“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”教材編寫(xiě)比較及教學(xué)建議

陳榮聰 陳雪霞 葉燕珠

（1.南安市僑光中學(xué)，福建 南安 362314；2.福建教育學(xué)院培訓(xùn)管理處，福建 福州 350025）

2020 年全國(guó)Ⅰ卷第27 題（1）是一道有關(guān)“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”的試題，部分中學(xué)化學(xué)教師對(duì)試題中的儀器選擇存在困惑。例如，能否用量筒和燒杯代替容量瓶配制溶液？選擇的儀器與濃度的有效數(shù)字是否匹配？試題的要求是否超出現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的教學(xué)要求？由此可見(jiàn)，正確理解和把握“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”的學(xué)習(xí)要求顯得尤為重要。依據(jù)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求，筆者對(duì)比分析了現(xiàn)行三套教材及其教師用書(shū)中教材編寫(xiě)者對(duì)該實(shí)驗(yàn)的編寫(xiě)意圖及內(nèi)容呈現(xiàn)，有助于一線(xiàn)教師更好把握該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)。

一、試題呈現(xiàn)及教學(xué)困惑

2020 年全國(guó)Ⅰ卷第27 題（1）如下：

由FeSO4·7H2O 固體配制0.10 mol·L-1FeSO4溶液，需要的儀器有藥匙、玻璃棒、___（從圖1 中選擇，寫(xiě)出名稱(chēng)）。（參考答案：燒杯、量筒、托盤(pán)天平）

圖1 供選擇的儀器

“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”實(shí)驗(yàn)是作為高中核心必修課程的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)。中學(xué)教學(xué)中一般都介紹講解了實(shí)驗(yàn)的步驟：“計(jì)算、稱(chēng)量（量?。?、溶解、轉(zhuǎn)移、洗滌、定容、搖勻”。受限于中學(xué)學(xué)校的條件限制，使用的儀器分別為托盤(pán)天平（或量筒）、燒杯、玻璃棒、容量瓶、膠頭滴管等。一線(xiàn)教師對(duì)試題的困惑主要有：

一是關(guān)于儀器的選用。量筒和燒杯：在燒杯中配制溶液，僅用量筒控制溶液的體積，造成的誤差較大，達(dá)不到試題的實(shí)驗(yàn)要求。

二是有效數(shù)字。用量筒控制溶液的體積，濃度有效數(shù)字難以達(dá)到0.01。

三是配制的溶液是否合適。Fe2+具有強(qiáng)還原性，硫酸亞鐵溶液不適合較長(zhǎng)時(shí)間露置于空氣中進(jìn)行配制。

二、課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)要求

新的課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”的教學(xué)要求如下：

一是內(nèi)容和學(xué)業(yè)要求。了解物理量的含義和應(yīng)用，體會(huì)定量研究對(duì)化學(xué)科學(xué)的重要作用，同時(shí)規(guī)定為學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，要求初步學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。

二是學(xué)業(yè)質(zhì)量水平。在學(xué)業(yè)質(zhì)量要求的水平1-3提出，“能根據(jù)化學(xué)問(wèn)題解決的需要，選擇常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和試劑，完成簡(jiǎn)單的物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)制備、物質(zhì)檢驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)”。

三是素養(yǎng)水平。在素養(yǎng)水平4-1，要求“能根據(jù)教材中給出的問(wèn)題設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作”。

三、三套教材及教師用書(shū)編寫(xiě)意圖與內(nèi)容呈現(xiàn)的異同點(diǎn)

不同版本的教材中，同一知識(shí)點(diǎn)的編寫(xiě)，由于編者的學(xué)科理解有所不同，呈現(xiàn)形式可能有所不同。教材的內(nèi)容呈現(xiàn)直接或間接反映出編者的編寫(xiě)意圖，深入解讀教材，是研究教材編寫(xiě)意圖的前提。通過(guò)教材的內(nèi)容呈現(xiàn)分析，揣測(cè)編者的編寫(xiě)意圖，對(duì)精準(zhǔn)高效的教學(xué)有重要的意義。

分析三套教材及教師用書(shū)，內(nèi)容的呈現(xiàn)主要有學(xué)生實(shí)驗(yàn)、課后習(xí)題、問(wèn)題探討或欄目使用建議等欄目。不同版本的內(nèi)容呈現(xiàn)歸納如表1、表2、表3。

表1 蘇教版“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”呈現(xiàn)內(nèi)容

表2 魯科版“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”呈現(xiàn)內(nèi)容

從三個(gè)版本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的呈現(xiàn)，可以分析比較不同編寫(xiě)者在實(shí)驗(yàn)儀器選擇和操作要求上的異同：

（一）儀器選擇與實(shí)驗(yàn)精度

1.容量瓶。蘇教版課后“硫酸的稀釋”習(xí)題中選擇量筒和燒杯替代容量瓶，部分教師在該部分教學(xué)中存在困惑。其實(shí)，若所配溶液屬于粗配（有效數(shù)字為2位或1 位），選擇量筒（有效數(shù)字為兩位）控制溶液的體積是可以達(dá)到精度要求的。孟海燕等對(duì)比分析后認(rèn)為，容量瓶的精度為4 位有效數(shù)字，如50.00 mL±0.05 mL，配套的儀器應(yīng)為分析天平、移液管等4 位有效數(shù)字儀器。［1］

表3 人教版“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”呈現(xiàn)內(nèi)容

2.量筒。使用固體試劑配制溶液，蘇教版沒(méi)有具體呈現(xiàn)量筒的使用。事實(shí)上，不論使用固體試劑或濃溶液稀釋配制溶液，若是粗略地控制固體溶解、洗滌時(shí)蒸餾水的體積，燒杯可以代替量筒使用。若是精確確配制溶液，應(yīng)注意儀器精度與有效數(shù)字的匹配。因此，量筒主要用于粗配時(shí)控制溶液的總體積。

3.天平。蘇教版和人教版都引導(dǎo)教學(xué)時(shí)應(yīng)適當(dāng)讓學(xué)生了解儀器的精度和實(shí)驗(yàn)有效數(shù)字的匹配性，并且強(qiáng)調(diào)了受限于學(xué)校的條件，托盤(pán)天平為代替練習(xí)儀器。魯科版指明了托盤(pán)天平的使用，沒(méi)有具體指明實(shí)驗(yàn)精度、有效數(shù)字與儀器匹配使用等問(wèn)題。但在“方法導(dǎo)引”欄目進(jìn)行了補(bǔ)充說(shuō)明“為了提高稱(chēng)量的準(zhǔn)確性，建議在本實(shí)驗(yàn)中使用電子天平”。由此可見(jiàn)，編者充分考慮了中學(xué)教學(xué)的實(shí)際。

4.移液管。人教版指明了量筒為移液管的替代儀器（濃溶液稀釋配制溶液時(shí)）。在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，為了滿(mǎn)足精度要求，量取一定體積的溶液，不同版本均引入了酸（堿）式滴定管。而魯科版與蘇教版正文中均沒(méi)有編排“量取液體試劑配制溶液”的實(shí)驗(yàn)，因此都沒(méi)有涉及移液管的使用。

5.洗瓶。用于洗滌玻璃棒及燒杯，比起用燒杯盛水洗滌方便，蘇教版、魯科版引入洗瓶的使用，是基于實(shí)驗(yàn)的實(shí)際出發(fā)。

6.玻璃棒。不論在溶解或轉(zhuǎn)移階段，三套教材均有選用玻璃棒。其實(shí)，在轉(zhuǎn)移時(shí)亦可用漏斗代替玻璃棒。［2-3］對(duì)此，三套教材均沒(méi)有提及。

綜上所述，三套教材均有關(guān)注到儀器的精度。蘇教版和人教版更加注重儀器選用與有效數(shù)字的匹配性，這也充分體現(xiàn)了物質(zhì)的量濃度溶液的配制在科學(xué)研究定量分析方面的重要作用。相對(duì)而言，蘇教版更為重視溶液配制的真實(shí)應(yīng)用，重視中學(xué)教學(xué)與高校教學(xué)或?qū)嵺`研究的銜接。

（二）實(shí)驗(yàn)操作步驟

三套教材均重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和操作技能的學(xué)習(xí)和掌握。魯科版實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放度較大，給教學(xué)提供了發(fā)揮的空間，［4］人教版和蘇教版都簡(jiǎn)單明了，但有兩個(gè)步驟存在較大差異。其一，蘇教版沒(méi)有“裝瓶、貼標(biāo)簽”步驟。容量瓶用于配制而不用于盛放溶液，定容后需轉(zhuǎn)移至試劑瓶中，并標(biāo)明必要的信息，如試劑名稱(chēng)、濃度、日期等。當(dāng)然，所配制溶液若為立即使用，該操作也是沒(méi)有必要的，特別對(duì)于中學(xué)實(shí)驗(yàn)，更多的是現(xiàn)配現(xiàn)用實(shí)驗(yàn)。其二，蘇教版和人教版都指明了轉(zhuǎn)移洗滌液后需要“輕輕振蕩（搖動(dòng)）容量瓶，使溶液混合均勻”，足見(jiàn)教材對(duì)關(guān)鍵操作的重視。方卉慧等經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，未經(jīng)搖勻，定容后靜置，液面仍會(huì)下降。［5］由此可見(jiàn)，完整地呈現(xiàn)操作步驟，對(duì)于學(xué)生構(gòu)建知識(shí)體系是有幫助的。

（三）溶質(zhì)的選擇

蘇教版在教師用書(shū)中強(qiáng)調(diào)了基準(zhǔn)物質(zhì)與一般物質(zhì)配制溶液的區(qū)別，特別在課后習(xí)題欄目，以“硫酸的稀釋”和“NaOH 溶液的配制與標(biāo)定”這兩道題目進(jìn)行了強(qiáng)化練習(xí)。其他兩個(gè)版本雖然都沒(méi)有提及基準(zhǔn)物質(zhì)問(wèn)題，但在選擇物質(zhì)時(shí)仍然十分關(guān)注物質(zhì)與有效數(shù)字的匹配性的。

四、對(duì)試題的分析

從三套教材對(duì)“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”的編寫(xiě)意圖和內(nèi)容呈現(xiàn)來(lái)看，2020 年全國(guó)Ⅰ卷第27題中有關(guān)FeSO4·7H2O 固體配制溶液的命題和參考答案與蘇教版的編寫(xiě)思路較為吻合。

從FeSO4的性質(zhì)看，F(xiàn)eSO4不屬于基準(zhǔn)物質(zhì)，溶液的配制屬于粗配，且必須是現(xiàn)配現(xiàn)用，選擇容量瓶或量筒與燒杯均可。

從配制溶液的用途和有效數(shù)字看，①實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證不同化合價(jià)鐵的氧化還原能力，對(duì)FeSO4溶液濃度的精度要求不高，且不要求所配溶液的具體體積，選擇量筒和燒杯替代容量瓶可以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。②后續(xù)實(shí)驗(yàn)，需要計(jì)算電池反應(yīng)一段時(shí)間后“石墨電極溶液中c（Fe2+）=_____”。涉及定量分析，但有效數(shù)字只有1 位。

綜上所述，配制FeSO4溶液，選擇量筒控制溶液的體積，在燒杯中配制溶液，符合試題的情境。該試題旨在考查學(xué)生基于真實(shí)情境的知識(shí)遷移應(yīng)用能力，有助于引導(dǎo)教師加強(qiáng)基于學(xué)科整體理解的化學(xué)教學(xué)，切實(shí)落實(shí)提升學(xué)科能力與學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)，對(duì)中學(xué)教學(xué)有較強(qiáng)的導(dǎo)向作用。

五、研究啟示與教學(xué)建議

教材的編寫(xiě)是基于課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，不同的版本對(duì)同一知識(shí)素材的選擇和呈現(xiàn)形式可能有一定的差別，深入研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步研究教材編寫(xiě)者的編寫(xiě)意圖，是用好教材的第一步。基于以上的研究和分析，提出如下的教學(xué)建議：

（一）基于完整知識(shí)體系構(gòu)建實(shí)驗(yàn)方法模型

“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”實(shí)驗(yàn)作為高中階段典型的定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生掌握溶液配制的一般方法和實(shí)驗(yàn)技能，是教學(xué)的關(guān)鍵。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，幫助學(xué)生厘清完整的實(shí)驗(yàn)思路和步驟，有助于構(gòu)建系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法模型，養(yǎng)成縝密的學(xué)科思維習(xí)慣，促使實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的落地。建議重視包括潤(rùn)洗、驗(yàn)漏、轉(zhuǎn)移洗滌液后的“振蕩（搖動(dòng)）”和“裝瓶、貼標(biāo)簽”在內(nèi)的實(shí)際操作。當(dāng)然，在沒(méi)有影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的前提下，不過(guò)于強(qiáng)調(diào)非必需儀器的選用和使用細(xì)節(jié)，轉(zhuǎn)而準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵。

（二）基于發(fā)展視角培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)

教學(xué)應(yīng)為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)中，做好中學(xué)教學(xué)和大學(xué)教學(xué)的銜接，適時(shí)適當(dāng)?shù)赝貙拰W(xué)生的視野，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用發(fā)展的眼光看待學(xué)習(xí)與生活，培養(yǎng)、提升學(xué)生的學(xué)科理解能力和學(xué)科素養(yǎng)。在科學(xué)研究中，儀器精度與有效數(shù)字的匹配性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響是不容忽視的。所以，引入電子天平、移液管等精確度較高的儀器是必要的。同時(shí)，從物質(zhì)的性質(zhì)角度出發(fā)，要適時(shí)引入基準(zhǔn)物質(zhì)和一般物質(zhì)配制溶液對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。對(duì)于一些固化的教學(xué)思維應(yīng)有意識(shí)地予以克服和回避，對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，可以適當(dāng)進(jìn)行知識(shí)面的拓展。例如，熱效應(yīng)不明顯物質(zhì)的溶解（如硫酸銅等）可直接在容量瓶中進(jìn)行，轉(zhuǎn)移溶液可用普通漏斗替代玻璃棒等。

（三）基于能力進(jìn)階設(shè)計(jì)層次性作業(yè)

作業(yè)的質(zhì)量直接影響著教學(xué)的質(zhì)量。課程標(biāo)準(zhǔn)是作業(yè)設(shè)計(jì)的依據(jù)，規(guī)范性、針對(duì)性、有效性和實(shí)效性，是作業(yè)設(shè)計(jì)的基本原則。不同的學(xué)段，同一內(nèi)容的作業(yè)應(yīng)有不同層次的要求。層次性的作業(yè)設(shè)計(jì)，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。對(duì)于“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”，必修1 主要是讓學(xué)生掌握溶液配制的一般方法和實(shí)驗(yàn)技能，作業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)著重體現(xiàn)對(duì)儀器選擇、實(shí)驗(yàn)操作及基本計(jì)算的能力要求。而高三階段，學(xué)生掌握了必備的知識(shí)，具有一定的綜合分析與應(yīng)用能力，可適當(dāng)增加一些能力型題目。例如，可以增加有效數(shù)字與儀器選擇的匹配性、物質(zhì)性質(zhì)對(duì)準(zhǔn)確配制溶液的影響（如用濃硫酸、濃鹽酸、NaOH 固體等配制溶液時(shí)儀器的選擇）、物質(zhì)的性質(zhì)與誤差分析（如FeSO4、NaOH 變質(zhì)對(duì)結(jié)果的影響［3］）等相關(guān)內(nèi)容的練習(xí)題。能力型題目的訓(xùn)練有助于學(xué)生構(gòu)建和完善知識(shí)體系，進(jìn)一步提升綜合應(yīng)用能力，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。