談初中學(xué)生如何構(gòu)建定性和定量的概念模型

田長明

（江蘇省蘇州市吳中區(qū)教育局教研室 江蘇 蘇州 215104）

定量分析是依據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，并用數(shù)學(xué)模型計算出分析對象的各項指標(biāo)及其數(shù)值的一種方法。定性分析則是主要憑分析者的直覺、經(jīng)驗，憑分析對象過去和現(xiàn)在的延續(xù)狀況及最新的信息資料，對分析對象的性質(zhì)、特點、發(fā)展變化規(guī)律作出判斷的一種方法。定性分析與定量分析應(yīng)該是統(tǒng)一的，相互補充的；定性分析是定量分析的基本前提，沒有定性的定量是一種盲目的、毫無價值的定量；定量分析使定性更加科學(xué)、準(zhǔn)確，它可以促使定性分析得出廣泛而深入的結(jié)論。因此讓初中學(xué)生構(gòu)建定性和定量概念模型顯得尤為重要。

一、辨析教材中定性和定量的概念

初中教材中關(guān)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、酸堿性等，定量的概念有溶液組成的定量表示、溶解度、酸堿度等。辨析這些概念之間的相互關(guān)系，有利于學(xué)生建立定性和定量的概念模型，筆者試舉兩例。

1．溶解性與溶解度

本節(jié)內(nèi)容就課題而言，突出的是物質(zhì)溶解性的定量表示——溶解度，因此教材重點對溶解度進行了分析與探究，但對溶解度與溶解性之間的關(guān)系卻沒有涉及，筆者認為理順這兩者之間的關(guān)系有利于學(xué)生對溶液的知識有一個較為全面的把握。

何為溶解性？簡言之就是指物質(zhì)在某種溶劑中溶解的能力。我們把物質(zhì)的溶解性可定性為易溶、可溶、微溶和不溶。那物質(zhì)的溶解性如何界定呢？這就必須與物質(zhì)的溶解度聯(lián)系起來。

固體物質(zhì)的溶解度的定義：在一定溫度下，該物質(zhì)在100g溶劑（通常溶劑為水）里達到飽和狀態(tài)時所溶解的質(zhì)量。固體物質(zhì)的溶解性和溶解度的關(guān)系如表1。

表1

氣體的溶解度在滬教版教材中屬于 “拓展視野”的內(nèi)容，學(xué)生能夠了解就可以了，但很多教師對氣體的溶解度和溶解性之間的定量關(guān)系知之甚少。氣體溶解度的定義是在一定溫度和壓強下，氣體在一定量溶劑中達到飽和狀態(tài)時氣體的體積。常用定溫下1體積溶劑中所溶解的最多體積數(shù)來表示。氣體的溶解度除與氣體本性、溶劑性質(zhì)有關(guān)外，還與溫度、壓強有關(guān)，其溶解度一般隨著溫度升高而減少，隨壓強增大而顯著增大。

氣體的溶解度和溶解性之間的定量關(guān)系如何，根據(jù)《中華人民共和國藥典》2005年版CP2005關(guān)于藥品的近似溶解度的敘述，筆者整理如表2。

表2

2．酸堿性和酸堿度

酸堿性：何為酸堿性，簡言之是酸性、中性、堿性的總稱。判斷溶液酸堿性的方法一般是用酸堿指示劑，常見酸堿指示劑的顏色變化與溶液酸堿性的關(guān)系如表2。

為什么溶液的酸堿性會不同？很多老師并沒用從本質(zhì)上去給學(xué)生分析，主要是考慮到學(xué)生的知識基礎(chǔ)。但如果教師把它作為一個知識拓展來開闊學(xué)生的視野，可以完善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)。酸堿性實質(zhì)上是指溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對大小，當(dāng)溶液中氫離子濃度大于氫氧根離子濃度時，溶液顯酸性；當(dāng)溶液中氫離子濃度小于氫氧根離子濃度，溶液顯堿性；當(dāng)溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，溶液顯中性。

表3

酸堿度：是溶液酸度和堿度的總稱，是指溶液的酸堿性強弱程度，一般用pH值來表示。pH＜7為酸性，pH＝7為中性，pH＞7為堿性。在pH＜7的情況下，pH值越小酸性越強，越大酸性越弱。在pH＞7的情況下，pH值越小堿性越弱，越大堿性越強。

用pH表示溶液酸堿度時必須讓學(xué)生明確兩個問題：⑴用pH表示溶液的酸堿度是有局限性的，如果溶液的酸性或堿性很強，是不能用pH來表示，而是采用其他表示方法。⑵測定溶液pH的方法有多種，如果粗略的測定溶液的pH，可用廣泛的pH試紙來測定；如果較精確的測定溶液的pH，可用精密pH試紙和pH計。酸堿性和酸堿度的關(guān)系可用下表4表示。

表4

二、開發(fā)教材中定性和定量的實驗

化學(xué)教師應(yīng)該發(fā)展開發(fā)與利用化學(xué)課程資源特別是化學(xué)實驗課程資源的能力，成為一個主動的決策者和建設(shè)者。化學(xué)教師可以對化學(xué)教材中的實驗內(nèi)容進行“二次開發(fā)”，對有些實驗進行改進，其中包括一些關(guān)于定性和定量的實驗。讓學(xué)生在探究的過程中有所發(fā)現(xiàn)，有所創(chuàng)造。筆者試舉兩例：

1．燒不壞的手帕

滬教版九年級化學(xué)教材上冊第4章第一節(jié)89頁的“觀察與思考”中有一個“燒不壞”的手絹實驗：

將2體積95%的酒精和1體積水混合。把一塊棉布手絹浸入配好的混合液中，浸透后取出，輕輕擰干，用坩堝鉗夾持，在酒精燈上點燃，并輕輕抖動手絹。火焰熄滅后，你觀察到原來浸透酒精的手絹發(fā)生了什么變化？你能解釋其中的原因嗎？

圖1 燒不壞的手絹

該實驗中是將2體積95%的酒精和1體積水混合，按這樣的比例的配制，酒精能燃燒，手絹燒不壞，但如果按不同的比例配制，酒精的濃度高，手絹會不會燒壞呢？酒精的濃度低，能不能點燃呢？有教師設(shè)計了如下實驗：

將大小相同的若干塊手絹在8份體積分數(shù)不同的酒精溶液中浸透后取出點火，做了“燒不壞的手絹”的實驗。其實驗結(jié)果記錄如下：

實驗序號 1 234所用酒精的體積分數(shù) 95% 85%實驗現(xiàn)象 酒精燒完手絹燒壞酒精燒完手絹燒壞75%酒精燒完手絹無損65%酒精燒完手絹無損實驗序號 5 678所用酒精的體積分數(shù) 55% 45%實驗現(xiàn)象 酒精燒完手絹無損35%25%酒精燒完手絹無損 不燃燒 不燃燒

通過上述定量實驗可以得出如下結(jié)論：⑴如果酒精的體積分數(shù)大于45%時，酒精能燃燒。⑵當(dāng)酒精的體積分數(shù)大于85%時，手絹會被燒壞。當(dāng)然這個定量實驗還是比較粗略的，如果要得到更精確的結(jié)論，還需要做更多組的實驗。

2．浮起來的雞蛋

滬教版九年級化學(xué)教材上冊第6章第二節(jié)161頁的“活動與探究”：

在常溫下配制蔗糖溶液：

【實驗1】稱取3g蔗糖加到燒杯中，再用量筒量取20mL水加入燒杯中，攪拌使蔗糖完全溶解。

【實驗2】稱取5g蔗糖加到燒杯中，再用量筒量取50mL水加入燒杯中，攪拌使蔗糖完全溶解。

1．請你猜一猜，上述兩個實驗所得的蔗糖溶液哪個更甜一些？你能通過有關(guān)數(shù)值的比值來說明嗎？

……

這個實驗的結(jié)果是要學(xué)生猜測，因為無法通過外在的現(xiàn)象表現(xiàn)，且該實驗興趣性也不強。有教師就把這個實驗改進，設(shè)計了雞蛋的沉浮實驗，在200g水中放入一個雞蛋，然后讓學(xué)生不斷加食鹽并攪拌：

次序 水的質(zhì)量 食鹽的量 沉或浮 小結(jié)1 200g 5g 2 200g 10g 3 200g 15g 4 200g 20g…… …… …… ……

隨著食鹽量的不斷增加，學(xué)生看到雞蛋由沉到懸再到浮的過程，覺得很有趣。

這個實驗的原理很簡單，加鹽越多，食鹽水的質(zhì)量分數(shù)越大，溶液的密度就越大，浮力也就越大，當(dāng)浮力大于雞蛋的重力時，雞蛋就會上浮。

在初中化學(xué)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生用定量思想去思考、分析和解決問題，從方法的角度引導(dǎo)學(xué)生理解 “定量”與“定性”的差異，從而促進學(xué)生化學(xué)研究方法的理解和定量研究能力的提升。這不僅體現(xiàn)了鮮明的時代特點和要求，而且對學(xué)生化學(xué)基本觀念的形成乃至科學(xué)素養(yǎng)的提高都具有重要意義。但教學(xué)過程中一定要處理好定性和定量的關(guān)系，過度的定量化，容易使學(xué)生迷失在各種形式的數(shù)學(xué)推演和運算之中，而喪失了對豐富而生動的化學(xué)本質(zhì)的認識和理解，使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和信心，這些都是與我們化學(xué)教學(xué)目的的本意背道而馳的。