高中化學(xué)“碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)”的項目式教學(xué)
——以“探秘饅頭中的膨松劑”為例

高天爽

（廣東省惠州市惠州中學(xué) 廣東 惠州 516000）

一、項目主題內(nèi)容分析

課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于碳酸鈉與碳酸氫鈉性質(zhì)的學(xué)習(xí)要求為“結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鈉及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用［1］。”同時，學(xué)業(yè)要求中進(jìn)一步強調(diào)了“能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化，設(shè)計實驗進(jìn)行初步驗證，并能分析、解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象［1］。”由此可見，課程標(biāo)準(zhǔn)不僅要求學(xué)生掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)與用途，同時強調(diào)在教學(xué)的過程中要緊密聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，創(chuàng)設(shè)豐富多樣的真實問題情境，在真實情境中進(jìn)行問題解決，在問題解決過程中開展高質(zhì)量的實驗探究活動，落實學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)其關(guān)鍵能力的發(fā)展。

基于對課程標(biāo)準(zhǔn)的分析，對現(xiàn)行三個版本的高中化學(xué)教材的碳酸鈉與碳酸氫鈉的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了融合，深度挖掘魯科版教材中微項目“探秘膨松劑”［2］改良成現(xiàn)在的項目式教學(xué)主題“探秘饅頭中的膨松劑”，意在通過展示運用不同類型的膨松劑制作出來的饅頭的差異，讓學(xué)生掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉在穩(wěn)定性、酸堿性和與酸反應(yīng)等方面的相似性和差異性，并且學(xué)生通過前面對鈉及其氧化物的學(xué)習(xí)，已經(jīng)掌握了研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序，并具備了預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)、設(shè)計實驗驗證性質(zhì)和對實驗現(xiàn)象分析解釋的能力。因此在項目式教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生針對真實問題情境中的現(xiàn)象展開預(yù)測，有序的開展科學(xué)探究活動，并對產(chǎn)生的問題進(jìn)行解釋，可以進(jìn)一步強化研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序，構(gòu)建研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路，在實踐中促進(jìn)學(xué)生問題解決能力的發(fā)展。

二、項目教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和對教材內(nèi)容的分析，并結(jié)合學(xué)生實際，制定本項目的教學(xué)目標(biāo)如下：

（1）通過認(rèn)識化學(xué)膨松劑的過程，掌握碳酸鈉與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)，對比碳酸鈉和碳酸氫鈉在化學(xué)性質(zhì)上的相似性和差異性；

（2）通過制作饅頭過程中的現(xiàn)象預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)，小組合作設(shè)計實驗方案進(jìn)行實驗驗證，分析和解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，構(gòu)建研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路；

（3）通過“探秘饅頭中的膨松劑”的項目式學(xué)習(xí)，樹立將化學(xué)知識應(yīng)用于實際生活的意識，提高綜合運用化學(xué)知識解決實際問題的能力。

三、項目任務(wù)及教學(xué)流程

本項目以“探秘饅頭中的膨松劑”為驅(qū)動性總?cè)蝿?wù)，學(xué)生需要完成三個項目任務(wù)，即了解生物膨松劑、認(rèn)識化學(xué)膨松劑與改良和設(shè)計膨松劑。在完成三個項目任務(wù)的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出解決問題的猜想，設(shè)計實驗驗證猜想從而解決問題，通過不斷解決問題的過程完成整個項目，并且通過所學(xué)習(xí)到的內(nèi)容能夠獨立設(shè)計產(chǎn)生項目成果，在實踐中發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。項目任務(wù)及教學(xué)流程見表1。

表1 項目任務(wù)及教學(xué)流程

四、項目實施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

【真實情境】今年過年之際，山東饅頭因種類繁多，花樣各異上了網(wǎng)絡(luò)熱搜。在中國人的飲食文化中，饅頭作為傳統(tǒng)的主食，一直是餐桌上必不可少的一樣。那么這樣蓬松酥軟的饅頭是如何制作的呢？

【學(xué)生】可能是使用了膨松劑。

【教師】膨松劑是指在食品加工過程中加入的，能使面團發(fā)起形成多孔結(jié)構(gòu)，從而使食品具有酥軟或酥脆特點的一類物質(zhì)［3］。同學(xué)們知道哪些物質(zhì)可以作為制作饅頭的膨松劑呢？

【學(xué)生】酵母，酵頭，小蘇打，面堿……

【驅(qū)動性總?cè)蝿?wù)】今天我們共同認(rèn)識和探秘制作饅頭過程中使用的膨松劑，并改良或設(shè)計一款膨松劑。

環(huán)節(jié)一：了解生物膨松劑

【資料展示】膨松劑一般分為生物膨松劑和化學(xué)膨松劑。人類最早在制作饅頭的過程中，經(jīng)常會留下一小團面團為下次制作做準(zhǔn)備，這個面團稱為酵頭或者老面，后期為了方便隨時醒發(fā)面團，又尋找了與酵頭作用類似的酵母。酵頭和酵母屬于生物膨松劑。其原理是依靠能產(chǎn)生CO2氣體的微生物發(fā)酵而產(chǎn)生起發(fā)作用［3］。

【播放視頻】播放使用酵頭和酵母制作饅頭的視頻，并展示成品的圖片如圖1所示。

圖1 使用酵頭和酵母制作饅頭的過程

【分析總結(jié)】總結(jié)使用酵頭和酵母做饅頭的優(yōu)點和不足。

【學(xué)生】優(yōu)點是面團會變得膨松多孔；不足是發(fā)酵程度不易控制，可能存在酸味，同時發(fā)酵時間長，對溫度要求較高。

環(huán)節(jié)二：認(rèn)識化學(xué)膨松劑

1.單一成分膨松劑

【教師】制作饅頭時，除了生物膨松劑外，也可以使用化學(xué)膨松劑。剛剛同學(xué)們提到的面堿與小蘇打就是碳酸鈉與碳酸氫鈉的俗稱，它們都屬于化學(xué)膨松劑。那么它們中哪一種成分是適合制作饅頭的化學(xué)膨松劑呢？接下來讓我們共同探究。

【制作過程】展示三種類型饅頭的制作過程，具體過程如圖2所示。

圖2 三種類型饅頭的制作過程

【思考】第一個碗中除了面粉和水之外，什么都沒加。這組樣品存在的價值是什么呢？

【學(xué)生】做空白對照組。

【教師】體現(xiàn)了控制變量的思想，這是設(shè)計化學(xué)實驗方案中很重要的一種思想。

【圖片展示】使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭如圖3所示。

圖3 使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭

【分析總結(jié)】請同學(xué)們從形狀，軟硬程度，顏色和味道分析使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭的特征，并將結(jié)果記錄在學(xué)案的表格中。

【學(xué)生】學(xué)生觀察思考討論，回答問題，具體內(nèi)容如表2所示。

表2 使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭的特征

【問題驅(qū)動1】通過饅頭的形狀和軟硬程度，推斷一下碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學(xué)性質(zhì)呢？

【學(xué)生預(yù)測1】碳酸鈉受熱不分解，而碳酸氫鈉可能受熱發(fā)生了分解，產(chǎn)生某種氣體令饅頭膨脹。

【教師】請同學(xué)們設(shè)計實驗方案并進(jìn)行實驗驗證你的猜想。

【學(xué)生實驗1】各小組設(shè)計實驗，匯報實驗方案，進(jìn)行實驗探究，小組討論得出結(jié)論，代表展示，匯報結(jié)果。具體過程如表3所示。

表3 學(xué)生匯報實驗結(jié)果

【總結(jié)歸納1】碳酸鈉受熱不分解，碳酸氫鈉受熱分解，分解可產(chǎn)生二氧化碳和水。

【分析】除了水和二氧化碳外，從質(zhì)量守恒的角度分析，你認(rèn)為還可能生成什么產(chǎn)物呢？

【學(xué)生】可能是鈉，氧化鈉，過氧化鈉，碳酸鈉等。

【分析】根據(jù)我們剛學(xué)習(xí)過的鈉及其氧化物的知識可知，鈉、氧化鈉和過氧化鈉都和水反應(yīng)，因此產(chǎn)物只能是碳酸鈉。

【問題驅(qū)動2】為什么使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作出來的饅頭顏色會發(fā)黃，并且味道苦澀呢？上述現(xiàn)象體現(xiàn)了碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學(xué)性質(zhì)呢？

【查閱資料展示】

資料卡片：在制作饅頭的過程中，堿性物質(zhì)過多會破壞食品的組織結(jié)構(gòu)，令饅頭口感偏澀，同時面粉中的異黃酮色素遇到過量的堿性物質(zhì)會變成黃色

【學(xué)生預(yù)測2】碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液可能顯堿性。

【教師】請同學(xué)們設(shè)計實驗方案并進(jìn)行實驗驗證你的猜想。

【學(xué)生實驗2】各小組設(shè)計實驗，匯報實驗方案，進(jìn)行實驗探究，小組討論得出結(jié)論，代表展示，匯報結(jié)果。具體過程如表4所示。

表4 學(xué)生匯報實驗結(jié)果匯總

【總結(jié)歸納2】碳酸鈉與碳酸氫鈉的水溶液顯堿性，且碳酸鈉溶液的堿性比同濃度的碳酸氫鈉強，原因會在選擇性必修1中進(jìn)一步學(xué)習(xí)。正是因為碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液顯堿性，因此饅頭發(fā)黃并且口感苦澀。

2.復(fù)合膨松劑

【教師】只用碳酸鈉或碳酸氫鈉作為單一成分的膨松劑，并沒有蒸出大家想象中的饅頭，根據(jù)我們上面學(xué)習(xí)有關(guān)二者的性質(zhì)，我們該如何改良呢？

【學(xué)生】可以加入酸性物質(zhì)，酸堿中和。

【教師】如果你現(xiàn)在就在廚房里面，你認(rèn)為加入哪一種酸性物質(zhì)可以幫助改良化學(xué)膨松劑呢？

【學(xué)生】可以加入食醋。

【圖片展示】分別加入食醋后使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作饅頭如圖4所示。

圖4 加入食醋后使用碳酸鈉和碳酸氫鈉制作的饅頭

【問題驅(qū)動3】加入食醋后，饅頭整體顏色變白，不再偏黃。這體現(xiàn)了碳酸鈉和碳酸氫鈉具有什么樣的化學(xué)性質(zhì)呢？

【學(xué)生預(yù)測3】碳酸鈉與碳酸氫鈉可能與酸發(fā)生反應(yīng)。

【思考】除此之外你還觀察到什么現(xiàn)象呢？

【學(xué)生】饅頭一大一小。

【教師】我們選用等質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與醋酸反應(yīng)，為什么饅頭會一大一小呢？我們通過實驗分析一下。

【學(xué)生實驗3】以鹽酸來代替醋酸演示等質(zhì)量的碳酸鈉與碳酸氫鈉和酸的反應(yīng)。分別取1 g碳酸鈉和碳酸氫鈉裝入到濾紙膠囊中，并將濾紙膠囊裝入氣球中，將氣球中的膠囊同時加入足量的鹽酸溶液中，觀察實驗現(xiàn)象。具體流程如圖5所示。

圖5 等質(zhì)量的碳酸鈉與碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的現(xiàn)象

【學(xué)生】裝有碳酸鈉的試管中氣球鼓起來較慢，裝有碳酸氫鈉的試管中氣球鼓起來較快，最終碳酸氫鈉對應(yīng)的氣球更大。

【教師】為什么會產(chǎn)生上述實驗現(xiàn)象呢？

【學(xué)生書寫】

Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑

NaHCO3+HCl====NaCl+H2O+CO2↑

【教師】分析化學(xué)方程式，我們會發(fā)現(xiàn)，對于相同質(zhì)量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸氫鈉產(chǎn)生二氧化碳的量更多，所以碳酸氫鈉對應(yīng)的氣球更大。

【總結(jié)歸納3】因為等質(zhì)量的情況下，碳酸氫鈉與酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳的量更多，因此用碳酸氫鈉制作的饅頭稍微大一些。

【問題驅(qū)動4】通過上述分析過程，思考一下碳酸鈉與碳酸氫鈉哪種物質(zhì)更適合作制作饅頭的化學(xué)膨松劑呢？理由是什么？

【學(xué)生】碳酸氫鈉更合適。

成品外觀：碳酸氫鈉受熱分解，會產(chǎn)生二氧化碳，進(jìn)一步增加膨松度。

色澤口感：碳酸氫鈉的堿性相對較小，可以盡量避免蒸饅頭時發(fā)黃的問題。

制作效率：相同質(zhì)量時，碳酸氫鈉的反應(yīng)速率更快，產(chǎn)生二氧化碳更多。

環(huán)節(jié)三：改良和設(shè)計膨松劑

【教師】制作饅頭的化學(xué)膨松劑不僅需要碳酸氫鈉，還需要結(jié)合酸性物質(zhì)、助劑等物質(zhì)按照一定比例進(jìn)行調(diào)配形成復(fù)合膨松劑。如下圖6所示的復(fù)配油條膨松劑。

圖6 復(fù)配油條膨松劑配料表

【教師】復(fù)合膨松劑中主要由三部分構(gòu)成：碳酸鹽、酸性物質(zhì)和助劑。請同學(xué)們將復(fù)配油條膨松劑的配料表中的成分進(jìn)行分類，并思考一下各組成部分的作用。

【學(xué)生】學(xué)生小組討論，匯報結(jié)果。具體內(nèi)容見表5。

表5 學(xué)生分析結(jié)果

【教師】酸性物質(zhì)為什么沒有選擇食醋，而是用檸檬酸和蘋果酸等物質(zhì)？

【學(xué)生】食醋是液體，不方便運輸，同時會直接與碳酸鹽反應(yīng)，令膨松劑失效。而檸檬酸等物質(zhì)為固體，只有在形成溶液時才會與碳酸鹽反應(yīng)，便于儲存。

【教師】因此對于膨松劑的設(shè)計，我們不僅要考慮理論層面，更要關(guān)注生產(chǎn)生活的實際需要。

【項目成果展示】請同學(xué)們根據(jù)本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容同時查閱相關(guān)資料，改良已有的生物膨松劑或者設(shè)計一款化學(xué)膨松劑，并附有設(shè)計理念。學(xué)生作品如圖7所示。

圖7 學(xué)生作品展示

五、項目教學(xué)反思

本項目以“探秘饅頭中的膨松劑”這一真實的問題情境為載體，從真實的問題情境中提煉出問題引導(dǎo)學(xué)生不斷的思考，讓學(xué)生按照“問題情境——提出猜想——設(shè)計實驗——實驗探究——觀察現(xiàn)象——得出結(jié)論——問題解決”的過程進(jìn)行項目化學(xué)習(xí)，在做中學(xué)，在做中思考，一方面有利于學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，另一方面有利于學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

本項目式教學(xué)過程中也暴露了一些實際問題。首先，由于不同學(xué)生的觀察現(xiàn)象和提取信息的能力不同，在表述現(xiàn)象過程中不夠全面，需要教師進(jìn)一步引導(dǎo)；其次，大多數(shù)學(xué)生在設(shè)計實驗時主要集中在定性層面，在定量層面關(guān)注不足，控制變量意識不足；最后，課堂的開放程度比較大，課堂內(nèi)容比較豐富，如何在有限的時間內(nèi)完成科學(xué)探究的過程，高效的組織課堂教學(xué)活動，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)值得我們不斷的探索和嘗試。