基于實證的主題式高三復習課教學

摘要：以“水中溶解氧測定”為主題，通過創(chuàng)設(shè)真實情境——測定學?！疤煲缓彼腥芙庋醯膶嶒?，引導學生對定量實驗——滴定分析法進行全面思考，生成問題，以加深學生對知識的理解，重構(gòu)知識體系。在分析問題和解決問題的過程

中，培養(yǎng)了學生精準化思維，提升了理性思維能力，同時體悟了人與自然的關(guān)系，提升了學生的人文素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：定量實驗；實證教學；溶解氧測定；復習課

文章編號：1008-0546（2023）11-0071-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.015

一、教學前思考

化學實驗是進行科學探究的重要方式，它分為定性實驗和定量實驗。定量實驗是以定性實驗為基礎(chǔ)的實驗活動，在實驗中，定量實驗利用專門的儀器和化學反應計量關(guān)系來認識世界。［1］定量實驗需要對實驗數(shù)據(jù)進行處理分析，通過定量實驗和實驗數(shù)據(jù)的處理分析，來培養(yǎng)學生思考嚴謹規(guī)范的習慣，進一步提高學生分析問題、解決問題的能力，同時讓學生真實感受“定量”的意義。

“定量實驗和實驗的數(shù)據(jù)處理分析”是高考考查的熱點（見表1）。水質(zhì)的問題是社會的熱點，“水中溶解氧”是衡量水質(zhì)好壞的重要指標，在江蘇高考真題中已多次進行考查。本節(jié)課是高三的專題復習課，復習課不僅需要回顧，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，更需要激發(fā)學生生成問題來積極參與，引導學生在知識運用中加深對知識的理解，促進學生進行知識的重構(gòu)，從而開展有效的教與學活動。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中基本理念之一：倡導真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。［2］從這一理念出發(fā)，本節(jié)課筆者以“水中溶解氧測定”為主題，通過創(chuàng)設(shè)真實情境——測定學?！疤煲缓彼腥芙庋醯膶嶒?，對測量所采用的定量實驗方法—滴定分析法進行全面復習。

二、教學思路

見圖1。

三、教學環(huán)節(jié)

第一環(huán)節(jié)：銳問睿學

（視頻）學?！疤煲缓敝恤~兒的游樂生活。

（教師）聯(lián)想到《莊子·秋水》中知魚之樂的故事。引發(fā)學生思考：人們從最初認識世界的先驗方法到現(xiàn)在的科學定量測定方法。并以“水中溶解氧”為例，探索魚游樂生活到底需要多大的溶解氧濃度？以及如何通過實驗來測定水中溶解氧？在實驗前需要思考哪些問題？

（學生）獨立思考并小組討論得出以下需要思考的問題：

1.需要測量溶解氧的總量還是濃度？

2.如何取樣？

3.測量氧氣的原理如何選擇？

4.采用何種測量方法，測量哪些數(shù)據(jù)？

5.實驗中哪些過程可能出現(xiàn)誤差？如何控制測量誤差？

6.如何處理所測數(shù)據(jù)得出結(jié)果？

7.如何進一步探索溶解氧和魚之樂之間的確切聯(lián)系？

……

（視頻）實驗：測定學校“天一湖”水中溶解氧含量。（根據(jù)實驗對上述生成的問題逐一進行解答。）

（學生）答1.總量和取用量的多少有關(guān)，因此測量的是溶解氧的濃度。

（教師）在這里表征濃度時，并非是同學們熟悉的物質(zhì)的量濃度，而用的是質(zhì)量體積濃度，單位是mg·L-1。

（學生）答2.使用了專門的水樣采集器來采集水樣，并將采集的水樣裝入碘量瓶。

（教師）碘量瓶和錐形瓶外形相似，只是多了個塞子，這樣可以使水樣處于密封狀態(tài)，避免I2的揮發(fā)。

（教師）答3.氧氣一般具有什么性？大家推測，在使用化學方法測定水樣溶解氧的過程中可能會使用到什么性質(zhì)的物質(zhì)呢？然后展示實驗中采用的實驗原理。［3］

（學生）回答并分析實驗原理。

（教師）答4.這種測量水中溶解氧的方法稱為碘量法，它是一種氧化還原滴定法。根據(jù)化學反應原理計量數(shù)可以得出溶解氧和硫代硫酸鈉之間物質(zhì)的量的關(guān)系為1：4，此處硫代硫酸鈉溶液的濃度已知，需要測量的是它的體積。之后通過硫代硫酸鈉就可以計算出溶解氧的濃度。

（教師）答5.根據(jù)學生的回答進行小結(jié)。作為定量實驗，我們需要控制實驗誤差。實驗誤差可能出現(xiàn)在取水樣和滴定操作過程中。取水樣的時間段、水樣放置的時間長短、水樣移取體積的測定，滴定過程中儀器的潤洗、讀數(shù)、滴定終點的判斷等方面都可能造成實驗誤差。為了控制實驗誤差，我們需要做平行實驗2-3次。

（學生）答6.根據(jù)三次平行實驗的測量數(shù)據(jù)進行選擇判斷和計算，最后計算結(jié)果為6.74 mg·L-1

（教師）答7.給出文獻數(shù)據(jù)，6.74 mg· L-1介于5～8 mg·L-1，它正好是鯉科魚類最適宜的溶解氧范圍。［4］若測定的溶解氧濃度低了，學校就會開啟增氧泵，展示圖片：“天一湖”中的增氧泵。

（教師）小結(jié)：以上我們是從化學的視角從原理操作上了解了溶解氧的測定，隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在有專門的溶解氧測量儀，只要插入水中，馬上就會數(shù)字化顯示溶解氧的濃度數(shù)值，如果大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖場還有專門的在線溶氧儀，可以智能化實時在線連續(xù)進行監(jiān)測。

第二環(huán)節(jié)：導圖展學

（教師）以上測定我?！疤煲缓彼畼尤芙庋醯姆椒ㄖ饕捎玫氖堑味ǚ?，它是一種重要的定量分析方法。展示近5年江蘇高考真題定量實驗考查情況（見表1）。

（學生）得出近五年都考查了滴定法。主要考查了氧化還原滴定，此外還考查了配位滴定、沉淀滴定。

（師生）中學兩大定量實驗是一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制和酸堿中和滴定。通過建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)圖（見圖2）對酸堿中和滴定法進行復習，并與氧化還原滴定法進行對比。

（學生）發(fā)現(xiàn)酸堿中和滴定法和氧化還原滴定法十分相似。此外配位滴定、沉淀滴定即滴定分析法在原理、實驗關(guān)鍵、操作過程、數(shù)據(jù)處理以及誤差分析方面都是相似的。

第三環(huán)節(jié)：我思我學

（展示）兩張藍藻爆發(fā)前后的太湖風景圖。

（教師）曾經(jīng)藍藻爆發(fā)，經(jīng)過治理，已經(jīng)有巨大的改觀。其中一張?zhí)峡讨鞍袇窃健彼膫€字，意思是太湖孕育了吳越文化。習近平在黨的十九大報告中指出，綠水青山就是金山銀山，因此我們一定要用科學方法來進行治理綠水青山。

（展示）“2010-2017太湖無錫水域水質(zhì)狀況的綜合評價報告”

（學生）讀圖3，發(fā)現(xiàn)太湖水無錫水域pH稍有升高趨勢、溶解氧含量基本不變、總氮含量逐年下降。

（教師）其中總氮是太湖中最主要的污染物，總氮含量逐年下降說明對太湖環(huán)境的治理取得了一定的效果。從報告中可以發(fā)現(xiàn)，采用的評價方法主要是定量化分析，很多需要物理、計算機等跨學科知識?；瘜W定量化分析研究具有十分重要的意義。

（3）總氮

1.化學定量化分析的本質(zhì)是微粒之間的定量化關(guān)系。比如：溶解氧測試儀的基本原理是氧氣在陰極還原為氫氧根離子，導致電極之間電荷的變化，從而體現(xiàn)電流變化，最后電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號輸出。

2.定量化研究在認識世界、維護和改造世界中的重要作用。如①化工生產(chǎn)中進行物料的科學配比。②現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中對復合肥料氮磷鉀等元素進行科學配比，實現(xiàn)精確化生產(chǎn)。③人類生存環(huán)境除了水，還要大氣土壤進行檢測與維護。

第四環(huán)節(jié)：精練深學

（教師）水質(zhì)的問題是社會生活關(guān)注的熱點，也是高考的熱點。高考題并不神秘，它的選材來源于我們的生活。

（學生）圍繞氧化還原滴定分析法對水質(zhì)的定量處理分析。

典例1：2016江蘇高考（18題節(jié)選改編）

水中溶解氧的測定方法如下：向一定量水樣中加入適量MnSO4和堿性KI溶液，生成MnO（OH）2沉淀，密封靜置；加入適量稀 H2SO4，待MnO（OH）2與I－完全反應生成Mn2+和I2后，以淀粉作指示劑，用Na2S2O3標準溶液滴定至終點，測定過程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

（1）寫出上述三步反應的離子方程式。

（2）取某水樣100.00 mL，按上述方法測定水中溶解氧量，消耗0.02000 mol ·L-1 Na2S2O3標準溶液10.00 mL。計算該水樣中的溶解氧（用mg·L-1表示），寫出計算過程。

典例2：2009江蘇高考（18題節(jié)選改編）

二氧化氯（ClO2）是一種在水處理等方面有廣泛應用的高效安全消毒劑。與 Cl2相比 ClO2不但具有更顯著的殺菌能力，而且不會產(chǎn)生對人體有潛在危害的有機氯代物。用ClO2處理過的飲用水（pH為5.5～6.5）常含有一定量對人體不利的亞氯酸根離子（ClO2（-）），其含量應不超過0.2 mg·L-1。

（1）飲用水中 ClO2、ClO 2（-）可被 I-還原（I-被氧化為I2），ClO2被I-還原為 ClO2（-）、Cl-的還原轉(zhuǎn)化率與溶液pH的關(guān)系如圖4所示。當pH≤2.0時，ClO2（-）也能被I-完全還原成Cl-。

①當 pH≤2.0時，ClO2（-）與 I-反應的離子方程式為。

②當 pHgt;7.0時，ClO2與 I－反應的離子方程式為。

（2）測量某水樣中ClO2（-）的含量方法如下：

步驟1：準確量取100.00 ml水樣加入到錐形瓶中。步驟2：調(diào)節(jié)水樣的pH為7.0～8.0。

步驟3：加入足量的KI 晶體。

步驟4：加少量淀粉溶液，用0.001 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液10.00 mL。

步驟5：繼續(xù)加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH≤2.0。

步驟6：加少量淀粉溶液，用0.01 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液20.00 mL。

計算上述水樣中ClO2（-）的含量。寫出計算的過程。

第五環(huán)節(jié)：慧思慧學

（教師）水中成分復雜，定量分析法可以拓展到水質(zhì)的更多方面，以及更多領(lǐng)域。如

1.水中含氧量（DO ）是魚兒生活的水質(zhì)重要指標之一，魚兒的生活環(huán)境還需要哪些指標來支撐？

2.人生活的環(huán)境，如水質(zhì)COD、BOD等的監(jiān)測，空氣質(zhì)量狀況實時監(jiān)測，并對社會進行通報，你知道這些檢測的原理嗎？

3.處于太湖之濱的無錫，除了養(yǎng)魚還有其它水產(chǎn)養(yǎng)殖，水產(chǎn)養(yǎng)殖還需要監(jiān)控水質(zhì)的哪些指標，才能保證優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)？

以上這些都需要我們進一步用心學習化學，體會化學之有用。

四、教學后反思

1.創(chuàng)設(shè)真實情境，從先驗走向?qū)嵶C

本節(jié)課，遵從學生已有的經(jīng)驗，每天遇見的真實生活現(xiàn)象“魚兒的游樂生活”，引發(fā)學生思考，并產(chǎn)生探究其背后的確切數(shù)據(jù)的量化思想。筆者順其自然確立“水中溶解氧測定”這一主題，對定量實驗滴定分析法及數(shù)據(jù)的處理分析進行了專門的復習。通過真實的實驗情境，測定魚兒生活的學校“天一湖”水中溶解氧的含量，激發(fā)學生對實驗需要解決的問題進行思考，在逐步解決問題過程中，對定量實驗的學科知識進行了全面的應用，并在知識應用中進一步加深對知識的理解。因為在應用過程中，對知識有了認識上的真正提高，因此之后建構(gòu)的知識網(wǎng)絡(luò)圖既完整又簡約、有邏輯。

2.培養(yǎng)精準化思維，從感性走向理性

實驗需要觀察、動手、思維三種能力的融合，定量實驗和定性實驗的側(cè)重點不同。定量實驗不僅需要一定的感性認識能力，更需要較高水平的理性思維能力。在定量實驗中需要精準化要求，實驗樣品和藥品的選擇及用量、實驗原理的確定、實驗儀器的選擇，實驗步驟的順序確定、實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析都要以“定量”為準繩，提高學生對實驗的理解和運用能力。定量實驗復習過程中，學生往往會輕視實驗數(shù)據(jù)的處理和分析，特別是其中的實驗誤差分析非常關(guān)鍵，需要引起重視。在本課中，實驗結(jié)束后，學生再次分析實驗過程，對可能造成誤差的原理、儀器裝置、操作進行一一反思。這樣，既起到了對實驗的評價和優(yōu)化作用，又促進了學生充分掌握實驗關(guān)鍵和操作要領(lǐng)，提升學生的實驗素養(yǎng)。

3.提升人文素養(yǎng)，從教學走向教育

化學作為一門學科，課堂上除了傳承科學文化外，還要選擇挖掘優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化蘊含的思想觀念和人文精神。本節(jié)課一開始，以學?！疤煲缓敝恤~兒的游樂生活，聯(lián)想到《莊子·秋水》中知魚之樂的故事。通過莊子惠子的魚樂之辯，引發(fā)學生思考：人們認識世界從最初的先驗方法到現(xiàn)在的科學定量測定方法。在本課的“我思我學”環(huán)節(jié)中，筆者利用藍藻爆發(fā)前后無錫黿頭渚風景圖進行對比，來說明太湖水域通過定量化監(jiān)測和科學的治理，已有巨大改觀。圖片中太湖石上雕刻的“包孕吳越”四個大字，意思是太湖孕育了吳越文化，我們作為后代，更有責任保護自然。再運用習近平總書記在黨的十九大的報告中所言，“綠水青山就是金山銀山，”進一步激發(fā)學生關(guān)注社會、關(guān)注自然、共同創(chuàng)造人類美好未來的情懷。

參考文獻

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