用學(xué)生家庭實驗推動線上教育開展

龐嵩

摘要：通過三個家庭實驗對碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)進(jìn)行研究，將物質(zhì)溶解度、溶液酸堿性、“酸、堿、鹽”性質(zhì)等知識整合到一起，并通過數(shù)字化實驗改進(jìn)傳統(tǒng)實驗，實現(xiàn)實驗細(xì)節(jié)的“放大”，做到數(shù)形結(jié)合分析問題，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)動手能力。借助Classln強(qiáng)大的互動功能和虛擬實驗室，課堂創(chuàng)設(shè)以學(xué)生分享為主體，教師答疑解惑為輔助的新型教學(xué)模式，為疫情背景下的線上教育提供了參考。

關(guān)鍵詞：線上教育；家庭實驗；數(shù)字化實驗；教學(xué)實錄

文章編號：1008-0546（ 2022）11-0084-04

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.019

一、教材、學(xué)情分析

本節(jié)課是一節(jié)線上直播課。碳酸鈉和碳酸氫鈉屬于滬教版初中化學(xué)九年級下冊第7章第3節(jié)“幾種常見的鹽”中的內(nèi)容?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對學(xué)習(xí)主題“物質(zhì)的性質(zhì)與應(yīng)用”提出的學(xué)業(yè)要求是“能基于真實問題情境，依據(jù)常見物質(zhì)的性質(zhì)，初步分析和解決相關(guān)的綜合問題；能基于物質(zhì)的性質(zhì)和用途，從辯證的角度，初步分析和評價物質(zhì)的實際應(yīng)用”[1]。疫情肆虐，學(xué)生被迫在家接受線上教育，但線上教育與班級授課差異較大且化學(xué)學(xué)科的演示實驗又較為繁多，這給廣大一線教師帶來了巨大挑戰(zhàn)。主要問題集中在：1．演示實驗只能播放優(yōu)質(zhì)視頻——教學(xué)效果差；2．師生缺乏面對面交流——教學(xué)互動性差；3．教師無法關(guān)注所有人的動態(tài)——課堂管理難度大。針對以上問題，本節(jié)課放手讓三位學(xué)生在家自由進(jìn)行碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)探究，并將研究成果以視頻和PPT的形式在課堂上分享給學(xué)生，教師負(fù)責(zé)答疑解惑和拓展延伸，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，提升課堂效果。這種顛覆傳統(tǒng)的教學(xué)模式，也是在疫情背景下的一種新嘗試。

二、教學(xué)目標(biāo)

1．通過碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質(zhì)對比，初步形成化學(xué)觀念，解決實際問題。

2．通過家庭實驗的成果展示，提高線上教育的積極性，增強(qiáng)實踐能力，達(dá)到“教是為了不教”的目的。

三、教學(xué)重難點

1．碳酸鈉、碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)的定性與定量，宏觀與微觀的探究。

2．碳酸鈉、碳酸氫鈉固體的區(qū)分方法。

四、教學(xué)流程圖

見圖1。

五、教學(xué)過程

課堂引入：文學(xué)有“三蘇”，分別是蘇洵、蘇軾、蘇轍?；瘜W(xué)也有“三蘇”，分別是大蘇打、蘇打、小蘇打。今天我們重點研究蘇打（碳酸鈉）與小蘇打（碳酸氫鈉）的性質(zhì)與用途。

問題延伸：思考1：同學(xué)們已經(jīng)知道哪些有關(guān)碳酸鈉與碳酸氫鈉的知識？

學(xué)生：白色固體、碳酸鈉可以與鹽酸反應(yīng)、小蘇打可以做發(fā)酵粉……。

教師：思考2：同學(xué)們還想知道哪些有關(guān)碳酸鈉與碳酸氫鈉的知識？

學(xué)生：碳酸鈉與碳酸氫鈉的溶解性如何？水溶液的酸堿性如何？除與稀鹽酸反應(yīng)外還能與哪些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)？為什么小蘇打可以做發(fā)酵粉？如何獲取小蘇打和純堿？

技術(shù)支持：Classln隨機(jī)選人小T具，舉手授權(quán)，聊天框等。

教師：本周末，班級已經(jīng)有幾位同學(xué)用廚房用品對它們進(jìn)行了探究，現(xiàn)在我們請學(xué)生代表分享他的研究成果。

技術(shù)支持：Classln授權(quán)學(xué)生打開云盤PPT和視頻進(jìn)行講解。

學(xué)子說：學(xué)生家庭實驗1

學(xué)生實驗1：碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解性實驗。

實驗步驟：在兩個燒杯中各加入50 mL水，用溫度計測量溫度為14.9℃，取3g碳酸鈉和碳酸氫鈉固體分別放人燒杯中，用筷子攪拌，再用溫度計測量溫度。最后再加入50 mL水，攪拌，比較剩余固體多少。

實驗現(xiàn)象：攪拌較長時間，固體才能漸漸溶解。碳酸鈉部分溶解，溶解時放熱，溶液溫度最終約為16℃；碳酸氫鈉也部分溶解，溶解時吸熱，溶液溫度最終約為13.9℃。

實驗結(jié)論：室溫下，碳酸鈉溶解度大于碳酸氫鈉。碳酸鈉固體溶解放熱，碳酸氫鈉固體溶解吸熱。

學(xué)生實驗2：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與紫甘藍(lán)汁反應(yīng)。

實驗步驟：配制等濃度的碳酸鈉與碳酸氫鈉溶液，滴人等量紫甘藍(lán)汁。

實驗現(xiàn)象：裝有碳酸鈉溶液的杯中紫甘藍(lán)汁變綠，裝有碳酸氫鈉溶液的杯中紫甘藍(lán)汁變藍(lán)。

實驗結(jié)論：經(jīng)查閱資料，紫甘藍(lán)汁顏色變綠或變藍(lán)均說明溶液呈堿性。在其他條件相同時，碳酸鈉溶液的堿性更強(qiáng)。

師解惑1：

教師：請同學(xué)們分析表1、表2數(shù)據(jù)，得出相應(yīng)結(jié)論。

學(xué)生：在0℃～60℃的范圍內(nèi)，碳酸鈉的溶解度均大于碳酸氫鈉。常溫下，碳酸鈉易溶于水，碳酸氫鈉可溶于水。

教師：請同學(xué)們觀察紫甘藍(lán)汁在不同酸堿度下的顏色變化圖。

學(xué)生：通過顏色對比，學(xué)生代表所配制的碳酸鈉溶液pH≈11，碳酸氫鈉溶液pH≈8，均呈堿性。

教師：通過pH試紙也能測定碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液pH。經(jīng)查閱資料，常溫常壓下飽和碳酸鈉溶液的pH為11.6；飽和碳酸氫鈉溶液的pH為8.3，與實驗結(jié)果一致。

總結(jié)：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液均呈堿性。在等濃度時，碳酸鈉溶液堿性更強(qiáng)。

設(shè)計意圖：學(xué)生家庭實驗出現(xiàn)幾個問題：1．筷子不洗凈擦干直接攪拌另一種溶液；2．固體未完全溶解就測溫、比較溶液酸堿度等。但正是這種錯誤操作和不合理的對比才讓家庭實驗更加真實，基于真實情境下的化學(xué)研討才有意義。教師在解惑期間抽絲剝繭，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，總結(jié)知識，使教學(xué)更富趣味性和時效性。

過渡：碳酸鈉和碳酸氫鈉還有哪些性質(zhì)呢？我們請另一位學(xué)生代表帶來分享。

學(xué)子說：學(xué)生家庭實驗2

學(xué)生實驗3：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液與白醋反應(yīng)。

實驗步驟：配制等濃度碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液，向溶液中慢慢滴加白醋，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：碳酸氫鈉溶液中迅速產(chǎn)生大量氣泡；碳酸鈉溶液中一開始沒有氣泡，加入較多白醋后慢慢產(chǎn)生大量氣泡。

實驗結(jié)論：碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液均能與白醋發(fā)生反應(yīng)，但白醋與碳酸鈉溶液反應(yīng)的異常現(xiàn)象暫時不知曉原因。

師解惑2：

教師：家用白醋成分較為復(fù)雜，為了解決這個問題，老師將白醋替換成熟知的稀鹽酸來進(jìn)行研究，通過類比尋找答案。

演示實驗1：兩支試管中分別裝有0.3 g碳酸鈉和碳酸氫鈉粉末，在氣球中提前倒人足量稀鹽酸。將氣球中的稀鹽酸同時、快速、全部傾倒人試管中觀察現(xiàn)象。

學(xué)生：兩支試管中均產(chǎn)生大量氣泡，氣球膨脹，裝有碳酸氫鈉的試管上方氣球膨脹得更大。說明碳酸鈉和碳酸氫鈉均能與稀鹽酸反應(yīng)，等質(zhì)量碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體更多。

教師：請寫出碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式。

學(xué)生：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑

過渡：為什么等質(zhì)量碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與足量稀鹽酸反應(yīng)，碳酸氫鈉產(chǎn)生的二氧化碳更多？

教師：現(xiàn)分別取0.318 g碳酸鈉和碳酸氫鈉固體加入足量稀鹽酸中，計算最終產(chǎn)生的二氧化碳質(zhì)量是多少？

學(xué)生：碳酸氫鈉產(chǎn)生約0.167 g二氧化碳，而等質(zhì)量的碳酸鈉只能產(chǎn)生0.132 g。由此看出等質(zhì)量碳酸氫鈉與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳更多。

技術(shù)支持：Classln發(fā)布小黑板。

過渡：碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與稀鹽酸反應(yīng)誰的速度更快？

演示實驗2：分別在容器中提前加入約0.06 gNaHCO3或Na2CO3固體粉末，將10 mL稀鹽酸同時、快速、全部加入容器中，快速插好傳感器，測定二氧化碳濃度隨時間的變化曲線。結(jié)果如圖2所示，藍(lán)色曲線為碳酸氫鈉，紅色曲線為碳酸鈉。由此可以得出什么結(jié)論？

學(xué)生：在其他條件相同時，碳酸氫鈉粉末與稀鹽酸反應(yīng)速度更快。

設(shè)計意圖：碳酸氫鈉和碳酸鈉粉末與稀鹽酸反應(yīng)速率太快，無法通過肉眼區(qū)分清楚，需借助傳感器測定。測定裝置由反應(yīng)容器（2個），二氧化碳傳感器（2個），數(shù)據(jù)采集器，計算機(jī)（含配套使用的通用和專用軟件）四部分組成，可定量采集數(shù)據(jù)并以圖表形式清晰呈現(xiàn)出來，是一種現(xiàn)代化的新型實驗技術(shù)手段。[2]數(shù)字化實驗有諸多優(yōu)勢。一是定量分析，揭示化學(xué)規(guī)律；二是使微觀現(xiàn)象可視化；三是實時連續(xù)采集數(shù)據(jù)。[3]

教師：請大家參考2018年蘇州市中考化學(xué)第33題圖（見圖3），嘗試從微觀角度分析反應(yīng)原理。

學(xué)生：溶液中的碳酸根離子和氫離子先結(jié)合生成碳酸氫根，再與氫離子進(jìn)一步反應(yīng)生成水和二氧化碳。碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)分兩步進(jìn)行，所以速度較慢。

教師：回想：為什么白醋與碳酸鈉反應(yīng)開始時無氣泡，后續(xù)產(chǎn)生大量氣泡？

學(xué)生：白醋與碳酸鈉反應(yīng)也可能分步進(jìn)行。

設(shè)計意圖：通過類比法，用碳酸鈉與稀鹽酸的分步反應(yīng)原理解釋異?，F(xiàn)象，將復(fù)雜問題簡單化，更符合初中生的思維認(rèn)知。實驗時將定性的氣球大小問題，轉(zhuǎn)化為定量的計算，使結(jié)果更加直觀。最后宏微結(jié)合解釋分步反應(yīng)原理，并對其進(jìn)行三重表征，加深學(xué)生理解。

過渡：研究性質(zhì)的目的是更好地認(rèn)識和利用物質(zhì)，請第三位學(xué)生代表帶來分享。

學(xué)子說：學(xué)生家庭實驗3

學(xué)生實驗4：面餅實驗——碳酸氫鈉受熱分解。

實驗內(nèi)容：將碳酸氫鈉與碳酸鈉粉末分別放人面團(tuán)中，揉和均勻，起鍋燒油煎餅，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：加入碳酸氫鈉的面餅在油煎后明顯蓬松，加入碳酸鈉的面餅無明顯改變，面餅內(nèi)部的氣孔差異也較大。

師解惑3：

教師：利用Classln化學(xué)虛擬實驗室如圖4所示，模擬碳酸氫鈉受熱分解實驗。

技術(shù)支持：Classln化學(xué)虛擬實驗室。

演示實驗3：加熱碳酸氫鈉固體，并將產(chǎn)生的氣體通人澄清石灰水中，觀察現(xiàn)象。在加熱后的剩余固體中加入過量稀鹽酸，并將氣體通人澄清石灰水中，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：試管壁上有水珠，澄清石灰水變渾濁。剩余固體加入稀鹽酸后，產(chǎn)生大量氣泡，產(chǎn)生的氣體使澄清石灰水變渾濁。

實驗結(jié)論：碳酸氫鈉受熱分解產(chǎn)生二氧化碳、水和碳酸鈉。

化學(xué)方程式：

總結(jié)：小蘇打做發(fā)酵粉的原理：碳酸氫鈉受熱分解或與發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)作用均會生成二氧化碳?xì)怏w，使面餅更加蓬松多孔。

設(shè)計意圖：化學(xué)虛擬實驗在傳統(tǒng)教學(xué)中不多見。根據(jù)課后問卷調(diào)查顯示，75.3%的學(xué)生相較真實實驗更喜歡這種形式。虛擬實驗的結(jié)果真實有效且現(xiàn)象更明顯，用于取代部分傳統(tǒng)演示實驗會有出乎意料的效果。同時，虛擬實驗成功率較高，速度更快，如果能邀請學(xué)生一起參與演示，效果將更好。

教師：純堿碳酸鈉也有很多用途：造紙、洗滌劑、紡織印染、制玻璃陶瓷等。那純堿是如何獲得的？請大家閱讀書本54頁，回答問題。

學(xué)生：通過天然內(nèi)陸鹽湖提取，也可以通過工業(yè)生產(chǎn)。

教師：視頻：侯德榜及其侯氏聯(lián)合制堿法。

鞏固訓(xùn)練：技術(shù)支持：Classln發(fā)布選項實時統(tǒng)計。

板書：隨堂手動輸入，Classln自動生成，分享給學(xué)生。

六、教學(xué)反思

1．教學(xué)形式的創(chuàng)新。本節(jié)課鼓勵學(xué)生利用廚房用品動手實驗，將探究過程拍攝成小視頻或者制作成PPT，然后向其他同學(xué)分享成果，最后由教師對家庭實驗進(jìn)行點評并答疑解惑，以此提高學(xué)生實驗參與度、興趣感和成就感，最終提升課堂效果。

2．授課方式的轉(zhuǎn)變。本節(jié)課充分利用Classln的互動性和實效性組織線上教學(xué)。Classln中的小工具，如視頻墻可以用于迅速查看學(xué)生整體學(xué)習(xí)狀態(tài)；計時器和倒計時功能能更好地控制上課時間，把握課堂節(jié)奏；小黑板和選項發(fā)布與統(tǒng)計為教師的隨堂反饋提供了新的可能；語音互動和分享功能實現(xiàn)了師生的實時交流，便于教師及時掌握學(xué)生個人學(xué)習(xí)狀態(tài)；化學(xué)虛擬實驗室作為一種新穎的演示實驗形式，效果顯著。

3．傳統(tǒng)文化的宣揚。本節(jié)課的課堂引入將“文學(xué)三蘇”和“化學(xué)三蘇”進(jìn)行了有機(jī)融合；給學(xué)生的關(guān)鍵詞“學(xué)子說”“三人行必有我?guī)煛眮碓从凇墩撜Z》；給教師的關(guān)鍵詞“師解惑”取白韓愈的《師說》：“師者，所以傳道授業(yè)解惑也！”；給作業(yè)的關(guān)鍵詞“百尺竿頭須進(jìn)步”出白宋·釋道原《景德傳燈錄》卷十：“師示一偈曰：‘百丈竿頭不動人，雖然得人未為真。百尺竿頭須進(jìn)步，十方世界是全身?！?/p>

4．應(yīng)試教育的內(nèi)化。本節(jié)課用2018年蘇州市中考卷第33題的原圖解釋碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)的微觀本質(zhì)，以此達(dá)到在新授課中融人中考要求的目的，符合新課標(biāo)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）[s]．北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：18-21.

[2]夏建華，數(shù)字化實驗與中學(xué)化學(xué)教學(xué)深度融合[M]．合肥：安徽教育出版社，2016，2．

[3]繆徐，初中化學(xué)數(shù)字化實驗教學(xué)的認(rèn)知與思考[J]．中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2020（4）：66-69．