基于問題驅(qū)動(dòng)的化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)觀念教學(xué)

喻俊 唐樂天

摘要： 實(shí)驗(yàn)思維能力是化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ暮诵?，是“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的重要內(nèi)容。以滬科版教材定量實(shí)驗(yàn)中“測(cè)定1mol氣體的體積”教學(xué)為例，提出“定量實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果要精準(zhǔn)”這一核心思想觀念，通過確立“子觀念”和“子問題”，以問題驅(qū)動(dòng)的方式引導(dǎo)學(xué)生逐步建立解決定量實(shí)驗(yàn)問題的一般方法和思維模型，提升對(duì)定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及處理能力，形成可持續(xù)和具有遷移價(jià)值的關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞： 問題驅(qū)動(dòng); 定量實(shí)驗(yàn); 核心素養(yǎng); 核心觀念; 教學(xué)策略

文章編號(hào)： 1005-6629（2019）11-0038-06? ? ? ? ? ? 中圖分類號(hào)： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 問題背景

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]明確提出包括“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”在內(nèi)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，充分凸顯了化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科?；瘜W(xué)課程對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求經(jīng)歷了從把“實(shí)驗(yàn)作為一種技能”到“實(shí)驗(yàn)作為一種能力”再到新課程把“實(shí)驗(yàn)作為科學(xué)探究的重要方式”“實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ强茖W(xué)探究的必備能力”的演變[2]?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)有定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)之分。定量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容不同于定性實(shí)驗(yàn)，它包括實(shí)驗(yàn)原理、化學(xué)計(jì)量關(guān)系、專用儀器、藥品用量、數(shù)據(jù)處理及誤差分析等內(nèi)容，要順利完成定量實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生具有較高水平的實(shí)驗(yàn)思維能力。

“定量實(shí)驗(yàn)”是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。研究表明，高中生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和基本操作的認(rèn)知能力較強(qiáng)，具備了一定的對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行加工和

處理的基本能力，但對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和運(yùn)用能力并不高，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)能力還較弱。教師雖然把“實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)”作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心，但由于大多數(shù)教師一般采用的是直接運(yùn)用科學(xué)語言闡釋實(shí)驗(yàn)原理并給定實(shí)驗(yàn)方案的教學(xué)方法，更加關(guān)注實(shí)驗(yàn)試題的訓(xùn)練，從而忽視了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的培養(yǎng)[3]，弱化了定量實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)中的獨(dú)特作用和價(jià)值。

2? 教學(xué)分析

“測(cè)定1mol氣體的體積”實(shí)驗(yàn)選自滬科版高二化學(xué)教材[4]第十章，該章分3節(jié)，包括“測(cè)定1mol氣體的體積”、“結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定”和“酸堿滴定”。因不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)對(duì)象和實(shí)驗(yàn)原理，代表了定量測(cè)定中三種基本的實(shí)驗(yàn)方法，即氣體體積法、重量法和容量法，三個(gè)定量測(cè)定的科學(xué)方法在價(jià)值地位上是并列的。該章教學(xué)旨在幫助學(xué)生形成定量實(shí)驗(yàn)的一般思維程序，即“定什么量”、“如何定量”和“如何精準(zhǔn)定量”，讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)“定量”對(duì)于實(shí)驗(yàn)及學(xué)科本質(zhì)的重要性，主動(dòng)建構(gòu)“定量”概念，逐漸形成“定量”的科學(xué)思維和習(xí)慣，感受“定量”的價(jià)值所在。

“測(cè)定1mol氣體的體積”的實(shí)驗(yàn)原理是用鎂帶制備氫氣： Mg（s）+H2SO4（aq）MgSO4（aq）+H2（g），通過稱量參與反應(yīng)的鎂帶質(zhì)量，并與過量的稀硫酸反應(yīng)，推算出產(chǎn)生氫氣的物質(zhì)的量的理論值;再通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得氣體產(chǎn)物（氫氣）的相關(guān)數(shù)據(jù)（溫度、壓強(qiáng)）進(jìn)行計(jì)算，求得氫氣摩爾體積的實(shí)驗(yàn)值，最后與理論值進(jìn)行比較。實(shí)踐證明，“測(cè)定1mol氣體的體積”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有諸多不完善的地方，如測(cè)定誤差較大，需要進(jìn)行兩次抽氣和一次加料，三次都要用到注射器，不僅操作繁瑣，而且很容易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象;再者，將該套裝置中液體量瓶（下文圖2中的C）裝好液體（至滿刻度）后倒出，精確地測(cè)定其體積，發(fā)現(xiàn)該量瓶存在2～5mL的體積誤差。此外，該實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)液瓶（圖2中的B）的設(shè)計(jì)和讀數(shù)方法存在一個(gè)難以忽視的誤差問題[5]。基于此，榮鳳娜老師通過引入手持技術(shù)，設(shè)計(jì)新的方案，將上述影響因素進(jìn)行規(guī)避，以提高測(cè)定氣體摩爾體積實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性[6]。

“定量實(shí)驗(yàn)”一直被學(xué)生視為化學(xué)學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在遇到定量實(shí)驗(yàn)問題時(shí)找不到解決的思路，在選擇反應(yīng)原理、建立定量關(guān)系、選擇實(shí)驗(yàn)儀器、確定實(shí)驗(yàn)步驟、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)諸方面都有困惑。究其原因，主要是沒有掌握定量實(shí)驗(yàn)的一般規(guī)律，形成正確的思維順序。因此，初步建立處理定量實(shí)驗(yàn)問題的一般方法和思維模型，不僅是本單元的教學(xué)目標(biāo)，也是定量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值所在——提升對(duì)定量實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)及處理能力。為了解決這一問題，可以聯(lián)系或?qū)ふ乙环N有效的基于核心觀念的教學(xué)方式或策略[7]。

3? 教學(xué)策略

林恩·埃里克森認(rèn)為，核心觀念是居于學(xué)科中心，具有超越課堂之外的持久價(jià)值和遷移價(jià)值的關(guān)鍵性概念、原理或方法，能隨著時(shí)間的推移被應(yīng)用于許多其他的探究和問題，以及學(xué)校以外的情境。在學(xué)科教學(xué)中，核心觀念通常表現(xiàn)為一個(gè)有用的概念、主題、理論、有爭(zhēng)議的結(jié)論或觀點(diǎn)、基本假設(shè)、理解或原則[8]，是學(xué)生通過對(duì)學(xué)科中某一領(lǐng)域的學(xué)習(xí)所獲得的對(duì)該領(lǐng)域的總觀性的認(rèn)識(shí)和理解。從廣義范疇看待知識(shí)，這種認(rèn)識(shí)和理解也可稱作觀念性知識(shí)[9]。

筆者認(rèn)為，結(jié)合定量實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)價(jià)值，可以確立定量實(shí)驗(yàn)的核心觀念是“定量實(shí)驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果要精

準(zhǔn)”。這是因?yàn)檫@樣的觀念涉及的是： 哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)？如何提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精準(zhǔn)？這也是學(xué)生在定量實(shí)驗(yàn)情境中必須面對(duì)的核心問題。學(xué)生通過逐步解決與實(shí)驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)有關(guān)的問題，將有助于形成有價(jià)值有意義的學(xué)習(xí)。

針對(duì)化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)多等特點(diǎn)，為達(dá)成定量實(shí)驗(yàn)的核心觀念，建立定量實(shí)驗(yàn)的基本認(rèn)識(shí)視角，應(yīng)當(dāng)尋找一種有效的教學(xué)方式。問題驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法是教師從學(xué)生所擁有的原始觀念出發(fā)，創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置一系列問題，并對(duì)這些問題進(jìn)行分析并予以解決，讓學(xué)生在思維參與中體驗(yàn)到許多的概念、定理、解決問題的思想方法是有原因的、有道理的，讓學(xué)生在問題驅(qū)動(dòng)下理解知識(shí)的本質(zhì)，構(gòu)建新的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。其基本教學(xué)模式是： 提出問題——解決問題——反思過程[10]。根據(jù)問題驅(qū)動(dòng)的內(nèi)涵，利用問題驅(qū)動(dòng)方式設(shè)計(jì)和實(shí)施“測(cè)定1mol氣體的體積”教學(xué)，即通過科學(xué)設(shè)計(jì)問題鏈，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行深度思考，主動(dòng)參與實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，初步體會(huì)“定量實(shí)驗(yàn)”的一般程序和認(rèn)識(shí)視角，促成核心觀念的落實(shí)。

首先，基于“測(cè)定1mol氣體的體積”設(shè)計(jì)教學(xué)，通過積極開展定量的探究性實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生搭建“定量”學(xué)習(xí)的平臺(tái);其次，從“量”的角度出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，圍繞“定什么量”、“如何定量”以及“如何精準(zhǔn)定量”逐漸展開，以“樹型問題驅(qū)動(dòng)”的模式完成教學(xué)?！皹湫蛦栴}驅(qū)動(dòng)”采用“觀念—問題”的分析方式，即先根據(jù)教學(xué)目標(biāo)審視并確定要達(dá)成的觀念，并探索在達(dá)成觀念的過程中需要通過哪些問題來實(shí)現(xiàn)，然后將觀念按照教學(xué)環(huán)節(jié)分為子觀念，同時(shí)設(shè)計(jì)與子觀念相適應(yīng)的子問題或子問題鏈，驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維，幫助學(xué)生獲得知識(shí)、掌握方法，以達(dá)到最終的教學(xué)目標(biāo)。圖1歸納呈現(xiàn)了這節(jié)課各個(gè)環(huán)節(jié)的“子觀念”和“子問題”。

圖1? “測(cè)定1mol氣體體積”教學(xué)中的子觀念與子問題

由圖1可見，本節(jié)課在總觀念和總問題的指引下，各環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的“子目標(biāo)”與“子問題”雙線并行，環(huán)環(huán)相扣，步步推進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生最終建立“定量實(shí)驗(yàn)”研究的認(rèn)識(shí)視角，形成解決（包括其他定量實(shí)驗(yàn)情境中）實(shí)際問題所需要的關(guān)鍵能力和思想方法。

4? 教學(xué)過程

《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求》[11]對(duì)“氣體摩爾體積的測(cè)定”提出了具體的要求： （1）設(shè)計(jì)1mol H2體積的測(cè)定方案并完成操作;（2）比較和評(píng)價(jià)各種測(cè)定方案的優(yōu)缺點(diǎn)。為了更好地以探究的方式開展本節(jié)課的教學(xué)，在正式教學(xué)前先讓學(xué)生展開對(duì)該主題內(nèi)容的思考，具體形式為課前發(fā)放學(xué)習(xí)任務(wù)單，讓學(xué)生圍繞任務(wù)單上的問題進(jìn)行思考、回答。這期間學(xué)生不用預(yù)習(xí)課本，以避免課本內(nèi)容對(duì)學(xué)生思維的干擾。

4.1? 環(huán)節(jié)觀念1： 實(shí)驗(yàn)原理要可行

承接總的學(xué)習(xí)觀念，聯(lián)系學(xué)生已有知識(shí)基礎(chǔ)，結(jié)合課前學(xué)生完成的任務(wù)單上的相關(guān)問題，開展第一環(huán)節(jié)的教學(xué)。

[課前問題]要測(cè)定1mol H2的體積，你打算通過什么反應(yīng)來獲得H2？需要測(cè)定哪些量？請(qǐng)說明你的理由（見表1）。

表1? 學(xué)生設(shè)計(jì)的“測(cè)定1mol氣體的體積”的實(shí)驗(yàn)方案

組別實(shí)驗(yàn)方案評(píng)? ? 價(jià)

①該方案未提出直接可行的方法，如用什么金屬、什么酸、如何獲得H2等，只是提出了大體思路，但是學(xué)生能夠明確提出需要測(cè)定相應(yīng)的溫度和壓強(qiáng)，說明學(xué)生深刻理解了外在因素對(duì)氣體體積是有影響的。

②該方案依據(jù)無副反應(yīng)和物質(zhì)間反應(yīng)的定量關(guān)系，提出了選擇金屬鈉的原因，但是忽視了化學(xué)反應(yīng)速率、鈉容易變質(zhì)且不易稱量等因素對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，說明學(xué)生在對(duì)反應(yīng)物的選擇上認(rèn)識(shí)還不足。

③該方案提出了反應(yīng)物的難揮發(fā)性、純度、不易變質(zhì)是保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，對(duì)反應(yīng)物的選擇考慮比較全面。該方案同時(shí)提出需要產(chǎn)生1mol氣體才能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，說明學(xué)生傾向通過直接法來測(cè)定。

續(xù)? 表

組別實(shí)驗(yàn)方案評(píng)? ? 價(jià)

④該方案設(shè)計(jì)的理由比較充分、詳實(shí)，考慮到了原料的選擇（如收集氣體需要考慮反應(yīng)物的揮發(fā)性、反應(yīng)物的濃度）、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的測(cè)定方法（排水法，直接收集并測(cè)定1mol氣體的體積）、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性（1mol鎂的質(zhì)量為24.3g），具有很好的討論價(jià)值。

⑤該方案在形式上比較新穎，能夠想到通過電解水的方法獲得H2，并提出了氫氣體積的測(cè)定方法。但是學(xué)生并未考慮到“水的導(dǎo)電性差”“不易準(zhǔn)確控制反應(yīng)中生成的氣體是1mol”等問題。

從學(xué)生的作答中可以看出，學(xué)生的思維是活躍的、開放的，能夠與自己所學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系。當(dāng)把學(xué)生的想法在課堂上進(jìn)行深入討論后，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)自己在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)上的正確方向和不足之處，如要考慮氣體的純度（不選擇易揮發(fā)的反應(yīng)物）、反應(yīng)物的穩(wěn)定性（不選擇不穩(wěn)定易變質(zhì)的反應(yīng)物）、反應(yīng)的速率（不選擇反應(yīng)太快的物質(zhì)或太慢的物質(zhì)）、反應(yīng)量的控制（不選擇純度太低或無法準(zhǔn)確控制氣體量的方法）、外界條件的影響（要測(cè)定實(shí)際的溫度和壓強(qiáng)）、氣體體積的測(cè)定方法（直接測(cè)定法或間接測(cè)定法）。細(xì)致梳理這些問題后，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)課本提出的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作等形成客觀理性的認(rèn)識(shí)，即理解其中的為什么，通過處理這些實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，促進(jìn)學(xué)科觀念的落實(shí)。

4.2? 環(huán)節(jié)觀念2： 實(shí)驗(yàn)定量要簡(jiǎn)約

本環(huán)節(jié)主要是根據(jù)學(xué)生前面的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行深入討論。從前一環(huán)節(jié)可以看出，學(xué)生分別就各自的實(shí)驗(yàn)原理和大體實(shí)驗(yàn)方案給出了理由。其中，對(duì)于氣體體積的測(cè)定都一致提到了需要收集“1mol氣體”，這樣的想法反映出學(xué)生傾向于通過直接測(cè)定法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

[問題1]在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1mol氣體的體積約為22.4L，折合為22400mL。在實(shí)際測(cè)定時(shí)1mol氣體的體積常大于22400mL。應(yīng)當(dāng)使用什么量器才能滿足實(shí)驗(yàn)的要求呢？

[學(xué)生]體積太大了，已經(jīng)學(xué)過的儀器中沒有能滿足該要求的，或者可能會(huì)使用一個(gè)特制的新儀器。

[問題2]要測(cè)定1mol氣體的體積，一定要收集1mol氣體嗎？為什么？

[學(xué)生]不一定。可以收集少于1mol的氣體，然后按照數(shù)量關(guān)系進(jìn)行換算……

[問題3]你認(rèn)為收集多少合適？你的理由是什么？

[學(xué)生]要收集的氣體體積與收集容器的“量程”有關(guān)。只要?dú)怏w體積在量程范圍內(nèi)都可以……

在定量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，絕大多數(shù)都不是直接測(cè)定法，而是間接測(cè)定法。如果采用直接測(cè)定法，不僅工作量大，而且還可能會(huì)由于實(shí)驗(yàn)操作中的錯(cuò)誤而引起較大的實(shí)驗(yàn)試劑浪費(fèi)，以此引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步感受化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。通過對(duì)“是否需要收集1mol氣體體積”的討論可以發(fā)現(xiàn)，解決這一問題的途徑并不是唯一的，學(xué)生也能順利理解，為什么課本上的實(shí)驗(yàn)方案并未稱量24.000g鎂條，而是一個(gè)更小的質(zhì)量范圍。

4.3? 環(huán)節(jié)觀念3： 實(shí)驗(yàn)裝置要精密

[課前問題]請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)測(cè)定1mol氣體體積的裝置，并畫出簡(jiǎn)圖。表2是部分學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。

[問題1]這些不同類型的實(shí)驗(yàn)裝置由哪些部分構(gòu)成？

[學(xué)生]發(fā)生裝置、吸收裝置、收集裝置、測(cè)定裝置。

[問題2]將這些不同類型的實(shí)驗(yàn)裝置相互對(duì)比，有什么特點(diǎn)？

表2? 學(xué)生設(shè)計(jì)的“測(cè)定1mol氣體的體積”的實(shí)驗(yàn)裝置圖

組別abcd

裝置簡(jiǎn)圖

[學(xué)生]b與a、 c相比，多了吸收裝置，誤差要相對(duì)小一些;如果將b中的稀鹽酸換成稀硫酸，可以不用吸收裝置;c、 d用針筒收集并測(cè)定氣體體積，但是如果針筒氣密性不好就容易引起實(shí)驗(yàn)誤差。

[問題3]設(shè)計(jì)a的同學(xué)認(rèn)為量筒內(nèi)水的體積就是氣體的體積。你同意該觀點(diǎn)嗎？

[學(xué)生]不同意。發(fā)生裝置中的氣體進(jìn)入集氣瓶后，由于壓強(qiáng)增大，會(huì)將水從導(dǎo)管壓向量筒。如果氣體停止產(chǎn)生，導(dǎo)管中殘留的水就無法進(jìn)入量筒，因此導(dǎo)管內(nèi)水的體積無法量取，會(huì)使得測(cè)定結(jié)果偏小。

[問題4]如何解決這個(gè)問題？

[學(xué)生]根據(jù)導(dǎo)管內(nèi)徑大小，通過測(cè)定導(dǎo)管內(nèi)水的長(zhǎng)度，計(jì)算這部分水的體積;氣體不再產(chǎn)生后，移開量筒，用手堵住導(dǎo)管右側(cè)端口，此時(shí)導(dǎo)管內(nèi)的水便不會(huì)流出，可以將裝有殘留水的導(dǎo)管移至量筒上方，再松開導(dǎo)管右側(cè)口的手使水流入量筒內(nèi)，計(jì)算最終的液體體積。

[問題5]如果用d進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定氣體的體積與c有何區(qū)別？

[學(xué)生]相比之下d可以較準(zhǔn)確測(cè)出氣體的體積，前提是要保證針筒的氣密性。

定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，裝置的設(shè)計(jì)可以是多種形式，重要的是要選擇一種實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的、操作起來簡(jiǎn)便的裝置。通過展示學(xué)生課前自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生對(duì)測(cè)定氣體體積想到的方法是排水法，只有極個(gè)別學(xué)生想到了直接測(cè)定氣體體積的方法。課堂上通過生生、師生互動(dòng)，全面、細(xì)致評(píng)價(jià)各種實(shí)驗(yàn)裝置方案的優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)生能夠自主發(fā)現(xiàn)，由于a本身引起的實(shí)驗(yàn)誤差，以及針對(duì)d提出的“要保證針筒不漏氣”的要求，為后續(xù)課程認(rèn)識(shí)課本實(shí)驗(yàn)裝置（氣體發(fā)生器、儲(chǔ)液瓶和液體量瓶）、實(shí)驗(yàn)操作（用針筒抽氣來計(jì)算導(dǎo)管內(nèi)殘留氣體的體積）和優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)裝置（圖3）及其作用埋下伏筆，順利突破了后續(xù)課程的教學(xué)難點(diǎn)。因?yàn)榻柚鷮Ｓ脙x器或引入關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)操作是定量型實(shí)驗(yàn)的重要手段和方法，如果直接采用傳統(tǒng)教學(xué)僅對(duì)儀器的用途和操作方法作簡(jiǎn)單介紹，通過實(shí)驗(yàn)反復(fù)練習(xí)達(dá)到熟練使用，這只是一種“實(shí)驗(yàn)技能”而不是一種“實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α薄?/p>

4.4? 環(huán)節(jié)觀念4： 實(shí)驗(yàn)結(jié)果要準(zhǔn)確

實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。傳統(tǒng)教學(xué)中往往采用教師先“全盤托出”，然后逐項(xiàng)分析講解操作步驟和注意事項(xiàng)，學(xué)生主要是機(jī)械地記住實(shí)驗(yàn)操作步驟，基本無法說清這些實(shí)驗(yàn)操作步驟的必要性，更談不上對(duì)隱含在實(shí)驗(yàn)操作中“精準(zhǔn)定量”這一線索的理解。因此，若要深入思考實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理、認(rèn)識(shí)新儀器、熟悉實(shí)驗(yàn)操作后完成實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行評(píng)價(jià)、總結(jié)和反思。

實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，由于儲(chǔ)液瓶上需要插入數(shù)字溫度計(jì)，由于數(shù)字溫度計(jì)體積較大，質(zhì)量也不小，因此數(shù)字溫度計(jì)由于重力的作用會(huì)略往下傾斜，造成裝置的氣密性不好。同時(shí)，氣體發(fā)生器的橡膠塞如果已經(jīng)用針頭扎過（如前面的學(xué)生用過），也會(huì)使裝置的氣密性不好而漏氣。這些問題啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性與實(shí)驗(yàn)過程中的各個(gè)細(xì)節(jié)緊密相關(guān)，同時(shí)也是影響實(shí)驗(yàn)誤差的重要因素。

解決了氣密性問題后，由于該實(shí)驗(yàn)兩次抽氣和一次加料，三次都要用到注射器，實(shí)驗(yàn)過程仍舊相對(duì)繁瑣。可見，教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)并非特別完美。基于此，當(dāng)學(xué)生通過圖2的裝置完成實(shí)驗(yàn)后，再引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注圖3的實(shí)驗(yàn)裝置，解釋其實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理，預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)步驟，并將預(yù)測(cè)步驟（尤其是反應(yīng)物的用量和讀數(shù)要求）和參考步驟進(jìn)行對(duì)比，然后完成實(shí)驗(yàn)。通過兩種實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，不僅可以鞏固前述的知識(shí)內(nèi)容，還能以削弱書本的“權(quán)威”性方式為學(xué)生的創(chuàng)新性思維提供了可能。

圖2? 教材的實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖3? 優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)裝置圖

5? 教學(xué)思考

本節(jié)課實(shí)施的是基于問題驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略，這些問題來源于學(xué)生、討論也在學(xué)生，整個(gè)課堂既充分體現(xiàn)了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，又展現(xiàn)了教師在教學(xué)中的主導(dǎo)作用，學(xué)生在師生交互的過程中逐步發(fā)展定量實(shí)驗(yàn)觀念。這些觀念對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)的“結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定”、“酸堿滴定”兩個(gè)實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的指引作用和遷移價(jià)值（見表3）。圍繞這些觀念，設(shè)計(jì)一系列問

表3? 重量法和容量法實(shí)驗(yàn)中的定量實(shí)驗(yàn)觀念和問題

實(shí)驗(yàn)名稱

問題

觀念結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測(cè)定酸堿滴定

實(shí)驗(yàn)原理要可行為什么結(jié)晶水合物選擇的是五水硫酸銅而不是其他的結(jié)晶水合物？為什么要選擇稀鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)？

實(shí)驗(yàn)定量要簡(jiǎn)約為什么稱量的晶體質(zhì)量是約2g？為什么量取的待測(cè)液是約20mL？

實(shí)驗(yàn)裝置要精密為什么要使用瓷坩堝、電子天平和干燥器？為什么要使用滴定管？

實(shí)驗(yàn)結(jié)果要準(zhǔn)確為什么要進(jìn)行恒重操作？

為什么要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)？

哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？為什么要選擇合適的指示劑？

為什么要進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)？

哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

題，有助于更好地落實(shí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)，突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

可以發(fā)現(xiàn)，定量實(shí)驗(yàn)觀念在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中已逐步形成，在第二個(gè)和第三個(gè)實(shí)驗(yàn)中又不斷得到強(qiáng)化。化學(xué)原理、儀器原理和操作原理在三個(gè)定量實(shí)驗(yàn)中的復(fù)雜性各不相同，在處理各種細(xì)節(jié)問題中培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。值得一提的是，每個(gè)定量實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)誤差分析非常重要，是對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理的實(shí)踐檢驗(yàn)。通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)促使學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行反思，有助于學(xué)生把握實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵、理解操作要領(lǐng)。同時(shí)也可以設(shè)置如“為什么說任何定量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都存在一定的誤差？”“誤差是怎樣產(chǎn)生的？”等問題引發(fā)學(xué)生深入思考，以此有效提升學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)探究方面的素養(yǎng)。

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