谈初中学生如何构建定性和定量的概念模型

田长明

（江苏省苏州市吴中区教育局教研室 江苏 苏州 215104）

定量分析是依据统计数据，建立数学模型，并用数学模型计算出分析对象的各项指标及其数值的一种方法。定性分析则是主要凭分析者的直觉、经验，凭分析对象过去和现在的延续状况及最新的信息资料，对分析对象的性质、特点、发展变化规律作出判断的一种方法。定性分析与定量分析应该是统一的，相互补充的；定性分析是定量分析的基本前提，没有定性的定量是一种盲目的、毫无价值的定量；定量分析使定性更加科学、准确，它可以促使定性分析得出广泛而深入的结论。因此让初中学生构建定性和定量概念模型显得尤为重要。

一、辨析教材中定性和定量的概念

初中教材中关于定性和定量的概念很多，定性概念的有可燃性、阻燃性、助燃性、溶解性、酸碱性等，定量的概念有溶液组成的定量表示、溶解度、酸碱度等。辨析这些概念之间的相互关系，有利于学生建立定性和定量的概念模型，笔者试举两例。

1．溶解性与溶解度

本节内容就课题而言，突出的是物质溶解性的定量表示——溶解度，因此教材重点对溶解度进行了分析与探究，但对溶解度与溶解性之间的关系却没有涉及，笔者认为理顺这两者之间的关系有利于学生对溶液的知识有一个较为全面的把握。

何为溶解性？简言之就是指物质在某种溶剂中溶解的能力。我们把物质的溶解性可定性为易溶、可溶、微溶和不溶。那物质的溶解性如何界定呢？这就必须与物质的溶解度联系起来。

固体物质的溶解度的定义：在一定温度下，该物质在100g溶剂（通常溶剂为水）里达到饱和状态时所溶解的质量。固体物质的溶解性和溶解度的关系如表1。

表1

气体的溶解度在沪教版教材中属于 “拓展视野”的内容，学生能够了解就可以了，但很多教师对气体的溶解度和溶解性之间的定量关系知之甚少。气体溶解度的定义是在一定温度和压强下，气体在一定量溶剂中达到饱和状态时气体的体积。常用定温下1体积溶剂中所溶解的最多体积数来表示。气体的溶解度除与气体本性、溶剂性质有关外，还与温度、压强有关，其溶解度一般随着温度升高而减少，随压强增大而显著增大。

气体的溶解度和溶解性之间的定量关系如何，根据《中华人民共和国药典》2005年版CP2005关于药品的近似溶解度的叙述，笔者整理如表2。

表2

2．酸碱性和酸碱度

酸碱性：何为酸碱性，简言之是酸性、中性、碱性的总称。判断溶液酸碱性的方法一般是用酸碱指示剂，常见酸碱指示剂的颜色变化与溶液酸碱性的关系如表2。

为什么溶液的酸碱性会不同？很多老师并没用从本质上去给学生分析，主要是考虑到学生的知识基础。但如果教师把它作为一个知识拓展来开阔学生的视野，可以完善学生的知识结构。酸碱性实质上是指溶液中氢离子和氢氧根离子浓度的相对大小，当溶液中氢离子浓度大于氢氧根离子浓度时，溶液显酸性；当溶液中氢离子浓度小于氢氧根离子浓度，溶液显碱性；当溶液中氢离子浓度等于氢氧根离子浓度，溶液显中性。

表3

酸碱度：是溶液酸度和碱度的总称，是指溶液的酸碱性强弱程度，一般用pH值来表示。pH＜7为酸性，pH＝7为中性，pH＞7为碱性。在pH＜7的情况下，pH值越小酸性越强，越大酸性越弱。在pH＞7的情况下，pH值越小碱性越弱，越大碱性越强。

用pH表示溶液酸碱度时必须让学生明确两个问题：⑴用pH表示溶液的酸碱度是有局限性的，如果溶液的酸性或碱性很强，是不能用pH来表示，而是采用其他表示方法。⑵测定溶液pH的方法有多种，如果粗略的测定溶液的pH，可用广泛的pH试纸来测定；如果较精确的测定溶液的pH，可用精密pH试纸和pH计。酸碱性和酸碱度的关系可用下表4表示。

表4

二、开发教材中定性和定量的实验

化学教师应该发展开发与利用化学课程资源特别是化学实验课程资源的能力，成为一个主动的决策者和建设者。化学教师可以对化学教材中的实验内容进行“二次开发”，对有些实验进行改进，其中包括一些关于定性和定量的实验。让学生在探究的过程中有所发现，有所创造。笔者试举两例：

1．烧不坏的手帕

沪教版九年级化学教材上册第4章第一节89页的“观察与思考”中有一个“烧不坏”的手绢实验：

将2体积95%的酒精和1体积水混合。把一块棉布手绢浸入配好的混合液中，浸透后取出，轻轻拧干，用坩埚钳夹持，在酒精灯上点燃，并轻轻抖动手绢。火焰熄灭后，你观察到原来浸透酒精的手绢发生了什么变化？你能解释其中的原因吗？

图1 烧不坏的手绢

该实验中是将2体积95%的酒精和1体积水混合，按这样的比例的配制，酒精能燃烧，手绢烧不坏，但如果按不同的比例配制，酒精的浓度高，手绢会不会烧坏呢？酒精的浓度低，能不能点燃呢？有教师设计了如下实验：

将大小相同的若干块手绢在8份体积分数不同的酒精溶液中浸透后取出点火，做了“烧不坏的手绢”的实验。其实验结果记录如下：

实验序号 1 234所用酒精的体积分数 95% 85%实验现象 酒精烧完手绢烧坏酒精烧完手绢烧坏75%酒精烧完手绢无损65%酒精烧完手绢无损实验序号 5 678所用酒精的体积分数 55% 45%实验现象 酒精烧完手绢无损35%25%酒精烧完手绢无损 不燃烧 不燃烧

通过上述定量实验可以得出如下结论：⑴如果酒精的体积分数大于45%时，酒精能燃烧。⑵当酒精的体积分数大于85%时，手绢会被烧坏。当然这个定量实验还是比较粗略的，如果要得到更精确的结论，还需要做更多组的实验。

2．浮起来的鸡蛋

沪教版九年级化学教材上册第6章第二节161页的“活动与探究”：

在常温下配制蔗糖溶液：

【实验1】称取3g蔗糖加到烧杯中，再用量筒量取20mL水加入烧杯中，搅拌使蔗糖完全溶解。

【实验2】称取5g蔗糖加到烧杯中，再用量筒量取50mL水加入烧杯中，搅拌使蔗糖完全溶解。

1．请你猜一猜，上述两个实验所得的蔗糖溶液哪个更甜一些？你能通过有关数值的比值来说明吗？

……

这个实验的结果是要学生猜测，因为无法通过外在的现象表现，且该实验兴趣性也不强。有教师就把这个实验改进，设计了鸡蛋的沉浮实验，在200g水中放入一个鸡蛋，然后让学生不断加食盐并搅拌：

次序 水的质量 食盐的量 沉或浮 小结1 200g 5g 2 200g 10g 3 200g 15g 4 200g 20g…… …… …… ……

随着食盐量的不断增加，学生看到鸡蛋由沉到悬再到浮的过程，觉得很有趣。

这个实验的原理很简单，加盐越多，食盐水的质量分数越大，溶液的密度就越大，浮力也就越大，当浮力大于鸡蛋的重力时，鸡蛋就会上浮。

在初中化学教学中引导学生用定量思想去思考、分析和解决问题，从方法的角度引导学生理解 “定量”与“定性”的差异，从而促进学生化学研究方法的理解和定量研究能力的提升。这不仅体现了鲜明的时代特点和要求，而且对学生化学基本观念的形成乃至科学素养的提高都具有重要意义。但教学过程中一定要处理好定性和定量的关系，过度的定量化，容易使学生迷失在各种形式的数学推演和运算之中，而丧失了对丰富而生动的化学本质的认识和理解，使学生丧失学习化学的兴趣和信心，这些都是与我们化学教学目的的本意背道而驰的。