“一定物質的量濃度溶液的配制”教材編寫比較及教學建議

陳榮聰 陳雪霞 葉燕珠

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

2020 年全國Ⅰ卷第27 題（1）是一道有關“一定物質的量濃度溶液的配制”的試題，部分中學化學教師對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字是否匹配？試題的要求是否超出現行課程標準和教材的教學要求？由此可見，正確理解和把握“一定物質的量濃度溶液的配制”的學習要求顯得尤為重要。依據化學課程標準的教學要求，筆者對比分析了現行三套教材及其教師用書中教材編寫者對該實驗的編寫意圖及內容呈現，有助于一線教師更好把握該實驗的教學目標。

一、試題呈現及教學困惑

2020 年全國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，寫出名稱）。（參考答案：燒杯、量筒、托盤天平）

圖1 供選擇的儀器

“一定物質的量濃度溶液的配制”實驗是作為高中核心必修課程的學生必做實驗。中學教學中一般都介紹講解了實驗的步驟：“計算、稱量（量取）、溶解、轉移、洗滌、定容、搖勻”。受限于中學學校的條件限制，使用的儀器分別為托盤天平（或量筒）、燒杯、玻璃棒、容量瓶、膠頭滴管等。一線教師對試題的困惑主要有：

一是關于儀器的選用。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，達不到試題的實驗要求。

二是有效數字。用量筒控制溶液的體積，濃度有效數字難以達到0.01。

三是配制的溶液是否合適。Fe2+具有強還原性，硫酸亞鐵溶液不適合較長時間露置于空氣中進行配制。

二、課程標準的教學要求

新的課程標準對“一定物質的量濃度溶液的配制”的教學要求如下：

一是內容和學業要求。了解物理量的含義和應用，體會定量研究對化學科學的重要作用，同時規定為學生必做實驗，要求初步學會實驗的基礎知識和基本技能。

二是學業質量水平。在學業質量要求的水平1-3提出，“能根據化學問題解決的需要，選擇常見的實驗儀器、裝置和試劑，完成簡單的物質性質、物質制備、物質檢驗等實驗”。

三是素養水平。在素養水平4-1，要求“能根據教材中給出的問題設計簡單的實驗方案，完成實驗操作”。

三、三套教材及教師用書編寫意圖與內容呈現的異同點

不同版本的教材中，同一知識點的編寫，由于編者的學科理解有所不同，呈現形式可能有所不同。教材的內容呈現直接或間接反映出編者的編寫意圖，深入解讀教材，是研究教材編寫意圖的前提。通過教材的內容呈現分析，揣測編者的編寫意圖，對精準高效的教學有重要的意義。

分析三套教材及教師用書，內容的呈現主要有學生實驗、課后習題、問題探討或欄目使用建議等欄目。不同版本的內容呈現歸納如表1、表2、表3。

表1 蘇教版“一定物質的量濃度溶液的配制”呈現內容

表2 魯科版“一定物質的量濃度溶液的配制”呈現內容

從三個版本實驗內容的呈現，可以分析比較不同編寫者在實驗儀器選擇和操作要求上的異同：

（一）儀器選擇與實驗精度

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

表3 人教版“一定物質的量濃度溶液的配制”呈現內容

2.量筒。使用固體試劑配制溶液，蘇教版沒有具體呈現量筒的使用。事實上，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，應注意儀器精度與有效數字的匹配。因此，量筒主要用于粗配時控制溶液的總體積。

3.天平。蘇教版和人教版都引導教學時應適當讓學生了解儀器的精度和實驗有效數字的匹配性，并且強調了受限于學校的條件，托盤天平為代替練習儀器。魯科版指明了托盤天平的使用，沒有具體指明實驗精度、有效數字與儀器匹配使用等問題。但在“方法導引”欄目進行了補充說明“為了提高稱量的準確性，建議在本實驗中使用電子天平”。由此可見，編者充分考慮了中學教學的實際。

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）。在后續的學習中，為了滿足精度要求，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有編排“量取液體試劑配制溶液”的實驗，因此都沒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，是基于實驗的實際出發。

6.玻璃棒。不論在溶解或轉移階段，三套教材均有選用玻璃棒。其實，在轉移時亦可用漏斗代替玻璃棒。［2-3］對此，三套教材均沒有提及。

綜上所述，三套教材均有關注到儀器的精度。蘇教版和人教版更加注重儀器選用與有效數字的匹配性，這也充分體現了物質的量濃度溶液的配制在科學研究定量分析方面的重要作用。相對而言，蘇教版更為重視溶液配制的真實應用，重視中學教學與高校教學或實踐研究的銜接。

（二）實驗操作步驟

三套教材均重點關注學生對實驗方法和操作技能的學習和掌握。魯科版實驗的開放度較大，給教學提供了發揮的空間，［4］人教版和蘇教版都簡單明了，但有兩個步驟存在較大差異。其一，蘇教版沒有“裝瓶、貼標簽”步驟。容量瓶用于配制而不用于盛放溶液，定容后需轉移至試劑瓶中，并標明必要的信息，如試劑名稱、濃度、日期等。當然，所配制溶液若為立即使用，該操作也是沒有必要的，特別對于中學實驗，更多的是現配現用實驗。其二，蘇教版和人教版都指明了轉移洗滌液后需要“輕輕振蕩（搖動）容量瓶，使溶液混合均勻”，足見教材對關鍵操作的重視。方卉慧等經實驗證實，未經搖勻，定容后靜置，液面仍會下降。［5］由此可見，完整地呈現操作步驟，對于學生構建知識體系是有幫助的。

（三）溶質的選擇

蘇教版在教師用書中強調了基準物質與一般物質配制溶液的區別，特別在課后習題欄目，以“硫酸的稀釋”和“NaOH 溶液的配制與標定”這兩道題目進行了強化練習。其他兩個版本雖然都沒有提及基準物質問題，但在選擇物質時仍然十分關注物質與有效數字的匹配性的。

四、對試題的分析

從三套教材對“一定物質的量濃度溶液的配制”的編寫意圖和內容呈現來看，2020 年全國Ⅰ卷第27題中有關FeSO4·7H2O 固體配制溶液的命題和參考答案與蘇教版的編寫思路較為吻合。

從FeSO4的性質看，FeSO4不屬于基準物質，溶液的配制屬于粗配，且必須是現配現用，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字看，①實驗為驗證不同化合價鐵的氧化還原能力，對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足實驗要求。②后續實驗，需要計算電池反應一段時間后“石墨電極溶液中c（Fe2+）=_____”。涉及定量分析，但有效數字只有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。該試題旨在考查學生基于真實情境的知識遷移應用能力，有助于引導教師加強基于學科整體理解的化學教學，切實落實提升學科能力與學科素養的教學，對中學教學有較強的導向作用。

五、研究啟示與教學建議

教材的編寫是基于課程標準進行的，不同的版本對同一知識素材的選擇和呈現形式可能有一定的差別，深入研讀課程標準，并進一步研究教材編寫者的編寫意圖，是用好教材的第一步。基于以上的研究和分析，提出如下的教學建議：

（一）基于完整知識體系構建實驗方法模型

“一定物質的量濃度溶液的配制”實驗作為高中階段典型的定量實驗，讓學生掌握溶液配制的一般方法和實驗技能，是教學的關鍵。在實驗過程中，幫助學生厘清完整的實驗思路和步驟，有助于構建系統的實驗方法模型，養成縝密的學科思維習慣，促使實驗素養的落地。建議重視包括潤洗、驗漏、轉移洗滌液后的“振蕩（搖動）”和“裝瓶、貼標簽”在內的實際操作。當然，在沒有影響實驗結果的前提下，不過于強調非必需儀器的選用和使用細節，轉而準確把握實驗教學的關鍵。

（二）基于發展視角培養學生的學科素養

教學應為學生的終身發展奠定基礎。在教學中，做好中學教學和大學教學的銜接，適時適當地拓寬學生的視野，讓學生學會用發展的眼光看待學習與生活，培養、提升學生的學科理解能力和學科素養。在科學研究中，儀器精度與有效數字的匹配性對實驗結果準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，從物質的性質角度出發，要適時引入基準物質和一般物質配制溶液對實驗結果的影響。對于一些固化的教學思維應有意識地予以克服和回避，對于學有余力的學生，可以適當進行知識面的拓展。例如，熱效應不明顯物質的溶解（如硫酸銅等）可直接在容量瓶中進行，轉移溶液可用普通漏斗替代玻璃棒等。

（三）基于能力進階設計層次性作業

作業的質量直接影響著教學的質量。課程標準是作業設計的依據，規范性、針對性、有效性和實效性，是作業設計的基本原則。不同的學段，同一內容的作業應有不同層次的要求。層次性的作業設計，符合學生的認知發展規律。對于“一定物質的量濃度溶液的配制”，必修1 主要是讓學生掌握溶液配制的一般方法和實驗技能，作業設計應著重體現對儀器選擇、實驗操作及基本計算的能力要求。而高三階段，學生掌握了必備的知識，具有一定的綜合分析與應用能力，可適當增加一些能力型題目。例如，可以增加有效數字與儀器選擇的匹配性、物質性質對準確配制溶液的影響（如用濃硫酸、濃鹽酸、NaOH 固體等配制溶液時儀器的選擇）、物質的性質與誤差分析（如FeSO4、NaOH 變質對結果的影響［3］）等相關內容的練習題。能力型題目的訓練有助于學生構建和完善知識體系，進一步提升綜合應用能力，發展學科核心素養。