“钠在空气中燃烧”实验现象的项目式教学探究

燕聪聪 崔继文

(佳木斯大学药学院,黑龙江 佳木斯 154007)

在进行“钠在空气中燃烧”实验时,学生观察到的实验现象为:钠迅速熔化成光亮的小球,剧烈燃烧,产生黄色火焰,冒出大量白烟,有淡黄色固体生成.但在教学参考资料中,却丝毫没有提及到白烟的生成.对此学生表示疑惑,对于这种明显可以观察到的现象,为什么不写进实验现象里?白烟又是什么?不仅学生疑惑,笔者也很疑惑,是因为白烟这个实验现象为无关紧要因素,还是因为参考的教学参考资料有问题?在实际教学过程中其他教师又是怎样来解决这一问题的?带着这些疑问,笔者对钠在空气中燃烧实验现象进行探索,并以此问题为真实情景,开展项目式教学活动,让学生在做项目的过程中,实现知识的应用与建构,并落实化学核心素养.

1 问题的探究

1.1 探究教学参考资料的影响

1.1.1市面常见教学参考资料汇总

笔者将市面上常见的教学参考资料进行了汇总,发现教学参考资料中的实验现象都是熔化为小球,剧烈燃烧,火焰呈黄色,生成淡黄色固体.

1.1.2教学参考资料中呈现部分实验现象的原因分析

1.1.2.1 以《普通高中化学课程标准》为准则

《普通高中化学课程标准》是规定高中化学的课程性质、课程目标、内容目标、实施建议的教学指导性文件[1].教学资料参考书是以课程标准为准则的,在《普通高中化学课程标准》中提到“钠在空气中燃烧”实验的主要目的是知道淡黄色固体是过氧化钠,再通过与钠和氧气在常温下生成氧化钠形成对比,得出实验过程中要注意控制温度、压强、溶液的浓度等条件,这是因为同样的反应物在不同的条件下会发生不同的反应的结论.因此教学参考资料并没有对《课程标准》中没有提到的白烟进行具体描述.

1.1.2.2 “钠在空气中燃烧”实验仍需探究

笔者查阅文献与资料,发现关于钠燃烧实验的研究性文章在期刊上多有报道,至今仍有疑惑尚未完全解决,疑惑白烟是什么,它的化学成分是氧化钠,还是过氧化钠,还是氧化钠和氧化钠混合物,或者是其他氧化物,至今没有详细的说明;冉甜老师认为白烟的成分主要是由两部分构成,一部分白烟是由钠表面的煤油及其分解产物所形成,另一部分白烟是过氧化钠分解(可能含少量氧化钠)所产生的[2];刘怀乐老师认为钠在空气中燃烧,反应温度必然会很快升高到远超Na2O2的分解温度,直接生成Na2O2的分解产物Na2O(白烟)[3].

1.2 探究实际教学过程

对于这样的情况,在实际教学过程中其他教师又是怎么做的?为此笔者进行了一个问卷调查,通过对本年级组19位教师进行调查,其中11位为近三年的新教师,8位为超过三年教学年限的教师.

通过问卷调查,发现58%教师都是简单地讲解白烟是过氧化钠,对实验目的没有太大影响,不需过多了解;31%教师认为白烟是无关变量,讲解时可以略过;11%教师告知学生白烟至今没有被明确,仍需探索.

笔者在课后对学生进行了询问,发现他们还是对老师讲解的白烟是过氧化钠充满了质疑,认为过氧化钠是淡黄色固体,怎么可能是白烟,并且很想知道为什么会产生白烟以及白烟的成分,并且还很积极地查阅资料,小组讨论,向教师展示他们的猜想.

2 问题的解决

2020版《新课程标准》中多次提到高中化学课程性质在于提升学生的化学学科核心素养,而开展项目式教学活动对发展学生的化学学科核心素养有独特的价值.项目式教学让学生能够从源头问题去思考,把“情境”“问题”和“学习活动”融为一体[4].

对于学生们在学习“钠在空气中燃烧”实验中所遇到的疑惑,通过开展项目式教学活动,将教学中遇到的问题作为真实的情景,以“探索钠在空气中燃烧实验中的白烟”为项目主题,引导学生猜想物质成分并设计实验进行验证,激发学生思考质疑,再利用实验探究,培养学生化学核心素养以及探索未知、崇尚真理的意识,最后再对钠燃烧实验装置进行改进,将绿色化学理念融合到化学课程中.

2.1 项目主题的选择

通过设立“探索钠在空气燃烧实验中的白烟”这一项目,激发学生的学习动机,以猜测钠与氧气加热实验的白烟以及设计验证实验为教学主线,深化学生对钠与氧气燃烧的认识,激发学生思考质疑,培养学生化学核心素养.

2.2 项目目标的确立

(1)通过查阅相关资料,对白烟进行猜测,培养信息搜集与处理能力.

(2)通过设计相关的验证实验,培养实验方案设计能力及实验操作能力,发展证据推理学科核心素养.

(3)通过实验验证,观察实验现象,未必能够得到科学的证据链,感悟化学科学探究永远没有止境,要思考和质疑.

(4)通过对钠燃烧实验装置进行改进,减少白烟在空气中的扩散,将绿色化学理念融入到化学课程中,增强社会责任感.

2.3 项目任务及教学流程(见表1)

表1 项目式教学流程

2.4 项目式教学实施(见表2)

表2 教学实验过程

2.5 项目式教学效果与反思

在教学过程中,将学生分成小组,小组之间分工明确,从多种途径收集并分享相关资料,为探究“钠在空气中燃烧”实验产生的白烟提供有力支持.课堂上学生积极猜测白烟的成分并设计相关的实验进行验证,大大地提高了学生的动手能力、合作能力以及完成任务的能力,使学生在化学课上获得较多的成就感,拥有探索未知、崇尚真理的意识,最后尝试并改进“钠在空气中燃烧”实验的装置,培养学生绿色化学意识,提升科学精神和社会责任感.

教师要充分发挥规划、设计、协调能力.比如在进行任务2时应该让各小组互相进行提问与指正,能够加深学生对该实验的认识;在进行任务3时,教师可以选择与周边的大学合作,争取可以获得X射线衍射仪的支持,为实验的成功增添一份力量.学生操作性实验不太熟练,应多进行相关实验活动.

基础化学实验中的疑难,既有技术层面上的,也有理论层面上的,有些过去认为已经解决的问题,其实并未完全解决,尚有探究的空间.在日常教学中还会遇到诸如本文中的此类问题,教师可以以这些问题为真实情景,采用项目式教学的方式,引领学生不断质疑,不断探索,在探索中领略化学的魅力,在探索中培养解决问题和创新合作的能力,在探索中落实化学学科核心素养.