趙玲

摘 要 以“探究銅與濃硝酸反應”為例，通過以化學實驗為主的探究活動開展物質(zhì)性質(zhì)的研究，并從元素的宏觀視角認識物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)。把化學學科素養(yǎng)的內(nèi)涵與教材內(nèi)容及教學過程緊密的聯(lián)系起來。

關(guān)鍵詞 實驗探究與創(chuàng)新意識;宏觀辨識與微觀探析;科學精神和社會責任;銅與濃硝酸;綠色環(huán)保

中圖分類號：G632????????????????????????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????????????????????? 文章編號：1002-7661（2019）13-0158-02

一、實驗設計理念及過程

為落實“立德樹人”的教育任務、充分發(fā)揮課程在人才培養(yǎng)過程中的重要作用，高中化學課程標準修訂組根據(jù)“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學課程特點，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學精神和社會責任”等五個要素的高中化學化學學科核心素養(yǎng)（簡稱“化學學科核心素養(yǎng)”）?；瘜W學科核心素養(yǎng)，應該是“化學課程的核心素養(yǎng)”，可以界定為化學學科教學中應該注意培養(yǎng)的核心素養(yǎng)。物質(zhì)的組成及其變化是化學研究的基本問題。這一問題的解決，強調(diào)運用實驗、假說、模型、分類等方法，通過以化學實驗為主的多種探究活動開展物質(zhì)及其變化的研究，并從元素的宏觀視角認識物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)。在“高考的指揮棒”作用下，如何利用簡單的實驗來開展“科學本質(zhì)”的實驗教學，如何在教學的過程中體現(xiàn)化學學科的核心素養(yǎng)，這是探究科學素養(yǎng)培養(yǎng)的重要課題。

銅與濃硝酸的反應是中學化學一個重要的性質(zhì)實驗，也是學生探究物質(zhì)性質(zhì)的重要實驗之一，但該實驗的過程中會產(chǎn)生有毒的氣體，污染大氣，影響學生的健康，所以不便于學生進行實驗探究。對該試驗如何改進使其操作簡單化，綠色化，以便于學生分組實驗或老師的演示實驗，開展體現(xiàn)以“設計”為核心的實驗教學已成為教學研究的重要內(nèi)容。

實驗用品：濃硝酸、銅片、NaOH溶液、CuO粉末、注射器、軟管、燒杯、止水夾

（一）銅與濃硝酸反應

（1）實驗裝置：（見圖1）

（2）實驗原理：

Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O

（3）實驗步驟：

①取一25mL的注射器，并連接一軟管，拔出活栓，放入約3cm的銅絲，并使其平放在注射器的底部，然后推進活栓。

②將導管口浸入濃硝酸中，抽拉活栓，吸入體積3-4mL的濃硝酸，夾緊止水夾，倒置（見圖1）。

現(xiàn)象：銅與濃硝酸劇烈反應，活栓向下移動，產(chǎn)生紅棕色的氣體，得到了綠色溶液。

學生疑惑：Cu²⁺是藍色的，怎么是綠色的溶液？

老師：引導學生猜測可能性的原因并設計實驗方案來探究。

猜測可能性的原因有兩點：（1）銅與濃硝酸反應生產(chǎn)的二氧化氮溶于其中導致溶液呈綠色;（2）銅離子的濃度大導致溶液呈綠色。

組織學生明確探究目的、有針對性地設計探究方案，并執(zhí)行探究方案。培養(yǎng)學生在探究中獨立思考、合作交流，對于“異常”現(xiàn)象，要勇于說出自己的想法的科學精神與社會責任感;還可以提升他們“分析信息，提出新命題，駕馭知識體系的能量”?！痘瘜W課程標準》指出，“要讓學生有更多的機會主動地體驗探究過程，在知識的形成、聯(lián)系、應用過程中養(yǎng)成科學的態(tài)度，獲得科學的方法，在‘做科學的探究實踐中逐步形成終身學習的意識和能力”。科學精神與社會責任，旨在引導學生樹立嚴謹、求真務實的科研態(tài)度，在科學探究的過程中獲得新的、有價值的發(fā)現(xiàn)。

（二）探究溶液呈綠色的原因

將注射器正立，打開止水夾，緩緩推動活栓，取少量反應液與小試管中（見圖2），再夾緊止水夾，將導管插入氫氧化鈉溶液中，防止有液體滴下。

實驗步驟：

（1）確認綠色溶液中溶有NO₂

方法：向外抽活栓（見圖3）或在酒精燈上微熱（見圖4），觀察液面上方氣體的顏色變化。

現(xiàn)象：液體上方氣體顏色均加深，說明液體中溶有NO₂

學生：加熱不能證明溶液中溶有的NO₂，有可能是濃硝酸受熱分解產(chǎn)生NO₂使液面上方氣體的顏色加深。

學生繼續(xù)思考，可以通入氫氣或氮氣來回避硝酸分解的干擾。

培養(yǎng)學生尊重事實和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神?；瘜W是一門在原子層面上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的科學，宏觀辨識、微觀探析和符號表征是化學學科有別于其他學科的基本特性之一。此實驗操作雖然簡單，但實驗現(xiàn)象的變化卻可以讓學生對“變化觀念與平衡思想”有具體的感性認識，相關(guān)核心素養(yǎng)的也能得到有效落實。

（2）確認溶液呈綠色，與NO₂是否有關(guān)

方法：取一潔凈試管，注入一定量的綠色溶液，在酒精燈上加熱（見圖5），用氫氧化鈉溶液以吸收逸出的二氧化氮，防止污染大氣，加熱后液體的顏色變藍（見圖6）。

（3）確認溶液呈綠色是否與銅離子的濃度有關(guān)

方法：向小試管中加入一定的氧化銅粉末（見圖7），振蕩，靜置，一段時間后溶液變藍（見圖8）。

疑惑：氧化銅粉末消耗了硝酸，是否有可能是濃硝酸導致溶液呈綠色？引導繼續(xù)思考

學生：向綠色溶液中通入氮氣時，硝酸濃度不變，溶液顏色變藍。

在此實驗的過程中，生成一個新的知識，二氧化氮與水反應是可逆的。學習的實質(zhì)時“主動地形成認知結(jié)構(gòu)，并通過把新獲得的知識和已有的知識結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，積極地建構(gòu)其知識體系”“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的培育是學生通過一系列的化學認識過程逐步培育的?？茖W精神與社會責任是化學核心素養(yǎng)的重要組成部分。

（三）實驗結(jié)論

由此可見，銅與濃硝酸反應后的溶液呈綠色是由于藍色的Cu（NO₃）₂溶液中溶有NO₂的緣故，與銅離子的濃度大小無關(guān)。

二、改進后的優(yōu)點

（一）本試驗所用的藥品量較少，密閉裝置內(nèi)反應，毒氣不易外排，減少了有毒氣體的排放。

（二）取材方便，裝置簡單，容易搭建，操作簡單，現(xiàn)象明顯，適合學生分組實驗或教師演示實驗。

（三）在確認綠色與銅離子的濃度是否有關(guān)時，實驗設計一舉兩得，既增加了銅離子的濃度，又消耗了二氧化氮氣體，溶液仍變成藍色，充分說明了溶液呈綠色與銅離子的濃度無關(guān)。

三、評價

《普通高中化學課程標準（2017年版）》重視開展“素養(yǎng)為本”的教學，倡導真實問題情景的創(chuàng)設，具有終身學習的意識和嚴謹求實的科學態(tài)度;具有可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學觀念。將知識轉(zhuǎn)化為一種能力，解決生活，工作及學習中的遇到的問題;關(guān)注與化學有關(guān)的社會熱點問題，深刻理解化學、技術(shù)、社會和環(huán)境之間的相互關(guān)系，清楚化學在社會發(fā)展過程中的重大貢獻，能運用已有知識和方法綜合分析對環(huán)境可能帶來的負面影響，權(quán)衡利弊，勇于承擔責任，積極參與有關(guān)化學問題的社會決策。在化學教學中，引導學生實驗探究，可以培養(yǎng)學生的問題意識;在解決問題的過程中有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識;通過相互合作完成實驗，對實驗現(xiàn)象進行信息加工并獲得結(jié)論，有助于培養(yǎng)學生的科學態(tài)度、科學思維和合作意識。所以說實驗探究既是化學學科核心素養(yǎng)的內(nèi)在要素，又是綜合培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)的一種有效方法。

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