“氯化鈉溶液的配制”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)

胡巢生

摘要： 基于義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求，梳理、分析初中化學(xué)3個(gè)版本教科書中“一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從關(guān)注“有效濃度”、實(shí)驗(yàn)體系，重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性，注重科學(xué)態(tài)度的發(fā)展和重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)等方面，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)的高級(jí)思維過(guò)程，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 初中化學(xué); 學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng); 氯化鈉溶液配制; 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 1005-6629（2020）11-0065-04

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 問(wèn)題的提出

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)課程的重要組成部分，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的基本特征?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》[1]和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[2]都規(guī)定了學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，以確保學(xué)生有基本的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)活動(dòng)機(jī)會(huì)。

“一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”是初中化學(xué)規(guī)定的8個(gè)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一，用到固體溶解、液體混勻、液體轉(zhuǎn)移、攪拌等基本操作，配料計(jì)算和配制，既要求溶質(zhì)的質(zhì)量確定（精度由稱量手段決定），又要求溶液的體積確定（由量筒、容量瓶的精度決定），是唯一一個(gè)使用多種定量?jī)x器的實(shí)驗(yàn)[3]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中關(guān)于“物質(zhì)的量及其相關(guān)物理量”教與學(xué)的要求中也包括了“初步學(xué)會(huì)溶液配制的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能。學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)： 配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”（如表1所示）[4]。

可見，該實(shí)驗(yàn)對(duì)弘揚(yáng)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值，發(fā)展對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的好奇心和興趣，養(yǎng)成注重實(shí)證、嚴(yán)謹(jǐn)求學(xué)的科學(xué)態(tài)度，增強(qiáng)合作探究意識(shí)，養(yǎng)成獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神具有重要的作用。

內(nèi)容要求初步學(xué)會(huì)溶液配制的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)與基本技能。學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)： 配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液。

教學(xué)提示① 整體規(guī)劃實(shí)驗(yàn)及探究教學(xué)，發(fā)揮典型實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的作用。② 選取真實(shí)、有意義、引發(fā)學(xué)生興趣的探究問(wèn)題。③ 改變學(xué)生簡(jiǎn)單動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，強(qiáng)調(diào)高級(jí)思維過(guò)程。

學(xué)業(yè)要求能依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方案;能運(yùn)用實(shí)驗(yàn)基本操作實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和反思。

2? 3個(gè)版本教科書內(nèi)容的特點(diǎn)分析

初中化學(xué)3個(gè)版本教科書[5～7]在正文中均以不同的形式呈現(xiàn)。人教版教科書為加深理解溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念，[實(shí)驗(yàn)活動(dòng)]欄目設(shè)計(jì)的“一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”的途徑為： 先配50g 6%的氯化鈉，再利用6%的溶液配制50g 3%的溶液。相比滬教版（魯教版）教科書單一配制50g 15%（或80g 10%）的氯化鈉溶液，人教版的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更為豐富，消耗試劑的量也大幅下降;[課外實(shí)驗(yàn)]欄目集趣味性、探究性、生活化于

一體。如此設(shè)計(jì)，均著重解決兩個(gè)“準(zhǔn)確”問(wèn)題： 準(zhǔn)確計(jì)算并稱量所需固體的質(zhì)量;準(zhǔn)確控制溶劑水的最終體積。滬教版教科書不僅關(guān)注濃硫酸稀釋的實(shí)驗(yàn)步驟，[活動(dòng)與探究]欄目配制蔗糖溶液，而且將“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”和“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”兩個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)放在同一章，彼此銜接緊密、互為補(bǔ)充，以達(dá)到既訓(xùn)練學(xué)生配制氯化鈉溶液的基本方法，又訓(xùn)練學(xué)生溶解、過(guò)濾和蒸發(fā)等實(shí)驗(yàn)技能之目的。相比之下，魯教版教科書只是簡(jiǎn)單重復(fù)，一定程度上缺乏新意，不利于學(xué)生高階思維的形成（如表2所示）。

第6章： 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)5配制50g 15%的氯化鈉溶液第九單元： 實(shí)驗(yàn)活動(dòng)5

1. 配制50g 6%的氯化鈉溶液;

2. 用6%的溶液配制50g 3%的氯化鈉溶液第三單元： 到實(shí)驗(yàn)室去

與同學(xué)合作配制80g 10%的氯化鈉溶液;倡導(dǎo)使用電子秤

關(guān)注玻璃棒的作用;加快溶解速率的措施;配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀硫酸溶液的實(shí)驗(yàn)步驟關(guān)注托盤天平的使用;量筒的讀數(shù)以及配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液在實(shí)際應(yīng)用中的作用關(guān)注是否順利完成實(shí)驗(yàn)，與同學(xué)分享經(jīng)驗(yàn)或教訓(xùn)

活動(dòng)與探究： 常溫下配制兩種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的蔗糖溶液實(shí)驗(yàn)9-8： 配制兩種不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液;課外實(shí)驗(yàn)： 自制汽水活動(dòng)天地3-5： 配制50g 6%的氯化鈉溶液的方法

雖然本實(shí)驗(yàn)學(xué)生已經(jīng)在課堂上做過(guò)或觀察過(guò)教師演示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程一般也不存在嚴(yán)重的安全隱患，但教師仍需要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)室規(guī)則以及有關(guān)的注意事項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，無(wú)法從學(xué)生配制的溶液去判斷其測(cè)量精度。因此，應(yīng)關(guān)注學(xué)生測(cè)量操作是否規(guī)范： 使用托盤天平稱量NaCl固體質(zhì)量和量筒量取一定體積液體，以確保測(cè)量精度。

3? 設(shè)計(jì)高階思維過(guò)程，向核心素養(yǎng)進(jìn)階

不同版本教科書設(shè)計(jì)的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)都不盡相同，仍有較大的改進(jìn)空間，有必要進(jìn)行系統(tǒng)研究。筆者以“如何用固體氯化鈉配制50g 6%的氯化鈉溶液”為探究主題設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建有序、高階思維的過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠?jì)算所需NaCl質(zhì)量、選擇實(shí)驗(yàn)儀器、規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，依據(jù)實(shí)際操作評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。不僅要讓學(xué)生了解這些實(shí)驗(yàn)行為方式的特征和內(nèi)涵，更要通過(guò)實(shí)際的訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握這些特殊活動(dòng)的程序、步驟和操作技巧，為學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)基本操作解決實(shí)驗(yàn)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。在探究活動(dòng)過(guò)程中，從以下5個(gè)方面強(qiáng)調(diào)高階思維進(jìn)階過(guò)程，以培養(yǎng)和促進(jìn)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.1? 關(guān)注“有效濃度”

宋心琦教授指出，建立“有效濃度”的概念是初等化學(xué)的基本任務(wù)之一。“有效濃度”（或組成比率）通常以某個(gè)確定的范圍表示，包括濃度的上限和下限。溶液配制的實(shí)驗(yàn)，都應(yīng)當(dāng)著眼于微粒觀和“有效濃度”概念的形成[8]。

筆者著眼于“有效濃度”對(duì)生命活動(dòng)的重要性，體現(xiàn)化學(xué)與生活息息相關(guān)。以“農(nóng)藥濃度對(duì)蟲害的抑制作用”為例，在施用農(nóng)藥前，就應(yīng)準(zhǔn)確知道一定量藥液里所含有農(nóng)藥的量。如果藥液濃度過(guò)高，會(huì)傷害農(nóng)作物;如果農(nóng)藥過(guò)稀，又不能有效殺蟲滅菌。以“化肥溶液濃度在使用對(duì)象不同時(shí)的合理范圍”為例，為適應(yīng)不同作物生長(zhǎng)的需要，無(wú)土栽培營(yíng)養(yǎng)液的組成有所不同。以“醫(yī)療用生理鹽水”（生理鹽水是將0.9g氯化鈉溶解在100.0mL蒸餾水中配制成的溶液）為例，說(shuō)明如果太稀就起不到向體內(nèi)補(bǔ)充鹽分的作用，如果太濃則會(huì)帶來(lái)生命危險(xiǎn)。藉此以深化溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念的認(rèn)識(shí)，豐富學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，為溶液配制作好鋪墊。

3.2? 關(guān)注實(shí)驗(yàn)體系

宋心琦教授指出，化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系應(yīng)包括作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的物質(zhì)體系（化學(xué)體系），適當(dāng)?shù)膬x器裝置和必要的安全措施，合理的實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范的操作技術(shù)[9]。3個(gè)版本教科書實(shí)驗(yàn)體系的選擇都配備了實(shí)驗(yàn)操作流程圖。利用探究主題，結(jié)合溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于“精確控制溶質(zhì)質(zhì)量和溶劑體積”，并依據(jù)實(shí)驗(yàn)精度要求選擇實(shí)驗(yàn)儀器，在熟練掌握量筒和托盤天平使用方法的基礎(chǔ)上，明確溶液配制的實(shí)驗(yàn)流程（見圖1）。并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出實(shí)驗(yàn)體系所需的3組儀器： 托盤天平+藥匙（取藥品并稱量）、量筒+膠頭滴管（量取液體體積）、燒杯+玻璃棒（溶解、稀釋）。

3.3? 重視實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性

在定量分析中，由于受分析方法、測(cè)量?jī)x器和分析工作者主觀條件等方面的限制，使測(cè)量的結(jié)果不可能和真實(shí)含量完全一致，客觀上存在著難以避免的誤差。誤差又分系統(tǒng)誤差和偶然誤差，其中系統(tǒng)誤差是由分析過(guò)程中某些確定的、經(jīng)常性的因素引起的，主要包括： 儀器誤差、方法誤差、試劑誤差、操作誤差等。系統(tǒng)誤差可以通過(guò)校正的方法予以減小或消除;偶然誤差又稱隨機(jī)誤差，偶然誤差是由一些隨機(jī)因素引起的，大小和正負(fù)都難以預(yù)測(cè)，且不可以被校正[10]。

化學(xué)數(shù)據(jù)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)、物質(zhì)理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征的數(shù)字化表述，是化學(xué)家科學(xué)探索、定量研究的實(shí)驗(yàn)（勞動(dòng)）成果和智慧結(jié)晶。教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生尊重化學(xué)數(shù)據(jù)的客觀性，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地、恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用化學(xué)數(shù)據(jù)，通過(guò)反復(fù)交代、強(qiáng)化，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)數(shù)據(jù)運(yùn)用的科學(xué)性[11]。

托盤天平是一種精確度不高的常用衡器，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室托盤天平一般載量為100g、 200g，感量分別為0.1g、 0.2g。托盤天平的使用比較復(fù)雜且程序性較強(qiáng)： 先要將托盤天平放平，然后將游碼歸零，調(diào)節(jié)天平的平衡螺母使之平衡;稱量時(shí)左物右碼;測(cè)量完畢，物體和砝碼取下，游碼歸零，墊上墊圈;每一步都有嚴(yán)格的操作要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

量筒是測(cè)量液體體積的儀器，規(guī)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，誤差是±1mL?？梢?，量筒越大，管徑越粗，其精確度越小，由視線的偏差所造成的讀數(shù)誤差也越大。所以，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)根據(jù)所取液體的體積，盡量選用能一次量取的最小規(guī)格的量筒。

以量取25mL液體為例，使用滴定管移取，實(shí)際體積是（25.00±0.01）mL;使用量筒量取，實(shí)際體積則是（25.0±0.5）mL，兩種儀器的測(cè)量精度相差50倍。因此，科學(xué)地保留實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的位數(shù)是一件很重要的事，不能隨便增加或減少。

3.4? 注重科學(xué)態(tài)度的發(fā)展

靳瑩指出，以觀念為本的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是尊重實(shí)驗(yàn)、理解實(shí)驗(yàn)、善用實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，以科學(xué)思維為線索，超越器物革新的物化水平，真正實(shí)現(xiàn)物我互化的教學(xué)境界[12]。初中階段一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的配制只是粗略配制，對(duì)儀器的精度要求不是很高，田長(zhǎng)明認(rèn)為，有些量筒是正誤差，有些量筒是負(fù)誤差，量筒讀數(shù)時(shí)，仰視和俯視，讀數(shù)偏大還是偏小是可以討論的。對(duì)于粗配一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液，仰視和俯視造成的誤差和量筒本身的誤差綜合在一起，這樣的誤差分析沒有什么實(shí)際的意義[13]。

對(duì)此，筆者并不認(rèn)同。首先，實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的唯一途徑，化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能涵蓋化學(xué)實(shí)驗(yàn)心智（智力）技能和化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作（動(dòng)作）技能2個(gè)方面，能夠?yàn)閷W(xué)生由感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)提供鋪墊和支架。實(shí)驗(yàn)器材的選擇既要滿足實(shí)驗(yàn)的要求，又要考慮實(shí)驗(yàn)本身的目的，因此，該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅要求學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的流程，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力，更重要的是培養(yǎng)思維的條理性，形成嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度與習(xí)慣。其次，雖然初中階段該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單，但是同樣可以充分發(fā)揮定量實(shí)驗(yàn)的功能，促進(jìn)學(xué)生得到相應(yīng)的發(fā)展。在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生手腦并用，實(shí)驗(yàn)、觀察和思維三者始終聯(lián)系在一起，彼此相互影響、相互制約，既符合學(xué)生由感性到理性的認(rèn)識(shí)規(guī)律，又有利于學(xué)生溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念的形成，使學(xué)生的觀察能力、思維能力和探究能力得到充分發(fā)揮。

3.5? 重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從以下幾個(gè)方面進(jìn)行反思： （1）有沒有錯(cuò)誤操作，這些操作對(duì)所配溶液濃度有何影響？（2）實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中有沒有出現(xiàn)問(wèn)題？如果有，是怎么解決的？（3）如何對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行優(yōu)化……;等等。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生思維的條理性及嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度（如表3所示）。

4? 結(jié)語(yǔ)

定量實(shí)驗(yàn)具有獨(dú)特性，它不僅能夠深入探究研究對(duì)象所具有的某些性質(zhì)，而且能夠研究它們的數(shù)量關(guān)系，是人類對(duì)自然事物認(rèn)識(shí)不斷深化的標(biāo)志。實(shí)踐證明，精心設(shè)計(jì)的教學(xué)內(nèi)容有利于提高創(chuàng)新素養(yǎng)。在真實(shí)、特定的領(lǐng)域開展基于問(wèn)題解決的教學(xué)，讓學(xué)生了解問(wèn)題解決過(guò)程，包括問(wèn)題發(fā)現(xiàn)、問(wèn)題形成、想法產(chǎn)生和想法評(píng)估，能夠明顯提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。因此，教師需要明確具體實(shí)驗(yàn)承載的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解決思路，不僅要結(jié)合化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、不同版本教科書和具體實(shí)驗(yàn)本體進(jìn)行系統(tǒng)分析，而且要站在實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的起點(diǎn)，探索實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的解決空間，刻畫問(wèn)題解決的思維路徑，確立實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解決的思維模型，對(duì)發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有重要的作用[14]。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2012： 12.

[2][4]中華人民共和國(guó)教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 4， 12.

[3]宋心琦. 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議之三[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2012， （7）： 3～4.

[5]王晶， 鄭長(zhǎng)龍. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2012： 43， 47～48.

[6]王祖浩， 王磊. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2012： 11～12， 25.

[7]畢華林， 盧巍. 義務(wù)教育教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M]. 濟(jì)南： 山東教育出版社， 2012： 67， 69～70.

[8]宋心琦. 再談中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革（上）[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2013， （3）： 3～7.

[9]華中師范大學(xué)等. 分析化學(xué)（上冊(cè)第三版）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2002： 42～43.

[10]周昌林. 例談化學(xué)數(shù)據(jù)運(yùn)用的科學(xué)性[J]. 化學(xué)教育（中英文）， 2017， 35（15）： 79～81.

[11]靳瑩. 超越器物層面? 思想創(chuàng)新先行[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2014， （2）： 7～11.

[12]田長(zhǎng)明. 談初中教師在“溶液濃度的表示”教學(xué)中易忽視的幾個(gè)問(wèn)題[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2015， （4）： 40～42.

[13]胡久華， 李琦等. 促進(jìn)問(wèn)題解決思路建構(gòu)的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)課教學(xué)[J]. 基礎(chǔ)教育課程. 2019， （7）： 63～68.