基于DIY教學(xué)模式探究廚房中的化學(xué)

張燕 魏夢(mèng)雪 韓嘉千 李學(xué)強(qiáng)

摘 ?要 把DIY教學(xué)模式與化學(xué)教學(xué)相結(jié)合，依據(jù)Na2CO3和NaHCO3與不同條件下的酸反應(yīng)原理，讓學(xué)生運(yùn)用廚房中的純堿和小蘇打并選取實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞 DIY教學(xué)模式;高中化學(xué);核心素養(yǎng);家庭小實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.8 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）11-0116-03

1 前言

DIY是“Do It Yourself”的英文縮寫，意為自己動(dòng)手操作。將DIY教學(xué)模式應(yīng)用到化學(xué)知識(shí)講授中，有利于幫助教師在教學(xué)中落實(shí)“教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教育思想。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的水平3中提到：“能依據(jù)實(shí)際條件并運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和方法解決生產(chǎn)、生活中簡(jiǎn)單的化學(xué)問題。”[1]DIY教學(xué)模式能夠幫助學(xué)生進(jìn)一步提高化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)能力，敢于親自動(dòng)手操作，運(yùn)用自己選取的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，多方面理解化學(xué)與技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境之間的聯(lián)系。基于此，筆者將DIY教學(xué)模式引入化學(xué)科學(xué)探究中，利用廚房里可以使用的原材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，完成因?yàn)闀r(shí)間等因素?zé)o法在課堂上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作。

2 問題的提出

教師在化學(xué)教學(xué)中應(yīng)全面提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，不要停留在理論層面或是為了提高考試分?jǐn)?shù)，只給學(xué)生簡(jiǎn)單描述一些教材提及的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師應(yīng)積極利用日常生活中的物品完成教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)提出的要求;學(xué)生需要在豐富多彩的現(xiàn)實(shí)生活世界里通過視覺和觸覺的接觸，理解教材中的難點(diǎn)和重點(diǎn)知識(shí)。

人教版高中化學(xué)必修2第三章“金屬及其化合物”第二節(jié)“幾種重要的金屬化合物”中的“科學(xué)探究—碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)”[2]引起筆者的興趣。碳酸鈉（Na2CO3，俗稱純堿或蘇打）和碳酸氫鈉（NaHCO3，俗稱小蘇打或焙堿）是廚房中常見的物品，教師可采用DIY教學(xué)模式，幫助學(xué)生創(chuàng)設(shè)問題，讓學(xué)生在廚房中親自探究它們的性質(zhì)，完成相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)。

運(yùn)用DIY教學(xué)模式，學(xué)生自主查閱在不同條件下酸與堿的反應(yīng)，利用圖1所示模型提出以下問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

1）若量取同濃度、同體積（1 mol/L 50 ml）的鹽酸和醋酸滴入等物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3固體中，觀察誰的反應(yīng)速度快？誰放出的氣體多？

2）若量取同pH值、同體積（pH=3，50 ml）的鹽酸和醋酸滴入等物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3固體中，觀察誰的反應(yīng)速度快？誰放出的氣體多？

根據(jù)問題對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)用品進(jìn)行生活化的DIY設(shè)計(jì)，即可用生活中常見的物品在科學(xué)可行的情況下制成實(shí)驗(yàn)所需的簡(jiǎn)便儀器及裝置。

3 實(shí)驗(yàn)原理

關(guān)于探究Na2CO3和NaHCO3與酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)學(xué)生只會(huì)選擇稀鹽酸進(jìn)行操作，在有機(jī)相里，常用帶NaHCO3固體的NaHCO3飽和溶液洗去其酸性，因NaHCO3本身溶解度不大，堿性又不強(qiáng)，它能隨著被中和消耗，不斷地溶解、解離來補(bǔ)充堿性[3]。根據(jù)此原理，筆者選用同濃度、同體積和同pH值、同體積的鹽酸、醋酸分別與等物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3進(jìn)行反應(yīng)，觀察在反應(yīng)體系中生成二氧化碳速度的變化及量的多少，說明Na2CO3與NaHCO3與不同條件下的酸反應(yīng)的區(qū)別。

4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

基于學(xué)生對(duì)DIY的理解，選用簡(jiǎn)單裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，在學(xué)業(yè)要求的基礎(chǔ)上，促使學(xué)生手腦并用完成藥品用量少、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象較明顯的家庭小實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)用品 ?食用純堿、食用小蘇打、白醋、鹽酸、澄清石灰水、礦泉水瓶、可彎曲吸管、輸液袋、藥匙、天平、注射器、計(jì)時(shí)器、螺絲刀、pH試紙。

實(shí)驗(yàn)步驟

1）根據(jù)廚房中已有白醋的濃度和pH值，配制相同濃度和pH值的鹽酸溶液。準(zhǔn)備圖2所示實(shí)驗(yàn)裝置，在礦泉水瓶蓋上用螺絲刀打兩個(gè)大小合適的孔，一個(gè)孔插入輸液袋，另外一個(gè)孔插入吸管，吸管尾端連接一剪好的礦泉水瓶或小藥瓶并倒入澄清的石灰水，將吸管伸入澄清石灰水中，同時(shí)檢查裝置的氣密性。

2）稱取兩份等物質(zhì)的量（0.025 mol）的純堿（或者小蘇打）固體，將固體分別裝入兩個(gè)大小相同的礦泉水瓶中。

3）關(guān)閉輸液袋的閥門，分別量取同濃度、同體積（1 mol/L 50 ml）的白醋和鹽酸移至輸液袋中，連接好輸液袋。

4）組裝好實(shí)驗(yàn)裝置，準(zhǔn)備好計(jì)時(shí)器，用夾子夾住吸管的出口，同時(shí)打開白醋和鹽酸的閥門，并按下計(jì)時(shí)器，待反應(yīng)開始打開夾子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

5）在實(shí)驗(yàn)過程中每3 s記錄一次純堿（或者小蘇打）與白醋、鹽酸反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)氣泡的狀況，判斷生成氣體的速度。

重新組裝實(shí)驗(yàn)裝置，配制pH=3的白醋和鹽酸溶液并分別量取50 ml，觀察（0.025 mol）純堿（或者小蘇打）與此狀態(tài)下的白醋、鹽酸反應(yīng)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟2）～5）并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

5 現(xiàn)象表述

同濃度、同體積的白醋、鹽酸與純堿（或者小蘇打）反應(yīng) ?在實(shí)驗(yàn)過程中，量取濃度為1 mol/L的白醋和鹽酸各

50 ml，先打開輸液袋的閥門，礦泉水瓶中等物質(zhì)的量的純堿（或者小蘇打）與鹽酸迅速反應(yīng)，瓶?jī)?nèi)氣泡數(shù)量逐漸增多;3 s后去掉吸管處的夾子，澄清的石灰水變渾濁，直至反應(yīng)裝置中的液體不再產(chǎn)生氣泡，停止實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)記錄見表1、表2。

分析表1可以得出，在同濃度、同體積的條件下純堿與鹽酸反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)開始時(shí)速度較白醋更快一些，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀莞唷Ｍㄟ^對(duì)強(qiáng)電解質(zhì)的學(xué)習(xí)可知，鹽酸為強(qiáng)電解質(zhì)，完全電離為H+和Cl-，純堿中是CO32-與H+反應(yīng)先生成HCO3-，進(jìn)一步反應(yīng)生成CO2和H2O;醋酸為弱電解質(zhì)，在電離中部分電離，產(chǎn)生H+、CH3COO-和未電離的CH3COOH。純堿與同濃度的溶液反應(yīng)，鹽酸中H+濃度含量比白醋中的高，因此，純堿與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳的速度更快。

與表1中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較，表2中在同濃度、同體積的條件下，鹽酸與小蘇打反應(yīng)現(xiàn)象更明顯。這是因?yàn)辂}酸中的H+可直接與小蘇打中的HCO3-反應(yīng)，省去與CO32-的反應(yīng)，所以開始反應(yīng)的時(shí)間更短，產(chǎn)生的氣體更多。

同pH值、同體積的白醋、鹽酸與純堿（或者小蘇打）反應(yīng) ?實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，打開輸液袋的閥門，礦泉水瓶?jī)?nèi)等物質(zhì)的量的純堿（或者小蘇打）與同pH值的白醋、鹽酸反應(yīng)，繼續(xù)勻速滴加，觀察在不同時(shí)間段出現(xiàn)氣泡的情況，實(shí)驗(yàn)記錄見表3、表4。

從表3和表4的實(shí)驗(yàn)結(jié)論可以看出，白醋較鹽酸有更多的氣體產(chǎn)生;對(duì)比觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，等物質(zhì)的量的小蘇打較純堿先產(chǎn)生氣體且放出的氣體量較多。分析可知，在同pH值、同體積狀態(tài)下，H+濃度相同，醋酸部分電離，不斷地將體系中H+補(bǔ)充到反應(yīng)中，致使有更多H+可以與HCO-反應(yīng);鹽酸中H+是一步電離得到，此反應(yīng)體系要不斷地消耗H+，鹽酸中的H+不能從自身補(bǔ)充促進(jìn)反應(yīng)，因此產(chǎn)生的氣體較少。

觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，根據(jù)產(chǎn)生CO2的時(shí)間及酸的剩余量可知，相同物質(zhì)的量的Na2CO3和NaHCO3與不同條件下的酸反應(yīng)，現(xiàn)象近似相同，所需時(shí)長(zhǎng)存在差異。由此可得出，在同濃度、同體積條件下，反應(yīng)速率鹽酸大于醋酸，生成氣體體積兩者近似相等;在同pH值條件下，反應(yīng)速率基本相同，產(chǎn)生的氣體體積醋酸大于鹽酸。

6 注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)中選用的裝置、藥品均取自生活，學(xué)生對(duì)于生活中常見的物品和經(jīng)常接觸的物品用法較為熟悉，這些物品都可能成為開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的素材，如若選用它們來驗(yàn)證化學(xué)實(shí)驗(yàn)，探究相關(guān)化學(xué)規(guī)律，可拉近化學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生活的距離[4]。在用DIY模式進(jìn)行Na2CO3和NaHCO3與酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的過程中需要注意以下幾點(diǎn)問題。

1）此實(shí)驗(yàn)裝置需學(xué)生自己動(dòng)手制作，裝置的氣密性存在瑕疵，小孔處應(yīng)用包裝海綿紙進(jìn)行處理，確保氣密性良好。

2）本實(shí)驗(yàn)是用不同條件的酸滴加到等物質(zhì)的量的純堿和小蘇打中觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，也可用等物質(zhì)的量的純堿、小蘇打的水溶液去與酸反應(yīng)，學(xué)生分組進(jìn)行，觀察不同條件的反應(yīng)現(xiàn)象。

3）實(shí)驗(yàn)完成后，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生將反應(yīng)剩余的藥品統(tǒng)一處理，不要隨便丟棄，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的環(huán)保意識(shí)，減少對(duì)土壤、水資源的污染。

7 結(jié)語

在DIY教學(xué)模式下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，符合課程標(biāo)準(zhǔn)要求，為化學(xué)教學(xué)注入新的活力。DIY教學(xué)模式幫助學(xué)生用生活中的物品去驗(yàn)證化學(xué)學(xué)習(xí)過程中遇到的實(shí)際問題，學(xué)生通過對(duì)科學(xué)探究?jī)?nèi)容的學(xué)習(xí)，自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Na2CO3和NaHCO3的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，學(xué)到了變廢為寶，掌握了實(shí)驗(yàn)的基本操作和注意事項(xiàng)。DIY教學(xué)模式培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)的眼睛看待生活，用化學(xué)知識(shí)指導(dǎo)生活，提升了化學(xué)核心素養(yǎng)，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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