黃琦 陳楷麗 錢揚(yáng)義

摘要：新課標(biāo)提出基于真實(shí)問題的情境創(chuàng)設(shè)，以激發(fā)學(xué)生興趣，而貫穿式情境教學(xué)運(yùn)用于高中課堂，可形成教學(xué)主鏈，輔以多樣化的課堂活動(dòng)，可有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。文章以“碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)探究”為例，闡述貫穿式情境教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用，以期為一線教師提供教學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：貫穿式情境;數(shù)字化實(shí)驗(yàn);碳酸鈉和碳酸氫鈉

文章編號(hào)：1008-0546（2022）08-0052-04?? 中圖分類號(hào)：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.011

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出：重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)基于真實(shí)問題的情境創(chuàng)設(shè)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。但在目前大多數(shù)的中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，情境創(chuàng)設(shè)僅使用于課前導(dǎo)入環(huán)節(jié)，后續(xù)教學(xué)內(nèi)容脫離該情境;或基于不同的知識(shí)點(diǎn)在一節(jié)課中創(chuàng)設(shè)多個(gè)不同的情境，教學(xué)效果不佳。貫穿式情境教學(xué)是情境教學(xué)的具體運(yùn)用形式之一，指運(yùn)用一條主線將創(chuàng)設(shè)的情境聯(lián)系起來，前后呼應(yīng)[1]。貫穿式的教學(xué)情境應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)中，層層遞進(jìn)激發(fā)學(xué)生思考，提高課堂趣味性，提升教學(xué)效率。

一、教學(xué)主題與現(xiàn)狀分析

“碳酸鈉和碳酸氫鈉”是人教版《化學(xué)（必修第一冊(cè)）》第二章“海水中的重要元素——鈉和氯”中第一節(jié)“鈉及其化合物”的教學(xué)內(nèi)容。以“性質(zhì)決定用途，用途反映性質(zhì)”為指導(dǎo)思想，對(duì)比學(xué)習(xí)碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。課標(biāo)中該部分內(nèi)容要求如下：結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究，了解鈉及其重要的化合物的主要性質(zhì)，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用[2]。

教師在該部分的教學(xué)中多采用碳酸鈉與碳酸氫鈉在生活生產(chǎn)中的多種應(yīng)用或創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)二者的性質(zhì)，但情境之間缺乏連貫性，知識(shí)點(diǎn)間分散，銜接不緊密，難以通過一條主線聯(lián)系本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

二、教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

結(jié)合內(nèi)容分析和學(xué)情分析，制定本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)如下：

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過列表歸納比較學(xué)習(xí)碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質(zhì)，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案區(qū)分二者，培養(yǎng)科學(xué)探究的學(xué)科核心素養(yǎng)。

（2）通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析認(rèn)識(shí)碳酸鈉與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)并用化學(xué)符號(hào)表征方程式。同時(shí)引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，提高采集和分析數(shù)據(jù)能力。

（3）通過創(chuàng)設(shè)熟悉的生活問題情境，了解碳酸氫鈉與碳酸鈉在生活中的用途，建立“性質(zhì)決定用途”的認(rèn)識(shí)思路，密切聯(lián)系化學(xué)與生活。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）通過對(duì)區(qū)分碳酸鈉和碳酸氫鈉探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施、交流和點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究水平。

（2）通過對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與轉(zhuǎn)化，診斷并發(fā)展學(xué)生采集和分析數(shù)據(jù)的能力。

（3）通過對(duì)發(fā)酵粉使用說明書的討論和點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生“性質(zhì)決定用途”思維方法的認(rèn)識(shí)水平。

三、教學(xué)流程

根據(jù)錢揚(yáng)義教授團(tuán)隊(duì)提出的基于問題解決的“3× n”教學(xué)范式[3]，設(shè)計(jì)本節(jié)課的教學(xué)流程（見圖1）如下：

四、教學(xué)過程

情境導(dǎo)入——面包膨脹過程的視頻

【教師提問】制作面包時(shí)需要加入什么才能讓它膨脹起來呢？

【學(xué)生活動(dòng)】發(fā)酵粉。

【資料卡片】發(fā)酵粉是一種復(fù)合添加劑，主要用于面制品和膨化食品的生產(chǎn)，發(fā)酵粉中含有許多物質(zhì)，主要成分為小蘇打。

1.情境1——發(fā)酵粉的判斷

【教師活動(dòng)】發(fā)酵粉的主要成分是小蘇打，老師在超市購(gòu)買時(shí)發(fā)現(xiàn)，超市中不僅有小蘇打也有蘇打，二者非常相似，請(qǐng)各位同學(xué)根據(jù)資料卡片（見圖2）的信息分組討論并完成表格，區(qū)分二者。

【資料卡片】

【學(xué)生活動(dòng)】分組討論并完成表格，總結(jié)碳酸鈉和碳酸氫鈉物理性質(zhì)上的差異，設(shè)計(jì)方案區(qū)分二者。

【學(xué)生活動(dòng)】分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)區(qū)分二者，并匯報(bào)結(jié)果（見表1）。

2.情境2——和面

【資料卡片】發(fā)酵粉配料表：碳酸氫鈉、檸檬酸等。

【教師提問】為什么使用碳酸氫鈉而不是碳酸鈉用于發(fā)酵？

【教師活動(dòng)】取等量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，分別向其中加中等量的面粉和檸檬酸進(jìn)行和面，發(fā)酵相同的時(shí)間，請(qǐng)同學(xué)們觀察、觸摸、感受并思考這兩個(gè)面團(tuán)有什么區(qū)別？

【學(xué)生活動(dòng)】碳酸鈉發(fā)的面團(tuán)小而硬，碳酸氫鈉發(fā)的大而軟。

【教師追問】為什么碳酸氫鈉發(fā)面團(tuán)又快又大呢？

【學(xué)生活動(dòng)】可能是碳酸鈉、碳酸氫鈉與檸檬酸的反應(yīng)不同。

【教師追問】碳酸鈉、碳酸氫鈉與檸檬酸的反應(yīng)我們比較陌生，但是我們初中學(xué)過碳酸鈉、碳酸氫鈉和哪一種酸的反應(yīng)呢？請(qǐng)寫出它們反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生活動(dòng)】Na2CO3+2HCl =2NaCl + CO2↑+ H2O; NaHCO3+ HCl = NaCl + CO2↑+ H2O

【教師活動(dòng)】為了探究碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)誰更快，老師準(zhǔn)備了兩個(gè)氣球，并向其中加入等量鹽酸溶液，準(zhǔn)備了兩只試管分別加入等量碳酸鈉和碳酸氫鈉粉末，請(qǐng)兩位同學(xué)將兩個(gè)氣球分別套在兩個(gè)試管上并同時(shí)將粉末倒入試管中，請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】氣球法探究碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)。

【學(xué)生活動(dòng)】?jī)蓚€(gè)氣球均膨脹，且速度差不多。

【教師活動(dòng)】氣球法只能粗略判斷反應(yīng)速度，當(dāng)二者速度接近時(shí)，我們需要更精確地認(rèn)識(shí)其中的過程。

【教師活動(dòng)】利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可實(shí)時(shí)便捷獲取反應(yīng)體系的數(shù)據(jù)，從定性到定量認(rèn)識(shí)反應(yīng)體系的變化。密閉體系中往碳酸鈉溶液逐漸滴加鹽酸溶液，用氣壓傳感器收集實(shí)時(shí)的氣壓數(shù)據(jù)并傳送至電腦中，電腦會(huì)呈現(xiàn)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)并繪制成曲線，再將碳酸鈉溶液換成碳酸氫鈉溶液重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟。

【演示實(shí)驗(yàn)】利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)比較碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)（見圖3、圖5）。

【學(xué)生活動(dòng)】分析曲線信息（見圖4、表2、圖5）。

【教師提問】如何比較二者反應(yīng)的快慢呢？

【學(xué)生活動(dòng)】比較B-C段的斜率，斜率越大則單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體越多，反應(yīng)越快。

【學(xué)生活動(dòng)】碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)對(duì)應(yīng)的斜率大于碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)對(duì)應(yīng)的斜率，碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)比碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)快。

【教師活動(dòng)】分析曲線看到碳酸氫鈉更早更快產(chǎn)生氣體，是因?yàn)樘妓徕c和鹽酸反應(yīng)分兩步進(jìn)行，碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)先生成碳酸氫鈉，碳酸氫鈉與鹽酸再進(jìn)行下一步反應(yīng)。請(qǐng)同學(xué)們寫出這兩步方程式。

【學(xué)生活動(dòng)】Na2CO3+ HCl = NaCl + NaHCO3;

NaHCO3+ HCl = NaCl + CO2↑+ H2O

3.情境3——蒸煮

【教師提問】和面后進(jìn)行蒸煮，為什么在蒸的過程中，面團(tuán)會(huì)像氣球一樣鼓起來？

【資料卡片】小蘇打受熱易分解，產(chǎn)生氣體使面包更蓬松。

【教師提問】類比碳酸的分解，請(qǐng)同學(xué)們預(yù)測(cè)碳酸氫鈉受熱會(huì)分解生成什么？怎么檢驗(yàn)?zāi)兀?/p>

【學(xué)生活動(dòng)】可能會(huì)生成二氧化碳和水。二氧化碳可用澄清石灰水檢驗(yàn)，若產(chǎn)生水則干燥的燒杯或試管壁上會(huì)有水霧。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】碳酸氫鈉受熱分解實(shí)驗(yàn)（見圖6）。

【教師提問】銅片上剩余的固體除了未反應(yīng)完的碳酸氫鈉固體外，還有什么呢？

【資料卡片】蒸饅頭時(shí)加一些小蘇打，可以中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。碳酸氫鈉在作用后會(huì)殘留碳酸鈉，使用過多會(huì)使成品有堿味。

【學(xué)生活動(dòng)】根據(jù)資料卡片信息及實(shí)驗(yàn)結(jié)論，書寫碳酸氫鈉受熱分解的方程式。

4.課堂總結(jié)

【學(xué)生活動(dòng)】將發(fā)酵粉揉入面團(tuán)中，并定制形狀。

【小組任務(wù)】在白板上為發(fā)酵粉寫一份使用說明（包含發(fā)酵的原理、該如何保存等信息）并進(jìn)行匯報(bào)。

【教師活動(dòng)】展示蒸好的面團(tuán)，與未蒸的面團(tuán)進(jìn)行對(duì)比。

【教師活動(dòng)】結(jié)合情境線總結(jié)本節(jié)課內(nèi)容。

五、總結(jié)與反思

1.貫穿式情境教學(xué)方法

由“發(fā)酵粉判斷—和面—蒸煮”創(chuàng)設(shè)貫穿式真實(shí)情境，認(rèn)識(shí)“碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質(zhì)—碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)—碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性”，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)“性質(zhì)決定用途”，豐富學(xué)生對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的價(jià)值認(rèn)識(shí)。

2.問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)策略

問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)是指教師以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)問題進(jìn)行探究思考，充分發(fā)揮學(xué)生主體作用的教學(xué)過程。本研究圍繞本課教學(xué)重點(diǎn)設(shè)計(jì)三個(gè)問題“如何區(qū)分蘇打和小蘇打？為什么碳酸氫鈉發(fā)面團(tuán)又快又大？為什么面團(tuán)在蒸的過程中會(huì)膨脹？”，同時(shí)結(jié)合多形式的課堂活動(dòng)，并設(shè)置合理的應(yīng)用評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、評(píng)”一體化。

3.“碳酸鈉與碳酸氫鈉分別和鹽酸反應(yīng)”創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

針對(duì)氣球法對(duì)比碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度不高、速度看不出差別等問題，本研究引入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用氣壓傳感器采集反應(yīng)體系實(shí)時(shí)的氣壓變化，從定性到定量認(rèn)識(shí)反應(yīng)過程，實(shí)時(shí)便捷地獲取數(shù)據(jù)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生采集和分析數(shù)據(jù)的能力。

參考文獻(xiàn)

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[3]錢揚(yáng)義，唐云波，李綺琳.“1+8”套餐深度教研的理論與實(shí)踐[M].廣州：廣東教育出版社，2021.