摘要：化學(xué)教師發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)能有效提升學(xué)生的高階思維能力，促進(jìn)學(xué)生思維方式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階，即從基礎(chǔ)的描述性及記憶性向高階的邏輯性、策略性、遞進(jìn)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性等轉(zhuǎn)變。教師利用數(shù)字技術(shù)，以碳酸鈉和碳酸氫鈉為載體，創(chuàng)新大單元設(shè)計(jì)，分課時(shí)遞進(jìn)式開展系列化的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，實(shí)施教學(xué)評(píng)一體化，證實(shí)了科學(xué)開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力有促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；高階思維；單元設(shè)計(jì)；教學(xué)評(píng)一體化

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》強(qiáng)調(diào)：重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，加強(qiáng)探究活動(dòng)中的科學(xué)思維進(jìn)階。教師采用有利于促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展的模式和策略教學(xué)，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，從簡(jiǎn)單的知識(shí)記憶和理解逐步過渡到運(yùn)用所學(xué)原理解決復(fù)雜問題、深度探究和創(chuàng)新思考，是認(rèn)知進(jìn)階發(fā)展的過程。學(xué)生思維層次從基礎(chǔ)的描述性、記憶性向邏輯性、策略性、遞進(jìn)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性轉(zhuǎn)變[1]。這種轉(zhuǎn)變使得學(xué)生不僅能夠熟練掌握和應(yīng)用化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，而且能結(jié)合真實(shí)情境靈活應(yīng)對(duì)復(fù)雜的化學(xué)問題，具備獨(dú)立研究與解決問題的能力。在開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，運(yùn)用邏輯思維、創(chuàng)新思維和批判性思維來解決實(shí)際問題，增強(qiáng)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)，促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展[2]。如何有效開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展，值得教師深入思考與研究。

一、科學(xué)開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是時(shí)代進(jìn)步的產(chǎn)物，教師用其教學(xué)可將不易觀察的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以圖像和數(shù)字等形式顯示出來，能夠清晰地觀察微觀的“量”的變化帶來的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，更加直觀地揭示化學(xué)反應(yīng)原理。教師對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化改進(jìn)，讓學(xué)生獲得更好的體驗(yàn)，理解和應(yīng)用化學(xué)知識(shí)。

筆者以碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)比較為例，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化改進(jìn)，以激發(fā)學(xué)生“思維”為核心，探索采用“思維建模、創(chuàng)設(shè)情境、問題引導(dǎo)、循序漸進(jìn)、信息剖析”等指向高階思維發(fā)展的教學(xué)策略[3]，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從理論思考到實(shí)踐應(yīng)用、從部分到整體、從要素提取到邏輯分析的思維進(jìn)階，切實(shí)提高課堂教學(xué)實(shí)效，提高學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)。

二、基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的碳酸鈉和碳酸氫鈉大單元設(shè)計(jì)

碳酸鈉和碳酸氫鈉是中學(xué)無機(jī)化學(xué)兩種重要的化合物。在人教版化學(xué)教材中，相關(guān)內(nèi)容逐步深入。從義務(wù)階段到高中必修，再到高中選擇性必修跨年級(jí)呈現(xiàn)。教材九年級(jí)下冊(cè)介紹“鹽”，高中必修上冊(cè)介紹“物質(zhì)的分類與轉(zhuǎn)化”“離子反應(yīng)”“鈉的重要化合物”，高中選擇性必修1介紹“鹽類的水解”。教材內(nèi)容的編排既遵循知識(shí)的邏輯順序，又遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，由淺入深，從生活情境出發(fā)，逐步對(duì)二者用途及其性質(zhì)進(jìn)行剖析。首先從物質(zhì)類別、復(fù)分解反應(yīng)原理角度，宏觀視角認(rèn)識(shí)二者鹽類及其反應(yīng)特征；然后提升到從電解質(zhì)的電離與鹽的水解角度，微觀視角認(rèn)識(shí)二者參與離子反應(yīng)的本質(zhì)。

筆者面向高中學(xué)生，以碳酸鈉和碳酸氫鈉為載體，借助數(shù)字化儀器，以教學(xué)評(píng)一體化的理念組織大單元教學(xué)，有利于教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，有助于學(xué)生在跨越年級(jí)的學(xué)習(xí)中將新知學(xué)習(xí)和高三復(fù)習(xí)內(nèi)容自主銜接起來，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知水平的進(jìn)階和高階思維的發(fā)展。大單元設(shè)計(jì)必備核心知識(shí)包含碳酸鈉和碳酸氫鈉固體溶解熱、固體受熱分解、鹽溶液的pH及水解原理分析、與酸反應(yīng)快慢及反應(yīng)機(jī)理的探究。大單元教學(xué)評(píng)涉及4個(gè)性質(zhì)、6個(gè)探究活動(dòng)。筆者借助8個(gè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)數(shù)智饕餮盛宴，促進(jìn)高階思維發(fā)展。基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的碳酸鈉和碳酸氫鈉的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

三、碳酸鈉和碳酸氫鈉大單元教學(xué)評(píng)一體化促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展

筆者按照大單元設(shè)計(jì)框架，分三個(gè)課時(shí)開展主題活動(dòng)，逐步進(jìn)階。

（一）碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究

1.思維建模，整體構(gòu)建，促進(jìn)主題引領(lǐng)下的系統(tǒng)性高階思維發(fā)展

在教學(xué)過程中，教師促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)階不僅僅要傳授知識(shí)，更要教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法和認(rèn)知策略?？茖W(xué)思維強(qiáng)調(diào)的是邏輯性、實(shí)證性和創(chuàng)新性。學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施和分析過程中，以系統(tǒng)化、邏輯化的思維方式，對(duì)核心物質(zhì)性質(zhì)展開預(yù)測(cè)、假設(shè)、分析、驗(yàn)證和創(chuàng)新等活動(dòng)[4]?？茖W(xué)思維是建立系統(tǒng)性思維的重要途徑，具體過程如圖2所示。

2.問題引導(dǎo)，啟發(fā)教學(xué)，促進(jìn)發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)的邏輯性高階思維發(fā)展

學(xué)生在研究和思考的過程中，思維會(huì)發(fā)生碰撞，產(chǎn)生認(rèn)知沖突。他們以現(xiàn)有的認(rèn)知水平和思維方式及解決問題的能力很難在短時(shí)間內(nèi)厘清思路、解決問題。筆者遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知沖突，將認(rèn)知沖突和具體問題緊密結(jié)合，確定情境問題和具體主題，通過設(shè)計(jì)活動(dòng)使學(xué)生產(chǎn)生具有邏輯相關(guān)“問題鏈”“思維鏈”[5]。這個(gè)鏈條是深化學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生開展拓展探究的最佳載體[6]。例如，筆者組織學(xué)生參與蒸饅頭的活動(dòng)，引導(dǎo)他們探究膨松劑的應(yīng)用價(jià)值，預(yù)測(cè)碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生在蒸饅頭的活動(dòng)中不僅體驗(yàn)到快樂，而且產(chǎn)生一系列思考。這為教師提供了很好的教學(xué)素材，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)起點(diǎn)。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，確定方案，促進(jìn)分析問題、解決問題的策略性高階思維發(fā)展

學(xué)生在預(yù)測(cè)性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、分組交流、確定方案的探究過程中深刻認(rèn)識(shí)到單一物質(zhì)的性質(zhì)不同于兩種物質(zhì)性質(zhì)對(duì)比，需要利用控制變量法進(jìn)行分析，而靈活運(yùn)用知識(shí)解決問題的本質(zhì)在于區(qū)分兩種物質(zhì)相似性和區(qū)別。筆者以此激發(fā)學(xué)生深度思考，建立研究物質(zhì)的一般思維模型，發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

學(xué)生經(jīng)過討論預(yù)測(cè)如下：（1）碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液呈堿性（比較堿性強(qiáng)弱）；（2）碳酸鈉比碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性強(qiáng)；（3）碳酸鈉與酸反應(yīng)不如碳酸氫鈉快。

筆者考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)必修課程階段其探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ι刑幱谳^低水平，提供了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，并控制實(shí)驗(yàn)的開放度，讓學(xué)生依據(jù)反應(yīng)原理，自主選擇反應(yīng)物及適合的實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并親自實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、對(duì)比分析進(jìn)而得出結(jié)論。然而，實(shí)際上學(xué)生無法定量感知碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液堿性強(qiáng)弱，選擇的裝置較為復(fù)雜，操作失誤未能得出正確一致的結(jié)果。于是，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生嘗試?yán)脭?shù)字化儀器改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

4.借助數(shù)字化裝置，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)深度解決問題的創(chuàng)新性高階思維發(fā)展

學(xué)生在了解數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器各傳感器的性能及其數(shù)據(jù)外顯基本原理后，轉(zhuǎn)換思路，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行再設(shè)計(jì)，嘗試親身實(shí)踐，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，感受數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特魅力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生深度解決問題的創(chuàng)新思維進(jìn)階。筆者提供給學(xué)生數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器包括智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤、pH傳感器、二氧化碳傳感器、溫度傳感器和壓強(qiáng)傳感器等（如圖3a）。

活動(dòng)一：探究碳酸鈉和碳酸氫鈉溶于水的熱效應(yīng)。

為提高實(shí)驗(yàn)的安全性和溫度測(cè)量的靈敏性，師生將溫度計(jì)改為溫度傳感器。學(xué)生向分別盛有1 g碳酸鈉和碳酸氫鈉的兩個(gè)燒杯中各加入1 mL水，用玻璃棒攪拌，將溫度傳感器分別插入其中，觀察溫度示數(shù)變化。觀察溫度－時(shí)間圖（如圖4）可知：溶質(zhì)從開始溶解到完全溶解的動(dòng)態(tài)全過程可視，碳酸鈉溶于水后溫度升高，說明其過程是放熱過程；碳酸氫鈉溶于水溫度降低，說明其過程是吸熱過程。

活動(dòng)二：比較碳酸鈉和碳酸氫鈉兩種物質(zhì)的熱穩(wěn)定性。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)意圖：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)雖能對(duì)比兩種物質(zhì)熱穩(wěn)定性，但裝置較為復(fù)雜，裝置氣密性難以保證。學(xué)生改用二氧化碳傳感器和高溫傳感器開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并配合利用較為簡(jiǎn)單的裝置（如圖5），可測(cè)定二氧化碳百分含量隨溫度升高的變化量和分解時(shí)的溫度數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)步驟：向硬質(zhì)玻璃管中裝入3 g碳酸氫鈉或3 g碳酸鈉，打開數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤，將高溫傳感器探頭插入大試管底部，將二氧化碳傳感器置于試管口，點(diǎn)燃酒精燈，觀察二氧化碳百分含量隨溫度升高變化情況。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析如下。學(xué)生分析溫度-二氧化碳含量（0.0001%）數(shù)據(jù)得知：未加熱前，兩種物質(zhì)（固體狀態(tài)）周圍環(huán)境中二氧化碳含量相差不大，分別為0.058%、0.0544%；當(dāng)加熱到80 ℃左右，碳酸氫鈉周圍環(huán)境中二氧化碳含量開始升高，83.2 ℃時(shí)，達(dá)到0.152%；碳酸鈉周圍環(huán)境中二氧化碳含量幾乎不變。隨著溫度升高，當(dāng)加熱到118 ℃時(shí)，碳酸氫鈉周圍環(huán)境中二氧化碳含量達(dá)5.6904%；而當(dāng)加熱到174.2 ℃時(shí)，碳酸鈉周圍環(huán)境中二氧化碳含量變化不大，數(shù)值為0.0556%。由此得出結(jié)論：隨著溫度升高，碳酸氫鈉受熱易分解產(chǎn)生二氧化碳；相同條件下碳酸鈉熱的穩(wěn)定性比碳酸氫鈉的高。

活動(dòng)三：使碳酸鈉和碳酸氫鈉與酸反應(yīng)并比較反應(yīng)快慢。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)意圖：氣球趣味性實(shí)驗(yàn)雖能用氣球的膨脹情況比較碳酸鈉和碳酸氫鈉與酸反應(yīng)速率大小，但是在課堂教學(xué)中，學(xué)生可能因操作失誤、藥品部分黏附在氣球或試管內(nèi)壁上而導(dǎo)致不具有可比性，或反應(yīng)過快造成氣球膨脹迅速導(dǎo)致漏氣等。對(duì)于各組實(shí)驗(yàn)得出的“實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象”，教師要善于抓住契機(jī)加以引導(dǎo)，不能簡(jiǎn)單地將現(xiàn)象歸結(jié)于操作不當(dāng)，把結(jié)論“硬生生”地引到“正確軌道”上來。筆者引導(dǎo)學(xué)生借助壓強(qiáng)傳感器開展數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量測(cè)定，幫助實(shí)驗(yàn)失敗的小組分析原因。

實(shí)驗(yàn)步驟：按圖6a所示實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行安裝。為保證液體順利流下，采用恒壓分液漏斗，將吸濾瓶側(cè)管與壓強(qiáng)傳感器相連，檢查裝置氣密性；將3 mL、0.05 mol/L的鹽酸分別裝入兩個(gè)恒壓分液漏斗中，向兩支相同的吸濾瓶中分別加入10 mL、0.01 mol/L的碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液，觀察壓強(qiáng)隨時(shí)間變化的曲線，同時(shí)旋轉(zhuǎn)恒壓漏斗旋塞，在鹽酸完全流出后立即關(guān)閉旋塞。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果分析：觀察壓強(qiáng)-時(shí)間圖（如圖6b）可知，隨著鹽酸的加入，碳酸氫鈉比碳酸鈉在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的氣體更多，即前者反應(yīng)速率大；最終碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體比碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氣體的量多。

（二）碳酸鈉和碳酸氫鈉在水溶液中水解原理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究

1.應(yīng)用原理，分析數(shù)據(jù)，促進(jìn)實(shí)證與理論結(jié)合的推理性高階思維發(fā)展

實(shí)驗(yàn)步驟：借助pH傳感器測(cè)定常溫下0.01 mol/L碳酸氫鈉溶液、0.01 mol/L碳酸鈉溶液、0.1 mol/L 碳酸鈉溶液的pH，引導(dǎo)學(xué)生近似計(jì)算兩物質(zhì)的水解平衡常數(shù)，進(jìn)而歸納出影響水解的因素（如鹽的類型、濃度）。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果：①0.01 mol/L 碳酸氫鈉溶液pH為8.72；②0.01 mol/L 碳酸鈉溶液pH為10.73；③0.1 mol/L 碳酸鈉溶液pH為11.45。

筆者引導(dǎo)學(xué)生先測(cè)量溶液①、②的pH，計(jì)算兩者的水解平衡常數(shù)。學(xué)生得出碳酸鈉水解程度遠(yuǎn)大于碳酸氫鈉的結(jié)論，即Kh1>>Kh2。教師再利用水的離子積和水解平衡常數(shù)進(jìn)一步推出碳酸的兩步電離平衡常數(shù)Ka1>>Ka2。學(xué)生由此得出結(jié)論：生成鹽的酸越弱，其鹽中弱酸根離子水解程度越大。學(xué)生計(jì)算得知：碳酸氫根離子的水解平衡常數(shù)（Kh2）大于碳酸的第二步電離平衡常數(shù)（Ka2），即HCO3-的水解能力強(qiáng)于其電離能力。學(xué)生比較溶液②、③的pH，分析得出稀釋溶液促進(jìn)鹽類水解的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)：該實(shí)驗(yàn)使用pH傳感器定量測(cè)定溶液的pH，相較于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中使用酚酞溶液或pH試紙觀察現(xiàn)象，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以定量地測(cè)定兩種溶液的pH，精確地反映微小的pH變化。這不僅可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的精確性和科學(xué)性，而且有利于學(xué)生利用已有知識(shí)深度剖析溶液中的離子和水解程度，助力學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)素養(yǎng)。

（三）碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)機(jī)理系列數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究

1.創(chuàng)設(shè)情境，聯(lián)系生活，促進(jìn)理論應(yīng)用的實(shí)踐性高階思維發(fā)展

學(xué)生思維進(jìn)階關(guān)鍵在于將學(xué)科理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問題的解決過程中。在教學(xué)中，教師可以聯(lián)系生活實(shí)際創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生深度探究。筆者創(chuàng)設(shè)如下情境：播放“神舟”十三號(hào)載人飛船上的宇航員在中國(guó)空間站“天宮課堂”演示泡騰片與水球融合的過程，引發(fā)學(xué)生思考“泡騰片為何遇水會(huì)產(chǎn)生氣泡”，并提供有關(guān)泡騰片成分的資料，為他們學(xué)習(xí)碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應(yīng)埋下伏筆。

2.由淺入深，循序漸進(jìn)，促進(jìn)深度加工知識(shí)的遞進(jìn)性高階思維發(fā)展

高效學(xué)習(xí)離不開積極思考和主動(dòng)探索。教師在教學(xué)過程中不僅要幫助學(xué)生理解知識(shí)，而且要引導(dǎo)學(xué)生思考其背后的原因、邏輯。學(xué)生在比較碳酸鈉和碳酸氫鈉與酸反應(yīng)速率大小后，對(duì)碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)機(jī)理、碳酸鈉溶液與稀鹽酸互滴反應(yīng)機(jī)理及碳酸根離子、碳酸氫根離子與氫離子反應(yīng)先后順序進(jìn)行深入思考與討論。筆者設(shè)計(jì)了酸堿中和滴定的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生利用pH傳感器和滴數(shù)傳感器對(duì)不同溶液之間的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行探究。

活動(dòng)一：探究碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)操作：按照?qǐng)D3b安裝儀器，打開磁力攪拌器，啟動(dòng)傳感器，將0.05 mol/L鹽酸逐滴加入0.05 mol/L 碳酸氫鈉溶液中，觀察溶液pH隨鹽酸體積變化的圖像。隨后，將碳酸氫鈉溶液改為0.05 mol/L 碳酸鈉溶液再次進(jìn)行滴定。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

①將稀鹽酸滴入等濃度碳酸氫鈉溶液，隨著鹽酸滴入量增多，pH逐漸減小，并出現(xiàn)一次突變（如圖7），這表明碳酸氫根離子與氫離子生成二氧化碳和水，反應(yīng)原理為NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O。

②將稀鹽酸滴入等濃度碳酸鈉溶液，隨著鹽酸滴入量增大，pH逐漸減小，并出現(xiàn)兩次突變，且兩次突變前消耗鹽酸的體積比約為1∶1（如圖8）。這說明在第一次突變之前主要發(fā)生氫離子與碳酸根離子的生成碳酸氫根離子的反應(yīng)，隨即出現(xiàn)第二次突變，即證明反應(yīng)分兩步進(jìn)行，第一步Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl，第二步NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O。

活動(dòng)二：進(jìn)階實(shí)驗(yàn)——驗(yàn)證碳酸鈉與稀鹽酸互滴反應(yīng)機(jī)理。

實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)分析：與本課時(shí)的活動(dòng)一實(shí)驗(yàn)步驟相似，但與活動(dòng)一②實(shí)驗(yàn)滴加溶液順序相反，將0.05 mol/L 碳酸鈉溶液滴入等濃度鹽酸中，得到的pH-滴數(shù)圖（如圖9）中僅出現(xiàn)一次突變。當(dāng)碳酸鈉溶液滴入鹽酸這一大環(huán)境，碳酸根離子遇到局部濃度過高的氫離子，就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)捕獲兩個(gè)氫離子，迅速生成碳酸，因此，pH曲線只出現(xiàn)一次突變。這證明發(fā)生了如下反應(yīng)：Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑。

活動(dòng)三：碳酸根離子、碳酸氫根離子與氫離子反應(yīng)先后順序的測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)步驟與數(shù)據(jù)分析：活動(dòng)三實(shí)驗(yàn)步驟與活動(dòng)一相似，僅將燒杯中溶液換為等濃度等體積的碳酸鈉、碳酸氫鈉混合溶液，與活動(dòng)一中的第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相似：隨著鹽酸的滴入，混合溶液的pH也逐漸降低，且出現(xiàn)兩次突變，不同的是兩次突變前消耗鹽酸體積比約為1∶2（如圖10）。說明在碳酸根離子、碳酸氫根離子同時(shí)存在的溶液中，氫離子優(yōu)先與碳酸根離子反應(yīng)，再與碳酸氫根離子反應(yīng)。學(xué)生由此排除了因濃度小的原因，得出碳酸根離子結(jié)合氫離子的能力比碳酸氫根離子強(qiáng)的結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)：學(xué)生將pH傳感器和滴數(shù)傳感器結(jié)合使用，將傳統(tǒng)的定性實(shí)驗(yàn)定量化，不僅展示靜態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且展示了動(dòng)態(tài)的滴定過程，使學(xué)生對(duì)由量決定的離子反應(yīng)形成科學(xué)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)思維進(jìn)階發(fā)展。

綜上所述，筆者以碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)探究為例，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行大單元設(shè)計(jì)，引領(lǐng)學(xué)生參與教學(xué)評(píng)一體化的過程，從定性到定量、從抽象到形象，再到數(shù)字化感知、對(duì)比分析、計(jì)算、應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思維水平從低階向高階的躍升，以及核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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（作者馮雯系天津市第二中學(xué)高級(jí)教師；英華系天津市河西區(qū)教師發(fā)展中心正高級(jí)教師；邱陽(yáng)系天津市第二中學(xué)高級(jí)教師）

責(zé)任編輯：祝元志