汪阿戀 吳新建 張賢金 葉燕珠

摘要： 參照《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對學(xué)生必做實驗的要求，以“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”為例，比較、分析國內(nèi)三版高中化學(xué)新教材中必做實驗的實驗體系的異同，梳理實驗所承載的教育功能和教學(xué)價值，由此提出若干教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞： 必做實驗; 物質(zhì)的量濃度; 溶液配制; 實驗體系; 教育價值

文章編號： 1005-6629（2021）10-0060-05

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

學(xué)生實驗作為一種實踐體驗性的教學(xué)活動，是深化學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科知識、培養(yǎng)學(xué)生實驗探究能力的重要途徑和方式。但在目前的教學(xué)實踐中，由于課時緊張、實驗室硬件設(shè)施不足、實驗教學(xué)評價導(dǎo)向不明等各種原因，學(xué)生分組實驗做得少或者不做，或者僅按教材安排做一些簡單的動手實驗，缺乏實驗教學(xué)過程的精心設(shè)計。為了改變這種現(xiàn)狀，真正落實“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）中明確規(guī)定了學(xué)生必做實驗，確保學(xué)生必須進(jìn)行的基本實驗活動，為培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)達(dá)到的實驗素養(yǎng)水平提供了保障。教師作為開展和實施學(xué)生實驗的主導(dǎo)者，需系統(tǒng)地深刻地認(rèn)識每個必做實驗的體系特點與所承載的教育價值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗的教學(xué)設(shè)計和實施，才能真正發(fā)揮實驗的育人功能。本文將以“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗為例進(jìn)行對比分析。

1? 新課標(biāo)中必做實驗的要求

新課標(biāo)對《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗版）》中“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”及“活動與探究建議”的實驗進(jìn)行了精選和細(xì)化，在課程內(nèi)容各主題下的內(nèi)容要求中設(shè)置了“學(xué)生必做實驗”（必修課程及選擇性必修課程分別9個，總計18個必做實驗）[1]。這些實驗分布在不同的內(nèi)容板塊、選修及必修課程模塊，內(nèi)容結(jié)構(gòu)具有合理性及完整性，基本覆蓋了高中階段的核心知識點，涵蓋了基礎(chǔ)操作、物質(zhì)性質(zhì)及其轉(zhuǎn)化、物質(zhì)制備等不同類型的實驗，從不同方面承載了高中階段化學(xué)學(xué)習(xí)的功能，注重學(xué)生實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)的全面性。新課標(biāo)強化了對學(xué)生實驗的要求，除了明確規(guī)定學(xué)生必做實驗，在“學(xué)業(yè)要求”中也明確提出對于化學(xué)實驗學(xué)生需要達(dá)到的水平，同時在實施建議中指出，學(xué)校和教師必須努力創(chuàng)造條件，認(rèn)真組織學(xué)生完成課標(biāo)中要求的必做實驗，從機制上保障必做實驗教學(xué)的順利開展。

2? 理解化學(xué)實驗體系和教育價值的必要性

對于新課標(biāo)精心設(shè)置的必做實驗，如何發(fā)揮其效能從而真正提高學(xué)生的科學(xué)探究水平和創(chuàng)新意識，作為組織者的教師其實驗教學(xué)能力起著至關(guān)重要的作用。教師對化學(xué)實驗及其教育價值，包括化學(xué)實驗的知識體系、原理、方法、功能及其教育價值的理解和選擇，是其實驗教學(xué)能力構(gòu)成的重要維度[2]。化學(xué)實驗教學(xué)功能的發(fā)揮在很大程度上取決于教師對實驗教學(xué)內(nèi)容和教育價值的理解，以及對學(xué)生應(yīng)達(dá)成的學(xué)習(xí)結(jié)果和發(fā)展目標(biāo)的認(rèn)識和期待[3]。宋心琦教授提出的化學(xué)實驗體系[4]揭示了化學(xué)實驗的原理、裝置、操作等要素及其相互關(guān)系，基于化學(xué)實驗體系三要素開展的實驗教學(xué)活動，也是實驗教學(xué)多重價值的實現(xiàn)及其功能全面發(fā)揮的關(guān)鍵。

“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”是高中必修課程中重要的定量實驗，但是在對學(xué)生的考察評價中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該實驗的理解不深，從2020年高考全國卷第27題第1小題學(xué)生的作答中可看出。題目要求由FeSO4·7H2O固體配制0.10mol·L-1 FeSO4溶液，選擇需要的儀器有藥匙、玻璃棒、（從下列圖中選擇，寫出名稱）。

該題目的核心測量目標(biāo)是讓學(xué)生根據(jù)所提供的情境來正確選擇溶液配制所需的儀器。題中所要求配制的0.10mol·L-1 FeSO4溶液是作為電解液，對溶液濃度的精度要求不高，故無需使用精確度達(dá)0.01mL的容量瓶，粗略配制即可。但很多學(xué)生在答案中都錯誤地填上容量瓶，盡管題中的圖片并沒有提供容量瓶。這是因為教材中“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗所使用的定量容器是容量瓶，況且在平時教學(xué)中教師更重視核心知識的傳授和實驗技能的訓(xùn)練，對該實驗的價值和功能的認(rèn)識并不很透徹，忽略了學(xué)生基于實驗體系的整體理解來解決實際問題能力的發(fā)展，造成學(xué)生形成對該實驗整體認(rèn)識的定勢思維，遷移應(yīng)用能力不足。如何基于課程標(biāo)準(zhǔn)梳理實驗的教育功能和價值，基于價值理解和實驗體系來開展實驗教學(xué)？本文將以此實驗為例展開探討。

3? 三版高中化學(xué)新教材中“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗體系的分析

從新出版的高中化學(xué)教材中發(fā)現(xiàn)，不同版本的教材對該實驗的實驗體系選擇、教育功能設(shè)計及呈現(xiàn)的實驗?zāi)康?，各有不同的?cè)重。因此，教師有必要對不同版本教材中的實驗體系進(jìn)行比較，準(zhǔn)確理解實驗的教育價值和教材編寫意圖，在教學(xué)中優(yōu)選實驗體系，從而更好地發(fā)揮實驗教學(xué)的功能。有關(guān)人教版[5]、蘇教版[6]和魯科版[7]新版教材中“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”的實驗體系比較如表1所示。

3.1? 物質(zhì)體系的比較分析

三版教材中，人教版和魯科版所采用的溶質(zhì)都是NaCl，蘇教版使用的是Na2CO3，使用的溶劑都是最常用的溶劑——蒸餾水。教材所使用的溶質(zhì)都是物質(zhì)組成與化學(xué)式相符、性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)，是定量分析中常用的基準(zhǔn)物質(zhì)，且都是學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過的物質(zhì)，對溶質(zhì)的性質(zhì)有一定的了解。美國一些主流高中化學(xué)教材配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的實驗，大多選用的是有顏色且摩爾質(zhì)量較大的固體物質(zhì)，如CuSO4·5H2O、 KMnO4、 K2CrO4等，便于初學(xué)者觀察整個配制過程，稱樣量大，配制溶液的準(zhǔn)確度高、誤差小[8]。我國教材中使用的NaCl、 Na2CO3，配制的溶液為無色，不易直觀認(rèn)識每一步操作的意義，但是較美國教材中使用的溶質(zhì)，NaCl、 Na2CO3的價格比較低廉，配制溶液后固體溶質(zhì)比較容易回收，這對于我國大量的學(xué)生開展必做實驗，可以節(jié)約不少經(jīng)費。另外，NaCl、 Na2CO3都是容易溶解于水的物質(zhì)，配制過程中不需要加熱來促進(jìn)溶解，配制的溶液為稀溶液，溶質(zhì)的稱樣量小，溶解速度快、沒有明顯的熱效應(yīng)，溶解的溶液無需恒定至室溫即可轉(zhuǎn)移到容量瓶中，這對于初次使用容量瓶配制溶液的學(xué)生的實驗技巧和操作熟練程度要求較低。三版教材所使用的物質(zhì)體系都是容易獲取、價格低廉、危險性低、環(huán)境友好的物質(zhì)，大量學(xué)生實驗配制的溶液若無進(jìn)一步的使用，無需特殊處理即可倒入水槽，學(xué)校是否具備處理廢液的能力都沒有太大影響，能夠以較為低廉、安全的實驗方式確保這個必做實驗的順利開展。

3.2? 儀器裝置的比較分析

溶液配制根據(jù)實際需要的不同，有粗配和精配兩種方法。粗配通常濃度只要一位或兩位有效數(shù)字，可用普通天平來稱量物質(zhì)，用量筒量取液體;而精配要求濃度具有4位有效數(shù)字，必須使用精密儀器，如分析天平、容量瓶、移液管等。人教版和蘇教版中要求配制的溶液濃度的有效數(shù)字為三位，使用電子分析天平來稱量以匹配精度要求，同時注明對于條件有限的學(xué)校，可以使用托盤天平來代替分析天平，用量筒來代替移液管;而魯科版要求配制的溶液濃度僅1位有效數(shù)字，故僅需使用托盤天平進(jìn)行稱量。

新課標(biāo)沒有明確規(guī)定需使用何種定量容器來配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，三版教材都選擇使用容量瓶作為定容容器，將認(rèn)識和學(xué)會容量瓶的使用方法作為該實驗的一個重要學(xué)習(xí)目標(biāo)。初中階段配制溶液所使用的定量儀器一般為量筒和燒杯，教學(xué)中通過對比初中學(xué)習(xí)過的定量容器，逐步建立容量瓶的儀器模型，可以發(fā)展學(xué)生的定量分析思維和“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。容量瓶有多種規(guī)格，三版教材都選擇用100mL容量瓶來定容，主要考慮配制的溶液為稀溶液，體積太小則溶質(zhì)的量少，不易稱量;體積太大，配制后的溶液沒有實際的用途，易造成浪費。在其他儀器的選擇上，教材的處理也存在一些差異。用來溶解固體溶質(zhì)的燒杯，僅蘇教版有規(guī)定其具體的容量（體積為100mL，與容量瓶的規(guī)格相匹配），其他兩版教材則沒有注明。由于容量瓶不能用于存放配制好的溶液，故魯科版教材中提供的實驗器材中包含試劑瓶和標(biāo)簽紙，用于盛放配制好的溶液，而人教版和蘇教版則沒有提供。三版教材選擇的儀器均與其實驗任務(wù)相匹配，因教學(xué)側(cè)重點的不同存在一些差異，其中共同的核心點是讓學(xué)生了解使用容量瓶來配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的一般步驟，故容量瓶的介紹和使用方法為重點。涉及溶液精確度的儀器應(yīng)按照實際情況來選定，需讓學(xué)生明白，儀器精度和配制的溶液濃度的有效數(shù)字之間的正確關(guān)聯(lián)。

3.3? 實驗步驟的比較分析

不同教材對濃度配制的任務(wù)要求及選擇的實驗儀器不同，實驗步驟在設(shè)置上也存在異同。三版教材該實驗中都包括有稱量、溶解、轉(zhuǎn)移、定容四個基本步驟。首先是固體溶質(zhì)的計算稱量，然后都要求將固體溶質(zhì)放置在燒杯中進(jìn)行溶解，而后將溶液轉(zhuǎn)移到容量瓶中定容。人教版和蘇教版中定容后都有搖勻溶液的操作，而魯科版則沒有這個操作步驟。人教版和魯科版都要求將配制好的溶液從容量瓶轉(zhuǎn)移到其他容器中，人教版在實驗步驟中作了明確規(guī)定，魯科版還通過給出試劑瓶和標(biāo)簽紙兩個器材來提示學(xué)生，而蘇教版則沒有與此相關(guān)的實驗步驟。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，人教版和蘇教版對該實驗的每個步驟都給出了詳細(xì)的操作方法，而魯科版僅列出實驗操作的步驟要點，對于每個步驟所需要的儀器和詳細(xì)操作，則需要學(xué)生根據(jù)“思考”欄目的問題以及“方法導(dǎo)引”欄目提供的信息自行探究設(shè)計。

4? “配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗的教育功能和價值分析

通過對三版新教材中實驗體系的對比分析可以發(fā)現(xiàn)，“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗在建構(gòu)概念、深化認(rèn)識、掌握實驗基本技能、初步形成定量研究的思路和方法、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與價值觀等方面都有重要的功能和價值。

4.1? 促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展

學(xué)習(xí)物質(zhì)的量濃度可以發(fā)展學(xué)生對溶液組成的定量認(rèn)識，對溶液組成的認(rèn)識不再局限于初中的溶質(zhì)和溶液的質(zhì)量關(guān)系，而發(fā)展到溶質(zhì)物質(zhì)的量和溶液體積的關(guān)系，而“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗為學(xué)生深入認(rèn)識物質(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度等抽象的概念提供了真實的情境和活動的平臺，建構(gòu)不同濃度溶液配制的方法和思路。

按人教版和蘇教版教材中的編排，學(xué)生在學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量濃度概念的基礎(chǔ)上，通過配制溶液前的相關(guān)計算，確定溶質(zhì)的質(zhì)量和溶液的體積，從而深化學(xué)生對物質(zhì)的量濃度概念的理解。魯科版教材的編排是在學(xué)生未學(xué)習(xí)過物質(zhì)的量濃度概念的情況下，通過必做實驗探究，基于實驗過程中涉及的量，讓學(xué)生建構(gòu)起物質(zhì)的量濃度的概念，認(rèn)識溶液的濃度可以由物質(zhì)的量和溶液的體積之間的比例關(guān)系來表示。用其他表征溶液濃度的方法探究溶液組成的過程中，可以進(jìn)一步認(rèn)識到可以用溶質(zhì)、溶劑、溶液三者中的任意兩者的任意物理量（質(zhì)量、物質(zhì)的量、體積等）來表征溶液的定量組成。實驗后通過對配制好的溶液標(biāo)簽的書寫和制作，認(rèn)識溶液組成的不同表示方式及其相互關(guān)系、不同的溶液濃度表示方式以及使用的范圍等，從而進(jìn)一步理解溶液濃度的本質(zhì)意義。

4.2? 訓(xùn)練基本實驗操作技能

在初中階段，化學(xué)實驗更多地是通過一些顯性的實驗現(xiàn)象讓學(xué)生感性地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的過程，而到了高中階段，學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)認(rèn)識需要從定性水平發(fā)展到定量水平，如使用酸堿滴定法定量測定物質(zhì)的含量。準(zhǔn)確配制一定濃度的溶液是定量表征化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)，而“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗作為高中化學(xué)必修課程必做實驗中唯一的定量實驗，是整個高中化學(xué)乃至后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)的重要基石。需要通過該實驗的訓(xùn)練讓學(xué)生掌握配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的基本方法和操作技能，包括配制溶液所需儀器的選擇，天平、容量瓶等定量儀器的正確使用以及配制過程中的基本操作步驟、注意事項等。

4.3? 培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度，建構(gòu)學(xué)科觀念

這是一個訓(xùn)練使用定量儀器的實驗，通過了解不同天平的稱量精密度，比較容量瓶與其他容器如燒杯、量筒的精度差異，讓學(xué)生在選擇儀器的過程中認(rèn)識影響溶液配制精確度的因素，初步體會定量研究的思路。為保證所配制溶液濃度的準(zhǔn)確性，使用玻璃棒進(jìn)行溶液的轉(zhuǎn)移、溶解溶質(zhì)的燒杯要多次洗滌并將洗滌液全部轉(zhuǎn)入容量瓶中等操作，可讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)實驗中秉持嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真態(tài)度的重要性。

該實驗對于學(xué)生建構(gòu)學(xué)科觀念有重要的作用。物質(zhì)的量濃度在化學(xué)定量研究中有十分重要的意義，配制一定物質(zhì)的量濃度溶液是源于生產(chǎn)生活實際的需要同時服務(wù)于生產(chǎn)生活。三版教材所使用的物質(zhì)體系都為價廉易得、環(huán)境友好的物質(zhì)，為避免造成浪費，配制溶液的體積都為100mL，可培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)約精神和環(huán)保意識。根據(jù)所選擇的儀器精度與正確表達(dá)溶液濃度的過程中，讓學(xué)生了解精確配制和粗略配制的意義，無論是粗略配制還是精確配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液，都有其適用的情境及其重要的應(yīng)用價值，按需配制才是最符合科學(xué)研究需要的。

三版教材中的實驗體系存在異同，體現(xiàn)的實驗教學(xué)功能和價值也各有側(cè)重。人教版和蘇教版教材中都給出了該實驗的詳細(xì)的操作步驟，可操作性強，對實驗的準(zhǔn)確性和操作的規(guī)范化要求較高，所使用的儀器精度也要求較高，側(cè)重于對學(xué)生實驗操作技能的培養(yǎng)，在實驗過程中深化物質(zhì)的量濃度概念的認(rèn)識。而魯科版教材僅列出實驗操作的步驟要點，對于所使用的儀器精度要求較低，側(cè)重于通過實驗的自主設(shè)計和實施來建構(gòu)物質(zhì)的量濃度的概念，提高學(xué)生基于物質(zhì)的量對溶液組成的認(rèn)識。

5? 對“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”實驗的教學(xué)實施建議

（1） 教師在該實驗的教學(xué)設(shè)計及實施過程中要兼顧學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)，不僅要重視學(xué)生實驗操作的規(guī)范性，更要關(guān)注學(xué)生認(rèn)識的發(fā)展，要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗方案設(shè)計、概括解釋等高水平的探究活動，促進(jìn)學(xué)生高階思維的發(fā)展。要注重基于實驗體系整體理解下開展實驗教學(xué)，讓學(xué)生建立實驗?zāi)康脑怼噭﹥x器的選擇—實驗操作步驟—實驗結(jié)果表達(dá)之間的聯(lián)系，提高真實情境下解決問題的能力。

（2） 課標(biāo)中對該實驗的要求是學(xué)生要初步學(xué)會溶液的配制。配制溶液是一門很深的學(xué)問，例如有些溶質(zhì)不易溶解，需要通過加熱促進(jìn)溶解，見光易分解的須在棕色容量瓶中配制等等，而高中階段所配制溶液的濃度精度要求不高，故學(xué)生初步學(xué)會配制溶液即可。在教學(xué)中，教師可根據(jù)實驗室的條件，合理地選擇試劑和儀器，對于實驗條件有限的學(xué)校，可用自來水代替蒸餾水，量取液體溶質(zhì)時使用量筒代替移液管，也可使用托盤天平進(jìn)行稱量，只須在最后表示溶液濃度時正確保留有效數(shù)字的位數(shù)即可，重點在于讓學(xué)生了解溶液配制的基本步驟，掌握容量瓶的使用方法，對實驗的細(xì)節(jié)、誤差分析等不宜過分強調(diào)。

（3） 溶液配制的實驗技能屬于動作技能，教師在實驗教學(xué)過程中要先整體分析實驗操作的原理，示范操作后，再讓學(xué)生模仿進(jìn)行動手實驗，同時要明確每個

操作的意義，避免機械地模仿。例如要讓學(xué)生理解固體溶質(zhì)放在燒杯中溶解的目的和意義，因為若溶質(zhì)易溶解且溶解時沒有明顯的熱效應(yīng)，可將溶質(zhì)直接放到容量瓶中溶解，可通過在容量瓶瓶口上放置一潔凈干燥的小漏斗，將溶質(zhì)傾入漏斗中，再用洗瓶將它全部洗入容量瓶中[9]，這樣操作步驟更為簡單，且能避免初步溶解后轉(zhuǎn)移造成溶質(zhì)的損失，而不一定先放在燒杯中溶解。另外，溶液配制作為一個重要的操作技能，學(xué)生還是要熟練掌握的，所以有條件的學(xué)校可以嘗試使用有顏色的溶質(zhì)來配制溶液，凸顯溶液配制中每一步操作的意義。另外，除了讓學(xué)生使用固體溶質(zhì)配制一定物質(zhì)的量濃度溶液外，也可把溶質(zhì)換成其他實驗需用的試劑（包括液體溶質(zhì)），配制成不同濃度梯度的溶液，以便在后續(xù)實驗學(xué)習(xí)時使用。

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