在实际教学中，常常会有学生问教师：在做探究钠与水反应产物的实验中，如何想到在反应前就在蒸馏水中滴加酚酞试液？教师通常回答：“因为反应过程中会生成碱性物质氢氧化钠”。笔者认为，学生在实验前并不知道会生成氢氧化钠。若学生事先知道这一点，那么实验不应属于探究钠与水反应产物，而应属于验证钠与水反应产物。美国课程学者施瓦布与赫伦将探究性过程设计水平分为实证性探究、结构性探究、指导性探究、开放性探究4个层级
［1］，如
表1所示。由此可见，上述教师设计探究钠与水反应产物的实验，仅属于实验探究层级的最低水平，即实证性水平实验探究。
课程标准指出科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，化学实验是进行科学探究的一种重要途径，在实验教学过程中，能够促进学生形成适合个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观念、必备品格和关键能力
［2］。要有效培养学生的核心素养，探究性学习是培养学生关键能力的重要途径，需要教师在教学中选择典型素材，设计有思维深度和广度的高层次水平实验探究活动，让学生在探究中获得体验、感悟，引导学生自主建构“分类研究找通性—依据结构推个性—实验探究看特性”的认知模型，并形成多角度认识和分析问题的能力，从而掌握学科思想和方法。基于这一理念，笔者精心设计了针对同一探究问题的4种不同层级水平的实验探究活动，在设计教学方案或设置探究问题时，优先考虑诱发学生的思维活动，设计更高层级水平的实验探究过程，以培养学生的化学学科核心素养。
1 教材分析与学情分析
“探究钠与水反应产物”选自人教版高中化学必修1第二章第一节“海水中的重要元素——钠和氯”第1课时内容。钠作为活泼金属的典型代表，其性质非常活泼，可以在常温下与水发生剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，具有强还原性。钠的化学性质的学习可为后续学习其他金属元素及其化合物的性质起到引领示范的作用。
学生已了解燃烧条件、碱能使指示剂变色，以及氧化还原反应的本质是电子的得失和偏移。这些作为本节课的知识基础，能帮助学生更好地分析钠与水的反应。高一学生对新事物充满了好奇，因此本节课采用实验探究，可以唤起学生自主求知的欲望和学习的兴趣。但学生对化学实验现象的观察多停留在简单的感性认识上，还不能透过实验现象去分析本质，因此需要教师加以引导。
鉴于此，探究钠与水反应产物的实验方案设计尤为重要，一方面有助于学生对钠与水反应现象和产物的记忆和理解；另一方面可以有效地培养学生实验探究的能力和思维，学生的实验探究能力会因探究层级水平的不同存在差异，实验探究层级水平越高对学生实验探究能力的区分度越高，越能提升学生的思维能力。
2 实证性水平的设计方案
【学生实验】钠与蒸馏水（滴加几滴酚酞试液）反应的演示实验，观察、记录，并分析实验现象。
师：钠在反应过程中溶液为什么会由无色变为红色？为什么又会四处游走？
生：生成了碱性物质——氢氧化钠；生成了气体。
师：根据原子守恒推测该气体可能是什么？又如何验证你的推测？
生：氢气，可以收集反应生成的气体进行爆鸣声实验以检验气体。
【总结】钠与水反应生成使酚酞试液变红的氢氧化钠和能产生爆鸣声的氢气。
3 结构性水平的设计方案
【学生实验】钠与蒸馏水反应的演示实验，观察并记录实验现象。
师：根据元素守恒，推测反应过程中生成了什么气体推动钠四处游走？并验证你的假设。
生：可收集生成的气体，用带火星的小木条检验是否生成氧气；收集生成的气体，进行爆鸣声实验检验是否生成氢气。
师：根据原子守恒，推测反应后钠元素存在于何种物质中？如何验证你的推测？
生：氢氧化钠。氢氧化钠是碱，可以使用酸碱指示剂验证。
【播放视频】钠与蒸馏水反应的演示实验（反应液中滴加几滴酚酞试液）。
【总结】钠与水反应生成能产生爆鸣声的氢气和使酚酞试液变红的氢氧化钠。
4 指导性水平的设计方案
已知钠的化学性质非常活泼，能在常温下与水剧烈反应，同时放出大量的热，请分组设计实验方案探究钠与水反应产物。
【方案一】将一小块钠投入装有少量蒸馏水的烧杯中，考虑实验安全性用玻璃片盖上（
图1）。
师：根据上述实验过程中观察到的现象，我们大致能得出什么结论？能确定钠与水反应的产物吗？
生：钠的密度比水小，四处游走，说明反应过程中生成了气体，但根据现象并不能确定是什么气体。
师：那么我们如何对实验方案进一步改进来确定生成的气体是什么呢？
【方案二】用镊子固定住钠块，钠与蒸馏水反应，并用试管收集生成的气体进行检验（
图2）。
师：收集到反应过程中生成的气体后，该如何检验其成分呢？
生：根据元素守恒原理，推测该气体可能为氧气或者是氢气，采用爆鸣声实验来检验气体的成分，证实生成的气体为氢气。
师：根据原子守恒，推测反应后钠元素存在于何种物质中？并设计实验验证你的推测。
生：氢氧化钠，取少许反应后的溶液于试管中，滴加几滴酚酞试液验证氢氧化钠的生成。
【总结】钠与水反应生成能产生爆鸣声的氢气和能使酚酞试液变红的氢氧化钠。
5 开放式水平的设计方案
师：根据物质分类，钠属于金属单质，和初中所学的金属铁属于一类
［3］，那么让我们回忆一下铁在常温下能否和水反应？
生1：能，铁常温下与水反应会产生铁锈。
生2：不能，铁常温下与水反应生成铁锈需要有氧气的参与。
师：这位同学补充得很好，那么钠常温下能不能与水反应？如果反应是不是也需要氧气的参与？如何设计一个实验方案可以让钠与水在无氧条件下反应？
生：让钠在真空中与水反应。
师：该如何操作？首先需要明确，钠与水反应实验过程中哪些地方会存在氧气？
生：空气中有氧气，蒸馏水中会溶解少量的氧气。
师：可以采取什么措施隔绝空气？
生：在水的上方用煤油覆盖，从而隔绝空气与水接触。
师：蒸馏水中溶解少量的氧气又该如何除去？
生：将蒸馏水加热煮沸，并迅速冷却。
简述实验现象：钠在煤油与水的交界面处上下往返跳动，据此得出结论：钠与水发生反应，且生成了气体。推测该气体可能是氧气或者是氢气，可以用爆鸣声实验检验氢气，可以用带火星的小木条检验氧气。出于安全性角度考虑，应优先验证氢气，收集气体进行检验，得出结论：该气体为氢气。再进一步思考：既然钠与水反应生成了氢气，钠元素与氧元素又存在何种生成物中？学生猜测生成了氢氧化钠，验证方法：用长胶头滴管吸取酚酞试液伸入水层中加入，观察溶液是否变红。
【总结】钠与水反应生成能产生爆鸣声的氢气和使酚酞试液变红的氢氧化钠。
【学生活动】板演钠与水反应的化学方程式。
6 教学案例评析
实证性水平探究钠与水反应产物的设计方案基于对实验问题或假设、实验设计方案、实验结论均已知的基础上，更偏重对实验结论的验证，而淡化了探究的过程，从而才出现了开篇时学生存在的疑惑
［4］；结构性水平探究钠与水反应产物的设计方案基于对实验问题或假设、实验设计方案已知的基础上，成功避免了学生存在开篇的疑惑，但整个探究过程都是在教师事先预设的设计方案中定向展开，即学生更多的是处在教师的思维里开展探究，从而降低了探究的开放性；指导性水平探究钠与水反应产物的设计方案基于只是对实验问题或假设已知的基础上，使得探究过程的开放性得到了极大的提高，在原有实验设计方案探究过程中发现新问题，从而进一步完善实验设计得到新方案，既符合学生的认知结构，又培养了学生的思维能力和探究能力；开放式水平探究钠与水反应产物的设计方案是在对实验问题或假设、实验设计方案、实验结论均未知的基础上展开，探究过程充满开放性。问题是实验探究的起点，问题的设置要符合学生知识发展水平，接近学生“最近发展区”，让学生能在新旧知识间建立适当的联系，通过联系学生熟悉的“铁”来猜测陌生的“钠”的性质，为学生的思维提供了“阶梯”。对实验设计方案可行性和可操作性的考虑和探讨，增大了探究的容量和难度，提高了学生的思维能力。可见，指导性水平或开放性水平上的探究性学习才是“素养为本”的课堂教学之所需。
7 教学反思
实验探究既是解决化学问题的工具，也是提升化学思维的载体。依据科学课程标准，科学探究能力包含8个要素：提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价
［5］。指导性水平或开放性水平上的探究性学习涉及科学探究能力包含的8个要素。教学的最终目标不在于学生学会了多少，而在于学生是怎么学会的，在学会的过程中哪些能力得到了培养和提高。化学课堂应该是一个能够点燃学生思维火花的课堂。
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