陸萍 周春露

摘要：實驗室制備二氧化碳后，在廢物缸中有不少的殘留物，其中的固體顆粒的成份是什么？液體的成份是什么？通 過設(shè)計教學(xué)過程，利用常規(guī)實驗和數(shù)字化實驗探究固體和液體成分，揭曉實驗室“廢液、廢渣”的成分，進(jìn)而討論“廢液、廢渣”的處理方法，培養(yǎng)環(huán)保意識和社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。

關(guān)鍵詞： STEM理念;數(shù)字化實驗;實驗探究;責(zé)任擔(dān)當(dāng)

文章編號：1008-0546（2022）05-0038-04中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.008

一、教學(xué)分析

1.課標(biāo)分析

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能夠通過親身體驗科學(xué)探究活動過程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增進(jìn)對科學(xué)的情感，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法，初步形成科學(xué)探究能力，并發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

2.學(xué)情分析

在前面的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)了滬教版九年級化學(xué)所有新知識。熟悉CO2的主要性質(zhì)和用途，會用實驗方法在實驗室制備 CO2，初步了解自然界中的碳平衡，能用學(xué)過的知識來解釋人呼出的氣體中CO2 的相對含量與空氣中CO2的相對含量有差異的原因，但缺乏綜合分析和評價的能力，還未能構(gòu)建化學(xué)學(xué)科大概念，更多的問題還停留在識記性的層面，質(zhì)疑能力還較薄弱，環(huán)境保護(hù)意識和社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識還有待進(jìn)一步培養(yǎng)。

3.教學(xué)目標(biāo)

①通過設(shè)計實驗并動手操作來探究實驗室制備二氧化碳后的固液混合物的成分，小結(jié)梳理碳酸鹽和酸性物質(zhì)的檢驗，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案的能力和規(guī)范的動手操作能力。

②通過觀察殘液成分探究的實驗現(xiàn)象，分析數(shù)字化實驗中溶液pH 和生成CO2濃度的變化的“即時”成像，增強(qiáng)對宏觀、微觀、符號和曲線四重表征的化學(xué)學(xué)科特色的理解。

③利用數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗的融合，讓同學(xué)們體驗實驗探究的樂趣，激發(fā)他們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和探究熱情，學(xué)會用實驗探究來解決實際問題，并基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理的方法。

④通過對實驗室“三廢”處理方法的討論，理解化學(xué)與社會、技術(shù)和環(huán)境的關(guān)系，培養(yǎng)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識。了解科學(xué)和技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了社會發(fā)展和社會文明，從而培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

4.學(xué)習(xí)重點、難點

在任務(wù)驅(qū)動下學(xué)會設(shè)計、優(yōu)化和實施方案。

從微觀角度解釋宏觀現(xiàn)象，落實化學(xué)課程核心素養(yǎng)，構(gòu)建化學(xué)學(xué)科大概念，如分類觀、變化觀、反應(yīng)限度觀。

5.教學(xué)方法

創(chuàng)設(shè)情境法、直觀演示法、探究法、討論法。

二、教學(xué)過程

【教師活動】展示燒杯中殘留物。

問題一：同學(xué)們，這是你們在實驗室中制備二氧化碳后殘留的物質(zhì)，殘留的固體和液體分別含有哪些物質(zhì)呢？實驗后我們可不可以直接倒入水池中？

教學(xué)片斷一（見表1）：

【教師活動】用鑷子從殘留物中取出一小粒固體。

問題二：同學(xué)們，既然你們猜想固體中有碳酸鈣的存在，最有說服力的方法當(dāng)然是實驗，所以我們還是設(shè)計實驗來進(jìn)行探究吧，如何來進(jìn)行呢？

教學(xué)片斷二（見表2）：

【教師活動】從殘留物中倒出液體試劑。

問題三：通過剛才的實驗我們已經(jīng)得出固體中含有碳酸鈣，殘留的液體中是不是真的像我們的猜想一樣，不含有鹽酸呢？還是讓實驗來說話吧！

教學(xué)片斷三（見表3）：

【教師活動】繼續(xù)從殘留物中倒出液體試劑。

問題四：剛才的實驗中我們已經(jīng)得出殘留的液體中含有鹽酸，該液體中還有其它物質(zhì)嗎？如何設(shè)計實驗來以證明呢？

教學(xué)片斷四（見表4）：

【教師活動】分析以上的探究結(jié)論你有哪些想法？這樣的想法與今天開始本節(jié)課時你的想法是一致的嗎？

【學(xué)生活動】（在教師的引導(dǎo)下有下列想法），這樣的想法與開始上課的想法有所不同。

1.今天上課前我們認(rèn)為殘留物中觀察不到明顯現(xiàn)象，因此碳酸鈣和鹽酸兩種物質(zhì)中只能剩余一種，而通過實驗我們可以看出殘留物中有碳酸鈣，也有稀鹽酸。

2.向氯化鈣和稀鹽酸的混合物中滴加碳酸鈉溶液時，開始加入的少量的碳酸鈉先與混合物中的稀鹽酸反應(yīng)，觀察不到明顯的白色沉淀，當(dāng)鹽酸反應(yīng)后溶液中的氯化鈣與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)。

3.傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗結(jié)合后，可以進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的實時采集與分析，可以替代人工采集數(shù)據(jù)的模式，給化學(xué)實驗帶來巨大的變化。

問題五：殘留物中有碳酸鈣，也有鹽酸，為什么看不到氣泡呢？是本來就不產(chǎn)生氣泡還是產(chǎn)生太少，以致于我們觀察不到明顯現(xiàn)象呢？如果不產(chǎn)生氣泡，是什么原因呢？是因為酸的濃度太小嗎？我們可不可以用實驗來加以證明呢？

教學(xué)片斷五見表5：

三、教學(xué)流程圖

見圖1。

四、教學(xué)效果與教學(xué)反思

進(jìn)行本課題的教學(xué)設(shè)計時，我是基于這樣的幾點想法：

“格雷特·亞克門提出STEM教育的教學(xué)不以傳授知識為主要任務(wù)，而以培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)”[3]?；诖?，這節(jié)課我利用實驗室殘留物的真實情境，設(shè)計了問題鏈驅(qū)動學(xué)生活動，學(xué)生解決真實問題的能力在不斷地猜想、設(shè)計方案、遴選、優(yōu)化并實施方案、搜集證據(jù)、分析并得出結(jié)論的過程中得以螺旋式提升。

“學(xué)習(xí)者的態(tài)度比他存儲在大腦中的很快就貶值的事實性知識更重要”“知識必須是‘可降解的’”[4]。在觀察不到明顯氣泡后的固液混合物體系中同時驗證到CaCO3和稀鹽酸，以及用對比實驗證明由于鹽酸濃度降低了，雖然肉眼觀察不到氣泡，但 CaCO3和稀鹽酸確實在緩慢地反應(yīng)，這一次次的“認(rèn)知沖突”，都使得學(xué)生的知識得以先“解構(gòu)”再“重構(gòu)”，學(xué)會用批判的眼光看待知識。

知識不能固化，思維不能僵化。那我是不是也可以引導(dǎo)學(xué)生從其他影響反應(yīng)速率的因素繼續(xù)進(jìn)行探究呢？如果將殘留固體粉碎，或?qū)⒎磻?yīng)體系升高溫度，是不是反應(yīng)速率也可以加快，證明 CaCO3和稀鹽酸在發(fā)生反應(yīng)？除了可以驗證鹽酸的消耗，是不是也可以測定一段時間后固體的減少或二氧化碳濃度的增加來證明呢？筆者將會把這些問題的探究作為這個主題教學(xué)的補(bǔ)充和延續(xù)，也是筆者在后續(xù)教學(xué)中需要繼續(xù)深入探究的問題。

通過學(xué)習(xí)如何處理實驗室“三廢”，同學(xué)們增強(qiáng)了責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識和環(huán)保意識，認(rèn)識到地球是我們目前賴以生存的唯一宜居星球，有毒有害物質(zhì)不應(yīng)該成為我們對大自然的回饋，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)家園，就是在保護(hù)我們自己。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]馬宏佳.化學(xué)數(shù)字化實驗的理論與實踐[M].北京：人民教育出版社，2016：10.

[3]鄭葳.中國 STEAM 教育發(fā)展報告[M].北京：科學(xué)出版社，2017：131.

[4]安德烈·焦?fàn)柈?dāng)，杭零譯.學(xué)習(xí)的本質(zhì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：176.