高中化学“碳酸钠与碳酸氢钠的性质”的项目式教学——以“探秘馒头中的膨松剂”为例

高天爽

（广东省惠州市惠州中学 广东 惠州 516000）

一、项目主题内容分析

课程标准中关于碳酸钠与碳酸氢钠性质的学习要求为“结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用［1］。”同时，学业要求中进一步强调了“能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象［1］。”由此可见，课程标准不仅要求学生掌握碳酸钠与碳酸氢钠的性质与用途，同时强调在教学的过程中要紧密联系生产和生活实际，创设丰富多样的真实问题情境，在真实情境中进行问题解决，在问题解决过程中开展高质量的实验探究活动，落实学生化学学科核心素养，促进其关键能力的发展。

基于对课程标准的分析，对现行三个版本的高中化学教材的碳酸钠与碳酸氢钠的相关内容进行了融合，深度挖掘鲁科版教材中微项目“探秘膨松剂”［2］改良成现在的项目式教学主题“探秘馒头中的膨松剂”，意在通过展示运用不同类型的膨松剂制作出来的馒头的差异，让学生掌握碳酸钠与碳酸氢钠在稳定性、酸碱性和与酸反应等方面的相似性和差异性，并且学生通过前面对钠及其氧化物的学习，已经掌握了研究物质性质的方法和程序，并具备了预测物质性质、设计实验验证性质和对实验现象分析解释的能力。因此在项目式教学过程中，引导学生针对真实问题情境中的现象展开预测，有序的开展科学探究活动，并对产生的问题进行解释，可以进一步强化研究物质性质的方法和程序，构建研究物质性质的一般思路，在实践中促进学生问题解决能力的发展。

二、项目教学目标

基于课程标准的要求和对教材内容的分析，并结合学生实际，制定本项目的教学目标如下：

（1）通过认识化学膨松剂的过程，掌握碳酸钠与碳酸氢钠的化学性质，对比碳酸钠和碳酸氢钠在化学性质上的相似性和差异性；

（2）通过制作馒头过程中的现象预测物质的性质，小组合作设计实验方案进行实验验证，分析和解释有关实验现象并得出结论，培养科学探究能力，构建研究物质性质的一般思路；

（3）通过“探秘馒头中的膨松剂”的项目式学习，树立将化学知识应用于实际生活的意识，提高综合运用化学知识解决实际问题的能力。

三、项目任务及教学流程

本项目以“探秘馒头中的膨松剂”为驱动性总任务，学生需要完成三个项目任务，即了解生物膨松剂、认识化学膨松剂与改良和设计膨松剂。在完成三个项目任务的过程中，学生发现问题，提出解决问题的猜想，设计实验验证猜想从而解决问题，通过不断解决问题的过程完成整个项目，并且通过所学习到的内容能够独立设计产生项目成果，在实践中发展化学学科核心素养。项目任务及教学流程见表1。

表1 项目任务及教学流程

四、项目实施过程及学生学习成果

【真实情境】今年过年之际，山东馒头因种类繁多，花样各异上了网络热搜。在中国人的饮食文化中，馒头作为传统的主食，一直是餐桌上必不可少的一样。那么这样蓬松酥软的馒头是如何制作的呢？

【学生】可能是使用了膨松剂。

【教师】膨松剂是指在食品加工过程中加入的，能使面团发起形成多孔结构，从而使食品具有酥软或酥脆特点的一类物质［3］。同学们知道哪些物质可以作为制作馒头的膨松剂呢？

【学生】酵母，酵头，小苏打，面碱……

【驱动性总任务】今天我们共同认识和探秘制作馒头过程中使用的膨松剂，并改良或设计一款膨松剂。

环节一：了解生物膨松剂

【资料展示】膨松剂一般分为生物膨松剂和化学膨松剂。人类最早在制作馒头的过程中，经常会留下一小团面团为下次制作做准备，这个面团称为酵头或者老面，后期为了方便随时醒发面团，又寻找了与酵头作用类似的酵母。酵头和酵母属于生物膨松剂。其原理是依靠能产生CO2气体的微生物发酵而产生起发作用［3］。

【播放视频】播放使用酵头和酵母制作馒头的视频，并展示成品的图片如图1所示。

图1 使用酵头和酵母制作馒头的过程

【分析总结】总结使用酵头和酵母做馒头的优点和不足。

【学生】优点是面团会变得膨松多孔；不足是发酵程度不易控制，可能存在酸味，同时发酵时间长，对温度要求较高。

环节二：认识化学膨松剂

1.单一成分膨松剂

【教师】制作馒头时，除了生物膨松剂外，也可以使用化学膨松剂。刚刚同学们提到的面碱与小苏打就是碳酸钠与碳酸氢钠的俗称，它们都属于化学膨松剂。那么它们中哪一种成分是适合制作馒头的化学膨松剂呢？接下来让我们共同探究。

【制作过程】展示三种类型馒头的制作过程，具体过程如图2所示。

图2 三种类型馒头的制作过程

【思考】第一个碗中除了面粉和水之外，什么都没加。这组样品存在的价值是什么呢？

【学生】做空白对照组。

【教师】体现了控制变量的思想，这是设计化学实验方案中很重要的一种思想。

【图片展示】使用碳酸钠和碳酸氢钠制作的馒头如图3所示。

图3 使用碳酸钠和碳酸氢钠制作的馒头

【分析总结】请同学们从形状，软硬程度，颜色和味道分析使用碳酸钠和碳酸氢钠制作出来的馒头的特征，并将结果记录在学案的表格中。

【学生】学生观察思考讨论，回答问题，具体内容如表2所示。

表2 使用碳酸钠和碳酸氢钠制作出来的馒头的特征

【问题驱动1】通过馒头的形状和软硬程度，推断一下碳酸钠和碳酸氢钠具有什么样的化学性质呢？

【学生预测1】碳酸钠受热不分解，而碳酸氢钠可能受热发生了分解，产生某种气体令馒头膨胀。

【教师】请同学们设计实验方案并进行实验验证你的猜想。

【学生实验1】各小组设计实验，汇报实验方案，进行实验探究，小组讨论得出结论，代表展示，汇报结果。具体过程如表3所示。

表3 学生汇报实验结果

【总结归纳1】碳酸钠受热不分解，碳酸氢钠受热分解，分解可产生二氧化碳和水。

【分析】除了水和二氧化碳外，从质量守恒的角度分析，你认为还可能生成什么产物呢？

【学生】可能是钠，氧化钠，过氧化钠，碳酸钠等。

【分析】根据我们刚学习过的钠及其氧化物的知识可知，钠、氧化钠和过氧化钠都和水反应，因此产物只能是碳酸钠。

【问题驱动2】为什么使用碳酸钠和碳酸氢钠制作出来的馒头颜色会发黄，并且味道苦涩呢？上述现象体现了碳酸钠和碳酸氢钠具有什么样的化学性质呢？

【查阅资料展示】

资料卡片：在制作馒头的过程中，碱性物质过多会破坏食品的组织结构，令馒头口感偏涩，同时面粉中的异黄酮色素遇到过量的碱性物质会变成黄色

【学生预测2】碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液可能显碱性。

【教师】请同学们设计实验方案并进行实验验证你的猜想。

【学生实验2】各小组设计实验，汇报实验方案，进行实验探究，小组讨论得出结论，代表展示，汇报结果。具体过程如表4所示。

表4 学生汇报实验结果汇总

【总结归纳2】碳酸钠与碳酸氢钠的水溶液显碱性，且碳酸钠溶液的碱性比同浓度的碳酸氢钠强，原因会在选择性必修1中进一步学习。正是因为碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液显碱性，因此馒头发黄并且口感苦涩。

2.复合膨松剂

【教师】只用碳酸钠或碳酸氢钠作为单一成分的膨松剂，并没有蒸出大家想象中的馒头，根据我们上面学习有关二者的性质，我们该如何改良呢？

【学生】可以加入酸性物质，酸碱中和。

【教师】如果你现在就在厨房里面，你认为加入哪一种酸性物质可以帮助改良化学膨松剂呢？

【学生】可以加入食醋。

【图片展示】分别加入食醋后使用碳酸钠和碳酸氢钠制作馒头如图4所示。

图4 加入食醋后使用碳酸钠和碳酸氢钠制作的馒头

【问题驱动3】加入食醋后，馒头整体颜色变白，不再偏黄。这体现了碳酸钠和碳酸氢钠具有什么样的化学性质呢？

【学生预测3】碳酸钠与碳酸氢钠可能与酸发生反应。

【思考】除此之外你还观察到什么现象呢？

【学生】馒头一大一小。

【教师】我们选用等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与醋酸反应，为什么馒头会一大一小呢？我们通过实验分析一下。

【学生实验3】以盐酸来代替醋酸演示等质量的碳酸钠与碳酸氢钠和酸的反应。分别取1 g碳酸钠和碳酸氢钠装入到滤纸胶囊中，并将滤纸胶囊装入气球中，将气球中的胶囊同时加入足量的盐酸溶液中，观察实验现象。具体流程如图5所示。

图5 等质量的碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的现象

【学生】装有碳酸钠的试管中气球鼓起来较慢，装有碳酸氢钠的试管中气球鼓起来较快，最终碳酸氢钠对应的气球更大。

【教师】为什么会产生上述实验现象呢？

【学生书写】

Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑

【教师】分析化学方程式，我们会发现，对于相同质量的碳酸钠和碳酸氢钠，碳酸氢钠产生二氧化碳的量更多，所以碳酸氢钠对应的气球更大。

【总结归纳3】因为等质量的情况下，碳酸氢钠与酸反应产生二氧化碳的量更多，因此用碳酸氢钠制作的馒头稍微大一些。

【问题驱动4】通过上述分析过程，思考一下碳酸钠与碳酸氢钠哪种物质更适合作制作馒头的化学膨松剂呢？理由是什么？

【学生】碳酸氢钠更合适。

成品外观：碳酸氢钠受热分解，会产生二氧化碳，进一步增加膨松度。

色泽口感：碳酸氢钠的碱性相对较小，可以尽量避免蒸馒头时发黄的问题。

制作效率：相同质量时，碳酸氢钠的反应速率更快，产生二氧化碳更多。

环节三：改良和设计膨松剂

【教师】制作馒头的化学膨松剂不仅需要碳酸氢钠，还需要结合酸性物质、助剂等物质按照一定比例进行调配形成复合膨松剂。如下图6所示的复配油条膨松剂。

图6 复配油条膨松剂配料表

【教师】复合膨松剂中主要由三部分构成：碳酸盐、酸性物质和助剂。请同学们将复配油条膨松剂的配料表中的成分进行分类，并思考一下各组成部分的作用。

【学生】学生小组讨论，汇报结果。具体内容见表5。

表5 学生分析结果

【教师】酸性物质为什么没有选择食醋，而是用柠檬酸和苹果酸等物质？

【学生】食醋是液体，不方便运输，同时会直接与碳酸盐反应，令膨松剂失效。而柠檬酸等物质为固体，只有在形成溶液时才会与碳酸盐反应，便于储存。

【教师】因此对于膨松剂的设计，我们不仅要考虑理论层面，更要关注生产生活的实际需要。

【项目成果展示】请同学们根据本节课所学习的内容同时查阅相关资料，改良已有的生物膨松剂或者设计一款化学膨松剂，并附有设计理念。学生作品如图7所示。

图7 学生作品展示

五、项目教学反思

本项目以“探秘馒头中的膨松剂”这一真实的问题情境为载体，从真实的问题情境中提炼出问题引导学生不断的思考，让学生按照“问题情境——提出猜想——设计实验——实验探究——观察现象——得出结论——问题解决”的过程进行项目化学习，在做中学，在做中思考，一方面有利于学生体验科学探究的过程，另一方面有利于学生综合运用所学知识解决实际问题，促进学生化学学科核心素养的发展。

本项目式教学过程中也暴露了一些实际问题。首先，由于不同学生的观察现象和提取信息的能力不同，在表述现象过程中不够全面，需要教师进一步引导；其次，大多数学生在设计实验时主要集中在定性层面，在定量层面关注不足，控制变量意识不足；最后，课堂的开放程度比较大，课堂内容比较丰富，如何在有限的时间内完成科学探究的过程，高效的组织课堂教学活动，达成教学目标值得我们不断的探索和尝试。