九年級(jí)學(xué)生“溶液”概念學(xué)習(xí)的研究

李 霞 謝祥林

（湖南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410081）

“溶液”是人教版九年級(jí)化學(xué)下冊(cè)第九章的內(nèi)容，是九年級(jí)化學(xué)中最基礎(chǔ)的知識(shí)之一，由于大量的化學(xué)反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的，所以溶液也是化學(xué)科學(xué)中最基礎(chǔ)的知識(shí)。通過這部分的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)溶液用化學(xué)思維的方法進(jìn)行了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為后面的酸堿鹽以及高中的離子反應(yīng)、離子方程式的書寫做鋪墊。鑒于溶液概念對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要作用，研究學(xué)生溶液的學(xué)習(xí)過程［1］，對(duì)中學(xué)化學(xué)溶液教學(xué)優(yōu)化不僅具有較好的理論意義，而且對(duì)提高中學(xué)化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量、發(fā)展學(xué)生的思維能力、形成化學(xué)科學(xué)思維方法有很好的實(shí)際意義。

溶液是一個(gè)常見的概念。雖然它不只是化學(xué)科學(xué)獨(dú)有的概念，但在化學(xué)科學(xué)中對(duì)溶液的認(rèn)識(shí)就具有化學(xué)科學(xué)的特征。由于溶液在人們的生活中具有普遍性，因此，九年級(jí)學(xué)生對(duì)溶液并不陌生。無論是在生活中還是實(shí)驗(yàn)室都見過很多溶液，對(duì)溶液有了一定的認(rèn)識(shí)。調(diào)查顯示，學(xué)生能自然地憑生活經(jīng)驗(yàn)從表觀層面認(rèn)識(shí)溶液，但不會(huì)從科學(xué)層面對(duì)溶液的組成、性質(zhì)等知識(shí)進(jìn)行主動(dòng)認(rèn)知。

溶液概念學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容有：認(rèn)識(shí)溶液的組成及性質(zhì)。認(rèn)識(shí)溶液的組成主要是分清溶液中的溶質(zhì)與溶劑，理解溶質(zhì)和溶劑的概念。溶液性質(zhì)學(xué)習(xí)內(nèi)容主要有穩(wěn)定性和均一性，這種認(rèn)識(shí)要從分子原子的層次才能達(dá)到深刻的理解，最終要達(dá)到無意識(shí)狀態(tài)。溶液組成認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)是從分子原子層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，這是化學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)溶液的特點(diǎn)。要求學(xué)生能從化學(xué)式上明確物質(zhì)組成，才能對(duì)物質(zhì)種類進(jìn)行正確區(qū)分。如果物質(zhì)種類不清楚則溶液的組成就不清楚，溶液的概念也就不能準(zhǔn)確地把握。

學(xué)習(xí)溶液概念，要求學(xué)生首先能夠從分子原子層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，看到某一物質(zhì)的名稱或是其化學(xué)式就能夠聯(lián)想到該物質(zhì)的組成，這是學(xué)好溶液的前提。如果對(duì)物質(zhì)的組成不清楚，學(xué)生就會(huì)憑自己對(duì)文字的理解以及自己的生活經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)溶液，而不會(huì)從化學(xué)科學(xué)的角度理解溶液的組成，對(duì)形成溶質(zhì)、溶劑的概念也會(huì)產(chǎn)生很大的困難。筆者在學(xué)生的作業(yè)中發(fā)現(xiàn)有5.4%的學(xué)生認(rèn)為CuSO4溶液中的溶質(zhì)為Cu。他們認(rèn)為CuSO4溶液是Cu溶于H2SO4形成的，Cu是固體，H2SO4是液體，所以在CuSO4溶液中，Cu是溶質(zhì)，H2SO4是溶劑。學(xué)生出現(xiàn)這樣的問題是因?yàn)閷?duì)物質(zhì)的組成不了解，不知道CuSO4是一種物質(zhì)，而僅憑字面意思，認(rèn)為CuSO4是Cu溶于H2SO4形成的溶液。在課后對(duì)這些學(xué)生進(jìn)行的訪談中了解到，學(xué)生能寫出CuSO4的化學(xué)式，但是他們不知道CuSO4是一種物質(zhì)，即使寫出了化學(xué)式，也會(huì)認(rèn)為CuSO4是Cu溶于H2SO4形成的，這就是學(xué)生在前面學(xué)習(xí)化學(xué)式時(shí)，對(duì)化學(xué)式的意義沒有理解。

其次，學(xué)生還要知道物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。溶液中的溶質(zhì)是溶液中真實(shí)存在的分子或離子，有些物質(zhì)會(huì)與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而溶液中的溶質(zhì)并不是加入的物質(zhì)。如：只有27.0%的學(xué)生能正確認(rèn)識(shí)到CO2溶于水形成的溶液其溶質(zhì)為H2CO3，其余73.0%的學(xué)生都認(rèn)為該溶液中的溶質(zhì)為CO2，對(duì)此溶液的溶劑為水的認(rèn)識(shí)都沒錯(cuò)。有67.6%的學(xué)生能正確回答鋅和稀硫酸恰好完全反應(yīng)后形成溶液中的溶質(zhì)是ZnSO4且能正確地書寫化學(xué)式，其余學(xué)生則認(rèn)為溶質(zhì)是Zn，溶劑是稀硫酸。出現(xiàn)上述錯(cuò)誤，首先是對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)不了解，不知道CO2與水反應(yīng)生成H2CO3、Zn與稀H2SO4反應(yīng)生成ZnSO4，其次對(duì)稀硫酸也是一種水溶液還理解不清楚。課后訪談了解到，認(rèn)為CO2水溶液中的溶質(zhì)就是CO2的這部分學(xué)生，其中70.0%的學(xué)生知道CO2與水反應(yīng)生成H2CO3，但是不知道溶液中的溶質(zhì)是H2CO3，在學(xué)生看來，溶質(zhì)、溶劑一定是溶液形成前的物質(zhì)。

認(rèn)識(shí)溶液組成的過程中，溶質(zhì)和溶劑的概念學(xué)習(xí)是不少學(xué)生覺得困難的。因?yàn)檫@兩類物質(zhì)在溶液中是相互均勻分布的，學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)中溶液是一個(gè)完整的事物，但在化學(xué)課中學(xué)習(xí)溶液概念必須在頭腦中將溶液中的溶質(zhì)和溶劑完全分開。另外在溶液的組成中，有時(shí)溶質(zhì)和溶劑又不是一定的，溶質(zhì)可以認(rèn)為是溶劑，同樣認(rèn)為是溶劑的物質(zhì)有時(shí)也可能當(dāng)成溶質(zhì)，學(xué)生還缺乏如此思維的經(jīng)驗(yàn)。所以在學(xué)習(xí)的過程中必須讓學(xué)生看到組成溶液的物質(zhì)——溶質(zhì)和溶劑，看到物質(zhì)是怎樣形成溶液的這一過程。在教學(xué)中教師要選取最典型、最能體現(xiàn)溶液組成的物質(zhì)讓學(xué)生觀察到溶液的形成過程。認(rèn)知心理學(xué)家羅斯提出，記憶中的種種概念，是以這些概念的具體例子來表示的，而不是以某些抽象的規(guī)則或一系列相關(guān)特征來表示的。也就是說，概念是一組對(duì)以往遇到過的、存在記憶中的該概念的一些范例構(gòu)成的［2］。從教學(xué)層面上理解溶液是兩種或兩種以上物質(zhì)均勻混合并且彼此成分子分散的多組分體系［3］。在溶液中物質(zhì)是以分子或離子的形式存在的，但是分子或離子是肉眼看不到的，為了能夠更好地觀察到溶液的形成過程，必須選取學(xué)生能夠觀察到分子擴(kuò)散的物質(zhì)作為溶液形成的一個(gè)范例。因此，選擇固態(tài)物質(zhì)和液態(tài)物質(zhì)形成的溶液作為構(gòu)建溶液概念的例子，先讓學(xué)生看到組成溶液的每種物質(zhì)，然后再看到溶液的形成過程，明確溶液是由溶質(zhì)分子的擴(kuò)散形成的，最后看到擴(kuò)散均勻的溶液。這樣學(xué)生就對(duì)溶液的整個(gè)形成過程有了一個(gè)深刻的理解，當(dāng)再次看到溶液時(shí)，就會(huì)很自然地想到溶液的形成過程以及形成該溶液的溶質(zhì)、溶劑。

溶液性質(zhì)主要是均一性和穩(wěn)定性，均一性指溶液中任何部分溶液的組成是相同的，穩(wěn)定性是指溶液在長(zhǎng)時(shí)期靜置時(shí)，溶質(zhì)與溶劑不會(huì)自動(dòng)分離。教學(xué)中要特別強(qiáng)調(diào)溶液中的溶質(zhì)是以分子或離子的形式存在的，這樣才能掌握溶液均一性和穩(wěn)定性的本質(zhì)，并將溶液和懸濁液、乳濁液區(qū)分開來。在研究中發(fā)現(xiàn)21.6%的學(xué)生認(rèn)為硬水不是溶液，5.4%的學(xué)生認(rèn)為油水是溶液，2.7%的學(xué)生認(rèn)為泥水也是溶液，還有13.5%的學(xué)生則認(rèn)為蒸餾水屬于溶液。認(rèn)為硬水不是溶液的主要是不清楚硬水的組成；認(rèn)為泥水屬于溶液或者是油水屬于溶液的，則是因?yàn)闆]有理解溶液與懸濁液、乳濁液的區(qū)別；認(rèn)為蒸餾水屬于溶液是因?yàn)閷W(xué)生對(duì)溶劑的概念不清，將液體和溶液的概念混淆。

溶液的學(xué)習(xí)中還有其他問題。如認(rèn)為無色透明的液體就是溶液，10.8%的學(xué)生認(rèn)為一杯溶液里各部分的性質(zhì)是不同的，認(rèn)為溶液下層的溶質(zhì)多于上層的溶質(zhì)等。溶液概念學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的許多問題，不管是溶液概念還是溶液組成、溶液性質(zhì)的問題，其實(shí)都與學(xué)生對(duì)溶液的形成過程不清楚有關(guān)，如果學(xué)生了解溶液形成過程，觀察到真實(shí)的溶液，這些問題可能就會(huì)極少出現(xiàn)。為此本文設(shè)計(jì)了有關(guān)溶液的實(shí)驗(yàn)并用于教學(xué)，在長(zhǎng)沙市19中學(xué)選取了不同層次的10名學(xué)生做教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。

實(shí)驗(yàn)一：品紅的擴(kuò)散

向裝有水的燒杯里加入少量濃的品紅溶液，然后觀察品紅的擴(kuò)散過程及溶液的形成。該實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生看到整個(gè)溶液的形成過程，因?yàn)槠芳t有顏色，所以選擇品紅可以使學(xué)生觀察起來更明顯。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然很簡(jiǎn)單，但是通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，可以觀察到品紅的溶解、擴(kuò)散過程，可以很清楚地看到整個(gè)溶液的形成過程，待溶解完了，可以看到燒杯里溶液的顏色相同，由此可以得出溶液的均一性。放置一段時(shí)間，可以看到溶液顏色仍不變，由此得出溶液的穩(wěn)定性。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)之前的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)37.8%的學(xué)生認(rèn)為糖水中的糖和水會(huì)自動(dòng)分離。讓學(xué)生描述一下NaCl溶液的形成過程，只有3.8%的學(xué)生從分子的觀點(diǎn)回答這個(gè)問題，他們認(rèn)為NaCl固體溶于水，在水分子的作用下，NaCl分子向水中擴(kuò)散，形成的均一、穩(wěn)定的混合物。另外23%的同學(xué)則認(rèn)為NaCl固體溶于水就形成了NaCl溶液，還有19.2%的同學(xué)認(rèn)為向HCl中加入NaOH固體就形成了NaCl溶液，另外一些同學(xué)則表示不知道NaCl溶液的形成過程。從調(diào)查可以看出，學(xué)生還沒有形成化學(xué)學(xué)科的思維方式，不會(huì)從分子、原子的角度去思考問題，所以他們認(rèn)為糖水中糖和水仍然是兩種物質(zhì)，放置久了還是會(huì)自動(dòng)分開的。教學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生都能夠從分子的角度回答葡萄糖溶于水是葡萄糖分子擴(kuò)散到水中，未參加教學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生則只有很少一部分基礎(chǔ)好的學(xué)生從分子角度回答此問題。

實(shí)驗(yàn)二：溶液的配制

教師向?qū)W生提供的藥品：硫酸銅，銅粉，二氧化錳粉末，鋅粒，稀硫酸，乙酸，乙醇，水。讓學(xué)生配制溶液，并記錄該溶液中的溶質(zhì)和溶劑。

該實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生自己配制溶液，在配制溶液的過程中自己建構(gòu)溶液概念，通過典型的例子來理解溶液的本質(zhì)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)之前很多學(xué)生會(huì)認(rèn)為只要固體就可以溶于水形成溶液，有2個(gè)參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)生將二氧化錳溶于水，也看到了黑色的溶液（其實(shí)是二氧化錳的懸濁液），放置一段時(shí)間之后，二氧化錳固體沉在試管底部。這個(gè)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生明白了并不是所有的固體都可以作為溶質(zhì)，溶質(zhì)、溶劑一定是溶液中真實(shí)存在的分子或離子，二氧化錳的水溶液，放置一段時(shí)間之后，固體之所以沉在底部，是因?yàn)樵诙趸i的水溶液中，溶質(zhì)不是以分子或離子的形式存在于溶液中的，而是以二氧化錳的小顆粒存在的。在做實(shí)驗(yàn)之前有部分學(xué)生認(rèn)為硫酸銅溶液中的溶質(zhì)是銅，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有意識(shí)地給學(xué)生提供了硫酸銅，讓學(xué)生看到形成硫酸銅溶液的兩種物質(zhì)——硫酸銅和水，也看到硫酸銅溶液的形成過程，這樣學(xué)生就會(huì)對(duì)硫酸銅溶液以及其他所有的溶液有一個(gè)更深、更完善的認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過程中，也有學(xué)生把鋅粒溶于稀硫酸，在學(xué)生看到溶液的真實(shí)形成過程之后，就不會(huì)認(rèn)為該溶液中的溶質(zhì)為鋅、溶劑為硫酸了。使學(xué)生認(rèn)識(shí)到溶液中的溶質(zhì)、溶劑一定是溶液中真實(shí)存在的分子，而不是配置溶液時(shí)所加入的物質(zhì)，因?yàn)橛行┪镔|(zhì)是可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的，當(dāng)然這是建立在學(xué)生已經(jīng)對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)掌握基礎(chǔ)上的，如果學(xué)生對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)不了解，即使知道溶液中的溶質(zhì)、溶劑是溶液中真實(shí)存在的物質(zhì)，在判斷溶質(zhì)、溶劑時(shí)也會(huì)出錯(cuò)。在該實(shí)驗(yàn)過程中，也有同學(xué)將乙酸和乙醇相互溶解配制的溶液，也有同學(xué)是將乙酸或乙醇中的一種溶于水配制的溶液。但是在構(gòu)建溶液概念時(shí)，還是選取固液構(gòu)成的溶液，因?yàn)楣腆w溶于水，特別是有顏色的固體物質(zhì)溶于水，很容易觀察到分子的擴(kuò)散過程。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，九年級(jí)學(xué)生雖然對(duì)溶液并不陌生，但是對(duì)溶液的相關(guān)知識(shí)并不了解，對(duì)溶液中的相關(guān)概念的學(xué)習(xí)也并不是想象中的容易，特別是從化學(xué)科學(xué)的角度認(rèn)識(shí)溶液還缺少思維的方法。而通過讓學(xué)生觀察真實(shí)溶液形成，并讓學(xué)生親自配制一些溶液，能有效地幫助學(xué)生在學(xué)習(xí)溶液時(shí)建立化學(xué)學(xué)科的思維方式，使學(xué)生能夠從分子、原子的角度去認(rèn)識(shí)溶液，準(zhǔn)確地掌握溶液的相關(guān)概念。

［1］ 施良方.學(xué)習(xí)論［M］.北京：人民教育出版社，2003：315

［2］ 施良方.學(xué)習(xí)論［M］.北京：人民教育出版社，2003：428－429

［3］ 錢瓊波.初中化學(xué)溶液概念教學(xué)中新手型與專家型教師的比較研究［D］.上海：上海師范大學(xué)，2011：14