“氯化鈉溶液的配制”實驗活動設計

胡巢生

摘要： 基于義務教育化學課程標準（2011年版）和《普通高中化學課程標準（2017年版）》“物質的量及其相關物理量”教與學的要求，梳理、分析初中化學3個版本教科書中“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”實驗設計的特點，從關注“有效濃度”、實驗體系，重視實驗數據的科學性，注重科學態度的發展和重視實驗結果的評價等方面，強調實驗活動設計的高級思維過程，發展學生的化學學科核心素養。

關鍵詞： 初中化學; 學生實驗活動; 氯化鈉溶液配制; 實驗活動設計

文章編號： 1005-6629（2020）11-0065-04

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 問題的提出

化學實驗是中學化學課程的重要組成部分，以實驗為基礎是中學化學教學的基本特征。《義務教育化學課程標準（2011年版）》[1]和《普通高中化學課程標準（2017年版）》[2]都規定了學生必做實驗，以確保學生有基本的動手實驗活動機會。

“一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的配制”是初中化學規定的8個學生基礎實驗之一，用到固體溶解、液體混勻、液體轉移、攪拌等基本操作，配料計算和配制，既要求溶質的質量確定（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），是唯一一個使用多種定量儀器的實驗[3]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》中關于“物質的量及其相關物理量”教與學的要求中也包括了“初步學會溶液配制的實驗基礎知識與基本技能。學生必做實驗： 配制一定物質的量濃度的溶液”（如表1所示）[4]。

可見，該實驗對弘揚化學學科的價值，發展對化學實驗探究活動的好奇心和興趣，養成注重實證、嚴謹求學的科學態度，增強合作探究意識，養成獨立思考、敢于質疑和勇于創新的精神具有重要的作用。

內容要求初步學會溶液配制的實驗基礎知識與基本技能。學生必做實驗： 配制一定物質的量濃度的溶液。

教學提示① 整體規劃實驗及探究教學，發揮典型實驗探究活動的作用。② 選取真實、有意義、引發學生興趣的探究問題。③ 改變學生簡單動手做實驗的現狀，強調高級思維過程。

學業要求能依據實驗目的設計解決簡單問題的實驗方案;能運用實驗基本操作實施實驗方案，對實驗過程與結果進行總結和反思。

2? 3個版本教科書內容的特點分析

初中化學3個版本教科書[5～7]在正文中均以不同的形式呈現。人教版教科書為加深理解溶質的質量分數概念，[實驗活動]欄目設計的“一定質量分數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，人教版的實驗內容更為豐富，消耗試劑的量也大幅下降;[課外實驗]欄目集趣味性、探究性、生活化于

一體。如此設計，均著重解決兩個“準確”問題： 準確計算并稱量所需固體的質量;準確控制溶劑水的最終體積。滬教版教科書不僅關注濃硫酸稀釋的實驗步驟，[活動與探究]欄目配制蔗糖溶液，而且將“配制一定溶質質量分數的氯化鈉溶液”和“粗鹽中難溶性雜質的去除”兩個學生必做實驗放在同一章，彼此銜接緊密、互為補充，以達到既訓練學生配制氯化鈉溶液的基本方法，又訓練學生溶解、過濾和蒸發等實驗技能之目的。相比之下，魯教版教科書只是簡單重復，一定程度上缺乏新意，不利于學生高階思維的形成（如表2所示）。

第6章： 基礎實驗5配制50g 15%的氯化鈉溶液第九單元： 實驗活動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： 到實驗室去

與同學合作配制80g 10%的氯化鈉溶液;倡導使用電子秤

關注玻璃棒的作用;加快溶解速率的措施;配制一定溶質質量分數的稀硫酸溶液的實驗步驟關注托盤天平的使用;量筒的讀數以及配制一定溶質質量分數的溶液在實際應用中的作用關注是否順利完成實驗，與同學分享經驗或教訓

活動與探究： 常溫下配制兩種不同質量分數的蔗糖溶液實驗9-8： 配制兩種不同質量分數的氯化鈉溶液;課外實驗： 自制汽水活動天地3-5： 配制50g 6%的氯化鈉溶液的方法

雖然本實驗學生已經在課堂上做過或觀察過教師演示，實驗過程一般也不存在嚴重的安全隱患，但教師仍需要強調實驗室規則以及有關的注意事項。實驗中發現，無法從學生配制的溶液去判斷其測量精度。因此，應關注學生測量操作是否規范： 使用托盤天平稱量NaCl固體質量和量筒量取一定體積液體，以確保測量精度。

3? 設計高階思維過程，向核心素養進階

不同版本教科書設計的學生必做實驗都不盡相同，仍有較大的改進空間，有必要進行系統研究。筆者以“如何用固體氯化鈉配制50g 6%的氯化鈉溶液”為探究主題設計學生實驗，構建有序、高階思維的過程，引導學生依據實驗目的計算所需NaCl質量、選擇實驗儀器、規范實驗操作，依據實際操作評價實驗結果。不僅要讓學生了解這些實驗行為方式的特征和內涵，更要通過實際的訓練，讓學生掌握這些特殊活動的程序、步驟和操作技巧，為學生利用實驗基本操作解決實驗問題奠定基礎。在探究活動過程中，從以下5個方面強調高階思維進階過程，以培養和促進學生的“科學探究與創新意識”“證據推理與模型認知”“科學態度與社會責任”等化學學科核心素養。

3.1? 關注“有效濃度”

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

筆者著眼于“有效濃度”對生命活動的重要性，體現化學與生活息息相關。以“農藥濃度對蟲害的抑制作用”為例，在施用農藥前，就應準確知道一定量藥液里所含有農藥的量。如果藥液濃度過高，會傷害農作物;如果農藥過稀，又不能有效殺蟲滅菌。以“化肥溶液濃度在使用對象不同時的合理范圍”為例，為適應不同作物生長的需要，無土栽培營養液的組成有所不同。以“醫療用生理鹽水”（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，說明如果太稀就起不到向體內補充鹽分的作用，如果太濃則會帶來生命危險。藉此以深化溶質質量分數概念的認識，豐富學生的認知結構，為溶液配制作好鋪墊。

3.2? 關注實驗體系

宋心琦教授指出，化學實驗體系應包括作為實驗對象的物質體系（化學體系），適當的儀器裝置和必要的安全措施，合理的實驗步驟和規范的操作技術[9]。3個版本教科書實驗體系的選擇都配備了實驗操作流程圖。利用探究主題，結合溶質質量分數的數學表達式，認識實驗的關鍵在于“精確控制溶質質量和溶劑體積”，并依據實驗精度要求選擇實驗儀器，在熟練掌握量筒和托盤天平使用方法的基礎上，明確溶液配制的實驗流程（見圖1）。并在此基礎上總結出實驗體系所需的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? 重視實驗數據的科學性

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

化學數據是化學實驗事實、物質理化性質和結構特征的數字化表述，是化學家科學探索、定量研究的實驗（勞動）成果和智慧結晶。教師應培養學生尊重化學數據的客觀性，引導學生科學地、恰當地運用化學數據，通過反復交代、強化，培養學生化學數據運用的科學性[11]。

托盤天平是一種精確度不高的常用衡器，化學實驗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雜且程序性較強： 先要將托盤天平放平，然后將游碼歸零，調節天平的平衡螺母使之平衡;稱量時左物右碼;測量完畢，物體和砝碼取下，游碼歸零，墊上墊圈;每一步都有嚴格的操作要求，有利于培養學生的實驗操作能力。

量筒是測量液體體積的儀器，規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。可見，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誤差也越大。所以，實驗中應根據所取液體的體積，盡量選用能一次量取的最小規格的量筒。

以量取25mL液體為例，使用滴定管移取，實際體積是（25.00±0.01）mL;使用量筒量取，實際體積則是（25.0±0.5）mL，兩種儀器的測量精度相差50倍。因此，科學地保留實驗數據的位數是一件很重要的事，不能隨便增加或減少。

3.4? 注重科學態度的發展

靳瑩指出，以觀念為本的實驗教學就是尊重實驗、理解實驗、善用實驗、創新實驗，以科學思維為線索，超越器物革新的物化水平，真正實現物我互化的教學境界[12]。初中階段一定溶質質量分數溶液的配制只是粗略配制，對儀器的精度要求不是很高，田長明認為，有些量筒是正誤差，有些量筒是負誤差，量筒讀數時，仰視和俯視，讀數偏大還是偏小是可以討論的。對于粗配一定溶質質量分數的溶液，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際的意義[13]。

對此，筆者并不認同。首先，實驗是培養化學實驗技能的唯一途徑，化學實驗技能涵蓋化學實驗心智（智力）技能和化學實驗操作（動作）技能2個方面，能夠為學生由感性認識上升為理性認識提供鋪墊和支架。實驗器材的選擇既要滿足實驗的要求，又要考慮實驗本身的目的，因此，該實驗設計不僅要求學生掌握實驗的流程，培養學生動手操作的能力，更重要的是培養思維的條理性，形成嚴肅認真的科學態度與習慣。其次，雖然初中階段該實驗設計內容較為簡單，但是同樣可以充分發揮定量實驗的功能，促進學生得到相應的發展。在該實驗過程中，學生手腦并用，實驗、觀察和思維三者始終聯系在一起，彼此相互影響、相互制約，既符合學生由感性到理性的認識規律，又有利于學生溶質的質量分數概念的形成，使學生的觀察能力、思維能力和探究能力得到充分發揮。

3.5? 重視實驗結果的評價

實驗結束后，針對學生的實驗過程，引導學生從以下幾個方面進行反思： （1）有沒有錯誤操作，這些操作對所配溶液濃度有何影響？（2）實驗操作過程中有沒有出現問題？如果有，是怎么解決的？（3）如何對實驗步驟進行優化……;等等。

通過對實驗結果的評價，實現對實驗步驟進行優化，培養學生思維的條理性及嚴肅認真的科學態度（如表3所示）。

4? 結語

定量實驗具有獨特性，它不僅能夠深入探究研究對象所具有的某些性質，而且能夠研究它們的數量關系，是人類對自然事物認識不斷深化的標志。實踐證明，精心設計的教學內容有利于提高創新素養。在真實、特定的領域開展基于問題解決的教學，讓學生了解問題解決過程，包括問題發現、問題形成、想法產生和想法評估，能夠明顯提升學生的創新素養。因此，教師需要明確具體實驗承載的實驗問題解決思路，不僅要結合化學課程標準、不同版本教科書和具體實驗本體進行系統分析，而且要站在實驗問題的起點，探索實驗問題的解決空間，刻畫問題解決的思維路徑，確立實驗問題解決的思維模型，對發展學生的化學學科核心素養有重要的作用[14]。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012： 12.

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

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

[10]周昌林. 例談化學數據運用的科學性[J]. 化學教育（中英文）， 2017， 35（15）： 79～81.

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

[12]田長明. 談初中教師在“溶液濃度的表示”教學中易忽視的幾個問題[J]. 化學教學， 2015， （4）： 40～42.

[13]胡久華， 李琦等. 促進問題解決思路建構的學生必做實驗課教學[J]. 基礎教育課程. 2019， （7）： 63～68.