定性定量相结合数字化探究“不同成分胃药功效”

倪晶晶  李云峰

化学是理论性与实用性紧密结合的学科。化学就在生活中。化学教师将化学知识融合在真实情境中讲授，可以充分展现化学学科的“实用魅力”，有效激发学生对于化学学习的兴趣。在“常见的酸碱盐”教学中，很多教师以“几种不同成分的胃药”为例，结合图片等讲述，让学生了解胃药的反应原理、功效以及使用注意事项等。但是，单纯的理论介绍缺乏实践性，学生被动接受而非在探究活动中主动获取知识，学习深度不够，学科素养难以提高。课后，学生提出“能不能模拟胃药与胃酸的反应”“能不能设计实验探究不同胃药的功效”等问题。很多文献指出，教师科学应用手持技术可实现实验数据的可视化，通过定量计算使实验结论更具理据性。为提高学生化学学科核心素养，教师将生活与理论深度结合，选择三种常见胃药与模拟胃酸反应，用定性、定量研究的方法，开展对比实验，回答学生的问题。教师通过数字化实验验证药理，引导学生在胃药作用与化学反应之间建立联系，真正理解不同胃药“功效”，掌握相关知识和原理，提高科学思维能力。

一、定性研究，展示化学“表象魅力”

教师要求学生参与探究活动，回答问题：“不同品牌的胃药抗胃酸能力一样吗？”

教师带领学生设计实验方案。人体正常胃液pH为0.9—1.5，本实验中选用的稀盐酸pH为1.4，用以模拟与胃药反应的胃酸。三种胃药成分不同，具体有效成分等信息见表1。

教师准备三个50 mL的小烧杯，分别放入经过研磨的三种胃药（如图1），在每个烧杯中加入20 mL pH为1.4的稀盐酸。搅拌1分钟后，测定每个烧杯中溶液的pH。

【观察讨论】观察现象，发现盛放胃药一的烧杯中有大量气泡，溶液很快变澄清；胃药二与稀盐酸反应产生少量气泡，一段时间后溶液仍浑浊；胃药三与稀盐酸反应，无气泡，一段时间后溶液仍浑浊（如图2）。从现象上看，胃药一与稀盐酸反应最剧烈。

【现象分析】师生查阅胃药成分知晓：胃药一辅料较少，胃药二和胃药三添加了难溶于水的辅料，故胃药二和胃药三的反应烧杯中溶液浑浊。“反应后溶液是否澄清”不能作为判断胃药抗酸能力强弱的依据。实验者需继续利用pH试纸测定相同反应时间后溶液的pH，通过比较pH的大小，判断三种胃药的抗酸能力。从与稀盐酸反应生成气泡的情况来看，胃药三没有气泡，说明没有气体CO生成；胃药一和胃药二均有气体生成，且胃药一生成气体更剧烈。

【设计实验】教师让学生测定上述实验反应前后溶液的pH，记录实验结果（如图3），并对实验结果进行再分析。

【观察讨论】与稀盐酸（pH=1.4）的pH试纸对比，反应后溶液的pH试纸颜色均有一定变化，胃药一和胃药三的pH试纸颜色变化不明显，pH约为3；胃药二的pH试纸颜色变化较明显，pH约为5。

【现象分析】结合实验现象和pH试纸对比可以看出，三种胃药均有一定的抗酸能力：胃药二的抗酸能力最好，与稀盐酸反应生成气体不剧烈，比较温和；胃药一与胃药三较胃药二抗酸能力较弱，胃药一生成气体较剧烈，胃药三没有气体生成。上述现象体现了三种胃药与稀盐酸的不同反应程度，适用于不同的病情。

【實验评价】pH试纸作为测定溶液pH的工具，具有操作简便、方便分组实验时使用等优点，但也存在读数不准确、误差较大等不足。教师通过定性和“半定量”研究，获得“现象”证据较多，展现了化学的“表象”魅力，但很难对三种不同成分的胃药“功效”进行准确判断。

二、定量研究，展示化学“思维魅力”

为指导学生用pH传感器测定三个烧杯中反应的变化情况，教师设计了实验方案，即向三个烧杯中分别加入pH为1.4的稀盐酸20 mL，将pH传感器分别放入烧杯中，打开磁力搅拌器，采集数据。分别向烧杯中加入胃药三（含氢氧化铝0.25 g）、胃药二（含铝碳酸镁0.25 g）、胃药一（含碳酸氢钠0.25 g），采集170 s的pH数据。

【课堂展示】屏幕显示实验采集的数据，并生成pH-曲线图（如图4）。

【课堂任务】学生根据实验现象及pH传感器测得的数据填写表格（见表2）。

【讨论交流】学生观察到胃药一、胃药二与稀盐酸反应都有气体产生，但胃药二反应现象不明显。教师引导学生思考用什么方法判断哪种胃药产生的气体更多。

【定量计算】学生依据反应后溶液的pH确定稀盐酸过量，按以下方法计算0.25 g铝碳酸镁、碳酸氢钠片与稀盐酸反应产生的二氧化碳质量（铝碳酸镁与盐酸的反应较复杂，教师提供已配平的化学方程式）：

学生通过计算发现，相同质量的胃药一产生的气体质量是胃药二的7倍。

【得出结论】

①实验验证了胃药三（有效成分氢氧化铝）有治疗胃酸的功效，但胃药三的抗酸能力最弱，160 s内，pH从1.40升高到1.44。胃药三不产生气体，反应比较温和，反应速率较小，比较适合胃溃疡、胃胀气患者。

②根据胃药二（有效成分铝碳酸镁）与盐酸反应的曲线判断：三种胃药中，胃药二中和胃酸的效果最好。150 s 内溶液pH从1.42升高到4.25，其中49 s左右，pH有较大的改变，说明胃药二见效快。计算后发现，等质量有效成分的胃药二产生的二氧化碳更少，更温和。

③根据胃药一（有效成分碳酸氢钠）与盐酸反应的曲线判断：三种胃药中，胃药一的作用效果最快。胃药一在15 s左右，pH有较大的改变，反应速率大，说明服用胃药一见效快。反应前后，pH由1.43升高到2.43，说明胃药一可以有效中和过多的胃酸，但效果相对较弱。计算后发现，相同条件下胃药一与盐酸反应产生二氧化碳较多，不适合胃溃疡、胃胀气的人群使用。

【课堂展示】大屏幕上展示从《说明书》中截取的“三种胃药的药理作用”。

胃药一：本品为抗酸剂，口服后可迅速中和胃酸解除胃酸过多或胃灼热症状，但作用较弱，持续时间较短。

胃药二：本品有明显抗酸作用，并兼有胃黏膜保护作用，对胆酸有一定吸附作用，其作用迅速、温和、持久。

胃药三：本品中氢氧化铝为抗酸药，能中和胃酸并保护溃疡面，维生素U能促进肉芽发育和黏膜再生，颠茄浸膏可抑制腺体分泌，解除平滑肌痉挛引起的疼痛。

【实验总结】对比实验结论和药理作用，不难发现：结论与药理作用基本吻合。例如：有效成分为氢氧化铝的胃药三能保护溃疡面，可能与反应温和、不产生气体有关；胃药二有明显的抗酸作用，作用迅速，传感器测得的数据和曲线也能证明这点；胃药一作用迅速，可从传感器曲线的时间进行印证，但最终的pH表明该胃药作用较弱。当然，这些药品蕴含更多的药用机理，如胃药三中维生素U能促进肉芽发育和黏膜再生，同时医疗上根据不同情况也会使用“抑酸”胃药、促胃动力药、护胃黏膜药等，所以在生活中遵照医嘱或按《说明书》使用药物十分必要。

三、实验教学策略与效果

（一）在探究中学会科学探究方法

学生通过死记硬背，也能熟练写出氢氧化铝与碳酸氢钠用作胃药的反应原理及化学方程式，但并不能真正理解。教师开展数字化实验，有利于培养学生分析曲线的能力和定量探究思维的能力，引导学生学以致用，加深对化学学科的理解。基于传感器开展实验是现代科技与传统教学融合的产物，既能显示具体的数值，又能体现数据的变化趋势，实现了实验过程的可视化。

在实验探究活动中，学生应用信息技术处理数据，将三种胃药与盐酸的反应呈现在一张图上进行对比，结果一目了然。学生在实验中，巩固了科学的实验方法，学会控制变量；知道从什么角度对药物进行评价，辩证分析问题；尝试将实验数据与定量计算相结合，对研究方法进行整合。

学以致用体现了化学学科在生活中的应用价值，也有利于培养学生的实践能力，促进学生的深度学习，提高化学学科核心素养。

（二）在实验中认识学科价值

实验探究是学生认识物质的重要手段，有利于他们正确认识化学，促进“科学态度与社会责任”素养的发展。在实验探究开始前，笔者做了一次调查，90%的学生认为三种胃药中和胃酸的效果相似；在问及如何选择胃药时，学生的回答是听医生的、看价格、看《说明书》、看疗效等。通过本次探究，学生不仅通过数据看到了胃药与稀盐酸反应的过程，而且结合观察现象、分析数据、定量计算，发现三种胃药的区别，明确三种胃药的适用对象。学生发现自己得出的结论与《说明书》吻合，不禁感慨知识的力量，感受到实验的价值，他们的科学素养自然得到提升。

（三）在研究中学会终身学习

对教师而言，也应多多实验，提升自身的实验研究能力。未做胃药与稀盐酸反应的实验时，笔者想当然地认为，三种胃药抗酸能力接近，甚至在脑海中夸大了它们与酸反应的能力，猜想反应后溶液pH=7。教师通过实验对胃药有了更加正确的认识，也认识到要教给学生“一碗水”自己得有“一桶水”。在化学教学中，实验研究是教师提升专业素养非常重要的路径。教师要积极应用傳感器等新工具，将技术作为破荒的一把利刃，不断创新、突破，改进教学。

注：本文系中国化学会教育委员会“十四五”规划 2021 年一般课题“手持技术数字化实验在初中化学项目式教学中的实践研究”（编号：HJ2021-0026）和苏州市教育科学规划办“十四五”规划 2021 年课题“手持技术数字化实验在初中化学教学中的应用研究 ”（编号：2021/LX/02/163/04）的阶段性成果。

参考文献

[1] 邓衍民.在初中化学深度学习中发展学生的化学核心素养——以优质课“认识两种抗酸胃药”为例[J].化学教与学，2020（5）：33-37.

[2] 林建芬，盛晓婧，钱扬义.化学“四重表征”教学模式的理论建构与实践研究——从15年数字化手持技术实验研究的回顾谈起[J].化学教育，2015（7）：1-6.

[3] 魏明贵.手持技术助力化学实验教学向深度进发[J].中小学数字化教学，2022（4）：15-18.

（作者倪晶晶系江苏省昆山市玉山中学教师；李云峰系人民教育出版社课程教材研究所高级编辑）

责任编辑：祝元志