荆州市荆南高级中学齐铭廖伟

课例类别：完全探究·课题研究

学习科目：科学/化学

学校/年级：高二（2）班

学习时间：一周

一、提出问题，确立课题

2001年9月14日，我刚刚在高二（2）班讲完《硬水及其软化》的有关知识。课后，同学们就议论开了。

"原来水还分这么多种啊！"

"自来水的硬度是多少啊？"

"我们这儿地下水硬度为多少？"

"就是，都是水，居然还有不同。"

"不过我们好像对硬度还不太明白。"

听到这些议论，我不禁一笑。孩子们天生的求知欲真是强烈，这次应该让他们自己动手去试试。我笑着说："这一次，你们能不能自己想办法去找呢？下次上课时给我答案。"

9月15日课外活动，我询问学生有关情况，同学们踊跃发言。

唐煌说："我在书上了解到硬水能使锅炉爆炸、缩短水壶的寿命等危害性。但我不知道具体原因。"

邱儒芸说："硬度的测定方法，我没查到。"

吴健说："我在网上查到硬水对皮肤有影响，比如洗脸最好不用硬水。"

"你怎么知道自己洗脸用的是硬水还是软水呢？"姜许健打断了吴健的话。

"这我没有想，你是不是知道呢？"

我努力请同学们安静下来后，说"同学们想不想自己解决问题，了解更多的有关知识。"

"当然想。"

"我建议大家针对这些问题，进行调查与研究。"

"我们进行研究？！"有些同学们开始议论。

"研究不是要大家一定有发明创造，只是让大家参与这个活动，自己探索知识。有兴趣的同学请举手。"

我看了一下，举手的同学有十几人。我请了几位同学谈谈参加这次活动的原因。

"我想让吴健学会洗脸！"姜许健开了个玩笔，同学们笑了。

"我家水壶都换了好几个，我想这次活动可以让我知道一些除垢的方法吧。"陈中政答道。

"我们村里的好多人在夏季农忙时，直接喝地下水，我爸妈也是这样。我想亲自测试一下其硬度究竟有多大，还想知道硬水对人体究竟有多大的影响。"崔自洁讲述了他的理由。

"我就是喜欢参加活动，我想也许有点好玩。"唐煌答话，又引起学生们的一阵笑。

我想知道一部分学生不参与这个活动的原因，于是点名让没有举手的李小丹回答，她起先不愿回答，在我的鼓励下，她吞吞吐吐地说了原因："我觉得可能会耽误学习时间。"

我将有兴趣的几位同学留下来，对大家说："为了尽快完成这次活动，采用什么办法好呢？"大家不分先后，谈了自己的看法与建议。

何简：要有计划、有步骤，不能盲目行动。

周晶晶：问题太多，我们是不是分成几组好些？

唐煌：对，并且每一组应该有一个负责的。

李华荣：那我们各做各的吗？知识是相互联系、渗透的，这不太好吧？

何简：我觉得分组好一些，不过组与组之间要相互联系。

周晶晶：我赞成，那谁负责呢？

经过讨论，同学们分为三组，分别调查研究三个子课题：一、硬度测定；二、硬水对人类的影响；三、硬水软化及除垢。大家一致推选何简为大组长。

二、实施计划的制定

何简根据同学们自愿，任命姜许健、李华荣为小组长，三位同学制定了计划，并将计划给我看了一下，我提了几点意见：①活动中会遇到一些困难，每一组请我校一名化学教师担任指导；②每个学生要对活动进行小结；③每组要完成活动报告。何简对计划作了适当的调整。

三、实施过程

9月24日晚，全体课题组成员在化学教研室召开了总结会，会议由何简组织，各组长先介绍他们的活动情况。

姜许健介绍了硬水对人类生活影响这一组的活动情况：

17日，我们先在校图书室查阅，因藏书有限，没有有关内容。我们一筹莫展，好不容易想了一个办法，通过我表哥的朋友到荆州师院图书馆去查，可到了那儿我又犯难了，不知道什么书籍中有硬水的有关知识。我们只好查与"硬"有关的书，但是未能找到相关资料。后来只好找齐老师借有关资料，他那儿有一本《教师用书》，其中有几页介绍了有关知识。我们仔细看了，从中知道了硬水对锅炉的影响：一方面消耗燃料多，另一方面可能引起爆炸，同时也知道了硬水使人体结石发病率升高的原因。18日，我们在网上查到了硬水在一些工业部门中的影响。网易等网站特别介绍了硬水在美容方面的影响以及对皮肤的影响。23日、24日，我利用双休日到我亲戚家---岑河镇张场村进行了调查。

张场村有一条大河，水被污染，是黑色的，散发出臭味，河里无草、无鱼。村里人日常生活都用压井里的水（压井，由一手柄，一活塞，一根伸到地下30多米深长管组成，通过压力可将地下水引出）。我开始有点胆怯，想开口却又不知道从何问起。还是一位老人先问我是不是有什么事，我才开始了我的访谈。

问：您们这什么时候开始用的压井水？

答：前面这条河十几年前还很清澈，有鱼、有水草，有很多人在河里钓鱼、游泳，我们吃喝用都从这儿提水。后来这条河被沙市来的水污染了，每家每户就开始用压井水了。

问：压井水与原来河水有不同吗？

答：有啊，用塑料桶打一桶压井水，过一会儿，在水面有些白色的象粉状的东西漂在上面，水不好喝，白衣服洗后过不了几天就变黄，衣服洗后发硬。

问：那得结石的人比以前多吗？

答：好象要多些。

问：这井水，您们直接使用吗？

答：农村很忙，特别是夏天，没有时间烧茶水，一般直接喝井水。这水烧起来，水垢很多，坏水壶。

问：那您怎么除垢呢？

答：铁锅中的垢用铲子铲。水壶就干烧，听到"吱吱"声，就赶紧加点冷水，水垢就脱落了一部分。

崔自浩介绍了硬度测试组的活动过程：

我们这一组按原定计划行动，一开始就遇到了困难。网上查不到水的硬度的测定方法，我们犯难了。周晶晶提出，在水中加碳酸钠，测定沉淀的质量。这种方法遭到了我与陈中敏的反对，这样做得到的沉淀少，滤纸上有些沉淀无法转移，再说也无法求出碳酸钙、碳酸镁各自的质量是多少。这时我记起曾做过的试题中有一道关于硬度测定的题目，我查了复习资料，但不知题中"Y"是什么物质。我请问了廖老师，他说是EDTA(己二胺己二酸)，并且给了我们一本《分析化学》，我们认认真真地看了有关内容，但很多内容看不懂，廖老师给我们作了一些讲解。

23日，星期六，天气很好，周晶晶骑车几里路，用塑料瓶在一农家取了一瓶地下水回来进行测定。由于药品的缺乏，我找廖老师想办法，廖老师带着我又是找实验员，又是找校长。几个小时后，他们想办法弄到了药品。在廖老师指导下，我们配制好溶液之后，认真反复地对地下水的硬度进行了测定，也测定了我们学校自来水的硬度以及我们班饮用纯水的硬度。

李华荣介绍了硬水软化组的行动过程：

我们这一组进行得比较顺利。在我们的课本上知道了一些方法：如石灰苏打法、加热法、磺化煤法。我们在网上搜索"硬水软化"时，很多材料上介绍了美容不能用硬水，必须要经过软化。如在洗脸时，要将硬水煮沸后再煮一小时，在水中加半杯牛奶或一撮食盐，就可以了。还有很多硬水软化的设备图片，有硬水软化机、纯净水机等，并介绍了工艺流程、工作原理，有些名词我们看不懂，但大致知道Ca2+、Mg2+在设备哪一个部位除去的，也知道这些设备一般都用离子交换树脂。我爸爸有一位朋友在多缘纯水公司，我们23日上午到他们公司去看了一下，他没有时间，也不知道工作原理。一个工作人员带我们参观了工作车间，并给了一份说明书，让我们自己看。

24日，我们想对有些除垢方法进行实验。在我家，我们三人从邻居那借来有垢水壶，他担心我弄坏，还叮嘱了几句。我们先实验干烧水壶法，发现只能除去有一定厚度的水垢和壶底的水垢。如果用食醋加热法，一方面速度不快，另一方面要反复进行几次，效果也不太理想。由于我们一时再找不到有垢的水壶，所以有些除垢方法我们没有做。

各组长介绍行动过程后，有些同学作了补充。成员们也进行讨论，交换了意见，谈了收获与体会。之后，组长对各组上交的材料进行了整理，于25日上交了研究性学习调查报告。

四、学习研究成果

经过一周的调查与研究。获得了较多的信息、资料，各组成员进行分析、整理、总结，写成了实践活动成果报告。

硬水的危害--何简

目前我们所使用的水，很多为硬水--特别是地下水，其硬度很大，这对人们日常生活、工农业生产带来了很大影响。

很多工农业部门都需要用软水。在纺织、印染工厂，硬水用于洗涤纺织品时会造成纺织品污点，影响美观与强度。用硬水加工食品，会造成蛋白质沉淀，较难煮熟。在酿酒中，水的硬度超过4。时，酒浑浊，酒味不好。硬水对农药也有影响，它会与乳化剂生成沉淀，降低药效，甚至产生药害。

硬水对锅炉影响也较大。锅炉内结成坚硬的水垢后，锅炉内的水不直接跟炉壁接触，使热量不能很快被吸收，炉壁温度可达1000℃以上，外表会形成易脱落的氧化膜，发生严重的氧化腐蚀，致使锅炉寿命大大减短。另外当水垢分解时，会放出大量CO2，使水垢局部爆裂脱落；当炉壁在高温下，一旦有水从缝中渗入，炉壁骤热冷却，就易发生炸裂。硬水还浪费燃料，当锅炉内壁产生1mm厚水垢时，就要多消耗煤碳3%~5%。另外，硬水对热交换器也有影响。在交换器管道中，硬水会产生水垢阻碍水流通，热交换效果差而且易产生垢下腐蚀，管道穿孔、损坏，物料泄漏等不良影响。

硬水对人们的身体健康有较大影响。中国预防科学院对陕西省西安市长期饮用矿泉水的人群进行调查，发现他们比附近生活条件相近人群的平均寿命高3岁。但并不是说水的硬度越低就越好，美国、加拿大有关部门对常年饮用5。以下软水的人群进行调查，发现心血管死亡率高达10.1%以上。因此加拿大有关方面规定：软水不能直接作饮用水。据有关资料反映，人的饮水最好介于8。-18。之间，不能超过25。。如果长期饮用硬水，会导致肾结石发病率升高。用硬水洗脸、洗澡，会形成钙镁皂，它像胶质一样有黏性，粘在脸上、皮肤上，使污垢不易除掉。污垢未洗净，堵塞皮肤腺开口，形成栓塞，影响正常代谢，使皮肤过早萎缩老化。高硬度水中钙镁离子与硫酸根结合，会使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性腹胀、排气多、腹泻等现象。我国北方地区饮用硬度高的地下水，所以久居南方的人初到北方的开始一段时间会出现所谓"水土不服"的现象。

硬水对人们日常生活也有影响。硬水会与洗涤剂形成脂肪酸钙，降低洗涤效果。长期用硬水洗衣，衣服变硬，不柔软。用硬度很高的水洗头，头发不顺直。用硬水泡茶会降低有效成份溶解度，使茶的"色、香、味"改变，降低饮茶的乐趣。硬水烹调鱼、肉、蔬菜会因不易煮熟而影响人体对营养成份的吸收。硬水会使咖啡中的咖啡因、丹宁酸释出，让咖啡味道大打折扣。用硬水还会降低豆腐产量，损害营养成份。硬水对人们的日常生活影响较多，限于篇幅，我们无法一一列举。

对水的硬度的测定--姜许健

我们用了一天的时间，对有些水的硬度进行了测定。每次取水样25.00ml，用0.0100mol.l-1EDTA滴定，其步骤如下：滴加4-5滴铬黑T，加NH3-NH4Cl缓冲溶液8ml，摇匀，用0.0100mol.l-1标准液滴定至终点(溶液由紫红变为蓝色)，读下读数，平行测定三次，其步骤如下：有关数据记录及数据处理如下：

从上表可看出，我市城区地下水为最硬水，它会对我们日常生活、工业生产产生较大影响，需软化后再用。自来水为硬水；纯净水为软水，也含钙镁离子，饮用纯净水并不是真正的纯净水。

硬水软化与除垢--李华荣

我们所了解到的硬水软化方法有二类：

一是药物软化。可利用高中课本上提到的石灰苏打法、磷酸钠法等。这类方法可以将钙镁离子沉淀除去。磺化煤可将水中Ca2+、Mg2+与Na+交换来达到软化的目的；当磺化煤使用一段时间后会失去软化能力，可将其放置在8%~10%的食盐水中浸泡以恢复软化能力。在日常生活中：如洗面时，可在水中加半杯牛奶或一撮食盐，在一定程度上除去钙镁离子。

硬水软化的设备也有很多，我们在调查中只见到了三种。第一种是软化机；其设备中有一种树脂，它是一种多孔、不可溶性交换材料，里面含有千万颗细小塑料球珠。当水经过这些球珠时，钙镁离子就可以被除掉。第二种是纯净水机；水经过多介质过滤器、活性碳精过滤器、超滤膜、臭氧等工序处理后可得纯净水。第三种为离子交换设备；让水通过多介质过滤器、活性炭、阳床、阴床、脱气、精气、精阳床、混床、紫外杀菌器、精过滤器。可将水中许多杂质除掉。这三种设备除钙镁离子所采用的还是药物软化法，其中都用到离子交换树脂。

二是加热法。将水煮沸，并多煮一会时间，可将钙镁离子转化为锅垢除掉，硬水在一定程度上得到软化。

在工业生产中，锅炉内如果结了较多的水垢就应该除掉。除去方法一般是用质量分数为4%~5%的盐酸进行酸洗，酸洗时为了减少酸液对金属设备的腐蚀，常用乌洛托品作为缓蚀剂。锅炉除垢可用专用的锅炉除垢剂如SAF01-03、KAC01-03等。

日常生活中，我们也有简单办法除垢。保温瓶中倒入4%~5%盐酸可将瓶内水垢除去。水壶除垢的方法，我们了解了以下几种：①小心将水壶烧到刚刚干涸后，立即浸入凉水，水垢会因受热不均脱落。②在水壶中加入食醋，在火上烧至温热也可除水垢。③新水壶中装半壶山芋，加满水煮熟，不要摩擦内壁，以后使用就不会有垢了。旧水壶用上述方法做一至二次，不仅可以除垢，以后烧水也不会产生水垢。④在水壶中加一撮小苏打，将水烧沸几分钟，可以除垢。⑤水壶中装一些土豆，加适量水烧沸10分钟。⑥用水壶煮几次鸡蛋。⑦在壶中放一块洁净的口罩烧水，水垢只沉积在口罩上，水壶上不形成水垢。⑧在壶中放一块磁铁烧水，不产生水垢。

五、学生体验

在整个活动中，我很关心学生在活动过程中的体验与感受，当我了解他们对本次活动感触较深时，我便开展了一次主题班会，让那些担心研究性学习耽误正常学习时间的同学也参与其中，改变一下观点与看法。其会议记录如下：

时间：2001年9月25日，课外活动

地点：高二（2）班教室

人员：齐老师，高二（2）班全体同学

主持人：何简

记录：刘丽

何简：硬水研究与调查活动已经结束，我们十位同学在活动过程中都有一定感受，今天课外活动，让我们这些同学谈一下感受。

周晶晶：我来说，在这次活动中，我学会了滴定的方法，了解了滴管的使用方法及滴定误差的分析，这是我以前在上课没有学好的。我还了解了许多新物质，如EDTA、缓冲溶液、铬黑T等，也知道了指示剂有好多种。我知道了滴定分析法是众多定量分析方法中一种基本方法，还知道了一门化学叫分析化学。上面许多方法和知识，我们都不会。我感到知识很贫乏，今后要多抓紧时间努力学习。

陈中敏：我觉得有所收获，要细心，要有恒心、有毅力。测定水的硬度，我以为不会花很长时间，但实际上却用了整整两天。测量中，我们结果彼此相差很大，却分析不出原因，我们好烦，好几次都想放弃，但是在廖老师鼓励下，我们又继续做了下去。我们反反复复地做，每次实验做十几次，才能得到几组令人有点满意的数据。如果我们差一点耐心，少一点毅力，就不会测出令人满意的结果。我想科学家们发现定律、定理该需要多大的耐心与毅力呀。

崔自浩：我们这一组，有的同学取样，有的同学准备药品，有的同学准备仪器。在实验中，我们有的操作，有的记录，有的读数，彼此相互提醒少出错误。虽然我们花了很长时间，这只不过是我们实验能力较差，我觉得我们配合得比较默契。如果我们配合得不好，需要的时间会更长。小组应该有协作精神，才能办好这件事。我原来觉得刘校长不好，有一次还跟他作对，经过这次活动也让我改变了看法。

姜许健：我不善于说话，在这次活动中我学会了一点人际交往。在调查中，说话要客气，要注意文明礼貌，不然别人不会理你，也不愿意回答问题。为了让别人能回答我的问题，我必须注意说话方式。我开始不会说话，别人看我一眼就不理我了。后来为了让老农回答我的问题，我边帮忙边问话，他夸奖了我，并放下手中的活专门坐下来回答我的问话。

唐煌：我感到农村好贫困，这是我在调查中发现的。他们不是不勤劳，但就是没有收入，他们的卫生习惯差，生活条件差，好多农民都是直接饮用地下水，有些人得了结石病，没有钱去治病，能拖一天是一天，在没有办法的情况下，才到处借钱去看病。我真的好希望他们富起来。

唐静：我学会上网查资料，我们组三人平时联系一般化，这一个星期为了把事情快点做好，我们天天在一起讨论，收集资料。在一起做几个除垢小实验，配合的很好，我们之间关系近来亲近了许多。

何简：事实上，刚才发言的同学之间的感受，我们好多同学也都有，我觉得我们组与组之间，相互关心，相互谈心，交流经验，交换材料。姜许健他们这一组，在调查中涉及到除垢时，也作了调查，并把有关方法与李华荣他们交换了意见。充分体现了集体的力量。不知道没有参加这次活动的同学听了我们发言后，有没有什么想法？

张方乐：我没有参加这个活动，主要与李小丹想法一样，怕耽误时间，不如在家学习一下。听了同学们的感受，我也有点动心，如果下次有活动，我也想参加一下，自己体验一下。

张同、章鸣、蔡华菊、李小冈等部分同学也表态想参加，体验一下这样的活动。

齐老师：这次活动同学们都努力了。取得了一定成绩，也有一些感触，有的同学感觉学习了较多新知识，有的同学锻炼了一下毅力与耐心，有的同学感到了合作的快乐。但我觉得还存在一些不足，例如：查资料、调查方法比较单一，遇到一些问题，没有努力去深究等等。希望大家下去之后总结一下不足，在以后的学习中，活动中应努力克服。刚才还有几位同学提出想参加这样的活动。我觉得你们自己如果有什么问题需要解决，可以自己组织开展活动，我们老师会大力支持、帮助、指导的。

六、教师体会

在这个活动中，学生初步了解了研究性学习的过程与步骤，在学习过程中有了一些切身体验，还学会了一些获取资料与信息的方法，在一定程度上培养了学生在实验中认真、仔细、严谨的科学态度，培养了学生之间的合作态度，增强了同学之间的友谊，也锻炼了他们接触社会的能力。但是学生研究调查能力有待进一步提高，发现问题、解决问题的能力也有待加强，例如：有的学生在调查过程中与农民谈话时，询问问题盲目性大，没有重点，调查范围窄，对象单一等；有的学生在网上查了一些硬水对人类生活的影响，没有再继续追究其原因或者分析不到答案就放弃了；有的同学在硬水硬度测定时，误差分析不透彻，盲目性成份大等等。之所以出现这些问题，有一部分原因是知识面窄，问题太多怕麻烦，更重要的原因是探究问题的意识不强。

老师在研究性活动中应是倡导者、促进者、指导者，我作为老师，第一次尝试这样活动，在活动之前看了一些的书籍，注重放手让学生自己去做，也注意了指导。但有些方面指导得不够，例如在学生调查之前，应过问一下他们的做法，提示他们调查时要注意调查对象、调查范围、调查形式等问题。当同学们获取知识信息途径较少时，应指导他们应用各种不同方法去收集信息，还应指导学生整理资料。我们在指导学生组与组之间相互交流体会与资料信息这方面也做得不够。当同学们实验时发现了问题，引导学生及时解决问题做得还不够。

总而言之，研究性学是一种提高学习各种能力的新型学习方式，这给我们老师提出了更高的要求。要求我们改变传统教学模式观念，进一步提高自身业务素质，多进行研究性学习探索，不断总结经验，吸取教训，扬长避短，尽快适应新课程标准下现代化教学。

本文摘自《刘征文集》2000年6月第1版