化學(xué)并非僅理論探索的自然學(xué)科，其中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)更是如此。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可深入探究知識(shí)起源、發(fā)展及應(yīng)用，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法常大量使用試劑導(dǎo)致環(huán)境污染，且教學(xué)效果有限。因此，“微實(shí)驗(yàn)”應(yīng)運(yùn)而生，其融合課堂教學(xué)，使用少量試劑，依據(jù)教學(xué)需求組織操作，既能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全性，又能提升學(xué)生的動(dòng)手能力，頻繁實(shí)踐更有助于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維。作為中學(xué)化學(xué)教師，應(yīng)深入研究并應(yīng)用微實(shí)驗(yàn)于日常教學(xué)，在這里筆者以“碳的多樣性”為例展開教學(xué)討論。

一、教學(xué)內(nèi)容

“碳的多樣性”選自魯科版高中化學(xué)必修一第三章第一節(jié)，該節(jié)內(nèi)容不僅為物質(zhì)的量及離子反應(yīng)理論補(bǔ)充了豐富的感性認(rèn)知材料，還為第三章學(xué)習(xí)元素及其化合物性質(zhì)提供了清晰的思路。本節(jié)課將通過實(shí)驗(yàn)探究碳酸鈉（Na2CO2）和碳酸氫鈉（NaHCO2）的性質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)碳元素多樣性的理解。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.通過趣味實(shí)驗(yàn)引發(fā)學(xué)生對(duì)Na2CO2和NaHCO2性質(zhì)的質(zhì)疑與思考;掌握Na2CO2和NaHCO2的基本性質(zhì)，并能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2.培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)事實(shí)中獲取有效信息的能力，并鼓勵(lì)其進(jìn)行合理質(zhì)疑;引導(dǎo)學(xué)生通過對(duì)比學(xué)習(xí)的方法，深入理解Na2CO2和NaHCO2的性質(zhì)差異。

3.通過定量思考和遷移應(yīng)用，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)性質(zhì)與實(shí)際問題聯(lián)系的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

三、教學(xué)方法

1.微實(shí)驗(yàn)教學(xué)。通過設(shè)計(jì)趣味實(shí)驗(yàn)，引發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲望，進(jìn)而展開對(duì)Na2CO2和NaHCO2性質(zhì)的深入學(xué)習(xí)。

2.對(duì)比學(xué)習(xí)。通過對(duì)比Na2CO2和NaHCO2的性質(zhì)差異，幫助學(xué)生形成清晰的知識(shí)體系，并培養(yǎng)其分析比較的能力。

3.定量思考與遷移應(yīng)用。引導(dǎo)學(xué)生通過定量思考解決實(shí)際問題，加強(qiáng)性質(zhì)認(rèn)知，并培養(yǎng)其知識(shí)遷移和應(yīng)用的能力。

四、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

【課前活動(dòng)探究】師：為了深入了解碳足跡計(jì)算和環(huán)境影響，請(qǐng)同學(xué)們通過互聯(lián)網(wǎng)搜索并使用碳足跡計(jì)算器來(lái)計(jì)算家庭每年在用電、車輛耗油、使用煤氣或天然氣等方面所排放的二氧化碳，并將你的調(diào)查結(jié)果整理成一份報(bào)告。調(diào)查報(bào)告可以包括以下內(nèi)容：

1.簡(jiǎn)要介紹碳足跡計(jì)算器的作用和意義。

2.描述你使用的碳足跡計(jì)算器，并說明其計(jì)算方法和數(shù)據(jù)來(lái)源。

3.分別列出家庭用電、車輛耗油和使用煤氣或天然氣方面的二氧化碳排放量數(shù)據(jù)。

4.對(duì)比各項(xiàng)數(shù)據(jù)，分析家庭在不同方面的二氧化碳排放情況。

5.總結(jié)調(diào)查結(jié)果，討論家庭的碳足跡對(duì)環(huán)境的影響，并提出可行性的改善方案。

（設(shè)計(jì)意圖：通過這個(gè)活動(dòng)，學(xué)生將了解碳足跡計(jì)算器的概念和應(yīng)用方法，通過使用這個(gè)工具，同學(xué)們可以了解自己家庭在能源消耗方面產(chǎn)生的碳排放情況。參與了此次調(diào)研活動(dòng)，學(xué)生會(huì)意識(shí)到日常生活中許多方面都與碳元素息息相關(guān)，初步認(rèn)識(shí)到碳的多樣性。此外，學(xué)生還能在活動(dòng)中對(duì)碳排放量的計(jì)算和環(huán)境影響有更深入的了解，意識(shí)到自己在家庭能源消耗中扮演的角色，并思考如何減少碳排放;培養(yǎng)環(huán)境保護(hù)意識(shí)，積極參與環(huán)保行動(dòng)，為減少碳排放作出貢獻(xiàn)。）

（二）體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，開展探究活動(dòng)

師（提出問題）：同學(xué)們，你們知道自然界單質(zhì)碳有哪些嗎？借助PPT向?qū)W生呈現(xiàn)（見圖1）。

【提出問題】師：同學(xué)們，你們知道為什么這些物質(zhì)都是由碳元素組成，但在生活中的性質(zhì)差異如此之大嗎？

【組裝模型】以小組的方式，學(xué)生進(jìn)行金剛石、石墨等物質(zhì)結(jié)構(gòu)的組裝。

【思考討論】小組成員通過組裝的方式，思考、討論結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系。

（設(shè)計(jì)意圖：通過觀察圖片并進(jìn)行模型組裝，學(xué)生將直觀地體驗(yàn)到碳單質(zhì)的多樣性，并深入了解金剛石和石墨性質(zhì)不同的微觀原因，這有助于豐富其對(duì)碳單質(zhì)多樣性的認(rèn)知，并認(rèn)識(shí)到在物質(zhì)變化過程中元素種類并不改變，變化的只是元素的組成和物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。）

【提出問題】師：碳酸鈉與碳酸氫鈉均為鹽類，其水溶液的酸堿性是怎樣的呢？

教師組織學(xué)生進(jìn)行酸堿性實(shí)驗(yàn)測(cè)試。學(xué)生利用手持pH傳感器，對(duì)碳酸鈉與碳酸氫鈉水溶液的酸堿性進(jìn)行檢測(cè)。

本環(huán)節(jié)引發(fā)學(xué)生的思考和討論。

（設(shè)計(jì)意圖：通過酸堿性測(cè)試的方式，讓學(xué)生借助pH傳感器，直觀了解和感受碳酸鈉與碳酸氫鈉水溶液的堿性強(qiáng)弱關(guān)系，這為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。）

（三）創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引發(fā)學(xué)生思考

通過以生活中含碳物質(zhì)為出發(fā)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示：

師：同學(xué)們，你們看，老師現(xiàn)在取兩份等量的可樂，分別加入等量的蘇打和小蘇打，用無(wú)紡布遮蓋在可樂瓶口處，并將這兩個(gè)瓶子倒立放置，你們觀察到了什么現(xiàn)象。

生1：我發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)可樂瓶都有氣泡產(chǎn)生，但是氣泡產(chǎn)生的速率有所不同。

師：現(xiàn)在我用力搖晃瓶身，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

生2：老師我注意到裝有蘇打的可樂瓶身癟了，但是裝有小蘇打的瓶子未發(fā)生明顯變化。

（設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生思考。在對(duì)比中，學(xué)生比較容易得出結(jié)論，即蘇打（Na2CO3）和小蘇打（NaHCO3）的性質(zhì)有所不同，進(jìn)一步深化對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的認(rèn)識(shí)。）

（四）解釋實(shí)驗(yàn)，解決疑問

【組織學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】學(xué)生觀察Na2CO3和NaHCO3的外觀、溶解性以及與酚酞指示劑的反應(yīng)等物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。通過各種實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)Na2CO3和NaHCO3水溶液都呈堿性。結(jié)合已有的知識(shí)，Na2CO3與酸反應(yīng)以及碳酸氫根離子與氫離子不能共存，并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。我們將等量的鹽酸倒入等量的Na2CO3和NaHCO3溶液中，觀察到兩者都產(chǎn)生了氣泡，但NaHCO3的反應(yīng)更加劇烈。

通過對(duì)這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，引發(fā)了學(xué)生對(duì)可樂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思考，并對(duì)這兩個(gè)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋：第一個(gè)現(xiàn)象是Na2CO3和NaHCO3與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，屬于強(qiáng)酸制弱酸的反應(yīng)。進(jìn)一步查閱可樂的成分，發(fā)現(xiàn)可樂中含有磷酸，而磷酸的酸性強(qiáng)于碳酸，因此符合較強(qiáng)酸制較弱酸的規(guī)律。

第二個(gè)現(xiàn)象是在改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)中，通過裝置進(jìn)行觀察和分析，我們使用帶支試管，一個(gè)裝有Na2CO3溶液，另一個(gè)裝有NaHCO3溶液，并使用注射器注入鹽酸溶液。我們觀察到裝有NaHCO3溶液的試管上方的氣球鼓起，但裝有Na2CO3溶液的試管上方的氣球未鼓起;隨后將剩余的鹽酸溶液全部注入，使鹽酸過量。我們觀察到裝有Na2CO3溶液的玻璃管上方的氣球鼓起。

這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象很好地驗(yàn)證了HCO3-能夠立即與H+結(jié)合生成CO2氣體的原理，而CO32-與H+結(jié)合是逐步進(jìn)行的。正是微觀粒子與H+結(jié)合的方式不同，導(dǎo)致宏觀上釋放CO2的速率不同，從而解釋了可樂實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。此外，在可樂實(shí)驗(yàn)中觀察到裝有NaHCO3的瓶子變癟，而裝有Na2CO3的瓶子沒有明顯變化，我們也給出了合理的解釋。我們認(rèn)為CO2溶于水會(huì)生成碳酸，而多元弱酸的電離是分步進(jìn)行的，碳酸的第一步電離能夠產(chǎn)生H+和HCO3-。Na2CO3電離出的CO32-恰好會(huì)優(yōu)先與H+結(jié)合生成HCO3-，因此在水溶液中Na2CO3會(huì)與CO2結(jié)合生成NaHCO3。

（五）知識(shí)遷移，提出猜想

通過對(duì)Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，我提出了新的問題：同學(xué)們，經(jīng)過剛才的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在我們假設(shè)在一定溫度下，向飽和Na2CO3溶液中通入CO2，可以看到什么現(xiàn)象，為什么呢？如果現(xiàn)在老師手中有兩瓶無(wú)色溶液，但是我們知道這兩瓶溶液分別為Na2CO3溶液和鹽酸溶液，在沒有其他試劑的情況下，我們要如何最快地分辨出來(lái)呢？

教師提出問題后，給學(xué)生預(yù)留出充足的思考時(shí)間。

五、教學(xué)反思

隨著新課程改革的推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在化學(xué)教學(xué)中的地位日益凸顯。微實(shí)驗(yàn)作為一種新興的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，以其少量試劑、高效操作、緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)際的特點(diǎn)，逐漸受到化學(xué)教師的青睞。本文基于我所執(zhí)教的“碳的多樣性”一課，對(duì)微實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行反思和總結(jié)。

（一）微實(shí)驗(yàn)助力提升實(shí)驗(yàn)探究能力

在本節(jié)課中，我通過設(shè)計(jì)一系列微實(shí)驗(yàn)，如Na2CO3和NaHCO3的酸堿性測(cè)試、與酸的反應(yīng)對(duì)比等，讓學(xué)生在親身參與中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出問題，并進(jìn)行分析解釋。這種教學(xué)方式不僅提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，還培養(yǎng)了學(xué)生的觀察力和科學(xué)探究精神。同時(shí)，微實(shí)驗(yàn)的小劑量操作也大大提高了實(shí)驗(yàn)的安全性，使學(xué)生能夠在更加寬松的環(huán)境中進(jìn)行探究學(xué)習(xí)。

（二）微實(shí)驗(yàn)促進(jìn)知識(shí)深度理解與遷移

通過微實(shí)驗(yàn)的開展，學(xué)生對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)有了更加直觀和深入的理解。在實(shí)驗(yàn)過程中，我引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象出發(fā)，逐步深入微觀層面的分析，如碳酸根離子和碳酸氫根離子與氫離子的反應(yīng)差異等。這種從宏觀到微觀的探究過程，不僅幫助學(xué)生建立了更加完善的知識(shí)體系，還培養(yǎng)了他們的化學(xué)思維和問題解決能力。

（三）微實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)與責(zé)任感

微實(shí)驗(yàn)由于使用試劑量小，產(chǎn)生的廢棄物也相對(duì)較少，這在一定程度上減輕了環(huán)境的負(fù)擔(dān)。在實(shí)驗(yàn)過程中，我注重引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)操作的環(huán)保性，如合理處理實(shí)驗(yàn)廢棄物等。通過這種方式，學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，也增強(qiáng)了環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。

（四）微實(shí)驗(yàn)的局限性與改進(jìn)方向

盡管微實(shí)驗(yàn)在本節(jié)課中取得了顯著的教學(xué)效果，但存在一些局限性。例如，由于試劑用量小，某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能不夠明顯，這在一定程度上影響了學(xué)生的觀察效果。此外，微實(shí)驗(yàn)對(duì)教師的實(shí)驗(yàn)操作技能要求較高，需要教師在課前進(jìn)行充分的預(yù)實(shí)驗(yàn)和準(zhǔn)備。針對(duì)這些局限性，我認(rèn)為可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：一是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇更加適合微實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容;二是注重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的放大和呈現(xiàn)，如利用多媒體技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的實(shí)時(shí)投影等，以更好地提升當(dāng)前課題教學(xué)質(zhì)量。

（作者單位：福建省廈門集美中學(xué)）

編輯：陳鮮艷

注：本文系福建省廈門市教育局直屬中小學(xué)教師課題“提升實(shí)驗(yàn)探究能力的化學(xué)課堂教學(xué)模式研究”（課題編號(hào)：ZSX2023077）的階段性成果。

作者簡(jiǎn)介：杜娟，女，漢族，湖北孝感人，碩士，一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)化學(xué)教育教學(xué)。