虚实结合：在质疑与创新中解决真实化学问题.docx

虚实结合：在质疑与创新中解决真实化学问题

在信息爆炸的今天，辨别信息真伪尤为关键。教师虚实结合开展教学，不仅能够培养促进学生质疑、批判和创新能力，而且有助于深化学生对学科知识的理解。笔者选取了两个“无明显现象化学反应”的实验案例，探讨了传统实验方法在评价和育人方面的局限性，并设计实施了虚实结合的化学实验，在解决真实的化学问题的过程不断质疑和创新，以增强学生的创新意识，促进其科学思维能力发展。

一、以虚补实：发展科学思维，培养科学态度

以虚补实，即利用虚拟技术弥补传统实验的不足，这一方法在现代教学中日益受到重视。随着科技的进步，数字化实验已成为教育领域的新趋势。融合虚拟仿真技术、网络技术和数据库技术开展数字化实验，有利于学生对宏观、微观、符号和图像进行综合认知，提升学生的证据推理能力。尽管许多化学反应伴随着明显的现象，如发光、放热、变色、气体产生和沉淀生成，但有些反应缺乏明显现象，难以获得科学认知。教师虚实结合利用现代化实验手段，可以使实验现象“从无到有”，这不仅有助于学生构建和重组知识体系，而且能有效提升学生的思维广度和深度。以下是“CO2与NaOH溶液反应”的教学案例。

（一）教学案例

教师将CO2通入盛有NaOH溶液的试管中。

学生观察发现试管内无明显变化。

教师让学生分组设计实验，以判断“CO2与NaOH溶液”是否发生反应。（教师引导学生从“反应物减少”“生成物增加”等方面思考。）

……

学生提出方案，向盛有NaOH溶液的试管中滴加1滴酚酞溶液，然后通入CO2，观察现象。

教师将CO2通入含有NaOH溶液的试管中（通入前已滴入1滴酚酞溶液）一段时间。

师生根据实验现象，否定了该方案。

（二）酚酞溶液变色机理

酚酞溶液是常见的酸碱指示剂之一。学生阅读化学教材[1]可知，酚酞溶液遇碱溶液变红，在酸性溶液中不显色，还知道变色反应的pH范围。由于缺乏定量、直观的信息，学生通常不能全面理解，采用机械记忆的方式学习[2]。酚酞结构如图1所示。pH＜8.2时为无色，其结构为（如图1a），称为内酯式结构，缩写为H2P。8.2＜pH＜10.0时，酚酞分子的2个酚羟基上的质子离解，内酯环打开，生成２个相似的醌式结构（如图1b、1b），呈粉红色，缩写为P2-。当pH＞12.0时，生成无色的甲醇式结构（如图1c），粉红色逐渐消退，缩写为POH3-。三者之间的颜色变化都是可逆的，当pH=11时，H2P快速、完全地转化为P2-。当pH＞12.0时，P2-缓慢地转化为POH3-。这表明酚酞溶液在强碱性溶液中褪色，突破了“酸无碱红”的传统变色范围[3]。

（三）实验探究

1.实验用品

药品：固态CO2（干冰）、NaOH、蒸馏水、酚酞溶液、BaCl2溶液、稀盐酸。

仪器：250mL烧杯、玻璃棒、镊子、量筒、铁架台（带铁夹）、pH传感器、温度传感器。

2.实验步骤

（1）配制溶液：配制150mL不同浓度的NaOH溶液。

（2）滴加酚酞溶液：将配制好的NaOH溶液倒入5个洁净的250mL烧杯中，分别滴加2滴酚酞溶液，观察现象。

（3）放入干冰：将足量的干冰分别放入5个烧杯中，观察现象。

3.实验现象

（1）滴加酚酞溶液后，立即由无色变为红色，但很快褪色。

（2）刚加入干冰时，烧杯中酚酞为无色，经过一段时间后，酚酞逐渐变为红色（见表1）。

4.解释

（1）酚酞溶液在NaOH溶液中褪色的原因：为了防止学生认为酚酞溶液褪色是因为敞口，NaOH与空气中CO2反应造成的，实验中，还配制了1%的NaOH溶液，同样进行实验，发现酚酞溶液变红色后很长时间没有褪色。进一步证实：红色酚酞自然褪色的时间与NaOH溶液的浓度有关，浓度愈大褪色愈快；而与试管是否敞口无关，即酚酞溶液逐渐褪色与空气中的CO2无关。

（2）化学变化的典型标志是新物质的产生，这通常伴随着颜色变化、气体释放、沉淀形成等现象，同时也会伴随着能量的转换。根据观察到酚酞溶液颜色变化，说明CO2与NaOH发生了反应。此外，实验中还发现，烧杯底部逐渐有白色晶体析出。师生用pH传感器测定反应过程中pH变化以及NaOH、Na2CO3和NaHCO3在常温下溶解度，分析烧杯底部的白色晶体为NaHCO3，加入稀盐酸，有大量气泡产生。一夜后，烧杯中酚酞溶液颜色由浅红色逐渐变深。可能与NaHCO3常温下能缓慢分解得到Na2CO3和CO2有关[5]。

案例中，教师改变反应条件，既能清晰地看到酚酞溶液颜色的变化，又能结合实时的曲线、数据变化（如图2），让学生知道酚酞溶液变色的原因并对反应过程中产物的变化进行科学判断。在教育数字化转型的背景下，以虚补实，探索虚拟现实结合的教学之路，让学生养成注重实证、严谨求实的科学态度，学会批判性思考，具有敢于提出并坚持自己的见解、勇于修正的科学精神，助力课堂教学变革。

二、以虚拓实：经历科学探