“氯化钠溶液的配制”实验活动设计

2020-12-07胡巢生

化学教学 2020年11期

胡巢生

摘要：基于义务教育化学课程标准（2011年版）和《普通高中化学课程标准（2017年版）》“物质的量及其相关物理量”教与学的要求，梳理、分析初中化学3个版本教科书中“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”实验设计的特点，从关注“有效浓度”、实验体系，重视实验数据的科学性，注重科学态度的发展和重视实验结果的评价等方面，强调实验活动设计的高级思维过程，发展学生的化学学科核心素养。

关键词：初中化学; 学生实验活动; 氯化钠溶液配制; 实验活动设计

文章编号： 1005-6629（2020）11-0065-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 问题的提出

化学实验是中学化学课程的重要组成部分，以实验为基础是中学化学教学的基本特征。《义务教育化学课程标准（2011年版）》[1]和《普通高中化学课程标准（2017年版）》[2]都规定了学生必做实验，以确保学生有基本的动手实验活动机会。

“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”是初中化学规定的8个学生基础实验之一，用到固体溶解、液体混匀、液体转移、搅拌等基本操作，配料计算和配制，既要求溶质的质量确定（精度由称量手段决定），又要求溶液的体积确定（由量筒、容量瓶的精度决定），是唯一一个使用多种定量仪器的实验[3]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中关于“物质的量及其相关物理量”教与学的要求中也包括了“初步学会溶液配制的实验基础知识与基本技能。学生必做实验：配制一定物质的量浓度的溶液”（如表1所示）[4]。

可见，该实验对弘扬化学学科的价值，发展对化学实验探究活动的好奇心和兴趣，养成注重实证、严谨求学的科学态度，增强合作探究意识，养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神具有重要的作用。

内容要求初步学会溶液配制的实验基础知识与基本技能。学生必做实验：配制一定物质的量浓度的溶液。

教学提示① 整体规划实验及探究教学，发挥典型实验探究活动的作用。② 选取真实、有意义、引发学生兴趣的探究问题。③ 改变学生简单动手做实验的现状，强调高级思维过程。

学业要求能依据实验目的设计解决简单问题的实验方案;能运用实验基本操作实施实验方案，对实验过程与结果进行总结和反思。

2 3个版本教科书内容的特点分析

初中化学3个版本教科书[5～7]在正文中均以不同的形式呈现。人教版教科书为加深理解溶质的质量分数概念，[实验活动]栏目设计的“一定质量分数的氯化钠溶液的配制”的途径为：先配50g 6%的氯化钠，再利用6%的溶液配制50g 3%的溶液。相比沪教版（鲁教版）教科书单一配制50g 15%（或80g 10%）的氯化钠溶液，人教版的实验内容更为丰富，消耗试剂的量也大幅下降;[课外实验]栏目集趣味性、探究性、生活化于

一体。如此设计，均着重解决两个“准确”问题：准确计算并称量所需固体的质量;准确控制溶剂水的最终体积。沪教版教科书不仅关注浓硫酸稀释的实验步骤，[活動与探究]栏目配制蔗糖溶液，而且将“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”和“粗盐中难溶性杂质的去除”两个学生必做实验放在同一章，彼此衔接紧密、互为补充，以达到既训练学生配制氯化钠溶液的基本方法，又训练学生溶解、过滤和蒸发等实验技能之目的。相比之下，鲁教版教科书只是简单重复，一定程度上缺乏新意，不利于学生高阶思维的形成（如表2所示）。

第6章：基础实验5配制50g 15%的氯化钠溶液第九单元：实验活动5

1. 配制50g 6%的氯化钠溶液;

2. 用6%的溶液配制50g 3%的氯化钠溶液第三单元：到实验室去

与同学合作配制80g 10%的氯化钠溶液;倡导使用电子秤

关注玻璃棒的作用;加快溶解速率的措施;配制一定溶质质量分数的稀硫酸溶液的实验步骤关注托盘天平的使用;量筒的读数以及配制一定溶质质量分数的溶液在实际应用中的作用关注是否顺利完成实验，与同学分享经验或教训

活动与探究：常温下配制两种不同质量分数的蔗糖溶液实验9-8：配制两种不同质量分数的氯化钠溶液;课外实验：自制汽水活动天地3-5：配制50g 6%的氯化钠溶液的方法

虽然本实验学生已经在课堂上做过或观察过教师演示，实验过程一般也不存在严重的安全隐患，但教师仍需要强调实验室规则以及有关的注意事项。实验中发现，无法从学生配制的溶液去判断其测量精度。因此，应关注学生测量操作是否规范：使用托盘天平称量NaCl固体质量和量筒量取一定体积液体，以确保测量精度。

3 设计高阶思维过程，向核心素养进阶

不同版本教科书设计的学生必做实验都不尽相同，仍有较大的改进空间，有必要进行系统研究。笔者以“如何用固体氯化钠配制50g 6%的氯化钠溶液”为探究主题设计学生实验，构建有序、高阶思维的过程，引导学生依据实验目的计算所需NaCl质量、选择实验仪器、规范实验操作，依据实际操作评价实验结果。不仅要让学生了解这些实验行为方式的特征和内涵，更要通过实际的训练，让学生掌握这些特殊活动的程序、步骤和操作技巧，为学生利用实验基本操作解决实验问题奠定基础。在探究活动过程中，从以下5个方面强调高阶思维进阶过程，以培养和促进学生的“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养。

3.1 关注“有效浓度”

宋心琦教授指出，建立“有效浓度”的概念是初等化学的基本任务之一。“有效浓度”（或组成比率）通常以某个确定的范围表示，包括浓度的上限和下限。溶液配制的实验，都应当着眼于微粒观和“有效浓度”概念的形成[8]。

笔者着眼于“有效浓度”对生命活动的重要性，体现化学与生活息息相关。以“农药浓度对虫害的抑制作用”为例，在施用农药前，就应准确知道一定量药液里所含有农药的量。如果药液浓度过高，会伤害农作物;如果农药过稀，又不能有效杀虫灭菌。以“化肥溶液浓度在使用对象不同时的合理范围”为例，为适应不同作物生长的需要，无土栽培营养液的组成有所不同。以“医疗用生理盐水”（生理盐水是将0.9g氯化钠溶解在100.0mL蒸馏水中配制成的溶液）为例，说明如果太稀就起不到向体内补充盐分的作用，如果太浓则会带来生命危险。藉此以深化溶质质量分数概念的认识，丰富学生的认知结构，为溶液配制作好铺垫。

3.2 关注实验体系

宋心琦教授指出，化学实验体系应包括作为实验对象的物质体系（化学体系），适当的仪器装置和必要的安全措施，合理的实验步骤和规范的操作技术[9]。3个版本教科书实验体系的选择都配备了实验操作流程图。利用探究主题，结合溶质质量分数的数学表达式，认识实验的关键在于“精确控制溶质质量和溶剂体积”，并依据实验精度要求选择实验仪器，在熟练掌握量筒和托盘天平使用方法的基础上，明确溶液配制的实验流程（见图1）。并在此基础上总结出实验体系所需的3组仪器：托盘天平+药匙（取药品并称量）、量筒+胶头滴管（量取液体体积）、烧杯+玻璃棒（溶解、稀释）。

3.3 重视实验数据的科学性

在定量分析中，由于受分析方法、测量仪器和分析工作者主观条件等方面的限制，使测量的结果不可能和真实含量完全一致，客观上存在着难以避免的误差。误差又分系统误差和偶然误差，其中系统误差是由分析过程中某些确定的、经常性的因素引起的，主要包括：仪器误差、方法误差、试剂误差、操作误差等。系统误差可以通过校正的方法予以减小或消除;偶然误差又称随机误差，偶然误差是由一些随机因素引起的，大小和正负都难以预测，且不可以被校正[10]。

化学数据是化学实验事实、物质理化性质和结构特征的数字化表述，是化学家科学探索、定量研究的实验（劳动）成果和智慧结晶。教师应培养学生尊重化学数据的客观性，引导学生科学地、恰当地运用化学数据，通过反复交代、强化，培养学生化学数据运用的科学性[11]。

托盘天平是一种精确度不高的常用衡器，化学实验室托盘天平一般载量为100g、 200g，感量分别为0.1g、 0.2g。托盘天平的使用比较复杂且程序性较强：先要将托盘天平放平，然后将游码归零，调节天平的平衡螺母使之平衡;称量时左物右码;测量完毕，物体和砝码取下，游码归零，垫上垫圈;每一步都有严格的操作要求，有利于培养学生的实验操作能力。

量筒是测量液体体积的仪器，规格以所能量取的最大容量表示，常用的有10mL、 25mL、 50mL、 100mL、 250mL等。10mL量筒每小格表示0.2mL， 50mL量筒每小格表示1mL，误差是±1mL。可见，量筒越大，管径越粗，其精确度越小，由视线的偏差所造成的读数误差也越大。所以，实验中应根据所取液体的体积，尽量选用能一次量取的最小规格的量筒。

以量取25mL液体为例，使用滴定管移取，实际体积是（25.00±0.01）mL;使用量筒量取，实际体积则是（25.0±0.5）mL，两种仪器的测量精度相差50倍。因此，科学地保留实验数据的位数是一件很重要的事，不能随便增加或减少。

3.4 注重科学态度的发展

靳莹指出，以观念为本的实验教学就是尊重实验、理解实验、善用实验、创新实验，以科学思维为线索，超越器物革新的物化水平，真正实现物我互化的教学境界[12]。初中阶段一定溶质质量分数溶液的配制只是粗略配制，对仪器的精度要求不是很高，田长明认为，有些量筒是正误差，有些量筒是负误差，量筒读数时，仰视和俯视，读数偏大还是偏小是可以讨论的。对于粗配一定溶质质量分数的溶液，仰视和俯视造成的误差和量筒本身的误差综合在一起，这样的误差分析没有什么实际的意义[13]。

对此，笔者并不认同。首先，实验是培养化学实验技能的唯一途径，化学实验技能涵盖化学实验心智（智力）技能和化学实验操作（动作）技能2个方面，能够为学生由感性认识上升为理性认识提供铺垫和支架。实验器材的选择既要满足實验的要求，又要考虑实验本身的目的，因此，该实验设计不仅要求学生掌握实验的流程，培养学生动手操作的能力，更重要的是培养思维的条理性，形成严肃认真的科学态度与习惯。其次，虽然初中阶段该实验设计内容较为简单，但是同样可以充分发挥定量实验的功能，促进学生得到相应的发展。在该实验过程中，学生手脑并用，实验、观察和思维三者始终联系在一起，彼此相互影响、相互制约，既符合学生由感性到理性的认识规律，又有利于学生溶质的质量分数概念的形成，使学生的观察能力、思维能力和探究能力得到充分发挥。

3.5 重视实验结果的评价

实验结束后，针对学生的实验过程，引导学生从以下几个方面进行反思：（1）有没有错误操作，这些操作对所配溶液浓度有何影响？（2）实验操作过程中有没有出现问题？如果有，是怎么解决的？（3）如何对实验步骤进行优化……;等等。

通过对实验结果的评价，实现对实验步骤进行优化，培养学生思维的条理性及严肃认真的科学态度（如表3所示）。

4 结语

定量实验具有独特性，它不仅能够深入探究研究对象所具有的某些性质，而且能够研究它们的数量关系，是人类对自然事物认识不断深化的标志。实践证明，精心设计的教学内容有利于提高创新素养。在真实、特定的领域开展基于问题解决的教学，让学生了解问题解决过程，包括问题发现、问题形成、想法产生和想法评估，能够明显提升学生的创新素养。因此，教师需要明确具体实验承载的实验问题解决思路，不仅要结合化学课程标准、不同版本教科书和具体实验本体进行系统分析，而且要站在实验问题的起点，探索实验问题的解决空间，刻画问题解决的思维路径，确立实验问题解决的思维模型，对发展学生的化学学科核心素养有重要的作用[14]。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社， 2012： 12.

[2][4]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社， 2018： 4， 12.

[3]宋心琦. 化学实验教学改革建议之三[J]. 化学教学， 2012，（7）： 3～4.

[5]王晶，郑长龙. 义务教育教科书·化学（九年级下册）[M]. 北京：人民教育出版社， 2012： 43， 47～48.

[6]王祖浩，王磊. 义务教育教科书·化学（九年级下册）[M]. 上海：上海教育出版社， 2012： 11～12， 25.

[7]毕华林，卢巍. 义务教育教科书·化学（九年级上册）[M]. 济南：山东教育出版社， 2012： 67， 69～70.

[8]宋心琦. 再谈中学化学实验教学改革（上）[J]. 化学教学， 2013，（3）： 3～7.

[9]华中师范大学等. 分析化学（上册第三版）[M]. 北京：高等教育出版社， 2002： 42～43.

[10]周昌林. 例谈化学数据运用的科学性[J]. 化学教育（中英文）， 2017， 35（15）： 79～81.

[11]靳莹. 超越器物层面思想创新先行[J]. 化学教学， 2014，（2）： 7～11.

[12]田长明. 谈初中教师在“溶液浓度的表示”教学中易忽视的几个问题[J]. 化学教学， 2015，（4）： 40～42.