微型課程的探究與實踐——以高中化學“食醋中總酸含量的測定實驗”為例

李 瑾

（上海市第三女子中學，上海200050）

一、研究背景

定量實驗是物質分析的一個重要內容。在高二教材和高三拓展教材中，定量實驗作為獨立的章節(jié)呈現(xiàn)在教師和學生面前，它對學生的化學思維能力、綜合分析能力、動手操作能力等都有較高的要求。因此，定量實驗一直是化學實驗教學中的難點。

上海高二化學教材中，學生在學習了中和滴定的基本原理，進行過實際操作，并已經初步掌握中和滴定的簡單計算，會進行簡單誤差分析的基礎上，需要做這樣一道題：運用中和滴定的原理設計一個實驗方案，用標準氫氧化鈉溶液測定家用食醋的濃度。資料提供：食醋中含有醋酸，化學式為CH3COOH，是一元弱酸。提示：強堿滴定弱酸，滴定終點的pH大于7，但仍可用酚酞做指示劑。［1］蘇教版高三化學實驗化學專題六中也將該實驗作為一個專題來研究。雖然學生已經能夠比較熟練地進行操作和簡單計算，可是面對這樣的命題依舊無所適從，不知道該如何下手，筆者認為這個問題值得思考與研究。

清華大學宋心琦教授曾說過，一項化學實驗，不論是演示實驗、教學實驗還是科學探究性實驗，都可以歸納為三部分：一是作為實驗對象的物質體系（若目的在于探究化學變化過程，也可以稱作化學體系）；二是適當?shù)膬x器裝置和必要的安全措施；三是合理的實驗步驟和規(guī)范的操作技術。三者不可或缺，但是從學科教育的角度來評價，應當認為它們的重要性是不等同的，而是依次遞減的。筆者認為，宋教授所言的化學體系應該是指對化學原理的理解，只有深刻理解了原理，才能選擇適當?shù)膬x器與實驗步驟。

而現(xiàn)在的化學實驗教學中，因為實驗體系來自教材或教參，使得教師實施時往往把注意力放在第二、第三方面，化學體系選擇反而成為次要甚至被忽略，于是除去通過實驗能夠加深對某個實驗現(xiàn)象的印象外，學生受到的教育僅僅側重于對所用儀器裝置的認識和基本操作訓練過程中受到的科學作風培育。［2］

比如在中和滴定實驗的教學中，教師可能會把較多的精力用于糾正學生的操作是否規(guī)范、會不會誤差分析、會不會計算，往往忽略了原理的分析。而且學生們操作的時候用的都是教師已經配好的藥品、試劑，只是模仿、重復，很少有自己的思考。操作技能雖有所提高，可思維品質缺乏顯著提升。因此碰到生活中實實在在的醋的時候，就亂了陣腳，不知道該如何處理。加之中和滴定在工業(yè)生產中有著非常重要的應用，筆者認為這樣的研究對于學生今后的發(fā)展很有意義。

二、微型課程設計思路

1.微課一：對課題的理解與指示劑的選擇

上海教材中原題的要求是“測醋酸的濃度”，但是生活中食醋的標簽中標明的都是總酸含量（以醋酸計，g/L）。什么是總酸含量？為什么標簽上是這樣注明的？學生們通過閱讀和查找資料不難發(fā)現(xiàn)食醋中含醋酸（CH3COOH）3%～5%（質量/體積），此外還有少量乳酸等有機酸弱酸。用NaOH溶液滴定時，實際測出的是總酸量，即食品中所有酸性成分的總量。它包括未離解的酸和已離解的酸，而分析結果通常用含量最多的醋酸來表示。因此在蘇教版高中化學教材中，課題為《醋酸中總酸含量的測定》，筆者認為這樣是比較合適，更為科學和嚴謹?shù)摹?/p>

同時取消了原題的資料提供和提示。（原題的資料提供和提示是，“資料提供：食醋中含有醋酸，化學式為CH3COOH，是一元弱酸。提示：強堿滴定弱酸，滴定終點的pH大于7，但仍可用酚酞做指示劑?！保┻@樣處理的目的是，學生學習中和滴定的時候，使用的試劑都是強酸強堿，從原理上選擇甲基橙或者酚酞都可以，而選擇指示劑時比較強調的是，顏色的變化如何有利于人觀察，因而堿滴酸時常選擇酚酞，原理講得比較少。直接告知學生的話，學生們就失去了一次獨立思考的機會。經過對反應原理的分析和查閱資料，學生們發(fā)現(xiàn)恰好完全反應的時候，溶液中的溶質是醋酸鈉，溶液呈堿性，因此選擇酚酞是比較合適的，用甲基橙的話誤差會很大。這個問題是學生力所能及的，可以解決的，筆者覺得就應該放手讓他們思考。這種“互動過程”有助于學生們不斷深化對物質世界的認識，對化學的陌生感也會逐漸消失。

2.微課二：對標準液濃度的選擇

整個實驗中，使學生們覺得無所適從的另一個重要原因是教師提供了好幾種濃度的氫氧化鈉溶液，學生們不知道該如何選擇。

這樣設計的原因在于日常的教學中，實驗教學的教育功能定位不夠全面，例如把實驗的教育功能主要歸之于培養(yǎng)動手能力和驗證原理或某個規(guī)律。學生們完成實驗的目的，似乎只是為了驗證某個原理或規(guī)律，而驗證性實驗一定會把注意力集中于結論或結果，對于過程的思考時常被忽略。只有關注過程，才能通過實驗進一步明確科學原理和結論只有在確定的實驗條件下才一定是確定的，從而真正體驗到什么是科學。在該實驗中，學生們大多尋求經驗，在以往的實驗報告中發(fā)現(xiàn)，標準液的濃度大多為0.1000mol/L，學生們自然也選定了這個濃度。而此時幾種不同濃度的氫氧化鈉溶液擺在面前，他們必然會想應該選哪一種，為什么平時都選這個濃度？

此時教師再給學生們滴定的突躍范圍以及不同的濃度到達滴定終點時所帶來的誤差，她們很快就理解了。常規(guī)的教學中，滴定的突躍范圍時常是一個難點，大多是教師領著學生計算多滴一滴或少滴一滴時溶液pH計算結果，學生并不是很理解為什么要算，甚至有些學校干脆將這個內容規(guī)避不講，但是這樣會使學生對于中和滴定的準確性產生質疑，時常會有學生問，指示劑的變色范圍在8～10（以酚酞為例），并不在7，為什么教師會說中和滴定很精準，而現(xiàn)在這樣處理最大的一個好處是，由原來教師的“我要完成這個教學任務”轉變?yōu)閷W生的“我想學這個知識”。學生的主動性得以充分地發(fā)揮，教學自然變得更有效。

3.微課三：對待測液的處理

提高實驗教學質量的關鍵在于提升對科學實驗重要性的認識。中和滴定作為一個定量實驗，在工業(yè)生產上有著廣泛的應用。真正模仿技術人員測定的過程，比起單純地操作更能激發(fā)學生的思維，也更能深化其對科學精神的認識。

學生們很少能主動想到對待測液進行處理，因為沒有這個經驗，以往的實驗課上標準液、待測液都已經放在實驗桌上，只要取用就可以了。這時候，教師如果直接告訴學生需要稀釋，顯得很突兀，同時也不利于學生思考，即使學生有這樣的疑問，這種思考也是非常被動的。這時候可以這樣處理：放手讓學生親自實踐，學生自然會從最初的模仿，直接取20.00mL醋直接進行滴定，但是她們很快會發(fā)現(xiàn)問題實驗的結果令人很驚訝，原來按照原來的濃度消耗的標準液的體積將遠遠超過一根滴定管的容量，那么怎么處理？有人提出少取點標準液，因為有了剛才對標準液濃度的選擇，馬上有人質疑可能實驗帶來的誤差較大，計算也比較麻煩，很快有學生會提出，可以對標準液進行稀釋。那么如何稀釋？稀釋幾倍？稀釋倍數(shù)少，需要消耗的堿很多，稀釋太多倍，消耗的堿很少是否可以？這樣一個個難題就在學生們的討論中迎刃而解。最后是學生實驗，親手檢測，得出結論。這樣處理的好處是，學生由簡單地重復前人的成果、驗證實驗的正確性，轉變?yōu)橥ㄟ^自己的思考對實驗進行思考、改進，這樣才能持續(xù)地產生科學教育和激勵創(chuàng)新的動力。

很多教師可能會質疑這樣會耗費太多的課時，但是整個科學發(fā)展史實際上是由千千萬萬個科學實驗集成的。學生們只有通過親身實踐，才能真正理解許多操作的意圖，也才有可能在今后的學習中有所創(chuàng)新，筆者想這就是人們常說的“操作技能是可以模仿的，而創(chuàng)新能力是無法模仿的”。

三、拓展與延伸

1.實驗方案的設計與評價

教材中將這節(jié)內容放在中和滴定部分，因此大多數(shù)學生自然只想到用中和滴定的方法，這說明我們平時的教學時常會無意間造成學生的思維定勢。其實，中和滴定對于本課題是否是最佳的方案？有沒有其他的方法？這個結論應該是由學生自己經過思考得出，而非教師直接告知，變成記憶性的結論。長此以往，一旦遇到新情景，學生們往往不知道該如何處理。所以，教師應該適時創(chuàng)造機會，讓學生發(fā)散思維，培養(yǎng)良好的思維品質。從不同角度去反思實驗設計、篩選實驗方案，有利于學生在表達與交流過程中增強對科學探究的理解。可引導學生在實驗方案中設計實驗藥品、裝置的選擇以及實驗方案的評價等問題，讓學生感悟到“如何想？怎樣做？”這樣才能使其發(fā)展探究能力，鞏固實驗數(shù)據(jù)處理方法，能培育科學素養(yǎng)，促進學生反思學習活動，獲取自主學習的方法。

同時，作為化學教師也有義務將一些新科技、新技術介紹給學生，開拓學生的眼界。比如本實驗也可以采用電導滴定法。電導滴定法是根據(jù)滴定過程中被滴定溶液電導的變化來確定滴定終點的一種容量分析方法。電解質溶液的電導取決于溶液中離子的種類和離子的濃度。在電導滴定中，由于溶液中離子的種類和濃度發(fā)生了變化，因而電導也發(fā)生了變化，據(jù)此可以確定滴定終點。

食醋中的酸主要是乙酸。用氫氧化鈉滴定食醋，滴定開始時，部分高摩爾電導的氫離子被中和，溶液的電導略有下降。隨后，由于形成了乙酸－乙酸鈉緩沖溶液，氫離子濃度受到控制，隨著摩爾電導較小的鈉離子濃度逐漸增加，在化學計量點以前，溶液的電導開始緩慢上升。在接近化學計量點時，由于乙酸的水解，轉折點不太明顯?；瘜W計量點以后，高摩爾電導的氫氧根離子濃度逐漸增大，溶液的電導迅速上升。作兩條電導上升直線的近似延長線，其延長線的交點即為化學計量點。

電導法的主要優(yōu)點就是判斷滴定終點比較準確。指示劑法用的是人眼來判斷滴定終點，誤差較大；而電導滴定法是根據(jù)滴定過程中被滴定溶液電導的變化來確定滴定終點的一種容量分析方法，它用儀器來滴定，并用作圖法來確定食醋的含量，誤差小。

2.利用手持技術測定食醋中的總酸量

手持技術是一種應用最先進的實用技術和教育理念、集數(shù)據(jù)采集與分析于一體的實驗系統(tǒng)。將手持技術應用于研究性學習，既體現(xiàn)了新一輪基礎教育改革的思想和理念，又符合學生學習的認知規(guī)律。該系統(tǒng)能采集的理科數(shù)據(jù)包括電流、電壓、光強度、溫度、力、氣壓、磁場、音量、距離、Ph、溶解氧、電導率、多種離子的濃度、相對濕度、心電圖、光強度等。手持技術最突出的特點有以下幾點：便攜；數(shù)據(jù)采集器和傳感器都比較小，在手掌上就可以操作，可采集多種數(shù)據(jù)，故形象地稱為手持技術儀器。其便攜性可讓師生能隨時隨地進行定量的探究活動，并將實驗的過程及結果儲存。［3］

中學階段主要采用酸堿指示劑來確定滴定終點，但學生常因指示劑的選取不當或過早估計終點等問題而造成較大的實驗誤差。利用pH傳感器和手持技術，研究酸堿中和滴定過程中pH值的變化趨勢，從而準確判斷出滴定終點，代替了傳統(tǒng)的指示劑判斷滴定終點的方法。手持技術的優(yōu)點使其可以更廣泛地應用于中學化學實驗中。例如根據(jù)上面的酸堿滴定實驗，我們可以設計實驗來同時滴定強酸與弱酸或者同時滴定強堿與弱堿，用所得的圖表可以清晰準確地表示出這兩種酸堿性不同的物質的區(qū)別。

化學實驗教學現(xiàn)代化能讓學生生動地感受、體驗現(xiàn)代化學和現(xiàn)代化學實驗在泛分子水平上開展的微觀探究、深入化學過程探究、強化理論指導作用以及研究的跨學科性等重要特點。基于傳感器的傳感實驗可以促進化學實驗教學的現(xiàn)代化，讓學生感受現(xiàn)代氣息，幫助學生了解現(xiàn)代化學，減少學生對傳統(tǒng)化學實驗麻煩以及恐懼的認識，增強學生學習化學的興趣，提高學生的學習水平，因而應該適當?shù)靥岢屯茝V。當然，一般說來，它更適宜在研究型課程和拓展型課程中使用，不太適宜在基礎型課程中使用。它在教師演示實驗中使用的機會可能比學生實驗多一些。關于傳感實驗的研究有待于進一步拓展和深入。其他過程和操作的現(xiàn)代化裝備也需要研究。

3.由誤差分析引起對標準液濃度的思考

對于中和滴定的傳統(tǒng)的誤差分析，主要集中在操作的過程中引發(fā)的種種誤差。而研究的過程中，學生們想到NaOH在稱量過程中會不可避免地吸收空氣中的二氧化碳，使得配制的NaOH溶液濃度比真實值偏高，最終使實驗測定結果偏高。如何使實驗結果更精準，學生們自主查閱了資料。

經過查閱資料，學生們了解到NaOH易吸潮，易吸收空氣中的CO2而影響其純度，因此在配制的時候就應用間接法配制。為了配制不含CO32—的NaOH標準溶液，通常先將NaOH配成標準溶液，不溶的Na2CO3沉于底部，取上層清液稀釋成所需配制的濃度。標定堿標準溶液的基準物質有鄰苯二甲酸氫鉀（KHP）、草酸（H2C2O4·2H2O）等，［4］但最常用的是鄰苯二甲酸氫鉀，這種基準物容易用重結晶法制得純品，不含結晶水，不吸潮，容易保存，其式量大于草酸，標定時由于稱量而造成的誤差也很小，是一種良好的基準物。鄰苯二甲酸氫鉀與NaOH的反應如圖1所示：

圖1 鄰苯二甲酸氫鉀與NaOH的反應

化學計量點時，溶液的pH為9.1，可選用酚酞作指示劑。

四、實踐與反思

1.給學生自主學習的空間

高中化學教學的內容多、時間緊，很多教師會爭分奪秒地“講”，但很多時候我們也發(fā)現(xiàn)，并不是教師講得越多，學生們就學得越多或越好。因為對于學習者而言，知識有一個自主構建的過程，學生不是接受知識的“容器”，這個過程中需要學生對已有的知識進行梳理和整合，需要將新舊知識加以聯(lián)系、分析，進而進行判斷重組，得出自己的結論。這些都需要時間與空間，而且是不能僅靠教師清晰的講解替代的。

而經過學生自主思考、自行琢磨，討論“打造”的結論，學生會印象深刻，知識也容易遷移。筆者作過這樣的調查，高二的兩個班級（微課程班和傳統(tǒng)授課班）在學習過中和滴定的知識后，用下題進行檢測比較。

題目（部分）：

將試劑初步提純后，準確測定其中Ba（OH）2·8H2O的含量。實驗如下：

（1）配制250ml約0.1mol·L－1Ba（OH）2溶液：準確稱取w克試樣，置于燒杯中，加適量蒸餾水，

1.1，將溶液轉入 1.2，洗滌，定容，搖勻。

（2）滴定：準確量取25.00ml所配制Ba（OH）2溶液于錐形瓶中，滴加指示劑，將 2.1

（填“0.0200”、“0.1000”、“0.1980”或“0.5000”）mol·L－1鹽酸裝入50ml酸式滴定管，滴定至終點，記錄數(shù)據(jù)。重復滴定2次。平均消耗鹽酸Vml。計算Ba（OH）2·8H2O的質量分數(shù)＝ 2.2只列出算式，不做運算）。

檢測結果如下：

表1 高二兩個班級的試題檢測結果比較

通過研究不難發(fā)現(xiàn)，通過微課程研究的學生，會理解濃度的大小所帶來的問題，會對實驗的結果進行預判斷。除了關注理論之外，研究的過程中，他們也了解了儀器的特點，能夠較好地完成；而傳統(tǒng)授課的班級對于“0.1000”、“0.1980”或“0.5000”這三個答案不能很好地分析，失分較多。

2.拓展學習的形式與內容，做到因材施教

課堂教學的時間畢竟是有限的，不可能每節(jié)課、每個內容都完全放手讓學生自由研究，而且每位學生的基礎以及他對知識的理解及學習的欲望是不同的。有些內容是要求每一位學生都要掌握的，而有的內容或許課程標準中沒有要求，但部分學生有興趣、想了解，筆者覺得作為教師也有這樣的責任保護好學生學習的積極性，并盡可能地創(chuàng)造條件讓他們學習。

由于教學時間有限，在常規(guī)實驗課上和非實驗課上都不允許過多地涉獵拓展的教學內容。而且，許多實驗教學內容的拓展都有其獨立性，不同的學生學習基礎也有差異。如果能將一個大的內容分成一個個小的拓展課題（實驗微課）組合成系列，供學生選修，就可以實現(xiàn)實驗教學內容的拓展，適合學生自主地探究、實驗和提高學習興趣。［5］

微課程就是這樣一個平臺，在本案例中，教師預設了三個微課程引發(fā)學生思考，其實就是對于基礎掌握的知識加以拓展與延伸部分的三個內容，就是針對部分對化學有興趣的學生在課后對該實驗進行的再思考與再開發(fā)。而微課程從一定程度上拓寬了課堂的時空，使化學學習從課堂內延伸到課堂外。

化學實驗教學方法不但需要“回歸探究”，更需要創(chuàng)新、改革和超越。在對學生經驗基礎和有關心理展開研究的基礎上，設置若干微實驗系列；改革實驗教學方法，引導學生參與實驗設計，增強學生對實驗方案的理解，發(fā)展學生的實驗思維和創(chuàng)新能力；嘗試建立實驗教室［6］等，都是化學實驗教學方法現(xiàn)代化的重要舉措和內容，應該深入研究、廣泛實行。同時，還需要在實驗教學制度、實驗教材以及實驗教學研究方法的改進、創(chuàng)新和發(fā)展等方面全面和深入地作出努力。

［1］ 陳基福.新思路輔導與訓練：化學（高中二年級第一學期）［M］.上海：上?？茖W技術出版社，2015.

［2］ 宋心琦.再談中學化學實驗教學改革（上）——在《化學教學》“中學化學實驗教學高級研修班”上的講話［J］.化學教學，2013，（3）.

［3］ 吳俊明.關于實驗教學現(xiàn)代化的幾個問題（下）［J］.化學教學，2013，（11）.

［4］ 郭曉航.分析化學［M］.鄭州：鄭州大學出版社，2004，（8）.

［5］ 熊枝金.高中化學實驗微型課程開發(fā)的策略及初步實踐［J］.化學教學，2014，（5）.

［6］ 吳俊明.發(fā)展化學實驗教學研究需要大智慧［J］.化學教學，2013，（2）.