摘要：分析次氯酸的漂白作用實驗的教學(xué)作用以及對該實驗的研究和存在的問題，設(shè)計氯氣制備、干燥、漂白、尾氣處理的一體化裝置，應(yīng)用于化學(xué)實驗教學(xué)實踐，基于證據(jù)進行邏輯推理，加深學(xué)生對次氯酸的漂白性的認識和理解，將證據(jù)推理滲透到實驗教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，提升學(xué)生的思維能力。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;次氯酸漂白性;實驗創(chuàng)新;教學(xué)實踐

文章編號：1008-0546（2021）01-0048-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.013

一、問題的提出

蘇教版《必修1》P43，實驗1“潮濕氯氣的漂白作用”（如圖1），是氯氣性質(zhì)中的一個重要實驗。實驗探究潮濕氯氣的漂白作用：真正起漂白作用的是次氯酸還是氯氣，通過實驗探究讓學(xué)生充分認識：干燥的氯氣不能使有色物質(zhì)褪色，而潮濕氯氣因含有次氯酸而具有漂白作用，可使有色物質(zhì)褪色，干燥的氯氣雖然有強氧化性，但不能使有色物質(zhì)氧化而褪色[1]。該實驗需要事先準備干燥的氯氣[2]（如圖2），由于氯氣是有毒氣體，無論是制取、收集還是操作中都容易造成氯氣外泄，特別是學(xué)生分組實驗時，氯氣發(fā)生逸散，危害師生的身體健康。在常規(guī)教學(xué)中為避免氯氣的危害，該實驗往往改成演示實驗驗證，或以視頻來代替，甚至有畫實驗、背實驗的現(xiàn)象，這樣既影響了化學(xué)實驗教學(xué)價值的體現(xiàn)，也影響了化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高，更談不上培養(yǎng)學(xué)生的探究思維和探究能力。

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》將化學(xué)實驗作為進行科學(xué)探究的重要實踐活動方式，倡導(dǎo)開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，在實踐中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力，并在探究中不斷尋找充分的證據(jù)，逐步構(gòu)建完善化學(xué)知識體系，將化學(xué)核心素養(yǎng)的培育細化到課堂教學(xué)中。

次氯酸漂白作用的探究實驗對提升學(xué)生的實驗探究能力有重要作用，而且對二氧化硫的漂白作用的學(xué)習(xí)有鋪墊和對比作用，設(shè)計實驗探究證明次氯酸的漂白性，可以培養(yǎng)學(xué)生仔細觀察、記錄現(xiàn)象、證據(jù)推理、理性分析的能力，顯然上述裝置滿足不了學(xué)生深入探究的要求，教師有責任和義務(wù)，依據(jù)實驗事實，引導(dǎo)學(xué)生分析證據(jù)和推理論證，概括出物質(zhì)性質(zhì)及其變化規(guī)律，提升“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理和模型認知”等核心素養(yǎng)。

近年來，廣大化學(xué)界同仁對該實驗進行了不斷改進和不同程度的優(yōu)化，并取得了一定的成效。齊俊林、趙立國從簡化裝置，減少藥品用量考慮[3]，李賽秋從減少尾氣釋放考慮[4]，但均沒有干燥氯氣，忽略了水蒸氣對實驗的影響;李海燕從設(shè)計密閉裝置進行對比實驗，但忽略了U型管兩側(cè)氯氣濃度不同和有色花瓣中水分的影響，且藥品用量較多，反應(yīng)時間長[5];李興等從操作方便，現(xiàn)象明顯，綠色環(huán)保，實驗趣味性，干燥氯氣考慮，但步驟不算簡便，裝置不夠簡化，蘸水寫字容易模糊，水蒸氣蒸發(fā)對實驗有一定的干擾[6];吳京谷將問題探究和實驗探究融合，讓學(xué)生充分體驗探索樂趣，通過分析推理認識氯氣的性質(zhì)[7];黃翠玉等利用自制裝置，提出“氯水的成分探究”的實驗教學(xué)流程[8]。一線教師從不同角度進行了大量的實驗改進和教學(xué)設(shè)計課例，為廣大教師日常教學(xué)提供了豐富的參考和借鑒，但對于氯水成分及性質(zhì)的探究主要局限于次氯酸漂白作用實驗的改進、氯水中所含微粒的探究。筆者嘗試將改進裝置融合到教學(xué)設(shè)計中，在實驗探究中搜集形成科學(xué)結(jié)論所需的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑，基于證據(jù)進行分析推理，提高化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、次氯酸漂白作用實驗的創(chuàng)新

1.設(shè)計理念

由于氯氣有毒，創(chuàng)新實驗以裝置密封性好，藥品用量少，對環(huán)境無污染，氯氣干燥，對比現(xiàn)象明顯，操作簡便，實驗時間短為原則，以實現(xiàn)實驗的綠色化，微型化，一體化，簡便化。

2.儀器藥品

雙翼試管，注射器2個（20mL），橡皮塞，膠頭滴管，高錳酸鉀固體，濃鹽酸（ 37%），紅色紙條（用皺紋紙、吸水性較好），Imol/L NaOH溶液，無水氯化鈣。

3.實驗裝置

如圖3所示[9]3，其中：A為雙翼試管，B、D為包裹有無水氯化鈣的棉花球，C、E分別為干燥紅色紙條和潮濕紅色紙條，F(xiàn)為高錳酸鉀固體，G為盛有少量濃鹽酸（ 37%）的膠頭滴管，H為注射器。

4.操作步驟

（1）在干燥的雙翼試管左右試管中分別加入大小合適的干燥紅色紙條，將其中一個紅色紙條用水潤濕;

（2）兩翼試管上部塞一小團包裹有無水氯化鈣的大小相同的疏松棉花團;

（3）用藥匙取少量高錳酸鉀固體（約1/8平匙）加人中間的試管中，將雙翼試管固定在鐵架臺，用膠頭滴管吸取少量（約0.5mL）濃鹽酸，連接好裝置;

（4）從膠頭滴管中滴人幾滴濃鹽酸。

5.尾氣處理

反應(yīng)結(jié)束后，用注射器抽取容器內(nèi)殘余氯氣，拔下注射器，迅速接上裝有5mL 1mol/L NaOH溶液的注射器，推人反應(yīng)容器中，輕輕振蕩，直至完全吸收余氯，拔下的注射器放人盛有1mol/L NaOH溶液的燒杯中，慢慢推人NaOH溶液吸收氯氣，最后拆除裝置，雙翼試管中殘留藥品倒人指定容器中。

三、基于證據(jù)推理的實驗教學(xué)實踐

1.環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)實驗情境，誘導(dǎo)思維

[情境]往一支裝有少量紫色石蕊試液的試管中，滴加幾滴氯水，溶液由紫色變?yōu)榧t色，最后變?yōu)闊o色。

[教師提問]什么物質(zhì)或微粒能使紅色物質(zhì)褪色？

[學(xué)生]討論，從理論上猜測，發(fā)言熱烈。

[教師]總結(jié)學(xué)生提出的各種假設(shè)：氯水中具有漂白性的微?？赡苁菤潆x子，氯離子，氯氣分子，或其他微粒。

設(shè)計意圖：化學(xué)實驗順應(yīng)學(xué)生的“好奇、好動、好玩、好勝”的心理，刺激學(xué)生的感官，通過感性的實驗現(xiàn)象和事實，激發(fā)學(xué)生求知欲，啟迪學(xué)生思維，從情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、研究問題，推進教學(xué)層層深入。

2.環(huán)節(jié)2：設(shè)計實驗方案，激發(fā)思維

[學(xué)生]設(shè)計實驗方案，進行實驗探究

探究實驗：往一支裝有少量稀鹽酸的試管中，滴加幾滴紫色的石蕊試液。

[學(xué)生]記錄實驗現(xiàn)象：溶液變紅，最后未褪色，得出結(jié)論：溶液中的氫離子，氯離子均無漂白性。

[教師]使紅色物質(zhì)褪色的是氯分子還是其他微粒呢？

[學(xué)生]設(shè)計實驗方案：將氯氣通人盛有干燥的紅色紙條的容器中。

[教師]引導(dǎo)學(xué)生思考，若紅色試紙不褪色，排除了使紅色物質(zhì)褪色的是氯分子，那么使紅色物質(zhì)褪色可能是哪種微粒呢？如果要進一步探究可能是氯氣與水反應(yīng)生成的其他微粒，在此基礎(chǔ)上實驗方案要怎樣改進呢？

[學(xué)生]討論提出改進方案I：將氯氣分別通人盛有干燥的紅色紙條和潮濕的紅色紙條容器中。

[教師]改進方案I采用了對照實驗，有利于實驗現(xiàn)象的比較，有沒有其他因素會影響實驗?zāi)?？比如氯氣的濃度的大小。另外，改進方案I需要預(yù)先制備氯氣，且氯氣容易泄漏，最后沒有進行尾氣吸收，能否將氯氣制備、性質(zhì)探究和尾氣處理在同一個裝置中實現(xiàn)呢？

[學(xué)生]繼續(xù)修改實驗方案，提出改進方案Ⅱ并進行探究：往一支大試管中加入少量高錳酸鉀固體，雙孔橡膠塞的一孔插入裝有濃鹽酸的注射器，另一孔插入導(dǎo)管，導(dǎo)管一端通人盛有濃氫氧化鈉溶液的燒杯中作尾氣處理，將剪成大小合適紅色紙條放在雙孔橡膠塞兩側(cè)，一側(cè)紙條用水濕潤，紙條兩端伸人試管中，塞緊橡膠塞，慢慢下壓注射器活塞滴人少量濃鹽酸，瞬間濕潤的紅色紙條褪色，干燥的紅色紙條不褪色。不少學(xué)生據(jù)此現(xiàn)象判斷：氯氣分子不能使有色紙條褪色。

設(shè)計意圖：以實驗探究為載體，在活動中充分體現(xiàn)學(xué)生的主動性，通過設(shè)計方案，完善方案，實施方案，親歷實驗探究的過程，學(xué)會搜尋證據(jù)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，把實驗設(shè)計的主動權(quán)交給學(xué)生，提高學(xué)生的實驗探究能力。

3.環(huán)節(jié)3：優(yōu)化實驗設(shè)計，創(chuàng)新思維

不到一分鐘干燥紅色紙條也褪色，學(xué)生紛紛提出疑問：干燥紅色紙條褪色的原因是什么呢？對于學(xué)生的疑問，教師沒有直接進行答疑，而將此問題作為新的課題引領(lǐng)學(xué)生繼續(xù)開展深入探究。

[教師]改進方案Ⅱ中氯氣是如何得到的？

[學(xué)生]高錳酸鉀固體和濃鹽酸制備得到的氯氣中含有水蒸氣。

[教師]造成氯氣中含有水蒸氣的可能原因是什么？

[學(xué)生]試管不干燥;紙條不干燥;濃鹽酸中含有水。

[教師提問]為避免水蒸氣對實驗的干擾，必須保證氯氣干燥，實驗該如何改進？

[學(xué)生]討論，綜合考慮，優(yōu)化實驗方案，最后形成次氯酸漂白作用實驗的創(chuàng)新裝置（如圖3）。

隨后進行實驗探究，擠捏膠頭滴管，滴人2-3滴37%的濃鹽酸，與試管底部高錳酸鉀固體接觸，發(fā)生反應(yīng)（2KMnO4+16HCl = 2KCl+ 2MnCl2+5Cl2↑+8H2O），迅速產(chǎn)生氯氣，注射器活塞上移約至注射器中部，氯氣進入雙翼試管，經(jīng)過包有約19無水氯化鈣的棉花球（因高錳酸鉀固體和濃鹽酸的用量很少，產(chǎn)生少量的氯氣，可以充分干燥），干燥的氯氣同時與干燥紙條和潮濕紙條接觸，10s左右，濕潤的紅色紙條褪色，干燥的紅色紙條不褪色，直到下課后（30min左右），干燥的紅色紙條仍然不褪色。因為氯氣與水反應(yīng)Cl2+H2O=HCl+HClO，生成的次氯酸具有漂白性，由此推斷干燥的氯氣不能使有色物質(zhì)褪色，而氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，使有色物質(zhì)褪色。

該裝置的創(chuàng)新之處在于除了極好地解決了氯氣制備、干燥、漂白、尾氣吸收在封閉體系中進行，隨用隨得，操作方便，符合綠色化，藥品用量和廢物排放量少，反應(yīng)時間短，現(xiàn)象明顯，符合微型化，巧妙地采用對照實驗，干燥的紅色紙條和潮濕的紅色紙條分裝于兩翼小試管，相互沒有影響和干擾，通過明顯的實驗現(xiàn)象，很容易在相似的實驗對象之間（干燥紙條和潮濕紙條）區(qū)別本質(zhì)上的差異，反應(yīng)在同一體系中進行，采用控制變量法設(shè)置實驗，既排除無關(guān)變量的影響，又增加實驗結(jié)果的可信度和說服力。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生全面觀察，從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，是學(xué)生深入探究的開始，實驗的意外往往會激發(fā)學(xué)生更強的探究欲望和心理。在設(shè)計對照實驗，比對實驗現(xiàn)象的差異，分析實驗現(xiàn)象與導(dǎo)致原因，尋找證據(jù)進行推理的活動過程中，學(xué)生真正明白了氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物，理解次氯酸的漂白性，培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰Α⒂^察能力及思維能力。學(xué)生帶著解決真實問題進行深入探究，更加強調(diào)課堂的生成，學(xué)生主動參與、積極合作，學(xué)生經(jīng)歷了實證和邏輯推理的過程，將探究活動推向高潮。

四、實踐反思

中學(xué)階段是學(xué)生思維能力與思維品質(zhì)形成的關(guān)鍵階段，而實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力具有十分重要的作用。以上教學(xué)設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生充分利用教材，挖掘常規(guī)實驗的潛在探究價值，在教師的點撥引領(lǐng)下，敏于發(fā)現(xiàn)勇于探究，既真實完整地呈現(xiàn)了科學(xué)探究的過程，又通過探究過程中產(chǎn)生的認知沖突，促使學(xué)生產(chǎn)生強烈的探究愿望和要求，對實驗進行改進創(chuàng)新，不斷優(yōu)化方案，尋求證據(jù)，延伸了學(xué)生的思維。

1.探究實驗，培養(yǎng)了學(xué)生思維的嚴密性

以實驗探究為主線，不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，啟發(fā)學(xué)生思維交互，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，經(jīng)歷“提出假設(shè)一方案設(shè)計一優(yōu)化實驗一實施方案一尋求證據(jù)”的實驗探究過程，逐步提升思維的高度。

2.改進裝置，培養(yǎng)了學(xué)生思維的創(chuàng)新性

通過設(shè)計不同的實驗方案，啟發(fā)學(xué)生積極思考，找到解決問題的最佳方案，實驗改進增強了學(xué)生的參與意識和合作精神，對反常現(xiàn)象不回避不含糊，培養(yǎng)學(xué)生尊重事實、探索真理的科學(xué)態(tài)度，增強實證意識，這恰恰也是實驗結(jié)論準確和完整的前提。

3.課外延伸，培養(yǎng)了學(xué)生思維的開放性

課堂教學(xué)受時間、空間等客觀條件的限制，往往不能完成所有實驗的探究，也滿足不了學(xué)生求知的欲望，為保證學(xué)生更廣泛參與，我校開設(shè)了每周一次的化學(xué)實驗室開放日，鼓勵學(xué)生動手操作，這樣的活動，既加深了學(xué)生對知識的理解，也拓展學(xué)生思維的廣闊性，學(xué)生利用該裝置，探究二氧化硫與品紅溶液和二氧化硫與高錳酸鉀溶液的反應(yīng)原理，既可以對比二氧化硫與品紅溶液、高錳酸鉀溶液褪色速率的快慢，又可以對比褪色后的溶液加熱后的變化，幫助學(xué)生充分理解二氧化硫漂白性和還原性。

化學(xué)實驗是最真實的場景，基于證據(jù)推理的化學(xué)實驗具有更高的科學(xué)性，從化學(xué)實驗直觀具體的感性認識和學(xué)生真切的過程體驗，獲得化學(xué)實驗的全面依據(jù)，分析對比，歸納總結(jié)，幫助學(xué)生從感性到理性、從具體到抽象，理解化學(xué)反應(yīng)原理，將證據(jù)分析推理植入化學(xué)實驗教學(xué)，提升了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

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