用学生家庭实验推动线上教育开展

庞嵩

摘要：通过三个家庭实验对碳酸钠和碳酸氢钠的性质进行研究，将物质溶解度、溶液酸碱性、“酸、碱、盐”性质等知识整合到一起，并通过数字化实验改进传统实验，实现实验细节的“放大”，做到数形结合分析问题，以此激发学生学习兴趣，增强动手能力。借助Classln强大的互动功能和虚拟实验室，课堂创设以学生分享为主体，教师答疑解惑为辅助的新型教学模式，为疫情背景下的线上教育提供了参考。

关键词：线上教育；家庭实验；数字化实验；教学实录

文章编号：1008-0546（ 2022）11-0084-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.019

一、教材、学情分析

本节课是一节线上直播课。碳酸钠和碳酸氢钠属于沪教版初中化学九年级下册第7章第3节“几种常见的盐”中的内容。《义务教育化学课程标准（2022年版）》对学习主题“物质的性质与应用”提出的学业要求是“能基于真实问题情境，依据常见物质的性质，初步分析和解决相关的综合问题；能基于物质的性质和用途，从辩证的角度，初步分析和评价物质的实际应用”[1]。疫情肆虐，学生被迫在家接受线上教育，但线上教育与班级授课差异较大且化学学科的演示实验又较为繁多，这给广大一线教师带来了巨大挑战。主要问题集中在：1．演示实验只能播放优质视频——教学效果差；2．师生缺乏面对面交流——教学互动性差；3．教师无法关注所有人的动态——课堂管理难度大。针对以上问题，本节课放手让三位学生在家自由进行碳酸钠和碳酸氢钠的性质探究，并将研究成果以视频和PPT的形式在课堂上分享给学生，教师负责答疑解惑和拓展延伸，以此激发学生学习热情，提升课堂效果。这种颠覆传统的教学模式，也是在疫情背景下的一种新尝试。

二、教学目标

1．通过碳酸钠、碳酸氢钠的性质对比，初步形成化学观念，解决实际问题。

2．通过家庭实验的成果展示，提高线上教育的积极性，增强实践能力，达到“教是为了不教”的目的。

三、教学重难点

1．碳酸钠、碳酸氢钠与稀盐酸反应的定性与定量，宏观与微观的探究。

2．碳酸钠、碳酸氢钠固体的区分方法。

四、教学流程图

见图1。

五、教学过程

课堂引入：文学有“三苏”，分别是苏洵、苏轼、苏辙。化学也有“三苏”，分别是大苏打、苏打、小苏打。今天我们重点研究苏打（碳酸钠）与小苏打（碳酸氢钠）的性质与用途。

问题延伸：思考1：同学们已经知道哪些有关碳酸钠与碳酸氢钠的知识？

学生：白色固体、碳酸钠可以与盐酸反应、小苏打可以做发酵粉……。

教师：思考2：同学们还想知道哪些有关碳酸钠与碳酸氢钠的知识？

学生：碳酸钠与碳酸氢钠的溶解性如何？水溶液的酸碱性如何？除与稀盐酸反应外还能与哪些物质发生反应？为什么小苏打可以做发酵粉？如何获取小苏打和纯碱？

技术支持：Classln随机选人小T具，举手授权，聊天框等。

教师：本周末，班级已经有几位同学用厨房用品对它们进行了探究，现在我们请学生代表分享他的研究成果。

技术支持：Classln授权学生打开云盘PPT和视频进行讲解。

学子说：学生家庭实验1

学生实验1：碳酸钠和碳酸氢钠的溶解性实验。

实验步骤：在两个烧杯中各加入50 mL水，用温度计测量温度为14.9℃，取3g碳酸钠和碳酸氢钠固体分别放人烧杯中，用筷子搅拌，再用温度计测量温度。最后再加入50 mL水，搅拌，比较剩余固体多少。

实验现象：搅拌较长时间，固体才能渐渐溶解。碳酸钠部分溶解，溶解时放热，溶液温度最终约为16℃；碳酸氢钠也部分溶解，溶解时吸热，溶液温度最终约为13.9℃。

实验结论：室温下，碳酸钠溶解度大于碳酸氢钠。碳酸钠固体溶解放热，碳酸氢钠固体溶解吸热。

学生实验2：碳酸钠和碳酸氢钠溶液与紫甘蓝汁反应。

实验步骤：配制等浓度的碳酸钠与碳酸氢钠溶液，滴人等量紫甘蓝汁。

实验现象：装有碳酸钠溶液的杯中紫甘蓝汁变绿，装有碳酸氢钠溶液的杯中紫甘蓝汁变蓝。

实验结论：经查阅资料，紫甘蓝汁颜色变绿或变蓝均说明溶液呈碱性。在其他条件相同时，碳酸钠溶液的碱性更强。

师解惑1：

教师：请同学们分析表1、表2数据，得出相应结论。

学生：在0℃～60℃的范围内，碳酸钠的溶解度均大于碳酸氢钠。常温下，碳酸钠易溶于水，碳酸氢钠可溶于水。

教师：请同学们观察紫甘蓝汁在不同酸碱度下的颜色变化图。

学生：通过颜色对比，学生代表所配制的碳酸钠溶液pH≈11，碳酸氢钠溶液pH≈8，均呈碱性。

教师：通过pH试纸也能测定碳酸钠和碳酸氫钠溶液pH。经查阅资料，常温常压下饱和碳酸钠溶液的pH为11.6；饱和碳酸氢钠溶液的pH为8.3，与实验结果一致。

总结：碳酸钠和碳酸氢钠溶液均呈碱性。在等浓度时，碳酸钠溶液碱性更强。

设计意图：学生家庭实验出现几个问题：1．筷子不洗净擦干直接搅拌另一种溶液；2．固体未完全溶解就测温、比较溶液酸碱度等。但正是这种错误操作和不合理的对比才让家庭实验更加真实，基于真实情境下的化学研讨才有意义。教师在解惑期间抽丝剥茧，发现问题，解决问题，总结知识，使教学更富趣味性和时效性。

过渡：碳酸钠和碳酸氢钠还有哪些性质呢？我们请另一位学生代表带来分享。

学子说：学生家庭实验2

学生实验3：碳酸钠和碳酸氢钠溶液与白醋反应。

实验步骤：配制等浓度碳酸钠和碳酸氢钠溶液，向溶液中慢慢滴加白醋，观察实验现象。

实验现象：碳酸氢钠溶液中迅速产生大量气泡；碳酸钠溶液中一开始没有气泡，加入较多白醋后慢慢产生大量气泡。

实验结论：碳酸钠和碳酸氢钠溶液均能与白醋发生反应，但白醋与碳酸钠溶液反应的异常现象暂时不知晓原因。

师解惑2：

教师：家用白醋成分较为复杂，为了解决这个问题，老师将白醋替换成熟知的稀盐酸来进行研究，通过类比寻找答案。

演示实验1：两支试管中分别装有0.3 g碳酸钠和碳酸氢钠粉末，在气球中提前倒人足量稀盐酸。将气球中的稀盐酸同时、快速、全部倾倒人试管中观察现象。

学生：两支试管中均产生大量气泡，气球膨胀，装有碳酸氢钠的试管上方气球膨胀得更大。说明碳酸钠和碳酸氢钠均能与稀盐酸反应，等质量碳酸氢钠与稀盐酸反应产生的气体更多。

教师：请写出碳酸钠和碳酸氢钠与稀盐酸反应的化学方程式。

学生：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

过渡：为什么等质量碳酸氢钠和碳酸钠粉末与足量稀盐酸反应，碳酸氢钠产生的二氧化碳更多？

教师：现分别取0.318 g碳酸钠和碳酸氢钠固体加入足量稀盐酸中，计算最终产生的二氧化碳质量是多少？

学生：碳酸氢钠产生约0.167 g二氧化碳，而等质量的碳酸钠只能产生0.132 g。由此看出等质量碳酸氢钠与稀盐酸反应产生的二氧化碳更多。

技术支持：Classln发布小黑板。

过渡：碳酸氢钠和碳酸钠粉末与稀盐酸反应谁的速度更快？

演示实验2：分别在容器中提前加入约0.06 gNaHCO3或Na2CO3固体粉末，将10 mL稀盐酸同时、快速、全部加入容器中，快速插好传感器，测定二氧化碳浓度随时间的变化曲线。结果如图2所示，蓝色曲线为碳酸氢钠，红色曲线为碳酸钠。由此可以得出什么结论？

学生：在其他条件相同时，碳酸氢钠粉末与稀盐酸反应速度更快。

设计意图：碳酸氢钠和碳酸钠粉末与稀盐酸反应速率太快，无法通过肉眼区分清楚，需借助传感器测定。测定装置由反应容器（2个），二氧化碳传感器（2个），数据采集器，计算机（含配套使用的通用和专用软件）四部分组成，可定量采集数据并以图表形式清晰呈现出来，是一种现代化的新型实验技术手段。[2]数字化实验有诸多优势。一是定量分析，揭示化学规律；二是使微观现象可视化；三是实时连续采集数据。[3]

教师：请大家参考2018年苏州市中考化学第33题图（见图3），尝试从微观角度分析反应原理。

学生：溶液中的碳酸根离子和氢离子先结合生成碳酸氢根，再与氢离子进一步反应生成水和二氧化碳。碳酸钠与稀盐酸反应分两步进行，所以速度较慢。

教师：回想：为什么白醋与碳酸钠反应开始时无气泡，后续产生大量气泡？

学生：白醋与碳酸钠反应也可能分步进行。

设计意图：通过类比法，用碳酸钠与稀盐酸的分步反应原理解释异常现象，将复杂问题简单化，更符合初中生的思维认知。实验时将定性的气球大小问题，转化为定量的计算，使结果更加直观。最后宏微结合解释分步反应原理，并对其进行三重表征，加深学生理解。

过渡：研究性质的目的是更好地认识和利用物质，请第三位学生代表带来分享。

学子说：学生家庭实验3

学生实验4：面饼实验——碳酸氢钠受热分解。

实验内容：将碳酸氢钠与碳酸钠粉末分别放人面团中，揉和均匀，起锅烧油煎饼，观察现象。

实验现象：加入碳酸氢钠的面饼在油煎后明显蓬松，加入碳酸钠的面饼无明显改变，面饼内部的气孔差异也较大。

师解惑3：

教师：利用Classln化学虚拟实验室如图4所示，模拟碳酸氢钠受热分解实验。

技术支持：Classln化学虚拟实验室。

演示实验3：加热碳酸氢钠固体，并将产生的气体通人澄清石灰水中，观察现象。在加热后的剩余固体中加入过量稀盐酸，并将气体通人澄清石灰水中，观察现象。

实验现象：试管壁上有水珠，澄清石灰水变浑浊。剩余固体加入稀盐酸后，产生大量气泡，产生的气体使澄清石灰水变浑浊。

实验结论：碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳、水和碳酸钠。

化学方程式：

总结：小苏打做发酵粉的原理：碳酸氢钠受热分解或与发酵过程中产生的酸性物质作用均会生成二氧化碳气体，使面饼更加蓬松多孔。

设计意图：化学虚拟实验在传统教学中不多见。根据课后问卷调查显示，75.3%的学生相较真实实验更喜欢这种形式。虚拟实验的结果真实有效且现象更明显，用于取代部分传统演示实验会有出乎意料的效果。同时，虚拟实验成功率较高，速度更快，如果能邀请学生一起参与演示，效果将更好。

教师：纯碱碳酸钠也有很多用途：造纸、洗涤剂、纺织印染、制玻璃陶瓷等。那純碱是如何获得的？请大家阅读书本54页，回答问题。

学生：通过天然内陆盐湖提取，也可以通过工业生产。

教师：视频：侯德榜及其侯氏联合制碱法。

巩固训练：技术支持：Classln发布选项实时统计。

板书：随堂手动输入，Classln自动生成，分享给学生。

六、教学反思

1．教学形式的创新。本节课鼓励学生利用厨房用品动手实验，将探究过程拍摄成小视频或者制作成PPT，然后向其他同学分享成果，最后由教师对家庭实验进行点评并答疑解惑，以此提高学生实验参与度、兴趣感和成就感，最终提升课堂效果。

2．授课方式的转变。本节课充分利用Classln的互动性和实效性组织线上教学。Classln中的小工具，如视频墙可以用于迅速查看学生整体学习状态；计时器和倒计时功能能更好地控制上课时间，把握课堂节奏；小黑板和选项发布与统计为教师的随堂反馈提供了新的可能；语音互动和分享功能实现了师生的实时交流，便于教师及时掌握学生个人学习状态；化学虚拟实验室作为一种新颖的演示实验形式，效果显著。

3．传统文化的宣扬。本节课的课堂引入将“文学三苏”和“化学三苏”进行了有机融合；给学生的关键词“学子说”“三人行必有我师”来源于《论语》；给教师的关键词“师解惑”取白韩愈的《师说》：“师者，所以传道授业解惑也！”；给作业的关键词“百尺竿头须进步”出白宋·释道原《景德传灯录》卷十：“师示一偈曰：‘百丈竿头不动人，虽然得人未为真。百尺竿头须进步，十方世界是全身。”

4．应试教育的内化。本节课用2018年苏州市中考卷第33题的原图解释碳酸钠与稀盐酸反应的微观本质，以此达到在新授课中融人中考要求的目的，符合新课标的要求。

参考文献

[1]义务教育化学课程标准（2022版）[s]．北京：北京师范大学出版社，2022：18-21.

[2]夏建华，数字化实验与中学化学教学深度融合[M]．合肥：安徽教育出版社，2016，2．

[3]缪徐，初中化学数字化实验教学的认知与思考[J]．中小学数字化教学，2020（4）：66-69．