基于化学学科素养演示实验初改——主题实验之外现象利用

　基于化学学科素养的演示实验初改

　—— 主题实验之外的现象利用

　裴晓莉

　 宁波滨海学校

　315700

　摘要：情感态度与价值观等方面均可获得提高。但是在实验教学中，演示实验有时不成功、实验现象和理论现象不一致，有些教师或者回避不成功的现象或者改用视频播放，这大大削弱了实验的目的性。如能利用主题实验之外的现象，既能提高学生兴趣，实现培养学生的化学核心素养，又能拓展加深教学效果，提高教师的教学专业素养。

　关键词：演示实验；失败现象；拓展实验；钠的性质；硝酸的性质；橡胶管的连接长度。

　苏霍姆林斯基主张“让学生生活在思考的世界里”。他说：“我们依靠思考，也只有依靠思考，才能驾驭年轻的心灵。我们的思考能点燃学生的学习愿望。我们的思考能激发学生对书籍的不可遏止地向往。” 德国哲学家黑格尔曾说过：错误本身是“达到真理的一个必然环节”，“由于错误真理才会发现” 一位教师在一次评课中说过：若干年后学生记忆深刻的不是你做过哪些成功实验，而是你做过的失败的实验。

　在一次宁波市化学研讨会上，特级教师周千红说：一堂完美的课，不一定是在 40 分钟内刚好把一节课的知识点完整的展示，每个班级，每个学生都不一样，教师要擅长根据不同的学情调整课时内容和节奏，而不是为了完成内容一刀切。

　在实际教学中，如果在实验室预先实验时，老师一定会找到最佳用量和条件，做到最成功的实验然后才到教室演示；如果在教室演示失败了，教师往往有意识的屏蔽失败现象，或者随口一句：“可能药品有问题。”就一笔带过。主要多数教师担心过多解释失败的实验现象会耽误时间，以致于计划好的一节内容无法完整的完成。但是失败的实验现象往往蕴藏着更多的化学学科或者物理学科的知识，对于失败的实验，如果能加以分析失败原因，不仅能更好的吸引学生的注意力，激发学生的探索欲望培养学生的化学核心素养，更能提高教师的教学专业素养，对课堂知识的掌握起到事半功倍的效果。

　 一．《金属钠的性质与应用》 化学学科核心素养至少包含三个基本要素：科学态度、化学基本观念、“三重表征”思维。基于此，结合本课知识点，我设计了一个滴水点灯的小魔术。也就是事先在酒精灯灯芯里放一小块钠，然后上课时直接取用教室里的饮用水滴两滴在灯芯里，酒精灯就会被点燃。取用教室饮用水是为了避免学生猜测老师用了其他试剂。这个实验的原理是利用钠与水反应放出大量热，从而引燃酒精灯。但是如果钠放入灯芯过早，会被大量氧化，从而不易引燃酒精灯。而且切开钠块让学生观察表面变化也只有前排几个学生能看清，如果拿着钠块走下去转一圈，后面的学生看到的都是变暗的切割面。所以我将实验稍作调整如下：

　【 实验 1 1】取一小块金属钠用滤纸吸干表面的煤油，放在石棉网上，然后滴

　水点灯，引导学生观察钠燃烧的实验现象。

　学生看见酒精灯被点燃后非常激动好奇，以至于有半分钟的兴奋讨论，如果点燃酒精灯后就马上做钠的燃烧实验，大部分学生还不能较快的从酒精灯被点燃的好奇中被收回注意力，所以此时，我提示：酒精灯被引燃涉及的也是本节知识点，在后面的实验中我们还会有展现，请大家仔细观察本节课的实验并积极思考，现在请大家观察钠被加热后的现象。

　【 实验 2 2】取一大块钠，让学生观察表面颜色，再用事先准备好的玻璃导管从钠块中间插入，然后擦干净玻璃导管外围可能残存的钠，让学生相互传看。

　【 实验 3 3】向一只盛有水的小烧杯中滴加几滴酚酞溶液，然后投入一小块（约绿豆粒般大小）金属钠，观察实验想象。

　第三个实验一做，学生恍然大悟：老师刚刚酒精灯灯芯里应该是放了钠块，钠与水反应剧烈并放出大量热从而引燃酒精灯。学生得出该结论后，我便让一个学生到讲台上用刚才的酒精灯做一次滴水点灯。可惜看到钠遇水后在灯芯融化，灯芯上方有白雾产生，但是未能引燃酒精灯。这下下面的学生议论纷纷，并纷纷指点：

　学生甲：可能钠块不够大，切大一点！

　学生乙：可能水滴少了！

　学生丙：灯芯太短了！

　学生丁：可能水滴多了！

　基于这些讨论，我都让学生改变条件再做一遍，但是还是控制钠块不能太大，结果还是没有成功。最后我将拔出灯芯剪掉一段后再让学生做实验，酒精灯马上被点燃。学生经过讨论对比后也终于得出结论“燃烧需要达到着火点，之前滴入的水有少量残留在灯芯里，一方面水过多吸收热量以至于无法达到着火点，另一方面因为灯芯中水蒸气稀释了酒精蒸汽而使酒精灯无法被点燃。”同时我也给予学生以肯定，每个学生的答案都有道理，所以实验是一门严谨的操作，必须严格按照要求进行，否则就会产生偏差甚至危险。

　 【 实验 3 3】钠与硫酸铜溶液的反应

　 做完钠和水的反应试验后，我抛出一个问题：“如果将钠放入硫酸铜溶液，能否置换出铜？” 学生甲：能，因为按照金属活动顺序，钠比铜活泼。

　学生乙：我猜不能，因为老师问得蹊跷。众生大笑。

　所有学生：实验！实验！实验是检验一切的真理！

　这些学生已经被我这句话洗脑了。于是我拿出准备好的硫酸铜溶液，用与水反应的同样大的烧杯，切割同样大小的钠块，将钠块放入硫酸铜溶液中。结果学生看见钠在硫酸铜液面迅速反应，转动到杯壁的地方突然燃烧起来，有少数钠炸开飞溅了出来，因为有所防备，我将烧杯放在离学生尽量远的地方，所幸没有溅到学生身上。结合这些实验现象，我抛出几个问题：

　1.观察产物，有没有红色固体生成？ 2.产物中蓝色絮状沉淀是什么？ 3.蓝色沉淀中间有少量黑色固体是什么？ 4.同样大小的钠分别与同样体积的水和硫酸铜溶液反应，哪个更剧烈？ 5.钠与水反应的时候水少了一定会发生燃烧爆炸吗？ 学生在经过观察讨论后得出结论：

　1.没有红色固体生成，所以应该没有置换出铜；

　2.根据参与反应的元素，蓝色絮状沉淀应该是氢氧化铜沉淀； 3.蓝色沉淀中间少量的黑色固体是生成的氢氧化铜在钠反应放出的热量下分解生成了氧化铜； 4.同样大小的钠分别与同样体积的水和硫酸铜溶液反应，钠与硫酸铜溶液反应更剧烈。因为看到产生了燃烧飞溅。

　我提示：溶液中的离子在水中都会被水合氢离子包围，而钠与水反应的实质是钠与水电离出来的氢离子反应生成氢气并放出大量热； 学生经过讨论后都能得出正确答案：没有置换出铜，活泼的钠一进入溶液中就先与铜离子外围的水合氢离子反应生成氢氧化钠，然后再与铜离子反应生成氢氧化铜沉淀。因为钠与水反应放热，部分氢氧化铜分解生成黑色的氧化铜。

　有观察更仔细的同学提出：黑色沉淀是在钠块附近产生的，说明这块地方热量比较大。

　学生在初中的时候就知道碳酸钠显碱性，但是这时候还没有学到盐类的水解。基于学生得出的讨论，我再次提示：初中我们学过碳酸钠显碱性是因为碳酸钠是由强碱 NaOH 和弱酸 H 2 CO 3 中和而得，碳酸根离子水解生成 OH- 而显碱性，归纳起来就是谁强显谁性； 然后追问：硫酸铜显什么性？ 学生：显酸性，因为形成硫酸铜的是强酸硫酸和弱碱氢氧化铜。

　再追问：水中的氢离子浓度和硫酸铜溶液中氢离子浓度哪个大？ 学生：硫酸铜溶液中氢离子浓度大，浓度越大反应越剧烈，所以钠与硫酸铜溶液反应更剧烈，并有燃烧爆出现象。

　【 实验 5 5】钠放在一滴水上 对于第 5 个问题，因为一直在强调钠与水反应钠块要尽量小一点，而且视频给他们放过了装有钠块的工业桶掉到水里爆炸，学生产生了固定思维：钠块一定要尽量小，装水的容器表面积要大，否则溶液爆炸。所以学生对我的问题虽有疑惑但也不敢肯定。其实对于这个反应，如果不是大学时无意的一次操作，我也不敢随便去试，大学时一颗钠块散落在玻璃板上，我们初生牛犊不怕虎，直接滴了一滴水在钠块上，发现钠块遇水融化滚动了两下就停止反应了。于是我在课堂上演示了这个实验，为了避免意外，我切割了黄豆大一块钠，放在干燥的大号烧杯底部，然后用滴管滴了一滴水在钠块上，学生都看到了同样的现象。这个现象颠覆了他们的固有的钠遇水容易爆炸的思维，学生也因此炸开来了，纷纷讨论：

　学生甲：钠块太大了，切绿豆大的试试； 学生乙：水太少了，再滴几滴； 学生丙：烧杯底面积比较大，钠与少量水反应的热量迅速散失到空气中，不足以引燃； 学生丁：钠与水反应生成的氢气太少了，迅速散失到空气中不足以被引燃。

　学生的分析都有道理，所以我给予肯定后总结：实验必须严谨，没有充分的理论知识和实践证明，不要轻易改变用量和条件，否则会引起危险。

　二． 铜片与浓硝酸反应

　 1.实验装置要求连接两段玻璃导管的橡胶管尽可能将两段导管紧紧的结合在一起，也就是橡胶管尽量少的与通过导管的药品接触。

　2.该反应中，实验要求将尾气通入水中。

　做该实验时，我将上述两个要求稍作修改：

　1.用一根五厘米长的橡胶管连接具支试管和玻璃弯管，使橡胶管大部分能与产生的气体接触。

　2.将水槽中的水改为氢氧化钠溶液。按要求开始实验后，现象非常明显，红棕色气体迅速充满试管和导管，铜片消失，溶液变成很漂亮的绿色。铜片反应完后我并没有马上拿走装置，而是放在讲台边，半分钟后，导管中的液体开始倒流，试管上方红棕色气体逐渐消失，试管上层出现蓝色絮状沉淀，下层还是绿色溶液。最后振荡后沉淀消失，溶液由绿色变成蓝色。

　 3.下课后请学生用手捏橡胶管，发现橡胶管变脆了。

　综上我提出几个问题：

　1.为什么连接两段玻璃导管的橡胶管要尽可能将两段导管紧紧的结合在一起。

　2.橡胶管为什么变脆了？ 3.生成的硝酸铜溶液为什么是绿色的？ 4.氢氧化钠溶液为什么会倒流？ 学生结合现象纷纷讨论：

　1.橡胶管变脆是因为产生的 NO 2 气体及后来倒吸的溶液会腐蚀橡胶，所以两段玻璃导管之间不要留缝隙。

　2.硝酸铜本为蓝色，而生成的 NO 2 气体是红棕色的，溶于溶液使之显绿色。

　3.NO 2 气体能与水反应也能与氢氧化钠反应，所以氢氧化钠溶液产生倒吸。

　在此，我又乘机追加问题，让学生写出氢氧化钠跟 NO 2 气体的反应方程式，绝大多数同学基于 NO 2 与水反应生成硝酸和 NO 而写出以下反应：

　3NO 2 + 2NaOH=2NaNO 3 +NO +H 2 O 在分析了氮元素的化合价后，我引入补充了以下反应：

　 NO+NO 2 +2NaOH=2NaNO 2 +H 2 O

　 2NO 2 +2NaOH=NaNO 3 +NaNO 2 +H 2 O 学生一开始并不了解第一个问题，但是经过下课捏过变脆的橡胶管后他们很容易得出结论：防止实验的药品腐蚀橡胶管。通过这个错误的连接方式让他们直接感知原理，比单纯的解释更能加深他们的记忆。

　而对于最后一个倒吸的实验，学生的意识里一直是若可能产生倒吸，要防倒吸的，那么这个实验是不是一定需要防倒吸？结合反应，这个实验是用水吸收尾气好还是用氢氧化钠溶液吸收尾气好？学生经过观察思考很顺理成章的得出了结论。

　三．教师教学专业素养的提升

　经过一步步分析讨论探究，学生逐步得到结果，并在探究过程中复习了已有的知识，学习了新的知识，对于他们来说都是一种学习兴趣的最佳激发。

　我国化学家戴安邦先生指出：“只传授知识和技术的化学教育是片面的，全面的化学教育要求既传授化学知识和技能，又训练科学方法和思维，还培养

　科学精神和品德。” 作为一名化学教师，最重要的化学学科基本素养就是实验操作技能。老师必须熟练操作教材上的所有实验，若有失败或者附生现象，也必须查阅资料实验论证原因，其实有些失败原因也就是习题中经常会出到的问题。在平时的实验教学中教师要有意识渗透这种实验基本素养，努力做到实验多样化、实验原理准确化，这样既可以实现培养学生的化学核心素养，又能提高教师的教学专业素养。

　参考文献

　【1】王宝斌.着力发展核心素养【J】教育研究与评论，2015（11）93 【2】王宝斌.发展学生化学核心素养的三大策略

　中学化学教学参考，2016（9）10 【3】梁允胜.浅谈命制探究实验题的基本原则

　中学化学教与学，2016（12）25

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