中學(xué)化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)研究

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué) 定量實(shí)驗(yàn) 教學(xué)類型

【中圖分類號(hào)】G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2013）12B-0032-02

定量實(shí)驗(yàn)是利用專門儀器和化學(xué)反應(yīng)計(jì)量關(guān)系來確定某些因素的數(shù)值等進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。定量實(shí)驗(yàn)在學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)方面扮演著極為重要的角色。首先，它能幫助學(xué)生樹立“量”的意識(shí)。定量實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞煮w現(xiàn)化學(xué)學(xué)科正逐步向定量化過渡的特征，能有效地引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法從定量的角度分析并解決化學(xué)中的有關(guān)問題。其次，它有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。定量實(shí)驗(yàn)既能幫助學(xué)生形成化學(xué)概念，又能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、化學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用能力等，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。此外，它還具備良好的考察功能。在歷年高考化學(xué)中多次出現(xiàn)，使高考更具有擇優(yōu)和選拔的功能，更能體現(xiàn)高考立足基礎(chǔ)、彰顯能力的宗旨。

高中化學(xué)新教材中涉及的定量實(shí)驗(yàn)有配制100 mL1.00 mol/L NaCl溶液、用中和滴定法測定NaOH溶液的濃度、中和反應(yīng)中和熱的測定等。與定性實(shí)驗(yàn)相比，定量實(shí)驗(yàn)數(shù)量偏少，且在實(shí)際教學(xué)中，學(xué)校和教師對(duì)定量實(shí)驗(yàn)的重視也不夠。這樣，學(xué)生很難形成“量”的概念，也不易形成“量變到質(zhì)變”“微觀到宏觀”等科學(xué)的方法論與價(jià)值觀，更不可能真正地提高科學(xué)素養(yǎng)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，想要利用有限的定量實(shí)驗(yàn)，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮其應(yīng)有的實(shí)際功能，達(dá)到理想的教學(xué)效果，構(gòu)建定量實(shí)驗(yàn)的分類系統(tǒng)就顯得尤為重要。

為了更好地指導(dǎo)教師順利開展定量實(shí)驗(yàn)的教學(xué)活動(dòng)，將其教學(xué)功能落到實(shí)處，本文構(gòu)建了定量實(shí)驗(yàn)的分類系統(tǒng)，并歸納出了每一類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和基本教學(xué)流程。

一、定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

（一）科學(xué)性

科學(xué)性指化學(xué)實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理、操作順序、操作方法等必須與化學(xué)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法論和實(shí)驗(yàn)教學(xué)論相一致，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本原則。定量實(shí)驗(yàn)只有在遵循科學(xué)性的前提下，結(jié)合化學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技巧，設(shè)計(jì)出正確的實(shí)驗(yàn)方案，才有可能獲得精確的數(shù)據(jù)，真正發(fā)揮定量實(shí)驗(yàn)的功能。例如在“酸堿中和滴定”實(shí)驗(yàn)中，如果學(xué)生不清楚實(shí)驗(yàn)原理，盲目套用公式，將一元酸換成二元酸或?qū)⒁辉獕A換成二元堿，那么實(shí)驗(yàn)得到的酸或堿的物質(zhì)的量濃度的結(jié)果就不一定精確。

（二）嚴(yán)謹(jǐn)性

嚴(yán)謹(jǐn)性指定量實(shí)驗(yàn)的語言表達(dá)以及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的操作步驟和數(shù)據(jù)的記錄、處理等都要嚴(yán)密周到、細(xì)致完善。進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)步驟、科學(xué)的操作方法、一絲不茍的精神，并多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以減小實(shí)驗(yàn)誤差，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪铝?xí)慣。“中和滴定”是中學(xué)化學(xué)長期進(jìn)行的一項(xiàng)定量實(shí)驗(yàn)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)用的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液是不進(jìn)行定量標(biāo)定的，實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生準(zhǔn)備的大約為0.2mol/L的鹽酸“標(biāo)準(zhǔn)溶液”，因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)測得的NaOH的物質(zhì)的量濃度也是不準(zhǔn)確的，這需注意。

（三）整體性

整體性指從定量實(shí)驗(yàn)的最基本要求出發(fā)，系統(tǒng)地整合各種實(shí)驗(yàn)原理、操作、技能，綜合考慮一切可能影響因素，使實(shí)驗(yàn)達(dá)到最佳效果。例如，“硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定”，這個(gè)實(shí)驗(yàn)包括尋找合適反應(yīng)、確立計(jì)量關(guān)系、設(shè)計(jì)基本步驟、確定配套儀器、就測定結(jié)果是否準(zhǔn)確進(jìn)行討論、修改實(shí)驗(yàn)步驟、完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、最終完成實(shí)驗(yàn)、對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理分析等。每一步之間都是環(huán)環(huán)相扣的，順利完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)須從整體著眼，全面考慮，突出整體布局的思想。

二、定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)類型

筆者認(rèn)為定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)側(cè)重于通過設(shè)計(jì)簡單定量實(shí)驗(yàn)方案，給學(xué)生搭建運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和技能進(jìn)行分析、綜合、歸納、比較等科學(xué)思維方法的平臺(tái)，幫助學(xué)生在整合實(shí)驗(yàn)原理、操作原理和儀器原理的相互關(guān)系中，形成設(shè)計(jì)簡單定量實(shí)驗(yàn)方案的一般思維。

中學(xué)化學(xué)定量實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為定量驗(yàn)證、定量分析，其中定量分析又可分為性質(zhì)的測定、最佳量的確定、物質(zhì)含量的測定，在不同的實(shí)驗(yàn)中思維上有所不同，設(shè)計(jì)上也有所差異。

（一）定量驗(yàn)證

定量驗(yàn)證就是通過實(shí)驗(yàn)對(duì)已知的物理量進(jìn)行檢驗(yàn)以證實(shí)其真實(shí)性。如阿伏伽德羅常數(shù)的測定、一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制等。此類實(shí)驗(yàn)需要測定的目的量明確，實(shí)驗(yàn)原理是驗(yàn)證已有的概念或相關(guān)的定義式，實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是如何通過化學(xué)反應(yīng)原理或關(guān)系式來確定目的量與可測定的量的關(guān)系。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從目的量出發(fā)，根據(jù)定義式或相關(guān)概念（如C=n/V等），明確實(shí)驗(yàn)要測定的量，如果目的量不能直接通過實(shí)驗(yàn)測定，則要根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理和反應(yīng)中的各種物理量將目的量轉(zhuǎn)化為可測定的量。

第二步：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，使用正確的實(shí)驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)出基本的實(shí)驗(yàn)步驟并選擇相應(yīng)的配套儀器。

第三步：按照以上的實(shí)驗(yàn)步驟展開具體的實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

第四步：對(duì)原始的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算出目的量和實(shí)驗(yàn)誤差，并分析誤差產(chǎn)生的原因。

（二）定量分析

1.性質(zhì)的測定

性質(zhì)測定就是利用實(shí)驗(yàn)對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行具體的量的測量。如硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定、酸堿中和滴定等。這類實(shí)驗(yàn)需要先根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)或相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)確定計(jì)量關(guān)系，然后圍繞目的量和實(shí)測量之間的關(guān)系或根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，選擇實(shí)驗(yàn)方法，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。這類實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)中占了很大篇幅，是我們接觸的定量實(shí)驗(yàn)的代表。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從已有的定性實(shí)驗(yàn)引入（如含有結(jié)晶水、相互的反應(yīng)關(guān)系等），通過分析，找到要測定的量，實(shí)現(xiàn)從定性到定量的轉(zhuǎn)化。利用相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，建立起待測目標(biāo)量與實(shí)驗(yàn)實(shí)測量的計(jì)量關(guān)系，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的討論。

第二步：在實(shí)驗(yàn)原理的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出基本的反應(yīng)步驟，選擇相應(yīng)的配套儀器。

第三步：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

第四步：利用測定結(jié)果計(jì)算出測定誤差并分析導(dǎo)致誤差的原因。

2.最佳量的確定

最佳量的測定就是通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定某一反應(yīng)達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果時(shí)各反應(yīng)物的濃度、溫度、壓強(qiáng)等實(shí)驗(yàn)條件。如二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)的最佳的反應(yīng)量、實(shí)驗(yàn)室制取氫氣時(shí)硫酸最佳濃度等。這類實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理是根據(jù)已有的反應(yīng)關(guān)系，列出對(duì)實(shí)驗(yàn)的效果可能會(huì)產(chǎn)生影響的因素，一般要用正交實(shí)驗(yàn)方法對(duì)實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，然后得出最佳量的關(guān)系，確定最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從已有的反應(yīng)關(guān)系引入，通過分析，找出影響實(shí)驗(yàn)效果的因素，確定每一影響因素的不同水平，實(shí)現(xiàn)從定性到定量的轉(zhuǎn)化。

第二步：利用正交小助手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出基本的實(shí)驗(yàn)步驟，選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器。

第三步：依據(jù)正交表中的實(shí)驗(yàn)順序，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件，依次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定，對(duì)每一次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

第四步：通過比較不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇獲得最佳實(shí)驗(yàn)效果時(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，即為實(shí)驗(yàn)的最佳量。

第五步：教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。

3.物質(zhì)含量的測定

對(duì)混合物中某一組分的量的測定叫物質(zhì)含量的測定。如啤酒中二氧化碳含量的測定、雞蛋殼中碳酸鈣含量的測定等。這類實(shí)驗(yàn)一般是測定日常生活中常見的某種物質(zhì)的含量，其實(shí)驗(yàn)原理是選擇一定的物質(zhì)與要測量的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)（一般要生成沉淀或氣體），然后測定反應(yīng)物之間或反應(yīng)物與生成物的量，用它們的量的關(guān)系進(jìn)行換算，從而測出所含物質(zhì)的量。

其基本教學(xué)流程如下：

第一、二、三步參照“性質(zhì)的測定”。

第四步：根據(jù)已有的反應(yīng)計(jì)量關(guān)系，通過計(jì)算將測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)化成目標(biāo)量，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

從上面的分析來看，定量實(shí)驗(yàn)基本都是先確定目的量，然后根據(jù)計(jì)算公式、化學(xué)式或化學(xué)反應(yīng)方程式等確定可測的量，設(shè)計(jì)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（為了減少實(shí)驗(yàn)的誤差，提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，一般要重復(fù)實(shí)驗(yàn)2-3次），最后分析實(shí)驗(yàn)誤差或優(yōu)選出最佳的實(shí)驗(yàn)方案。

（責(zé)編 盧建龍）