“對比實驗”應用于二氧化碳的性質(zhì)研究

于美愛，李茂軍，董華澤，王方闊

（1.合肥師范學院化學與化學工程學院，安徽合肥230601；2.六安市毛坦廠中學，安徽六安237182）

新課程標準要求注重學生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)，因而教師的教學方式也要發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變。而實驗探究式教學不僅能夠使學生得到親身體驗的機會，而且能夠使其在真實的實驗情境中感知化學變化，激發(fā)創(chuàng)新思維。對比實驗作為化學實驗教學中的一種有效的實驗方法，如果能夠巧妙應用，不僅能夠幫助學生獲得新的認知體驗，使課堂教學的學習欲、探究欲更加濃厚，而且給教師在設計教學環(huán)節(jié)時提供了一些新的想法，碰撞思維的火花。

1 對比實驗的理解

對比實驗作為眾多實驗方式中有效的一種，在化學實驗教學中并不少見。盧愛黨等認為，對比實驗是以認識不同研究對象之間的共同性和差異性為基本思路的一種實驗方法。計玲鳳認為，對比實驗是利用兩組不同的實驗，揭示研究對象具有的某種屬性或者產(chǎn)生某種實驗現(xiàn)象的原因，即運用比較的方法揭示事物變化和規(guī)律。

關(guān)于對比實驗在化學課堂教學中的作用，覃孔彪認為利用對比實驗可以增強實驗的刺激性和直觀性，提高學生的學習興趣。陳燕認為對比實驗可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)乃季S模式，在實驗中尋求最佳的解決方案，幫助學生更好地、全面地認識物質(zhì)。徐松華也認為對比實驗能有效地激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的實驗探究能力，形成正確的化學概念?？傊?，對比實驗形成強烈的視覺刺激，能夠有效地激起學生的求知欲，使學生在真實的實驗情境中拓展思維，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

2 對比實驗的應用

2.1 提出問題

在做二氧化碳的溶解性實驗時，教材中是向充滿二氧化碳氣體的塑料瓶中加入適量蒸餾水，迅速蓋好瓶蓋，振蕩，就會發(fā)現(xiàn)塑料瓶變癟。這是因為在通常情況下，二氧化碳氣體能夠溶解在水中，導致瓶中的壓強減小，內(nèi)外壓強差使得塑料瓶變癟了。這個實驗旨在說明二氧化碳是易溶于水的。將石蕊試劑滴加到塑料瓶中，瓶內(nèi)的溶液會變成紅色，這樣又進一步說明二氧化碳不僅溶于水，而且還與水發(fā)生化學反應，生成了酸性物質(zhì)。同時，通過這個實驗讓學生了解到通常情況下不能用排水法收集二氧化碳氣體。

但將水倒入充斥著CO氣體的塑料瓶中，塑料瓶就一定會變癟嗎？收集CO氣體時，一定不能通過排水法獲得嗎？對此，本文通過對比實驗，向?qū)W生呈現(xiàn)兩種不一樣的實驗現(xiàn)象，引起學生的好奇心，激發(fā)其探究欲。

2.2 實驗過程

取一定量的干冰加入裝滿水的水槽中備用；再將一定量的干冰分別放入兩個軟質(zhì)塑料瓶中，貼上標簽分別為瓶A和瓶B，蓋上瓶蓋，用力搖晃塑料瓶，待瓶內(nèi)有漲大之感時則表明瓶內(nèi)充滿了二氧化碳氣體；取一定量的自來水倒入瓶A 中，一定量的水槽中的水倒入瓶B 中，分別蓋上瓶蓋，用力搖晃，觀察兩個塑料瓶的變化情況。

通過教師的實驗，學生會發(fā)現(xiàn)：自來水倒入瓶A中，用力搖晃后瓶子變癟了；而水槽中的水倒入瓶B 中后，瓶B沒有任何的變化。此時學生的好奇心被激起，探究欲達到頂點，教師只需加以引導，學生便會自主討論研究。

經(jīng)過探究，學生了解到，水槽中的水事先加入了干冰，二氧化碳與水發(fā)生了反應，變成了飽和的碳酸溶液，再加入二氧化碳氣體時，已經(jīng)不能再溶解。沒有內(nèi)外壓強差，瓶子自然也不會變癟。同時，如果將石蕊試劑滴加到?jīng)]有變癟的塑料瓶中，瓶內(nèi)的溶液也會變紅，這也可以證明溶液本身就呈酸性。

2.3 實驗設計意圖

通過兩組實驗的不同現(xiàn)象進行對比，使學生的認知產(chǎn)生沖突，學生的探究欲自然不斷高漲。在討論交流的過程中，學生會了解到飽和溶液的相關(guān)知識，并且對傳統(tǒng)實驗有了辯證的認知態(tài)度，拓寬了認知視野，啟迪了思維。同時，在此基礎(chǔ)上，學生思維拓展，提出猜想：二氧化碳收集時是否也能用飽和的碳酸溶液進行收集？并針對這一猜想，進行相應的實驗。將排空氣法與排飽和碳酸溶液法收集到的CO氣體比較后，學生會發(fā)現(xiàn)，飽和的碳酸溶液不僅能收集到CO氣體，而且這種方法獲得的氣體比排空氣法獲得的氣體要純很多。

3 對比實驗的研究意義

關(guān)于二氧化碳溶于水的實驗，教材中只有“將水倒入充斥著CO氣體的塑料瓶中，瓶子會變癟”這一個實驗，本文利用對比實驗，拓寬了知識面，加入了飽和溶液的知識點，使得整個實驗過程更加充實，彌補了傳統(tǒng)實驗的不足。具體意義有如下幾點：

3.1 培養(yǎng)學生的科學探究能力

教師通過兩個不同現(xiàn)象的演示實驗，抓住了學生的眼球，引發(fā)學生思考：是不是老師的操作出了問題？塑料瓶為什么沒有變癟？從而去尋找解決問題的答案。有的同學可能會說水加得少了，因為二氧化碳溶解得太少，壓強差變化不大，從而瓶子沒有變癟。對此，教師就可以順勢引導學生：二氧化碳與水的溶解比例是多少？一體積水倒入塑料瓶中，同時也會趕走瓶內(nèi)一體積的氣體，這樣壓強是否也會沒有變化？這樣一步步引導學生進行探究，最終得出正確的結(jié)論，學生的分析探究能力也在不知不覺中得到提高。

3.2 拓展學生的思維

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科。在實驗中，學生可以直觀地看到化學現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)一些與認知中的不同之處，從而增強認知感、體驗感，拓展思維。通常情況下，學生都會認為水加入到裝滿二氧化碳氣體的塑料瓶中，塑料瓶一定會變癟，但本實驗恰恰相反，通過不變癟的塑料瓶讓學生開拓視野，不斷進行探究，最終了解飽和溶液這一知識點。二氧化碳與水的溶解比大約為1∶1，是否加入的一體積水剛好與瓶內(nèi)的一體積二氧化碳氣體反應，溶液達到飽和，再也溶解不了其他二氧化碳氣體，那塑料瓶中的壓強仍是不變的，塑料瓶仍然不會變癟？這樣，學生的思維不再僅僅局限于二氧化碳的溶解性這一個方面，而是又上升到了一個新的層次，從多個角度去考慮問題，比如說：溶解多少？什么時候達到飽和？飽和之后又會有什么現(xiàn)象？經(jīng)過教師的引導，學生又學習到可以用排飽和碳酸溶液法去收集CO氣體，而且此種方法比排空氣法更好。在這樣的學習過程中，學生的綜合能力會得到質(zhì)的飛躍。

3.3 發(fā)展學科核心素養(yǎng)

隨著《普通高中化學課程標準（2017 版）》的制定，化學核心素養(yǎng)應運而生，學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。探究性實驗的過程能夠很好地培養(yǎng)學生“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”方面的素養(yǎng)，讓學生能夠基于證據(jù)對物質(zhì)的變化及其反應發(fā)生的原因提出可能的假設，并設計實驗方案，對假設進行證實或證偽。在學生探究塑料瓶為什么沒有變癟的過程中，其素養(yǎng)水平也在不斷得到發(fā)展。

4 結(jié)束語

總之，對比實驗是教師展示物質(zhì)變化的另一層面的一種有效的實驗方法。通過對比實驗，學生的觀察能力、思維能力、探究精神、推理能力以及實驗操作能力都能得到有效的培養(yǎng)，達到新的認知層面。但不同的課程需要不同的教學模式，教師在設計教學環(huán)節(jié)時還需精心打磨，如何將對比實驗高效地應用于實驗教學之中，還有待研究。