘教材实验功能，助力化学课堂教学
——以苏教版化学1“碳酸钠的性质与应用”教学为例

刘 凯1陶 杰1胡志刚2

（1.长乐第二中学，福建 长乐 350211；2.福建师范大学化学与化工学院，福建 福州 350007）

文章以苏教版化学1“碳酸钠的性质与应用”教学为例，在遵循教材编写意图的基础上，探讨合理挖掘教材实验功能的三个途径：生活化实验的开发与应用、定性与定量实验对比、从微观的角度认识反应机理，助力化学课堂教学。

教材实验；功能；激发兴趣；课堂教学

化学实验的教学功能是多方面的，包括动机功能、认识论功能和方法论功能等显性功能，还括德育功能和美育功能等隐性功能［1］。以苏教版化学必修1“碳酸钠的性质与应用”的教学内容为例，在涉及的实验教学环节，可以挖掘教材实验功能的不同途径，引导学生分析实验设计的不同功能取向和动机，以不同的呈现形式帮助学生实现对知识的建构以及转化，因所处的学习层面发生质的变化，在一定程度上实现了课堂深度学习。

该课主要通过碳酸钠与碳酸氢钠的性质对比、鉴别与转化实验，学习碳酸钠与碳酸氢钠的性质与应用，建立“性质与应用”之间的必然联系，教材中的实验内容如表1所示。

上述四部分实验内容的先后顺序符合认知水平和能力发展的螺旋式上升规律，从表1教材实验的呈现形式看，包括性质实验、实验方案设计、生活化实验和工业化实验，因此实验教学既是该节课学习的主要载体，也是达成教学目标的重要途径。活动与探究1主要体现了对物质性质的认识论功能；活动探究2以表格的形式呈现信息，要求设计实验方案，这一编排具有定向、激发、组织和评价的延伸功能，赋予教师和学生更宽广的发挥空间，充分发挥教学的主动性和创造性，体现了对比实验的方法论功能；图片素材和拓展视野既体现了化学的学科价值，也体现了育人功能。

一、生活化实验的开发与应用

化学知识广泛应用生产、生活的各个方面。实验的动机功能，既由实验本身的固有属性所决定，丰富多样的实验现象最容易激发学生兴趣；也由施教者对实验的挖掘程度有关，生活化实验设计是发挥实验动机功能最直接和最有效的途径之一。［2］借助于生活化实验激趣的同时，也能够引出学习的对象，作为感知反应存在的生动素材，化无形于有形。例如：碳酸钠和碳酸氢钠在溶液中的转化，苏教版教材中只提供了一个方程式：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3，此时可以做“加法”，设计如下可供参考的生活化实验：

【案例1】取一瓶600 mL的雪碧（富含CO2），分别倒出约三分之一的雪碧于两个空的矿泉水瓶中，其中一瓶迅速加入5～6g的Na2CO3粉末，盖好瓶塞，让两个学生摇匀，发现加Na2CO3粉末的雪碧瓶瘪了。

利用简单的生活化实验动态引出该节课学习的主角——Na2CO3和NaHCO3，远比展示静态图片和口头描述要生动，通过实验创设达到激趣的效果。让学生从宏观现象感受到微观反应的存在事实，继而通过分析推理得出符号表征，让生活化实验在四重表征中起到桥梁架构的作用，培养学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养。

【案例2】设计热的纯碱去油污和“微波炉发面”［3］将和好的三个面团加入微波炉加热，见图1：

图1

学会化学实验研究中控制变量的思想。让化学知识在课外得到拓展和延伸，让学生亲身体验化学的学科价值，引导学生通过网络查阅信息，在“去油污”的实验中建立性质（碱性）与应用之间的联系，也为后续选修模块中的相关知识提供事实性素材；在“微波炉发面”中感受发酵粉原理和中和有机酸等知识，拓展和完善该节课所学的内容，引导学生主动探究解决问题的正确途径。

生活化实验的选择要原料易得、现象独特、留有悬念，贴近学生生活实际和认知水平。同时，实验素材的选择要能够适切教学的主题，为解决某些教学问题而引入，切勿只为现象“壮观”制造轰动效应，而作用甚微，落入“跑题”的误区。实验素材的选择还要善于发现化学的正能量，切勿过分放大化学的负面影响，若使用负面素材，也要对学生进行风险认知教育，这是化学工作者所肩负的育人观念。教学过程中要“首尾呼应”，注意引导学生合理分析现象。例如：面包在烘焙过程中受热会促使碳酸氢钠分解放出二氧化碳，面包发酵过程中会生成乳酸，乳酸亦可与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，这两种主要因素均使面包具有松软的结构，切不可凭自己的经验片面解释现象，以免犯错。

二、定性与定量实验对比

化学实验承担着方法论功能，所有的实验，实际上都是在条件控制下进行和观察的。“表格2-4碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较”提供了必要的比较信息，可以帮助学生去思考隐藏在表格背后有价值的信息，对内隐性的认知方法提升具有独特的优势。学生依据这些信息提出实验探究内容，一般会从物理性质（溶解性）及化学性质（水溶液的酸碱性、热稳定性、与酸溶液反应、与盐溶液反应）等方面进行探究实验设计。“表格2-5区别碳酸钠与碳酸氢钠的实验”属于策略完善类表格，可以帮助教师快速诊断学生认知现状，包括观察、分析、概括、表达、综合、运用等。两个表格相辅相成，而通过控制或改变实验条件进行实验对比是得到的实验结论的最佳方法之一。

（一）从定性的角度对比分析

【案例3】教材中碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性的对比实验如图2所示，可以改进为图3和图4所示的装置。

改进1：如图3，利用套管实验，将碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性实验合二为一，形成对比。

改进2：如图4：在铜片上中分别放上约6g Na2CO3和NaHCO3固体，各罩上一只干冷的小烧杯，加热片刻，观察现象。取下烧杯，各加入少量澄清石灰水，振荡，观察现象。

图2

图3

图4

图3 和图4实验在保证实验现象明显的情况下，能够简化实验步骤，缩短实验时间，体现对比实验的方法和实验创新意识。在改进教材实验时，关注实验效果的同时，要注意继承原有实验的功能，不要造成其他功能的缺失；仪器的替代要以化学专业仪器为主，具有简约性，让学生容易理解实验的原理。

（二）从定量的角度对比分析

化学实验中的定量化研究，不仅有利于学生更加清晰地认识物质世界，建立科学的研究物质的方法体系，而且有利于形成完整的学科知识体系和建构更加丰富的化学实验内涵。

【案例4】碳酸钠和碳酸氢钠溶解性、碱性对比实验；碳酸钠和碳酸氢钠溶液分别与酸反应对比。

在溶解性实验中，应该选择相同质量的水、投入相同质量的Na2CO3和 NaHCO3，还可以引导学生感受溶解过程的热效应等，让学生感知化学实验中的显性与隐性现象。由于区别碳酸钠和碳酸氢钠是在二者未知的情况下，所以教学中要对实验方案进行补充和修正，要强调水溶液的碱性强弱实验、碳酸钠和碳酸氢钠溶液与酸的反应实验是在其物质的量浓度相同的情况下进行比较的，既突出了教学的严谨性，也为后续学习控制变量法做好铺垫。

【案例5】用CaCl2或BaCl2溶液鉴别碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液的实验。

这一实验要从定量的角度去认识，实验研究表明［4］，在常量范围（＞1%）内，向 Na2CO3和 NaHCO3溶液中分别滴加CaCl2或BaCl2溶液，Na2CO3溶液中仅仅只产生白色沉淀，而NaHCO3溶液中既有白色沉淀，也有较多量的气泡（若气体逸出缓慢可置于70℃的水浴）。 在微量范围（0.01%～1%）和痕量（＜0.01%）范围内，用CaCl2或BaCl2溶液在碳酸氢钠溶液中无法看到沉淀形成对比，突出定量对于化学研究的重要意义。

由于知识的复杂性、认知的阶段性和能力的发展性，决定了教学具有探究性和学习具有创造性。教学中要直面 “NaHCO3溶液与 CaCl2溶液混合可能产生白色沉淀和气泡”这一“异常现象”，设计常量和微量对比实验，加深学生对量变引起质变的认识，也为学生后续学习化学反应原理知识提供可研究的素材。

三、从微观的角度认识反应机理

化学实验教学中要注重引导学生加强宏微联系，见著知微，实现从掌握一种现象、知识或结论到理解知识本质的化学学科核心思维品质的转变。手持技术实验可以通过采集到的数据转化为数据表、曲线图等多种形式，能够让微观反应过程直观化、数字化、图形化，实现由基于定性的教学研究向基于事实和数据的教学研究转变，构建从微观视角思考宏观问题的化学观念，将微观的问题通过具体的数据加以体现，渗透定量思想，让实验变得可视化，构建宏观、微观、符号、曲线等四重表征教学模式，形成科学、理性的思维。见图 5，图 6。

【案例6】探究碳酸钠、碳酸氢钠溶液分别与盐酸反应的历程。

图5

图6

可以应用手持技术，采用图像叠加的方法，通过图像对比方式让学生能够清晰的认识到碳酸钠溶液与盐酸反应是分步进行的。从宏观现象到微观本质的探究，体现了对化学微粒观本质的认识。但由于技术条件的限制，有些传感器较敏感，容易受到多种因素的干扰，稳定性较弱，建议教学中可以事先拍摄实验微课视频或者直接引入得到的数据结果加以分析，也可以引导学生在课外用手持技术实验进行此实验的研究性学习，体验实验的过程。

基于上述认识，笔者认为可以研究教材中各种实验载体，挖掘实验功能，通过改进或增补实验，激发学生的好奇心和求知欲，发挥实验教学的多重功能，引入技术支持，宏微合一，在探索知识本质的过程中提升高阶思维能力，促进深度学习的形成，让学生成为新知识的探索者和发现者，促进学生核心素养的形成。

［1］郑长龙,林长春.论化学实验的教育教学功能［J］.中学化学教学参考，1996（3）.

［2］苏香妹.生活中实验资源的开发和利用［J］.中学化学教学参考，2015（1/2）.

［3］倪娟.名师课堂教学设计与点评·中学化学（一）［M］.南京：南京师范大学出版社，2015.

［4］杨飞，马宏佳.用氯化钙或氯化钡鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液的再认识［J］.化学教育，2014（11）.

G633.8

A

1673-9884（2017）08-0096-03

2017-07-02

福州市教育科学研究“十二五”规划2015年度课题（FZ2015GH087）

刘 凯，男，长乐第二中学高级教师。