开放式实验教学的“理趣”共生

摘要：开放式实验教学趣味十足而“理性”稍有欠缺，对此，尝试发掘“理趣”共生的开放式实验教学。围绕“鸡蛋中的化学”这一主题，设计巧妙区分生、熟蛋，蛋白质的变性，蛋壳成分的研究及测定等三个开放式实验探究活动，引导学生在内容开放、时空开放、资源开放的学习中，于现象的“趣”中发现科学的“理”，掌握解决问题的科学方法，培养科学素养。

关键词：开放式实验;理趣;《鸡蛋中的化学》

开放式实验教学是通过教学方法的改革，促使实验教学在内容、时间、空间和行为上“开放”，在宽松的实验环境下，让学生自主获得知识，提高实验技能，发展创新思维，锻炼分析问题、解決问题能力的一种教学方式。开放式实验教学趣味十足而“理性”稍有欠缺，对此，我们尝试发掘“理趣”共生的开放式实验教学，《鸡蛋中的化学》一课就是一次积极的尝试。

一、教学准备

电筒、生鸡蛋、熟鸡蛋、蛋壳粉、盐酸（1∶200、1∶2、1∶1）、浓氢氧化钠溶液、澄清石灰水、消毒酒精、硫酸铜溶液;试管架、小试管、中试管、试管夹、烧杯（大、小）、酒精灯、火柴、滴管、二氧化碳制取装置、集气瓶、镊子、钙离子传感器、质量传感器。

二、教学目标

1.以“鸡蛋”为主题，将学科知识融会贯通，解决实际问题;

2.增强对生活和自然界各种现象的好奇心和探究欲，发展学习科学知识的兴趣;

3.知道研究物质除了定性研究，还有定量研究，初步了解实验误差的分析方法;

4.体会小组合作的意义与价值。

三、教学设计

（一）巧分生、熟蛋

提出问题：每个小组的桌上都有生、熟鸡蛋各一枚，在不敲碎的前提下，你能迅速区分它们吗？

让学生小组讨论并实验探究。

预设学生有如下方法：

1.光照法。用手握住鸡蛋，靠近较强的光源观察，能部分透光的是生鸡蛋，不能透光的是熟鸡蛋。

原理：蛋壳上有许多肉眼看不见的小孔，生鸡蛋内的液体对光有折射作用，熟鸡蛋内凝固的蛋清和蛋黄不透光。

2.旋转法。（1）把鸡蛋横放在桌上，用手让鸡蛋迅速旋转;手离开后，鸡蛋转动顺畅的为熟鸡蛋，转动不畅的为生鸡蛋。（2）用手拨动鸡蛋，再用手阻挡鸡蛋;手离开后，停止转动的是熟鸡蛋，继续转动的是生鸡蛋。（3）将鸡蛋竖起，用手让鸡蛋旋转，放开手后能继续旋转的是熟鸡蛋，不能旋转或倒下的是生鸡蛋。

原理：生鸡蛋中蛋清、蛋黄是液态，和蛋売不是一个整体;当蛋売的运动状态改变时，由牛顿第一定律（惯性定律）可知，蛋清和蛋黄因惯性还保持原来的状态，会阻止蛋壳运动状态的改变。

创设真实的“巧分鸡蛋”情境，让学生玩起来，激发兴趣，调动热情。玩不是目的，让学生运用已有知识解释现象才是，促使学生在“趣”中寻“理”。

（二）认识蛋白质的变性

提出问题：鸡蛋生、熟的区别就是蛋清、蛋黄是否凝固，蛋清凝固在化学上属于蛋白质变性，即蛋白质内部结构发生变化，失去生物活性（如煮熟的鸡蛋就不能孵出小鸡了），哪些因素会导致蛋白质变性呢？

预设：在热、酸、碱、重金属（盐）、紫外线等作用下，蛋白质会发生变性。

组织学生分组实验：从生鸡蛋中取出蛋清于小烧杯中，用滴管分别吸取约2ml的蛋清于三支试管中;如图1所示，取一支在酒精灯上加热，一支加入少量消毒酒精，一支加入少量的硫酸铜溶液，振荡，观察现象。实验现象：三支试管中都出现浑浊。结论：加热、消毒酒精、硫酸铜溶液都能破坏蛋白质的结构，使其失去生物活性——变性，无法复原。

小结：引起蛋白质变性的因素很多，物理因素有高温、紫外线、X射线、超声波、高压、剧烈的搅拌、震荡等;化学因素有强酸、强碱、尿素、去污剂、重金属（盐）、三氯乙酸、浓乙醇（酒精）、甲醛（福尔马林）等。

提问：蛋白质变性在医学上的应用有哪些？

预设：（1）酒精、碘酒用于肌肉内、静脉注射前的杀菌消毒。（2）用于重金属中毒的急救。如水银体温计不慎在嘴中破碎，可大量食用蛋清、豆浆、牛奶等蛋白质含量较高的食物，再洗胃，使汞结合食物中的蛋白质，不至于进入体内而危害人体内的蛋白质。

引导学生回顾蛋白质变性的知识，并通过动手实验真切体会蛋白质的变性，从化学现象的“趣”中发现化学知识的“理”。接着，引出蛋白质变性在医学上的应用，拓展学生的知识面，进一步激发他们学习化学的兴趣，感悟化学对社会发展的贡献。

（三）探究蛋壳的成分

提出问题：蛋壳的主要成分是什么？你是怎么知道的？

预设：碳酸钙;课本或之前学过。

引导：通过前面的学习，同学们都知道蛋壳的主要成分是碳酸钙，但这是老师告知或从资料中得来的，没有验证过，此外，蛋壳中碳酸钙的含量是多少呢？就让我们来定量探究一下。

演示实验：将蛋壳粉放入插有钙离子传感器的烧杯中，加入稀盐酸（1∶200）。现象：（1）产生气泡;（2）如图2所示，钙离子浓度曲线逐渐上升。结论：（1）蛋壳与盐酸反应产生气体;（2）蛋壳中含有钙元素。

提出问题：蛋壳与盐酸反应产生的气体是什么？蛋壳中除了钙元素之外是否还有其他成分？

组织学生分组实验：（1）剥一枚熟鸡蛋，将蛋壳放入广口瓶中，塞上带有长颈漏斗、导管的塞子，将稀盐酸（1∶2）从长颈漏斗注入瓶中至没过长颈漏斗下端，检验产生的气体。

提出问题：如何检验产生的气体？

预设：通入澄清石灰水中，出现浑浊，说明为二氧化碳气体。

引导：蛋壳与盐酸反应产生的气体是CO2，说明蛋壳中除了含有钙元素外还含有CO2-3，即蛋壳中确实含有CaCO3。

提出问题：蛋壳中的成分全部是CaCO3吗？

组织学生分组实验：用镊子夹取一块去膜的蛋壳，直接置于酒精灯外焰灼烧。现象：产生刺激性气味（烧骨头产生的气味）。结论：蛋壳中的成分不全部是CaCO3。

提出问题：蛋壳中CaCO3的含量是多少？如何测定？（假设蛋壳中的杂质不与盐酸反应）

组织学生讨论确定实验方案并开展分组实验：（1）用质量传感器称出大烧杯的质量，再称出大烧杯+两药匙蛋壳粉的质量;（2）称出盛有足量盐酸（1∶1）的小烧杯的质量;（3）将小烧杯中的盐酸倒入大烧杯中;待反应结束时，再称出两个烧杯及杯中物质的总质量;（4）将数据填入表1中，并计算。

表1蛋壳中CaCO3含量测量实验数据

物品质量（g）或

质量分数大烧杯大烧杯+蛋壳粉蛋壳粉大烧杯+蛋壳粉+盛有足量盐酸（1∶1）的小烧杯（反应前）两个烧杯及杯中物质（反应后）反应产生的气体（CO2 ）蛋壳中所含CaCO3的质量蛋壳中所含CaCO3的质量分数组织学生交流实验数据。

提出问题：各组数据不同，说明存在误差，那测定蛋壳中CaCO3含量的实验中，哪些因素可能导致误差？

预设：称量误差、计算误差等。

提出问题：我们需要收集二氧化碳气体，如何验满？

预设：将点燃的木条靠近集气瓶口，木条熄灭，说明已收集满。

组织学生分组实验：收集一瓶二氧化碳气体，向瓶中倒入10ml浓氢氧化钠溶液，迅速将剥好的鸡蛋塞住瓶口（稍用力，密封即可），摇荡瓶子，静置一旁。现象：鸡蛋进入瓶中。

提出问题：鸡蛋为何能自动进入瓶中？该实验成功的关键是什么？

预设：集气瓶中二氧化碳气体与氢氧化钠反应被消耗，瓶内气体压强降低，外界大气压将鸡蛋“压”入瓶内。

这一环节，旨在让学生认识到实验是化学研究的基础，感受科学仪器给实验探究带来的方便;让学生初步学会由定性到定量的研究方法以及误差的分析;切实感受到影响反应快慢的因素;感受到科学是讲究实证的，建立证据意识。这里，增加“瓶吞鸡蛋”实验，将所学的化学知识与物理原理融合，用于实际问题的解决，学中求趣，用“理趣”促进学生对实证思想的认同。

（四）鸡蛋壳雕刻

提出问题：（展示镂空的蛋壳）蛋壳硬度很小，很难用刀在上面雕刻出图案，那老师是如何在鸡蛋壳上刻上美丽图案的呢？这就需要用到我们刚刚实验探究出的知识，利用酸与蛋壳反应，腐蚀出图案来。请同学们回家后用雪碧瓶、白醋等，尝试在蛋壳上刻上自己喜欢的图案吧。

布置课后作业，引导学生将研究延伸到课后，将课堂所学应用于生活，体会化学“源于生活，用于生活”的“理趣”。

四、教学思考

鸡蛋与学生生活有着直接的联系，以此为主题展开多项活动探究，活动内容、空间、时间、形式等较为开放，能有效激发学生的科学探究兴趣，让学生在玩转鸡蛋中体会到科学就在身边，掌握解决问题的科学方法，培养科学素养。

内容开放。本课题不是教材中的规定内容，能培养学生用已学过的知识、技能解决实际问题的能力。内容涉及化学、生物、物理等多学科知识，能让学生体会到：虽然这些学科平时分开学，但它们并没有必然的界限，生活中碰到的一些现象和问题，可以从不同的方面利用不同的科学知识去解决;应学会从多个角度观察生活现象，从不同的途径解决问题。

时空开放。课堂由于时间的限制，有些有趣的实验探究留作了课后作业，如鸡蛋在酸液中上下游动、蛋壳上雕刻图案等。

资源开放。教学资料、仪器设备、实验材料等资源向学生开放。不拘泥于固定的实验器材，家庭用品等都可以成为实验用具，如可用透明塑料饮料瓶代替烧杯、广口瓶，白醋代替盐酸等。

开放是手段，“理趣”是追求。教学中，我们注意引导学生从现象之“趣”中发现科学之“理”，并将这种“理趣”延伸至下一环节、课后以及未来的学习和生活中。我们期望，让科学回归学生的生活世界，达到“理中引趣、趣中求理、理趣融合、情智共生”的境界，在潜移默化中提升学生的科学素养。

*本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题“县域初中开放式实验教学的实践研究”（批准号：Ea/2015/08）、南通市教育科学院“十三五”规划课题“初中‘理趣课堂教学的实践与研究”（批准号：GH2018021）的阶段性研究成果。

参考文献：

[1] 宋國利，盖功琪，苏冬妹.开放式实验教学模式的研究与实践[J].实验室研究与探索，2010（2）.

[2] 胡宗华.理趣课堂的思维路径[J].教育视界，2020（13）.