彭志偉

摘要：人教版選修4對可逆反應的表述簡單而抽象，不利于學生理解可逆反應的特征。以可逆反應的研究為載體，在真實的情境中提出問題、開展活動、訓練思維，最終獲得解決問題的方案和結果。通過一系列的探究活動，讓學生在探究問題、解決問題過程中學會質疑、學會合作，真正地提升了實驗能力和創(chuàng)新意識。

關鍵詞：可逆反應; 實驗教學; 核心素養(yǎng); 探究式學習

文章編號：10056629（2021）11006005

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

創(chuàng)造和識別物質是化學科學的重要特征，化學發(fā)展的歷史從本質上說就是一部不斷創(chuàng)新的歷史。創(chuàng)新是化學科學發(fā)展的重要動力源泉之一，也是化學學術共同體的重要思維品質之一?；瘜W科學發(fā)展的成果是人類智慧的結晶，是人類在創(chuàng)造之路上不畏艱險、百折不回、勇于實踐創(chuàng)新的結果，化學科學帶給我們的不僅是一種知識的進化和思維的啟發(fā)，還是一種力量的支撐、精神的鞭策和創(chuàng)造的信念[1]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》將“科學探究與創(chuàng)新意識”列為學科核心素養(yǎng)之一，強調要“能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題;能從問題和假設出發(fā)，依據(jù)探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調查等方法進行實驗探究;勤于實踐，善于合作，敢于質疑，勇于創(chuàng)新”[2]。被動接受的學科知識和技能，不可能使學生形成核心素養(yǎng)，學生自主探究、主動建構知識，才是化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的前提。本文以可逆反應的探究課為載體，在化學問題解決過程中提升學生的批判性思維和創(chuàng)新意識，取得了很好的效果。

1 問題的提出

化學平衡是高中化學的重難點。可逆反應是化學平衡的前提，人教版《化學反應原理》第二章第三節(jié)對可逆反應的表述，是以“溶解—結晶”物理變化進行舉例，并沒有從化學角度加以解釋，這無疑增大了學生的學習難度。為了讓可逆反應能更好地被學生理解，有必要進行一個簡單的化學實驗，讓學生能直觀地感受可逆反應的特征。

追本溯源，可逆反應的概念，最早出現(xiàn)在必修1第四章第三節(jié)——二氧化硫與水的反應，更早的可逆反應，是氯氣與水的反應。因此，我們選用氯氣與水的可逆反應作為研究對象，采用師生對話并實驗的探究方式，更好地在實驗過程中培養(yǎng)學生的質疑精神和關鍵能力。

2 實驗教學過程

2.1 實驗設計

氯氣與水的反應是可逆的，很抽象，如何通過實驗加以證明？可逆反應有兩個特征，第一個特征是“可逆性”，學生提出要進行兩個實驗： 氯氣與水的反應，以及氯化氫和次氯酸的反應，并檢驗相應產(chǎn)物;第二個特征是“有限性”，學生思考后，提出可以控制某反應物少量，最后檢測它是否仍有剩余。明確探究方向后，我們決定做兩個實驗。

2.2 實驗探究

第一個實驗： Cl2與H2O的反應。要求： 檢驗是否生成氯離子，以及氯氣是否有剩余。我們找到了氯氣傳感器和氯離子傳感器。這時有學生提出：“為什么要用傳感器？直接用AgNO3溶液檢驗Cl-、濕潤的淀粉KI試紙檢驗殘余Cl2不就可以了嗎？”真的可以嗎？有學生經(jīng)過思考后，提出反對意見：“我們根本就不知道什么時候反應才結束，就算淀粉KI試紙變藍了，也說不清楚是因為可逆反應的有限性，還是Cl2本來就還在反應?！?/p>

明確這個問題后，學生分小組討論。利用兩個傳感器，設計了如圖1所示的裝置。

各小組設計的裝置大同小異，但試劑用量表達不一樣。多數(shù)小組寫的是Cl2少量、水足量。在此，筆者提出，做實驗一定要定量研究，不能含含糊糊。經(jīng)過改正，有小組設計為100mL水和2mL氯氣。但是如何定量制備2mL Cl2呢？常規(guī)辦法是分液漏斗+圓底燒瓶（見圖2），但組裝麻煩，不易控制，更難定量制備。有沒有更簡單的方法可以定量制備Cl2？筆者在學生桌子上放了一些注射器和三通閥（近年已有多位教師將三通閥應用于化學實驗[3，4]）。清楚了三通閥的工作原理后（三通閥有四個方向的指針，三長一短，長針指向為通路，短針指向為閉合），學生設計出了各種組合。

小組之間經(jīng)過對比，最終選擇了由6支注射器組成的裝置（見圖3）。以下是利用該組合進行實驗的步驟：

（1）制備Cl2：

先后旋轉三通閥A、 B，短針均向左閉合，將濃鹽酸注入裝有KMnO4固體的注射器，旋轉三通閥A向上閉合。右手固定裝有KMnO4固體的注射器活塞，使產(chǎn)生的Cl2氣體進入集氣1注射器，待集氣1注射器活塞不再移動時，旋轉三通閥B向右閉合。

（2） 除HCl：

旋轉三通閥C向左閉合，此時B、 C兩個三通閥相通。向內(nèi)推動集氣1注射器活塞，將Cl2擠入飽和食鹽水中，可以觀察到液面與活塞之間出現(xiàn)黃綠色氣體，之后旋轉三通閥C向右閉合。

（3） 收集Cl2：

旋轉三通閥D向左閉合，此時C、 D兩個三通閥相通。上下顛倒整個組合（見圖4），使三通閥在上，推動裝有飽和食鹽水的注射器活塞，將Cl2擠入集氣2注射器中。

（4） 定量收集2mL Cl2：

將裝置擺正，恢復三通閥在下、注射器在上。旋轉三通閥D向左閉合，此時D、 E兩個三通閥相通。推動集氣2注射器活塞，定量擠入2mL Cl2，旋轉三通閥D向右閉合，E向上閉合，

得到2mL氯氣后，開始Cl2與H2O的反應。打開傳感器，通入Cl2。一段時間后，得到了氯離子含量變化（見圖5）和氯氣含量變化的數(shù)據(jù)曲線（見圖6）。由數(shù)據(jù)可知： 確實生成了Cl-，也有Cl2剩余，很好地檢驗了可逆反應的有限性。有學生提出疑問： 氯氣傳感器測量的并不是溶液中的氯氣含量，最終也能證明可逆反應的有限性嗎？經(jīng)過思考后，有學生作了回答： 雖然氯氣傳感器測量的是氣體中氯氣的含量，但氯氣與水反應若是完全的，溶液中的氯氣全部反應后，氣體中的氯氣也會進入溶液繼續(xù)反應，100mL水是能全部作用完2mL氯氣的。因此，氣體中的氯氣仍有剩余，可以證明該反應是有限的。

實驗最后，筆者結合數(shù)據(jù)曲線維持不變、反應物生成物共存這一現(xiàn)象，向學生指出這是可逆反應獨有的平衡狀態(tài)。讓學生對化學平衡有直觀的感受，為后面化學平衡的學習打下基礎。

繼續(xù)探究第二個實驗： HCl與HClO的反應。要求是檢查是否生成Cl2，以及是否有Cl-剩余。有了前面實驗的鋪墊，學生很快就設計出了如圖7所示裝置。

各小組選用的都是次氯酸溶液，但實驗室沒有現(xiàn)成的次氯酸，怎么解決這個問題？有學生提出可以用NaClO溶液和硫酸混合。接下來這位學生演示了HCl與HClO反應的實驗。下面是兩個傳感器的數(shù)據(jù)圖（見圖8和圖9）。

有學生又提出疑問：氯離子傳感器數(shù)據(jù)為什么不是先上升后下降？探頭測到氯離子，傳感器數(shù)據(jù)就會上升;氯離子接著與次氯酸反應，含量減少，傳感器數(shù)據(jù)應該會下降才對。

經(jīng)過討論分析，學生認為氯離子傳感器探頭檢測氯離子有一個時間過程，在這個過程中氯離子就已經(jīng)在和次氯酸反應，所以沒有出現(xiàn)先升后降的現(xiàn)象。

再三重復該實驗，都沒有看見曲線先升后降。課后咨詢該傳感器廠家的工程師，證實了我們的觀察和分析。

通過這兩個實驗，我們能直觀地感受到可逆反應的可逆性和有限性，取得了很好的效果。

2.3 學生感想

接下來是學生分享這節(jié)課的收獲。

生1： 初中學的化學反應大多是完全進行的反應，因此對可逆反應并不是很理解。通過這節(jié)實驗探究課，我確實發(fā)現(xiàn)有些反應在同一條件下，既可以從左往右發(fā)生，也可以從右往左發(fā)生。

生2： 氯離子本來是看不見的，但傳感器卻可以把它的含量變化表現(xiàn)出來，讓我們用肉眼就可以看見可逆反應的特點，現(xiàn)代信息技術應用于化學課堂確實很有必要。另外，這個三通閥組合很有意思，我認為它還可以改進很多實驗。

對第二位同學的感想，筆者及時給予肯定，并鼓勵她課后找?guī)孜煌瑢W一起探究。一周以后，她們在班上作了成果匯報。

以下是她們設計、改進的部分實驗裝置圖（見圖10），操作簡便，效果明顯，體現(xiàn)了實驗微型化，在班上以及年級里引發(fā)了實驗探究的系列活動。

3 教學效果與反思

本節(jié)課是筆者2020年進行的實驗課，之后經(jīng)過修改，相繼被南昌市教育局、江西省教育廳推薦參加第八屆全國實驗教學說課活動，最終被評選為“全國實驗教學說課優(yōu)秀案例”，并于當年8月在網(wǎng)上進行公示。讀者若有興趣，可登錄“全國中小學實驗在線平臺”網(wǎng)站，在“說課活動”中搜索筆者姓名即可觀看相關視頻。

本實驗借助氯離子傳感器和氯氣傳感器，讓可逆反應的物質共存、反應限度、反應可逆等特征，通過數(shù)據(jù)的變化，從抽象變?yōu)橹庇^，淺顯易懂，破解了學生對可逆反應的疑惑，為后面化學平衡的學習減小了難度。更重要的是，學生對問題情境中的眾多因素進行了多視角的分析和探索，對問題解決過程和結果的好奇、質疑和追問，促使學生之間交流討論后對方案作出選擇，在整個化學問題解決的學習中，有效地培養(yǎng)了學生的批判性思維和創(chuàng)新意識。

這節(jié)課的主題雖然是可逆反應的研究，但學生遷移運用本實驗探究過程中所學到的知識和經(jīng)驗，利用

三通閥與注射器組合改進了一系列實驗，真實地提升了實驗的創(chuàng)新意識。由此可見，教育真的就像是點燃了一團火，點燃之后，火自己就會一直燃燒下去。

揚州大學吳星教授說過一段話：“學生化學學科核心素養(yǎng)必須而且只能在化學問題解決的學習中形成和發(fā)展?；瘜W問題解決學習不以對化學知識的記憶和理解為目的，而是通過在真實而復雜的情境中提出問題、開展體驗和探究活動，訓練和運用化學特征的思維方式，最終獲得問題解決的方案和結果。在化學問題解決學習中，化學知識的掌握僅是問題解決的副產(chǎn)品。[5]”在信息時代，學科知識的更新速度空前加快，沒有人能學盡化學學科的所有知識，但人的學科觀念、思維和能力卻是相對穩(wěn)定的。在這樣的背景下，當教育部進一步深化高中化學課程改革時，如何切實提高學生的核心素養(yǎng)就成了很重要的研究課題。在教學過程中，教師應充分重視學生獲取化學知識的方法和過程，當化學知識成為學生探究與實踐對象的時候，其學習過程自然就成為了學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展過程。

參考文獻：

[1][5]教育部基礎教育課程教材專家工作委員會. 普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 65， 74.

[2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 4.

[3]李德前， 魏海， 張羿. “銅與稀硝酸反應”一體化實驗設計[J]. 化學教學， 2020， （9）： 70～72.

[4]霍本斌. 用魯爾三通和注射器整合中學化學實驗的案例[J]. 化學教學， 2020， （11）： 72～75.