巧用实验创新　提升科学素养——人教版必修1“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”一组创新实验示例

2016-04-09华姜国峰吕永秀

化学教与学 2016年2期

关键词：实验创新实验探究科学素养

钱　华姜国峰吕永秀

（南京市中华中学　江苏南京　210019）

巧用实验创新提升科学素养——人教版必修1“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”一组创新实验示例

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（南京市中华中学江苏南京210019）

摘要：科学兴趣、科学知识、科学方法和科学精神是科学素养核心要素。而创新精神，理性的质疑和批判则更是焦点。化学实验以其主动性、探究性和创新性等特点在提高学生科学素养方面有着重要作用。本教学设计提供的一组化学创新实验示例，为寻求提高学生科学素养的途径与方法提供了一定的依据。

关键词：实验创新；实验探究；科学素养

科学兴趣、科学知识、科学方法和科学精神是科学素养核心要素。化学实验是化学赖以形成和发展的基础，是展现化学的魅力和激发学生学习兴趣的主要方法，更是培养和发展学生思维能力和创新能力的重要方法和手段。它让学生认识和了解物质的某些化学性质和原理，科学地认识物质世界的发展变化。化学学科中的实验与物理和生物学科中的实验不同，它在注重物质宏观变化的同时更侧重于探寻引起物质变化的微观原因。所以化学实验设计和创新是通过化学课程落实科学素养教育的重要手段。

“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”的教学重点是碳酸钠和碳酸氢钠的性质探究和比较鉴别，难点是碳酸钠和碳酸氢钠之间的相互转化。人教版必修1教材设计了“科学探究”实验，一个是通过在碳酸钠和碳酸氢钠水溶液中滴加酚酞探究两者的溶解性及水溶液的碱性，另一个是通过套管加热碳酸钠和碳酸氢钠固体来探究两者的热稳定性及热分解的产物。这两个探究实验对于以上重难点的化解还缺乏足够的支撑，且套管实验操作相对复杂、现象不明显。为此，笔者在经过大量学习和实践的基础上，巧用部分创新实验对教学内容进行了充实和改进，既达到了良好的教学效果，又提升了学生的科学素养。

一、碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性探究

1.馒头实验

用品和操作：如图1，将和好的三个面团加入微波炉加热1-2分钟后观察现象。

图1

现象：和不掺加任何成分的3号面团相比，掺加小苏打的1号面团膨胀最大，掺加苏打的2号面团几乎没有膨胀。

原理：碳酸氢钠受热易分解，而碳酸钠热稳定性较好。

巧用意义：［1］科学兴趣是科学素养中的重要组成部分，该实验与生活紧密联系，易激发学生对科学产生兴趣并渴望探究，能发扬质疑、验证的科学精神。

2.碳酸氢钠受热分解产物的确定

用品和操作：如图2，［2］在铁片上同时加热碳酸钠、碳酸氢钠固体加以对比，在小烧杯中分别倒入澄清石灰水进行观察。

图2

现象：盖在碳酸氢钠上的烧杯壁上出现水雾，倒入澄清石灰水振荡后出现白色浑浊，而盖在碳酸钠的烧杯壁上没有明显现象。

原理：碳酸氢钠受热分解能产生水和二氧化碳。

巧用意义：操作方便、易于观察、现象明显。［3］此过程是通过论证探究的科学方法来培养学生科学思维方式的一种策略。学生可以通过“馒头实验”预测碳酸氢钠受热分解的产物，提出“科学主张”，接着教师引导学生主动在实验证据与推理的基础上建构和完善科学观点，又在质疑和论证中培养了学生严谨的科学品质，提升了科学素养。

二、碳酸钠和碳酸氢钠与酸的反应

用品和操作：如图3，在滴定管夹两侧分别夹好如下装置，先在滴有酚酞的碳酸钠溶液中缓缓注入针筒中的稀盐酸2mL，观察现象；随后同时注入两侧针管中剩余的稀盐酸2mL。

图3

现象：碳酸氢钠溶液中注入稀盐酸随即产生大量气泡，气球迅速鼓起；而碳酸钠溶液中刚刚注入少量稀盐酸时并未产生气泡，随后逐步产生气泡，气球慢慢鼓起。

原理：碳酸钠与盐酸反应实质是分步进行的，所以碳酸氢钠溶液与盐酸反应放出二氧化碳的速率大于等浓度的碳酸钠溶液与盐酸反应放出二氧化碳的速率。

巧用意义：科学素养包括对科学原理和方法（即科学本质）的理解，该实验的设计实现了从定性到定量，从宏观现象到微观本质的探究，加深了学生对质量互变规律的认识，体现了科学知识的化学学科特色。深入对科学知识本质的探究是提升学生科学素养的必须过程。

三、碳酸钠和碳酸氢钠的相互转变

用品和操作：如图4，600mL雪碧一瓶，碳酸钠粉末。倒掉约三分之二的雪碧，加入5～6g碳酸钠粉末，迅速盖上盖子，观察现象；摇匀后，再观察现象。

图4

现象：先观察到瓶中产生大量气泡，泡沫充满瓶内。充分摇匀后，观察到瓶子瘪了。

原理：雪碧中的柠檬酸与碳酸钠反应产生大量二氧化碳，充分摇匀后，瓶内的二氧化碳与多余的碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，这是碳酸钠转变为碳酸氢钠的途径。

巧用意义：学起于思，思源于疑，认知心理学告诉我们，质疑是探求真理的前提和基础。要培养学生的科学素养，就必须培养他们勇于质疑的科学精神。该实验利用一些简单易找的器材拓展、延伸课外实验，增强实验创新，特别是实验过程中出现了两种对比鲜明的现象冲突，引发了学生的思考，这一点直接诱发和培养了学生勇于质疑的科学精神。

总之，巧用化学实验创新能为培养学生的科学素养提供很好的平台和契机。面对新形势，我们化学教师自身首先必须培养和提高适应未来生存和发展所必备的科学素养，同时搭建多种系列化学创新实验，完善科学素养培养体系，这对创新型人才的培养必将起到较大的推动作用。

参考文献

［1］宋洁.善用化学实验培养中学生科学素养的几个实例［J］.教育教学论坛，2014，47

［2］周存军.谈探究碳酸钠性质实验的创新［J］.化学教学，2014，5

［3］林静，张峰.实验课堂的“论证”策略在培养学生科学素养中的应用［J］.中学生物学，2014，9