侯秀珠 鄭柳萍 陳麗裙**

（1.莆田第十七中學 福建 莆田 351111；2.福建師范大學 福建 福州 350007）

一、項目主題內(nèi)容和教學現(xiàn)狀分析

1.教學主題內(nèi)容分析

碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質及用途是人教版九年級《化學》下冊教材第十一單元《鹽與化肥》課題1生活中常見的鹽第2 課時的教學內(nèi)容［1］，教材在介紹了碳酸鈉、碳酸氫鈉這兩種鹽在生產(chǎn)生活中的用途之后，通過已學的碳酸鈣與鹽酸的反應引出碳酸鈉、碳酸氫鈉相關性質的討論和實驗，旨在引導學生認識到含碳酸根和碳酸氫根的鹽具有與鹽酸反應放出CO2的共性，但并沒有構建性質決定用途的觀念，且與實際生活的聯(lián)系不夠緊密。對碳酸鈉、碳酸氫鈉兩種鹽在水中溶解的熱效應、溶液酸堿性的認識本不是初中教學的重點，但是忽略這些內(nèi)容易使學生形成一些錯誤的認知，如固體溶解無熱效應、鹽溶液呈中性等。而來自實際生活的泡打粉（主要成分是碳酸氫鈉），其發(fā)泡的性能有利于激發(fā)學生的認知沖突——碳酸鈉是否也能作為泡打粉。為此，將項目學習主題確立為“探究烤面包中泡打粉的主要成分”，確定項目學習成果為“揭秘碳酸鈉不能替代碳酸氫鈉作為烤面包中泡打粉主要成分的探究報告”。讓學生體驗從化學原理到實驗設計再到解決實際問題的科學探究與實踐過程，逐漸培養(yǎng)學生分析、綜合、比較、歸納、推理、反思和建模等科學思維方法，形成對物質的性質與應用之間關聯(lián)的科學認識。

2.學生學情分析

針對“探究烤面包中泡打粉的主要成分”的學習主題，學生已有認知及認知需求的學情分析，見表1。

表1 “探究烤面包中泡打粉的主要成分”學情分析

二、教學目標

依據(jù)《義務教育化學課程標準（2022年版）》［2］對課程學習目標及科學思維素養(yǎng)提出的要求，融合項目式學習目標，包括核心知識、能力、態(tài)度和素養(yǎng)目標，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，促進學生高水平思維發(fā)展，制定明確、精準的教學目標。

1.能通過實驗探究，比較碳酸鈉、碳酸氫鈉兩種固體在水中的溶解性、溶液的酸堿性、與酸反應等性質，從化學的角度評價物質在生活中的應用，形成“物質的性質決定用途”的化學觀念。

2.能建構化合物性質探究模型，開展數(shù)字化實驗對比探究，學會控制變量的思想，能對方案的優(yōu)劣及可行性進行評判，培養(yǎng)反思意識，能對數(shù)字化實驗所形成的曲線表征圖進行比較與分析，對不同觀點和結論作出質疑與批判，形成嚴謹?shù)淖C據(jù)推理能力，能根據(jù)化學方程式計算體會定量思想的實際應用價值。

3.通過運用所學的化學知識、方法與原理，解決生活中的化學問題，感受化學學科的魅力，形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，激發(fā)學生學習化學的濃厚興趣。

三、項目任務及教學流程（見表2）

表2 項目任務及教學流程

四、課堂實錄

1.體驗項目情境，建立學習期待

［創(chuàng)設情境］播放筆者用面包機制作烤面包的剪輯視頻。提供資料：烤面包的主要配料有①牛奶100 mL、②食鹽3 g、③糖30 g、④面包粉250 g、⑤泡打粉（發(fā)酵粉）3 g、⑥黃油20 g等，注意按配料順序添加配料。

［學生］觀看視頻，提出要探究的化學問題。

2.提出個人看法，確定研究任務

［學生］泡打粉的成分及作用是什么？如何保存？為什么要按照配料順序添加各種配料呢？發(fā)酵過程中發(fā)生哪些反應？讓面包蓬松的氣體是什么？我們能自制泡打粉嗎？等等。

［任務1］上網(wǎng)查找資料，弄清泡打粉的成分、作用及保存方法（課前已布置查找并購買泡打粉）。

［學生展示］課前查找的泡打粉相關資料（圖1）。

圖1 泡打粉的主要成分、作用及保存方法

［學生發(fā)現(xiàn)并展示］發(fā)現(xiàn)多種品牌泡打粉（或稱發(fā)酵粉）都有共同物質碳酸氫鈉，并匯報課前查到的資料：碳酸氫鈉除了作為發(fā)酵粉外，還可用于治療胃酸過多癥、制可樂、泡騰片、做饅頭、泡沫滅火器、果蔬洗滌鹽等。

［教師提問］這些作用與碳酸氫鈉哪些性質有關？能用碳酸鈉代替碳酸氫鈉作為泡打粉嗎？用化學方法如何解決這個問題？以品牌2為例進行探究。

［師生活動］共同討論、選擇幾個有價值、有代表性的問題布置課中探究任務（見表2 中任務2-6），學生以小組為活動單位，設計實驗并開展探究。

3.預測物質性質，提出探究模型

［教師提問］添加面包配料時，牛奶能與泡打粉同時加入嗎？為什么？請用實驗證明你的猜想。

［任務2］驗證泡打粉加水后產(chǎn)生的氣體。

［學生猜想并驗證］猜想品牌2泡打粉中碳酸氫鈉與固體酒石酸（一種酸性物質）溶于水且兩者發(fā)生化學反應。于是，取購買的品牌2泡打粉樣品少許于試管中，加入適量水，發(fā)現(xiàn)有無色氣泡產(chǎn)生，將該氣體通入澄清石灰水會變渾濁，由此推斷在水的作用下，碳酸氫鈉與固體酒石酸發(fā)生反應產(chǎn)生了CO2。

［教師點評］烤面包一般要經(jīng)過和面→發(fā)面（發(fā)酵）→燒烤三個過程，發(fā)面時面團會形成許多薄膜，把碳酸氫鈉和酒石酸充分溶于水后反應所釋放的CO2罩住，這些氣體在燒烤時讓面包達到膨脹松軟的效果，而和面時面團薄膜未形成，泡打粉一旦與水接觸，碳酸氫鈉與酒石酸迅速溶解，反應產(chǎn)生的CO2逸散導致發(fā)酵粉失效（發(fā)酵時無氣體產(chǎn)生，燒烤就無法達到蓬松的目的），這就是添加面包配料時，牛奶不能與泡打粉同時加入的原因。

［學生］有學生認為，碳酸鈉與碳酸氫鈉組成相似，性質可能相似，所以碳酸鈉可以替代碳酸氫鈉作為泡打粉。

［任務3］驗證碳酸鈉與酸反應也能產(chǎn)生CO2氣體。

［學生］取少量碳酸鈉于試管中，加入適量稀鹽酸（或稀硫酸），有無色氣泡產(chǎn)生，將氣體通入澄清石灰水中，變渾濁，說明碳酸鈉也能與酸反應產(chǎn)生CO2氣體。

［教師］既然碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與酸反應產(chǎn)生CO2氣體，那么碳酸鈉究竟能不能代替碳酸氫鈉作為泡打粉？

［學生］產(chǎn)生新問題：碳酸鈉能不能替代碳酸氫鈉？從哪幾個方面找證據(jù)呢？

［教師］指導學生根據(jù)化合物性質預測模型（圖2），設計實驗并完成探究活動。

圖2 化合物性質預測模型

4.設計實驗方案，建構探究模型

4.1 固體與酸的反應

［學生活動］根據(jù)預測模型（圖2），畫出自己要探究的思維導圖并展示，見圖3。

圖3 探究“碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應”性質的思維導圖（部分學生）

［教師］弄清了解決問題的思路，接下來請大家根據(jù)相關化學原理與方法設計實驗，比較兩者與酸反應的情況。

［任務4］設計實驗方案比較碳酸氫鈉、碳酸鈉與稀鹽酸的反應。

［第1組學生］小組代表匯報實驗方案：各取少量碳酸氫鈉與碳酸鈉放入兩支試管中，同時滴加足量稀鹽酸（圖4），觀察實驗現(xiàn)象。

圖4 與酸反應（1）

［教師］該實驗方案合理嗎？為什么？

［學生1］該方案不科學。因為前面我們剛已驗證了兩種固體都能與酸反應產(chǎn)生CO2（屬于都能反應、相似現(xiàn)象類型），故應設計對比實驗進行探究，但在對比實驗設計中需要控制單一變量，該方案沒有控制等量的碳酸氫鈉與碳酸鈉，無法比較反應的快慢以及生成的氣體量的大小。

［學生2］用膠頭滴管滴加鹽酸，無法保證酸的用量是相同的。

［教師］如何改進？

［第2組學生］我們組做了改進，先各取1 g碳酸氫鈉、碳酸鈉固體分別放入兩個氣球中，并把氣球套在內(nèi)裝足量稀鹽酸的兩個錐形瓶口（圖5），同時倒入固體，觀察到裝有碳酸氫鈉的氣球先脹大且膨脹度比碳酸鈉厲害，說明等質量的兩種固體與酸反應，碳酸氫鈉反應速率快且生成CO2氣體量較多。

圖5 與酸反應（2）

［學生評價］該方案不夠嚴謹，沒有說明兩個錐形瓶和氣球的大小是否相同，且固體必須都是粉末狀的才行。

［教師點評］（肯定同學們的分析與評價）碳酸鈉、碳酸氫鈉都能與酸反應生成CO2氣體，現(xiàn)象十分相似。所以要判斷碳酸鈉能否代替碳酸氫鈉作泡打粉，必須有相當有力的證據(jù)，在設計對比實驗時應盡可能找出兩者與酸反應的劇烈程度以及生成氣體量的大小，但要控制好變量，一般只控制一個條件發(fā)生變化（自變量），其他的條件都不變才能找到最終那個變量（因變量）與這個變量之間的關系。剛才第1組與第2組同學設計的實驗都是定性對比實驗，實驗仍存在許多不足，有些實驗現(xiàn)象難以用肉眼觀察得到，能否設計成定量對比實驗？

［第3組學生］我們組也做了改進，采用壓強傳感器進行實驗。各取1 g的碳酸氫鈉與碳酸鈉粉末分別放在兩支Y形管（容量為100 mL）一端，另一端裝同濃度足量的稀鹽酸（圖6），同時傾斜鐵架臺，讓左端鹽酸緩緩流向右端，利用壓強傳感器測量管內(nèi)氣壓變化，但本次實驗失敗了，Y 形管塞子被沖出去，后來我們組改用0.5 g兩種固體進行實驗成功了，實驗結果見圖7。從圖像很清晰地看出，碳酸氫鈉的曲線比較陡（斜率大）、終點壓強大，而碳酸鈉的曲線相對較平緩（斜率?。?、終點壓強小，說明相同質量的兩種固體與足量酸反應，碳酸氫鈉反應速率較快且生成氣體量較多。（教師提供信息：斜率大小表示反應速率的大小，而壓強大小則表示反應生成氣體量的大?。?/p>

圖6 與酸反應（3）

圖7 壓強隨時間變化統(tǒng)計圖（溫度：15 ℃）

［師生評價實驗方案］第3 組方案設計較嚴謹科學，現(xiàn)象明顯，證據(jù)確鑿，方案可行。經(jīng)分析推理，歸納得出結論：若用碳酸鈉作泡打粉，它與酸反應速率慢且生成的氣體量較少，效果不如碳酸氫鈉好。

［教師提問］剛才第3組同學在實驗過程中，為什么取1 g粉末會發(fā)生瓶塞被沖出的情況？

［學生討論］小組討論后回答問題。

［學生1］氣密性不好。

［學生2］不對，是沒有控制好碳酸氫鈉與碳酸鈉粉末的質量（即自變量的定量問題），導致生成的氣體量太大，瓶塞被沖出。

［教師點評］在實施對比實驗時，應學會對設計的方案科學性、可行性及安全性等進行評估。第3組同學利用手持技術來開展實驗探究，精確度高，可視性強，方案較好，但不足之處：預先沒有做好對比實驗中自變量的定量計算問題，為什么不能取1 g 而可以是0.5 g呢？這時，教師順勢讓同學們當場計算，以生成的CO2為100 mL計算（Y形管容量），CO2密度為1.997 g/L，根據(jù)化學方程式HCl+NaHCO3== ==== NaCl+H2O+CO2↑計算，則需要碳酸氫鈉的質量約為0.381 g，學生也就自然明白前面取1 g 粉末進行實驗失敗的理由，由此滲透對比實驗中控制定量思維的實際應用價值。制作面包時，相同質量的泡打粉與酸反應產(chǎn)生氣體的量越多，則做出來的面包越蓬松、口感越好，而反應越劇烈則表明發(fā)面（發(fā)泡）越容易進行，縮短面包制作的時間。正因為相同質量下碳酸氫鈉與酸反應產(chǎn)生的CO2比碳酸鈉多，所以生活中碳酸氫鈉常用于作泡打粉、制可樂、做滅火器等，讓學生懂得原來物質的用途是由其性質決定的。

4.2 固體的溶解性及溶解熱

（2）企業(yè)級預案管理。收錄采集各級企業(yè)部門的綜合應急預案、專項應急預案、現(xiàn)場處置方案，對收集的預案進行動態(tài)管理。

［教師提問］還有其他證據(jù)說明碳酸鈉不適宜作泡打粉嗎？

［任務5］探究碳酸氫鈉、碳酸鈉固體的溶解性及溶解熱

［學生活動］根據(jù)預測模型（圖2），畫出自己要探究的思維導圖并展示，見圖8。

圖8 探究“碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶解性及其溶液酸堿性”思維導圖（部分學生）

［教師］派小組代表匯報任務5設計的實驗探究方案及實驗結果。

［第4 組學生］我們組取兩種固體各1 g 分別放入10 mL 水（水溫16.0 ℃）中溶解，邊攪拌邊用溫度傳感器測量，發(fā)現(xiàn)1 g 碳酸鈉全部溶解而碳酸氫鈉卻有少部分不溶，產(chǎn)生的熱效應見圖9。

圖9 溶解熱變化曲線圖

［學生對比分析并歸納］在相同溫度下，等量的水中，碳酸鈉的溶解能力比碳酸氫鈉大（即相同溫度下碳酸鈉的溶解度較大），且溶解放熱，而碳酸氫鈉溶解吸熱。

［教師點評］和面階段應盡可能保留更多的發(fā)酵粉。選用溶解度較小的碳酸氫鈉作泡打粉，可確保和面時發(fā)酵粉較少被水溶解且反應掉，而溶解吸熱也可確保低溫環(huán)境下碳酸氫鈉不被分解（50 ℃時碳酸氫鈉就開始分解）。

4.3 固體水溶液的酸堿性及酸堿度

［任務6］探究碳酸氫鈉、碳酸鈉溶液酸堿性及酸堿度。

［學生活動］根據(jù)圖8探究思維導圖，設計實驗方案。

［第5 組學生］我們組取0.5 g 兩種粉末分別置于10 mL 水中溶解后得到的溶液，利用pH 計進行測量，測得碳酸鈉溶液pH 為11.31，碳酸氫鈉溶液pH 為8.41，說明兩種溶液均呈堿性，且同濃度的碳酸鈉溶液的堿性明顯強于碳酸氫鈉溶液。

［第6 組學生］我們組分別取1 g 碳酸氫鈉與碳酸鈉置于10 mL蒸餾水中，邊攪拌邊用pH傳感器進行測量，可以看見整個過程的實驗結果（見圖10）。

圖10 酸堿度變化曲線

［師生點評］第5 組和第6 組設計的實驗精確度高，直觀性強，方案可行，第5組測的是結果，而第6組可以觀察到整個過程中溶液的PH變化情況。

［學生對比分析并歸納］碳酸氫鈉和碳酸鈉兩種溶液都呈堿性，但同濃度的碳酸氫鈉溶液的堿性比碳酸鈉溶液要小。

［教師點評］制作面包時，若使用堿性較強的碳酸鈉來作泡打粉，會使制作的面包帶有苦澀味，口感較差。所以溶液堿性較弱的碳酸氫鈉，往往用于制作泡打粉、治療胃酸過多等，而溶液堿性較強的碳酸鈉通常則用于清除油污，生活中濕抹布沾了除污粉會發(fā)燙，就是除污粉中含有碳酸鈉（吸水放熱）的緣故，再次滲透“物質的性質決定用途”的化學觀念。

5.分析推理歸納，形成項目成果

［教師］探究碳酸鈉能否取代碳酸氫鈉作泡打粉的報告應該綜合考慮哪些方面？實驗操作中應注意哪些問題？

［任務7］評價并形成探究報告。

［學生］小組討論、相互評價，匯報結果（教師及時引導）。

［學生］討論歸納并完善探究報告。

6.提交探究報告

從各小組提交的探究報告來看，特點有：（1）報告中體現(xiàn)探究內(nèi)容的邏輯較清晰，多數(shù)學生能按照化合物性質探究模型畫出思維導圖，逐項呈現(xiàn)，說明學生思維有所進階，達成了建構模型解決化學問題的教學目的。（2）在設計定量對比實驗時，對控制哪個自變量有清楚的認識，并能利用化學方程式計算，達成了體會定量思想的實際應用價值的教學預設［3］。能利用數(shù)字化實驗進行定量實驗設計，對曲線表征圖進行對比分析、歸納與推理，得出正確結論。（3）在反思評價階段，有的小組還發(fā)現(xiàn)新問題：碳酸鈉不能代替碳酸氫鈉作發(fā)酵粉，可能還與碳酸鈉在加熱條件下不能分解而碳酸氫鈉能分解有關；碳酸鈉與碳酸氫鈉都是鈉的碳酸鹽，為什么兩者與酸反應的速率會不一樣呢？（4）有的小組還說，他們發(fā)現(xiàn)生活中物質的用途往往都能體現(xiàn)物質的某種性質，達成了建構“物質性質決定用途”觀念的教學目標，感受到了化學學習的價值。

五、教學效果及反思

（1）項目式學習將學生置于主體地位，讓學生在動手實踐中獲得了項目成果的成就感，在真實的實驗實踐中分析推理、比較歸納，得出結論解決實際問題，獲得了核心知識與技能、關鍵能力和品格。而手持技術數(shù)字化實驗在定量實驗設計中的重要優(yōu)勢，讓對比實驗結果高度可視化，直觀說明了碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應、固體溶解熱及溶液酸堿度的不同，找到了確鑿的證據(jù)，證明碳酸鈉不能替代碳酸氫鈉作泡打粉的多種理由，突破學生已有經(jīng)驗的局限與思維定式，實現(xiàn)學生對課程知識的內(nèi)化與遷移。

（2）在探究活動階段，利用多次任務驅動，讓學生在“做中學”“做中思”“做中悟”，有利于批判性思維和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，促進學生科學思維的發(fā)展。學生們按小組組成一個個學習共同體，通過共同學習研討、共享資源、共同協(xié)作，完成各項學習任務，從而實現(xiàn)共同成長、共同提高的目的［4］。同時，有助于教師發(fā)現(xiàn)學生存在的問題，及時進行針對性指導實踐研究，進一步深化對項目式學習有助于發(fā)展學生核心素養(yǎng)的認識。

（3）課后，筆者鼓勵學生利用課余時間進行延伸探究——碳酸氫鈉作泡打粉是否與它在加熱條件下能分解的性質有關，從而促進學生認知的全面發(fā)展，增進對科學實驗的情感。在后續(xù)綜合評價結果中發(fā)現(xiàn)小組的合作探究能力大大增強，問題解決能力得到明顯的提升，在項目學習過程中學會初步建構化合物性質探究模型，信息素養(yǎng)也得到了提升。