微型课程的探究与实践——以高中化学“食醋中总酸含量的测定实验”为例

李 瑾

（上海市第三女子中学，上海200050）

一、研究背景

定量实验是物质分析的一个重要内容。在高二教材和高三拓展教材中，定量实验作为独立的章节呈现在教师和学生面前，它对学生的化学思维能力、综合分析能力、动手操作能力等都有较高的要求。因此，定量实验一直是化学实验教学中的难点。

上海高二化学教材中，学生在学习了中和滴定的基本原理，进行过实际操作，并已经初步掌握中和滴定的简单计算，会进行简单误差分析的基础上，需要做这样一道题：运用中和滴定的原理设计一个实验方案，用标准氢氧化钠溶液测定家用食醋的浓度。资料提供：食醋中含有醋酸，化学式为CH3COOH，是一元弱酸。提示：强碱滴定弱酸，滴定终点的pH大于7，但仍可用酚酞做指示剂。［1］苏教版高三化学实验化学专题六中也将该实验作为一个专题来研究。虽然学生已经能够比较熟练地进行操作和简单计算，可是面对这样的命题依旧无所适从，不知道该如何下手，笔者认为这个问题值得思考与研究。

清华大学宋心琦教授曾说过，一项化学实验，不论是演示实验、教学实验还是科学探究性实验，都可以归纳为三部分：一是作为实验对象的物质体系（若目的在于探究化学变化过程，也可以称作化学体系）；二是适当的仪器装置和必要的安全措施；三是合理的实验步骤和规范的操作技术。三者不可或缺，但是从学科教育的角度来评价，应当认为它们的重要性是不等同的，而是依次递减的。笔者认为，宋教授所言的化学体系应该是指对化学原理的理解，只有深刻理解了原理，才能选择适当的仪器与实验步骤。

而现在的化学实验教学中，因为实验体系来自教材或教参，使得教师实施时往往把注意力放在第二、第三方面，化学体系选择反而成为次要甚至被忽略，于是除去通过实验能够加深对某个实验现象的印象外，学生受到的教育仅仅侧重于对所用仪器装置的认识和基本操作训练过程中受到的科学作风培育。［2］

比如在中和滴定实验的教学中，教师可能会把较多的精力用于纠正学生的操作是否规范、会不会误差分析、会不会计算，往往忽略了原理的分析。而且学生们操作的时候用的都是教师已经配好的药品、试剂，只是模仿、重复，很少有自己的思考。操作技能虽有所提高，可思维品质缺乏显著提升。因此碰到生活中实实在在的醋的时候，就乱了阵脚，不知道该如何处理。加之中和滴定在工业生产中有着非常重要的应用，笔者认为这样的研究对于学生今后的发展很有意义。

二、微型课程设计思路

1.微课一：对课题的理解与指示剂的选择

上海教材中原题的要求是“测醋酸的浓度”，但是生活中食醋的标签中标明的都是总酸含量（以醋酸计，g/L）。什么是总酸含量？为什么标签上是这样注明的？学生们通过阅读和查找资料不难发现食醋中含醋酸（CH3COOH）3%～5%（质量/体积），此外还有少量乳酸等有机酸弱酸。用NaOH溶液滴定时，实际测出的是总酸量，即食品中所有酸性成分的总量。它包括未离解的酸和已离解的酸，而分析结果通常用含量最多的醋酸来表示。因此在苏教版高中化学教材中，课题为《醋酸中总酸含量的测定》，笔者认为这样是比较合适，更为科学和严谨的。

同时取消了原题的资料提供和提示。（原题的资料提供和提示是，“资料提供：食醋中含有醋酸，化学式为CH3COOH，是一元弱酸。提示：强碱滴定弱酸，滴定终点的pH大于7，但仍可用酚酞做指示剂。”）这样处理的目的是，学生学习中和滴定的时候，使用的试剂都是强酸强碱，从原理上选择甲基橙或者酚酞都可以，而选择指示剂时比较强调的是，颜色的变化如何有利于人观察，因而碱滴酸时常选择酚酞，原理讲得比较少。直接告知学生的话，学生们就失去了一次独立思考的机会。经过对反应原理的分析和查阅资料，学生们发现恰好完全反应的时候，溶液中的溶质是醋酸钠，溶液呈碱性，因此选择酚酞是比较合适的，用甲基橙的话误差会很大。这个问题是学生力所能及的，可以解决的，笔者觉得就应该放手让他们思考。这种“互动过程”有助于学生们不断深化对物质世界的认识，对化学的陌生感也会逐渐消失。

2.微课二：对标准液浓度的选择

整个实验中，使学生们觉得无所适从的另一个重要原因是教师提供了好几种浓度的氢氧化钠溶液，学生们不知道该如何选择。

这样设计的原因在于日常的教学中，实验教学的教育功能定位不够全面，例如把实验的教育功能主要归之于培养动手能力和验证原理或某个规律。学生们完成实验的目的，似乎只是为了验证某个原理或规律，而验证性实验一定会把注意力集中于结论或结果，对于过程的思考时常被忽略。只有关注过程，才能通过实验进一步明确科学原理和结论只有在确定的实验条件下才一定是确定的，从而真正体验到什么是科学。在该实验中，学生们大多寻求经验，在以往的实验报告中发现，标准液的浓度大多为0.1000mol/L，学生们自然也选定了这个浓度。而此时几种不同浓度的氢氧化钠溶液摆在面前，他们必然会想应该选哪一种，为什么平时都选这个浓度？

此时教师再给学生们滴定的突跃范围以及不同的浓度到达滴定终点时所带来的误差，她们很快就理解了。常规的教学中，滴定的突跃范围时常是一个难点，大多是教师领着学生计算多滴一滴或少滴一滴时溶液pH计算结果，学生并不是很理解为什么要算，甚至有些学校干脆将这个内容规避不讲，但是这样会使学生对于中和滴定的准确性产生质疑，时常会有学生问，指示剂的变色范围在8～10（以酚酞为例），并不在7，为什么教师会说中和滴定很精准，而现在这样处理最大的一个好处是，由原来教师的“我要完成这个教学任务”转变为学生的“我想学这个知识”。学生的主动性得以充分地发挥，教学自然变得更有效。

3.微课三：对待测液的处理

提高实验教学质量的关键在于提升对科学实验重要性的认识。中和滴定作为一个定量实验，在工业生产上有着广泛的应用。真正模仿技术人员测定的过程，比起单纯地操作更能激发学生的思维，也更能深化其对科学精神的认识。

学生们很少能主动想到对待测液进行处理，因为没有这个经验，以往的实验课上标准液、待测液都已经放在实验桌上，只要取用就可以了。这时候，教师如果直接告诉学生需要稀释，显得很突兀，同时也不利于学生思考，即使学生有这样的疑问，这种思考也是非常被动的。这时候可以这样处理：放手让学生亲自实践，学生自然会从最初的模仿，直接取20.00mL醋直接进行滴定，但是她们很快会发现问题实验的结果令人很惊讶，原来按照原来的浓度消耗的标准液的体积将远远超过一根滴定管的容量，那么怎么处理？有人提出少取点标准液，因为有了刚才对标准液浓度的选择，马上有人质疑可能实验带来的误差较大，计算也比较麻烦，很快有学生会提出，可以对标准液进行稀释。那么如何稀释？稀释几倍？稀释倍数少，需要消耗的碱很多，稀释太多倍，消耗的碱很少是否可以？这样一个个难题就在学生们的讨论中迎刃而解。最后是学生实验，亲手检测，得出结论。这样处理的好处是，学生由简单地重复前人的成果、验证实验的正确性，转变为通过自己的思考对实验进行思考、改进，这样才能持续地产生科学教育和激励创新的动力。

很多教师可能会质疑这样会耗费太多的课时，但是整个科学发展史实际上是由千千万万个科学实验集成的。学生们只有通过亲身实践，才能真正理解许多操作的意图，也才有可能在今后的学习中有所创新，笔者想这就是人们常说的“操作技能是可以模仿的，而创新能力是无法模仿的”。

三、拓展与延伸

1.实验方案的设计与评价

教材中将这节内容放在中和滴定部分，因此大多数学生自然只想到用中和滴定的方法，这说明我们平时的教学时常会无意间造成学生的思维定势。其实，中和滴定对于本课题是否是最佳的方案？有没有其他的方法？这个结论应该是由学生自己经过思考得出，而非教师直接告知，变成记忆性的结论。长此以往，一旦遇到新情景，学生们往往不知道该如何处理。所以，教师应该适时创造机会，让学生发散思维，培养良好的思维品质。从不同角度去反思实验设计、筛选实验方案，有利于学生在表达与交流过程中增强对科学探究的理解。可引导学生在实验方案中设计实验药品、装置的选择以及实验方案的评价等问题，让学生感悟到“如何想？怎样做？”这样才能使其发展探究能力，巩固实验数据处理方法，能培育科学素养，促进学生反思学习活动，获取自主学习的方法。

同时，作为化学教师也有义务将一些新科技、新技术介绍给学生，开拓学生的眼界。比如本实验也可以采用电导滴定法。电导滴定法是根据滴定过程中被滴定溶液电导的变化来确定滴定终点的一种容量分析方法。电解质溶液的电导取决于溶液中离子的种类和离子的浓度。在电导滴定中，由于溶液中离子的种类和浓度发生了变化，因而电导也发生了变化，据此可以确定滴定终点。

食醋中的酸主要是乙酸。用氢氧化钠滴定食醋，滴定开始时，部分高摩尔电导的氢离子被中和，溶液的电导略有下降。随后，由于形成了乙酸－乙酸钠缓冲溶液，氢离子浓度受到控制，随着摩尔电导较小的钠离子浓度逐渐增加，在化学计量点以前，溶液的电导开始缓慢上升。在接近化学计量点时，由于乙酸的水解，转折点不太明显。化学计量点以后，高摩尔电导的氢氧根离子浓度逐渐增大，溶液的电导迅速上升。作两条电导上升直线的近似延长线，其延长线的交点即为化学计量点。

电导法的主要优点就是判断滴定终点比较准确。指示剂法用的是人眼来判断滴定终点，误差较大；而电导滴定法是根据滴定过程中被滴定溶液电导的变化来确定滴定终点的一种容量分析方法，它用仪器来滴定，并用作图法来确定食醋的含量，误差小。

2.利用手持技术测定食醋中的总酸量

手持技术是一种应用最先进的实用技术和教育理念、集数据采集与分析于一体的实验系统。将手持技术应用于研究性学习，既体现了新一轮基础教育改革的思想和理念，又符合学生学习的认知规律。该系统能采集的理科数据包括电流、电压、光强度、温度、力、气压、磁场、音量、距离、Ph、溶解氧、电导率、多种离子的浓度、相对湿度、心电图、光强度等。手持技术最突出的特点有以下几点：便携；数据采集器和传感器都比较小，在手掌上就可以操作，可采集多种数据，故形象地称为手持技术仪器。其便携性可让师生能随时随地进行定量的探究活动，并将实验的过程及结果储存。［3］

中学阶段主要采用酸碱指示剂来确定滴定终点，但学生常因指示剂的选取不当或过早估计终点等问题而造成较大的实验误差。利用pH传感器和手持技术，研究酸碱中和滴定过程中pH值的变化趋势，从而准确判断出滴定终点，代替了传统的指示剂判断滴定终点的方法。手持技术的优点使其可以更广泛地应用于中学化学实验中。例如根据上面的酸碱滴定实验，我们可以设计实验来同时滴定强酸与弱酸或者同时滴定强碱与弱碱，用所得的图表可以清晰准确地表示出这两种酸碱性不同的物质的区别。

化学实验教学现代化能让学生生动地感受、体验现代化学和现代化学实验在泛分子水平上开展的微观探究、深入化学过程探究、强化理论指导作用以及研究的跨学科性等重要特点。基于传感器的传感实验可以促进化学实验教学的现代化，让学生感受现代气息，帮助学生了解现代化学，减少学生对传统化学实验麻烦以及恐惧的认识，增强学生学习化学的兴趣，提高学生的学习水平，因而应该适当地提倡和推广。当然，一般说来，它更适宜在研究型课程和拓展型课程中使用，不太适宜在基础型课程中使用。它在教师演示实验中使用的机会可能比学生实验多一些。关于传感实验的研究有待于进一步拓展和深入。其他过程和操作的现代化装备也需要研究。

3.由误差分析引起对标准液浓度的思考

对于中和滴定的传统的误差分析，主要集中在操作的过程中引发的种种误差。而研究的过程中，学生们想到NaOH在称量过程中会不可避免地吸收空气中的二氧化碳，使得配制的NaOH溶液浓度比真实值偏高，最终使实验测定结果偏高。如何使实验结果更精准，学生们自主查阅了资料。

经过查阅资料，学生们了解到NaOH易吸潮，易吸收空气中的CO2而影响其纯度，因此在配制的时候就应用间接法配制。为了配制不含CO32—的NaOH标准溶液，通常先将NaOH配成标准溶液，不溶的Na2CO3沉于底部，取上层清液稀释成所需配制的浓度。标定碱标准溶液的基准物质有邻苯二甲酸氢钾（KHP）、草酸（H2C2O4·2H2O）等，［4］但最常用的是邻苯二甲酸氢钾，这种基准物容易用重结晶法制得纯品，不含结晶水，不吸潮，容易保存，其式量大于草酸，标定时由于称量而造成的误差也很小，是一种良好的基准物。邻苯二甲酸氢钾与NaOH的反应如图1所示：

图1 邻苯二甲酸氢钾与NaOH的反应

化学计量点时，溶液的pH为9.1，可选用酚酞作指示剂。

四、实践与反思

1.给学生自主学习的空间

高中化学教学的内容多、时间紧，很多教师会争分夺秒地“讲”，但很多时候我们也发现，并不是教师讲得越多，学生们就学得越多或越好。因为对于学习者而言，知识有一个自主构建的过程，学生不是接受知识的“容器”，这个过程中需要学生对已有的知识进行梳理和整合，需要将新旧知识加以联系、分析，进而进行判断重组，得出自己的结论。这些都需要时间与空间，而且是不能仅靠教师清晰的讲解替代的。

而经过学生自主思考、自行琢磨，讨论“打造”的结论，学生会印象深刻，知识也容易迁移。笔者作过这样的调查，高二的两个班级（微课程班和传统授课班）在学习过中和滴定的知识后，用下题进行检测比较。

题目（部分）：

将试剂初步提纯后，准确测定其中Ba（OH）2·8H2O的含量。实验如下：

（1）配制250ml约0.1mol·L－1Ba（OH）2溶液：准确称取w克试样，置于烧杯中，加适量蒸馏水，

1.1，将溶液转入 1.2，洗涤，定容，摇匀。

（2）滴定：准确量取25.00ml所配制Ba（OH）2溶液于锥形瓶中，滴加指示剂，将 2.1

（填“0.0200”、“0.1000”、“0.1980”或“0.5000”）mol·L－1盐酸装入50ml酸式滴定管，滴定至终点，记录数据。重复滴定2次。平均消耗盐酸Vml。计算Ba（OH）2·8H2O的质量分数＝ 2.2只列出算式，不做运算）。

检测结果如下：

表1 高二两个班级的试题检测结果比较

通过研究不难发现，通过微课程研究的学生，会理解浓度的大小所带来的问题，会对实验的结果进行预判断。除了关注理论之外，研究的过程中，他们也了解了仪器的特点，能够较好地完成；而传统授课的班级对于“0.1000”、“0.1980”或“0.5000”这三个答案不能很好地分析，失分较多。

2.拓展学习的形式与内容，做到因材施教

课堂教学的时间毕竟是有限的，不可能每节课、每个内容都完全放手让学生自由研究，而且每位学生的基础以及他对知识的理解及学习的欲望是不同的。有些内容是要求每一位学生都要掌握的，而有的内容或许课程标准中没有要求，但部分学生有兴趣、想了解，笔者觉得作为教师也有这样的责任保护好学生学习的积极性，并尽可能地创造条件让他们学习。

由于教学时间有限，在常规实验课上和非实验课上都不允许过多地涉猎拓展的教学内容。而且，许多实验教学内容的拓展都有其独立性，不同的学生学习基础也有差异。如果能将一个大的内容分成一个个小的拓展课题（实验微课）组合成系列，供学生选修，就可以实现实验教学内容的拓展，适合学生自主地探究、实验和提高学习兴趣。［5］

微课程就是这样一个平台，在本案例中，教师预设了三个微课程引发学生思考，其实就是对于基础掌握的知识加以拓展与延伸部分的三个内容，就是针对部分对化学有兴趣的学生在课后对该实验进行的再思考与再开发。而微课程从一定程度上拓宽了课堂的时空，使化学学习从课堂内延伸到课堂外。

化学实验教学方法不但需要“回归探究”，更需要创新、改革和超越。在对学生经验基础和有关心理展开研究的基础上，设置若干微实验系列；改革实验教学方法，引导学生参与实验设计，增强学生对实验方案的理解，发展学生的实验思维和创新能力；尝试建立实验教室［6］等，都是化学实验教学方法现代化的重要举措和内容，应该深入研究、广泛实行。同时，还需要在实验教学制度、实验教材以及实验教学研究方法的改进、创新和发展等方面全面和深入地作出努力。

［1］ 陈基福.新思路辅导与训练：化学（高中二年级第一学期）［M］.上海：上海科学技术出版社，2015.

［2］ 宋心琦.再谈中学化学实验教学改革（上）——在《化学教学》“中学化学实验教学高级研修班”上的讲话［J］.化学教学，2013，（3）.

［3］ 吴俊明.关于实验教学现代化的几个问题（下）［J］.化学教学，2013，（11）.

［4］ 郭晓航.分析化学［M］.郑州：郑州大学出版社，2004，（8）.

［5］ 熊枝金.高中化学实验微型课程开发的策略及初步实践［J］.化学教学，2014，（5）.

［6］ 吴俊明.发展化学实验教学研究需要大智慧［J］.化学教学，2013，（2）.