基于学科核心素养的“钠与水反应的微型化实验改进”

2022.09.29

吴宁宁

摘要：钠与水反应实验是高中化学的重点。对此，现行人教版化学教材必修一第三章第1节提供的实验方案是：在烧杯中加入适量蒸馏水，再滴加几滴酚酞试液，向其中投入绿豆大小的钠，观察实验现象。方案虽然简单，但钠与水反应剧烈，且反应快而不易控制，比较危险，浪费试剂。此外，这种方案仅能验证其中一种产物，对另一种产物——氢气没有设计收集和检验步骤，仅是通过推理得出，教师不易解释清楚，学生也难以理解。因此，我们对之进行了改进。

关键词：高中化学钠与水反应微型化实验

新课改提倡的学习观，要求从重结果转向重过程，从重知识转向重能力。尤其是信息爆炸的当代社会，对人的能力的要求更高，对于未入社会的学生而言，其主要是通过各科学习来获得能力。对于学校教育教学应该培养学生哪些能力，目前提倡培养学生的核心素养。不同的学科有不同的知识传授任务和核心素养培养任务，具体到化学学科，体现在以下五个维度：宏观辨识与微观探析，变化观念与平衡思想，证据推理与模型认知，科学探究与创新意识，科学精神与社会责任。本文主要在此背景下，以钠与水反应的实验改进为载体，探究培养学生的化学学科核心素养的有效方法。

为了弥补人教版高中化学必修一教材中提供的钠与水反应的实验方案的不足，笔者对此实验进行了改進，以期取得更好的教学效果，同时将学科核心素养贯穿其中。

一、实验原理

2Na+H2O=（点燃）2NaOH+H2↑

2H2+O2=2H2O

二、实验改进方案

1.实验改进方案一

（1）仪器

小试管（两支），双孔橡皮塞，注射器一支及输液管一根，蒸发皿，火柴，水槽，铁架台（带铁夹）。

（2）试剂

蒸馏水、金属钠、酚酞试液、肥皂液。

（3）实验装置

实验装置见图1。

（4）实验步骤及现象

①用镊子在一支干燥的小试管内壁附上三小块金属钠（总体积不超过绿豆大小），三小块钠依次固定在试管内壁不同高度处，最下面的一块钠到试管底部一定要留有一段距离。将试管固定在铁架台上。分别取输液管管径较细的一段和另外一段，插入双孔橡皮塞，较细的一根插入试管底部，将橡皮塞塞入试管，用注射器吸入一定量的滴有酚酞试液的蒸馏水，与较细的输液管末端相连;另一根末端插入蒸发皿中的肥皂液。另外，向水槽中注入一定量的蒸馏水备用。

②通过注射器向试管中注入蒸馏水，当蒸馏水与试管内壁第一块金属钠接触，发生第一次反应时，观察实验现象。用火柴靠近蒸发皿中被吹起的肥皂泡，会听到尖锐的爆鸣声。

③第一次反应结束后，感兴趣的学生可以继续通过注射器向试管中注入水，开始第二次反应，采用排水法集满一试管气体，将试管口靠近燃着的酒精灯，可明显听到“噗”的一声。实验结束后，若有金属钠剩余，则用注射器将试管中的溶液全部吸出，使反应停止，撤去橡皮塞，用镊子取出剩余的钠并回收。

（5）改进后的优点

①反应可控。当第一块钠与水接触，发生第一次反应时，学生若能将实验现象观察完整，即可用注射器吸出试管中的水，停止反应。若想继续，再注入水即可。在一定程度上，本实验可以实现随开随用、随关随停。

②节约试剂。将绿豆大小的钠分成三块，分别与水反应。第一次反应中主要观察实验现象，若学生感兴趣便开始第二次反应，收集气体。若不收集气体，则会剩余两块钠，节约试剂。

③现象直观。实验现象除常规的“浮、熔、游、响、红”外，还可直观地证明钠与水反应产生了气体，且爆鸣声证明是可燃性气体。由元素守恒推知应为氢气。

2.实验改进方案二

（1）仪器

透明的水笔芯（油墨用完），蒸发皿，火柴，注射器（带针头）。

（2）试剂

蒸馏水、金属钠、酚酞试液、肥皂液。

（3）实验装置

实验装置见图2。

（4）实验步骤及现象

①将水笔芯在靠近笔头一端约三分之一处折弯。将笔头摘掉，用靠近笔头的一端戳取少量金属钠，再迅速将笔头塞回去。

②用注射器吸取一定量滴有酚酞的蒸馏水，连上针头。将笔芯沿折痕处折起，角朝上，从开口端用注射器注入一定量水，此时蒸馏水留在笔芯较长一段处。迅速将笔芯取直，使水流入靠笔头的部分与钠接触，将笔芯折弯，角朝下，开口一端插入肥皂液中，并用点燃的火柴靠近肥皂泡，听到尖锐的爆鸣声。

③若需停止实验，则只需将笔芯沿弯折处成一个较大角度，开口处垂直朝下，使水流出。由于折痕处较窄，水可以通过，而剩余的固体钠具有一定的体积，不能通过，从而使二者分离，反应停止。

（5）改进后的优点

①反应可控。笔芯折痕处充当开关，弯折的两段角度大，水易通过;角度小，水不易通过。这样，可在一定程度上实现对反应发生和停止的控制。

②实验微型化且装置简单。实验过程中，用笔芯直接戳取金属钠，用量小，大大节约了试剂，且方便学生自己组建实验装置进行分组实验，培养学生的实验操作能力，激发学生对化学的学习兴趣。

③现象直观且明显。采用点燃肥皂泡的方法检验生成的气体，现象既直观又明显，效果更好，省去了教材中实验方案的模糊推理。

④废物利用。学生用完的废弃笔芯作为反应发生的仪器，可以提高化学实验的趣味性，启发学生对废物再利用的思考，培养自身资源回收再利用及环保意识。

三、改进方案的突出特点

以上两种改进方案具有四个突出的特点：

第一，避免了教材中对钠与水反应生成气体的模糊间接推理，将其变成直接而直观的证明，有利于加强学生的证据推理与模型认知素养训练，启发学生思考以后碰到类似问题时应该如何解决，从而实现知识的迁移和思维能力的锻炼。

第二，实验可控，克服了传统的一次投料必须等其反应完全才能停止的弊端，但又需要多次尝试厘清操作注意事项，比如不能把钠粒放到试管底部后再加水，否则反应太剧烈，钠容易在试管中燃烧，增加了实验的危险性。这些都需要经过多次实验才能摸索得到。这个过程虽然枯燥，但学生可体验到科学探究的过程以及科学探究带来的乐趣和成就感，激发学生的科学探究精神，这是传统课堂上得不到的体验。

第三，节约成本。所用到的仪器皆为常见仪器或身边随处可见的废弃物，成本不高，一般学校均可提供齐全。试剂用量小，这对一些资金相对匮乏的学校来讲非常重要，因为试剂属于消耗品，一旦用完，一些经费投入不足的学校很难做到及时采购补充。

第四，渗透学科核心素养。这个方案可以启发学生将理论与实践相结合，体现在两个方面：一是可以用实际生活中的东西解决理论学习中遇到的问题，小东西发挥大作用;二是可以用理论知识解决实际问题和指导实践活动。通过这种理念的渗透，可以培养学生的科学精神和社会责任，将小我的言行与社会责任联系起来，潜移默化地培育了学生的学科核心素养。

本实验方案的改进和具体操作过程带给笔者最大的感触是，教学可以走高端路线，也可以很接地气，向上向下都可以实现一定程度的创新，都会使学生的知识得到迁移、思维得到训练、情感得到丰富，从而实现培养学科核心素养的目标。

参考文献：

[1]杨晓纯.钠与水反应实验改进[J].中学化学教学参考，2017（1）.

[2]江丹虹.钠与水反应的微型实验改进[J].中学化学教学参考，2016（6）.