化學(xué)生態(tài)課堂教學(xué)研究論文

　　摘要：以“無(wú)機(jī)非金屬材料的主角———硅”為例，闡述了利用客觀事實(shí)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方式進(jìn)行實(shí)證的化學(xué)生態(tài)課堂教學(xué)，對(duì)硅酸鈉溶液與鹽酸或二氧化碳反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了較為深入的研究，在實(shí)踐中取得了理想的教學(xué)效果。

　　關(guān)鍵詞：硅；實(shí)驗(yàn)探究；生態(tài)課堂；證據(jù)推理

　　生態(tài)化學(xué)教學(xué)追求的是民主的、人文的、自主的、體驗(yàn)的優(yōu)質(zhì)課堂［１］。我校提出的化學(xué)生態(tài)課堂教學(xué)的基本環(huán)節(jié)是“自主先學(xué)→組內(nèi)研學(xué)→交流促學(xué)→反饋評(píng)學(xué)”，讓學(xué)生站在學(xué)習(xí)的中心，最終實(shí)現(xiàn)以提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)、合作探究能力、綜合思維能力為指向的智慧發(fā)展�；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，尊重客觀事實(shí)，用事實(shí)說(shuō)話，在化學(xué)生態(tài)課堂教學(xué)中，既要充分利用學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)開展教學(xué)，又要對(duì)有些經(jīng)驗(yàn)，尤其是有疑惑的內(nèi)容進(jìn)行實(shí)證，可以采用客觀事實(shí)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方式進(jìn)行。下面以人教版《化學(xué)１（必修）》第四章第一節(jié)“無(wú)機(jī)非金屬材料的主角———硅”［２］為例加以說(shuō)明。

　　１實(shí)物展示，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

　�。保�１實(shí)物展示

　　課前播放含硅元素實(shí)物美圖的視頻，讓學(xué)生直觀感知硅元素的實(shí)用性，學(xué)生在觀看時(shí)快速融入課堂情境。上課時(shí)，學(xué)生積極展示課前精心準(zhǔn)備好的含硅元素的實(shí)物，介紹完后根據(jù)含硅元素的物質(zhì)類別歸類，展示的實(shí)物主要有玻璃、陶瓷、水泥、混凝土、沙子、水晶飾品、瑪瑙、光導(dǎo)纖維、硅膠、太陽(yáng)能電池或芯片等，還有學(xué)生帶來(lái)了陽(yáng)光罐、太陽(yáng)能電池玩具并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示。展示時(shí)，學(xué)生的熱情高漲，非常興奮，他們用實(shí)物證明了硅元素的重要用途。

　　１．２創(chuàng)設(shè)問(wèn)題

　　剛才展示的實(shí)物中，在自然界最為常見的是沙子，沙子的主要成分是二氧化硅，以二氧化硅為原料可以制得很多其他的產(chǎn)品。比如要想制得硅膠，需要先制得硅酸，硅酸難溶于水，那么如何以二氧化硅為基礎(chǔ)原料來(lái)制取硅酸呢？你能想到哪些方案？學(xué)生分析后，得出２種方案。方案１：二氧化硅與水直接反應(yīng)制取硅酸（理由是二氧化碳可以與水反應(yīng)生成碳酸）；方案２：二氧化硅與氫氧化鈉溶液反應(yīng)制取硅酸鈉，再用硅酸鈉與鹽酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成硅酸。教師引導(dǎo)學(xué)生分析，如果方案１可行，那么成本就很低，就無(wú)需用方案２了，那么方案１可行嗎？請(qǐng)結(jié)合事實(shí)進(jìn)行分析。學(xué)生在小組討論中得出結(jié)論，并給出反例進(jìn)行實(shí)證：如果二氧化硅容易與水反應(yīng)生成硅酸，那么在自然界中就不應(yīng)該存在大量二氧化硅，沙灘上也不應(yīng)該存在大量沙子，而應(yīng)該變?yōu)椤肮杷釣�”了�?/p>

　　２實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)證物質(zhì)性質(zhì)

　　２．１探究Ｎａ２ＳｉＯ３溶液與鹽酸反應(yīng)

　　從硅酸溶液變成膠體，再凝成膠凍，這些變化都建立在硅酸聚合的基礎(chǔ)上，而聚合反應(yīng)的速度又與氫氧根離子濃度和硅酸濃度密切相關(guān)［３］。為了尋求較佳的實(shí)驗(yàn)條件，以滿足課堂教學(xué)的需要［４］，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象盡可能快速、明顯，選用飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液和６～７ｍｏｌ／Ｌ鹽酸進(jìn)行分組學(xué)生實(shí)驗(yàn)。向小試管中加入１滴管飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液，逐滴滴入鹽酸，邊滴邊振蕩�？梢杂^察到產(chǎn)生白色絮狀沉淀，當(dāng)?shù)稳爰s１０滴鹽酸時(shí)，觀察到試管內(nèi)的物質(zhì)迅速凝成凝膠狀固體，說(shuō)明Ｎａ２ＳｉＯ３溶液與鹽酸確實(shí)能反應(yīng)生成硅酸。

　　２．２探究Ｎａ２ＳｉＯ３溶液與ＣＯ２反應(yīng)

　�。玻�２．１提出問(wèn)題通過(guò)初三化學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道酸與鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)時(shí)，生成新酸與新鹽，生成新酸的酸性一般弱于原來(lái)的酸，即強(qiáng)酸制弱酸。鹽酸是強(qiáng)酸，能與Ｎａ２ＳｉＯ３溶液反應(yīng)，那么弱酸能不能與Ｎａ２ＳｉＯ３溶液反應(yīng)呢？碳酸是一種常見的弱酸，那么如果向Ｎａ２ＳｉＯ３溶液中通入ＣＯ２，情況如何呢？小明同學(xué)通過(guò)圖１組合實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而得出“ＣＯ２能與Ｎａ２ＳｉＯ３溶液反應(yīng)生成硅酸”的結(jié)論，老師卻認(rèn)為小明的實(shí)驗(yàn)結(jié)論不可靠，請(qǐng)指出原因并加以改進(jìn)。２．２．２討論交流學(xué)生經(jīng)過(guò)討論交流得出，根本原因是通入Ｎａ２ＳｉＯ３溶液的氣體中含有ＨＣｌ氣體，所以導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論不可靠。如何進(jìn)行改進(jìn)呢？學(xué)生想到的辦法：（１）中間增加ＮａＨＣＯ３溶液的洗氣裝置或優(yōu)化制取二氧化碳的方法。（２）聯(lián)想到ＣＯ２與澄清石灰水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，有學(xué)生提出可以將內(nèi)壁涂有Ｎａ２ＳｉＯ３溶液的小燒杯罩在酒精燈火焰上，觀察是否變渾濁。然而思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)生對(duì)這個(gè)方案產(chǎn)生質(zhì)疑，將燒杯罩在酒精燈火焰上時(shí)，水被加熱揮發(fā)，Ｎａ２ＳｉＯ３固體析出也會(huì)出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象，所以應(yīng)該等燒杯冷卻后再加水，觀察產(chǎn)生的固體是否溶解。２．２．３實(shí)驗(yàn)探究由于直接向飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液中通入ＣＯ２氣體，需要通氣約８分鐘，再靜置一段時(shí)間才能觀察到凝膠狀固體，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不適合課堂演示。為了使反應(yīng)更快速、有趣，用３５０ｍＬ軟飲料瓶收集滿２瓶ＣＯ２氣體，擰緊瓶蓋備用。課堂演示時(shí)，邀請(qǐng)一名學(xué)生與教師同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，比一比誰(shuí)做得更快、更好。讓學(xué)生先操作，擰開瓶蓋，向瓶?jī)?nèi)加入２滴管飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液，擰緊瓶蓋，迅速振蕩飲料瓶，可以觀察到飲料瓶逐漸變癟，并能感知到瓶壁略變熱，說(shuō)明該反應(yīng)放熱。振蕩１分鐘左右，將瓶子倒置在桌上約１分鐘，擰開瓶蓋，可以觀察到瓶蓋內(nèi)的凝膠狀固體（如圖２所示），說(shuō)明Ｎａ２ＳｉＯ３溶液能與ＣＯ２反應(yīng)生成硅酸。２．２．４拓展研究Ｎａ２ＳｉＯ３溶液能與ＣＯ２反應(yīng)生成硅酸，生成什么鈉鹽呢？學(xué)生猜想可能是Ｎａ２ＣＯ３或ＮａＨＣＯ３，受到Ｎａ２ＣＯ３＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ＝２ＮａＨＣＯ３知識(shí)的影響，許多人認(rèn)為，該反應(yīng)生成的鈉鹽與ＣＯ２的用量有關(guān)，通入少量ＣＯ２氣體時(shí)，生成Ｎａ２ＣＯ３，通入足量ＣＯ２氣體時(shí)，生成ＮａＨＣＯ３。那實(shí)際情況如何呢？將生成的硅酸凝膠用玻璃棒攪碎后，加入蒸餾水，振蕩，棄去上層液體，重復(fù)２～３次。向洗凈后的硅酸中加入蒸餾水，振蕩，分為２等份，一份加入足量飽和Ｎａ２ＣＯ３溶液，另一份加入等量水做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。將２份混合物充分振蕩，為了加快反應(yīng)速率，可以在酒精燈火焰上適當(dāng)微熱，觀察到加有飽和Ｎａ２ＣＯ３溶液的硅酸逐漸溶解，而加入等量水的硅酸無(wú)明顯現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，Ｈ２ＳｉＯ３能與Ｎａ２ＣＯ３溶液反應(yīng)，說(shuō)明Ｎａ２ＳｉＯ３溶液中通入ＣＯ２氣體時(shí)，應(yīng)該生成Ｈ２ＳｉＯ３與ＮａＨＣＯ３，而不是Ｎａ２ＣＯ３，化學(xué)反應(yīng)方程式為Ｎａ２ＳｉＯ３＋２ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＝２ＮａＨＣＯ３＋Ｈ２ＳｉＯ３↓［５］。查閱電離平衡常數(shù)可知，電離Ｈ＋的能力確實(shí)是Ｈ２ＣＯ３＞Ｈ２ＳｉＯ３＞ＨＣＯ－３，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。

　　２．３探究Ｎａ２ＳｉＯ３溶液的優(yōu)越性能

　�。玻�３．１體驗(yàn)Ｎａ２ＳｉＯ３的防火性能２位學(xué)生分別夾取用飽和ＮａＣｌ溶液浸泡晾干的布條和用飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液浸泡晾干的布條，同時(shí)置于酒精燈火焰上，可以觀察到前者迅速燃燒，而后者難以燃燒，說(shuō)明Ｎａ２ＳｉＯ３防火性能好，可用做防火劑。２．３．２體驗(yàn)Ｎａ２ＳｉＯ３的黏合性能事先準(zhǔn)備好用飽和ＮａＣｌ溶液黏合的２塊毛玻片和用飽和Ｎａ２ＳｉＯ３溶液黏合的２塊毛玻片，放置３天。讓２位學(xué)生分別用力將其分開，可以觀察到前者很容易就分開，而后者根本無(wú)法分離，說(shuō)明Ｎａ２ＳｉＯ３溶液有很強(qiáng)的黏合性能，可用做黏合劑。再因勢(shì)利導(dǎo)，分析盛裝ＮａＯＨ溶液的試劑瓶不能用玻璃塞的原因，學(xué)生恍然大悟。

　　２．４體驗(yàn)ＳｉＯ２與ＨＦ的反應(yīng)

　　由于ＨＦ易揮發(fā)且有毒性，與ＳｉＯ２的反應(yīng)不宜在教室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，可以讓學(xué)生觀看視頻，體驗(yàn)ＳｉＯ２與ＨＦ的反應(yīng)。再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合兩性氧化物的定義分析得出，ＳｉＯ２不是兩性氧化物，應(yīng)該屬于酸性氧化物。

　　３觀看視頻，激發(fā)愛國(guó)熱情

　　通過(guò)觀看剪輯的視頻，讓學(xué)生了解由二氧化硅可以制得硅，晶體硅可用來(lái)制硅太陽(yáng)能電池和硅芯片，了解我國(guó)芯片的國(guó)情和近年來(lái)“中國(guó)芯”的迅猛發(fā)展。蘇州正在修建一座中國(guó)最大規(guī)模、最先進(jìn)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)園。有專家預(yù)言，２０１８年是中國(guó)芯發(fā)展最為關(guān)鍵的一年，所以我們一定要努力學(xué)好本領(lǐng)，因?yàn)樯鐣?huì)的發(fā)展需要我們，祖國(guó)的發(fā)展需要我們！

　　４小結(jié)提升，點(diǎn)明課堂主題

　　本節(jié)課主要學(xué)習(xí)了以二氧化硅為中心的轉(zhuǎn)化關(guān)系：沙子的主要成分是二氧化硅，而二氧化硅生產(chǎn)的玻璃、硅膠、光導(dǎo)纖維、太陽(yáng)能電池、硅芯片等已經(jīng)走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，我們能理解在半導(dǎo)體工業(yè)中“從沙灘到用戶”的含義。人們將２０世紀(jì)后半葉以來(lái)的時(shí)代稱為“硅時(shí)代”，也足以體現(xiàn)硅在社會(huì)發(fā)展中的重要性，硅元素確實(shí)無(wú)愧于“無(wú)機(jī)非金屬材料的主角”的稱號(hào)。

　　５教學(xué)反思

　�。担�１教師首先要有實(shí)證意識(shí)

　　不少教師都積累了多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，這些經(jīng)驗(yàn)主要來(lái)自于教材、教參、習(xí)題資料、報(bào)刊雜志和網(wǎng)絡(luò)資源等，但有些教師對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)缺少批判性思維，直接“拿來(lái)主義”，教學(xué)上也停留在傳統(tǒng)的知識(shí)層面，缺少對(duì)學(xué)生方法的指導(dǎo)和能力的培養(yǎng)，這顯然是與當(dāng)下以學(xué)科核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力為導(dǎo)向的課堂教學(xué)理念格格不入的。對(duì)于一些“經(jīng)驗(yàn)”的獲取，尤其是有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)方面的經(jīng)驗(yàn)，我們一定要有實(shí)證意識(shí)，化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，所以只要條件允許，一定要用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，再吸收其為有效經(jīng)驗(yàn)。很多時(shí)候，我們?nèi)狈Φ牟皇茄芯亢徒鉀Q問(wèn)題的方法，而是主動(dòng)研究問(wèn)題的意識(shí)。

　　５．２著力培養(yǎng)學(xué)生實(shí)證意識(shí)

　　在課堂教學(xué)中，教師要精心設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用事實(shí)和實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行實(shí)證。本節(jié)課中讓學(xué)生根據(jù)事實(shí)推理能否用ＳｉＯ２直接與水制備硅酸，用化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段研究Ｎａ２ＳｉＯ３溶液能否與鹽酸或ＣＯ２反應(yīng)，以及Ｎａ２ＳｉＯ３溶液與ＣＯ２反應(yīng)生成的鈉鹽，用對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法體驗(yàn)了Ｎａ２ＳｉＯ３溶液的防火性和黏合性，較好地培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。

　　參考文獻(xiàn)

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