基于科學(xué)探究的學(xué)生基礎(chǔ)實驗教學(xué)實踐探索
——以“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”為例

薛 磊

（蘇州立達(dá)中學(xué)校 江蘇蘇州 215000）

基于科學(xué)探究的學(xué)生基礎(chǔ)實驗教學(xué)實踐探索
——以“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”為例

薛 磊

（蘇州立達(dá)中學(xué)校 江蘇蘇州 215000）

隨著課程改革的進(jìn)一步深入推進(jìn)，初中實驗教學(xué)日趨受到關(guān)注與重視。在新版的滬教版九年級化學(xué)教材中將新課標(biāo)中要求的“八個基礎(chǔ)的學(xué)生實驗”正式編入了教材內(nèi)容。文章從“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”案例中，嘗試對實驗步驟完整性、實驗方案發(fā)散性、誤差分析科學(xué)性等角度對“可計量”化學(xué)實驗進(jìn)行探索。

基礎(chǔ)實驗教學(xué)；可計量化；實驗誤差

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，隨著新一輪的課程改革深入推進(jìn)，實驗日趨受到關(guān)注與重視?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（后簡稱“新課標(biāo)”）在“科學(xué)探究”主題的架構(gòu)中增設(shè)“學(xué)生至少完成的八個基礎(chǔ)的學(xué)生實驗”，明確規(guī)定以此作為“學(xué)習(xí)和運(yùn)用化學(xué)實驗技能和科學(xué)探究方法”的基本內(nèi)容，作為學(xué)生親歷科學(xué)探究實踐活動的底線［1］。這既是新課標(biāo)對“科學(xué)探究”實踐性認(rèn)識上的完善與操作上的落實，更是對學(xué)生實驗賦予更高的地位與使命的表達(dá)。筆者以“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”為例，對基礎(chǔ)實驗進(jìn)行科學(xué)探究教學(xué)做了一些思考與嘗試。與各位同仁分享，以期交流。

一、教學(xué)內(nèi)容分析

在“新課標(biāo)”中明確提出，“學(xué)生具備基本的化學(xué)實驗技能是學(xué)習(xí)化學(xué)和探究活動的基礎(chǔ)和保證”，學(xué)生需要“初步養(yǎng)成良好的實驗工作習(xí)慣”?；緦嶒灢僮骷寄馨ǎ耗苓M(jìn)行藥品的取用；能在教師指導(dǎo)下根據(jù)實驗需要選擇實驗藥品和儀器；初步學(xué)會配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液等。

滬教版初中化學(xué)教材中“基礎(chǔ)實驗5配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”的實驗?zāi)康拿鞔_為：“學(xué)習(xí)一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液的配制方法和過程；通過實驗，掌握一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液配制過程中的基本操作?！睂嶒灥木唧w內(nèi)容就是通過“計算”、“稱取氯化鈉”、“量取水”和“溶解”等步驟，“配制50g溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的氯化鈉溶液”［2］。具體而言，在知識層面的要求，讓學(xué)生理解并應(yīng)用溶液質(zhì)量和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行對溶質(zhì)、溶劑質(zhì)量的計算；在操作層面上的要求，主要是對配制溶液中一般過程的了解，并且比較熟練的使用“燒杯、量筒、托盤天平、玻璃棒、藥匙、膠頭滴管等化學(xué)實驗儀器”；在情感層面的要求，則主要通過學(xué)生親歷實驗，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，增強(qiáng)對自然和社會的責(zé)任感，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

二、教學(xué)過程及設(shè)計意圖

1．課題情景創(chuàng)設(shè)

［展示］不同濃度的氯化鈉溶液有著不同的用途。如：溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0．9%的生理鹽水。

濃度約為26．5%（g/g）的飽和氯化鈉可用于制取燒堿、氯氣等。

濃度為10～15%（g/g）的氯化鈉溶液可用于農(nóng)業(yè)上的選種。

濃度為8．10～9．9%（g/mL）的濃氯化鈉溶液可用于治療低鈉血癥等。

［學(xué)生］觀看相關(guān)的圖片、視頻資料。

［教師］從以上例子中不難發(fā)現(xiàn)，比較準(zhǔn)確的配制一定濃度的溶液在實際生活中是非常重要的。關(guān)于配制溶液的相關(guān)知識，我們在前一段時間已經(jīng)比較系統(tǒng)地學(xué)習(xí)過了。今天我們來到實驗室，來親手配制100g溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的氯化鈉溶液。

設(shè)計意圖：新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)教師在教學(xué)活動中應(yīng)“注意從學(xué)生已有的經(jīng)驗出發(fā)，讓他們在熟悉的生活情景和社會實踐中感受化學(xué)的重要性，了解化學(xué)與生活的密切關(guān)系”。對于一定濃度的氯化鈉溶液，學(xué)生最為熟悉的就是“0．9%的生理鹽水”。然而，氯化鈉溶液在實際生活、生產(chǎn)中的用途遠(yuǎn)不止于此。教師通過形象的資料展示，拓展了學(xué)生的知識視野，建立了課堂的情境狀態(tài)，同時奠基了本堂課的情感基礎(chǔ)。

2．實驗方案確定

［展示］實驗藥品：氯化鈉固體、蒸餾水。

［問題1］根據(jù)所提供的實驗藥品，請大家思考本實驗的基本步驟。

［學(xué)生］對此實驗的配制步驟一般為：計算、稱取、量取、溶解。

［問題2］配制100g溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的氯化鈉溶液，分別取用多少氯化鈉和水？

［學(xué)生］計算所需溶質(zhì)氯化鈉的質(zhì)量、溶劑水的體積，即：

［追問］根據(jù)實驗步驟，我們需要哪些實驗用品？

［學(xué)生］托盤天平（含砝碼）、稱量紙、藥匙、量筒、膠頭滴管、燒杯、玻璃棒等。

［教師］請同學(xué)們對照實驗器材清單，仔細(xì)檢查一下桌上的儀器、藥品是否齊全、完好。

［學(xué)生］對照表1內(nèi)容對實驗用品的齊備與完好情況進(jìn)行清點工作，以保證后續(xù)實驗步驟的順利進(jìn)行。

表1 實驗所需試劑、儀器清單

設(shè)計意圖：“新課標(biāo)”在“科學(xué)探究”主題中關(guān)于“學(xué)習(xí)基本的實驗技能”中除了要求學(xué)生“能進(jìn)行藥品的取用”等基本的實驗操作，還明確學(xué)生應(yīng)“初步養(yǎng)成良好的實驗工作習(xí)慣”及“在教師的指導(dǎo)下根據(jù)實驗需要選擇實驗藥品和儀器，并能安全操作”?；瘜W(xué)實驗用品清點工作，作為化學(xué)實驗步驟中不可缺少的組成，在許多實驗教學(xué)中卻往往受到師生的忽視，因此需要在此讓學(xué)生得到強(qiáng)化。

［教師］同學(xué)們清點后，有沒有儀器破損或缺失？

［學(xué)生］缺少了量筒。

［問題］那我們能否在不使用量筒的情況下，完成今天配制氯化鈉溶液的實驗？

［學(xué)生］可以的，用托盤天平、燒杯通過間接稱量的方法稱取所需水的質(zhì)量。先稱空燒杯質(zhì)量為m1，再將砝碼和游碼的總質(zhì)量調(diào)整為m2=m1+90g，隨后向燒杯內(nèi)逐漸添加水，直至天平再次平衡。即實驗的步驟調(diào)整為：計算、分別稱取氯化鈉和水、溶解。

設(shè)計意圖：在新課標(biāo)中對于“科學(xué)探究的理解”指出，“科學(xué)探究可以通過實驗、觀察等多種手段獲取事實和證據(jù)”。 對于“稱取水的質(zhì)量”環(huán)節(jié)的設(shè)計，筆者在課前準(zhǔn)備實驗過程中特意將4組學(xué)生的100mL的量筒“漏放”。預(yù)設(shè)在教學(xué)活動中進(jìn)入實驗儀器清點環(huán)節(jié)中使對應(yīng)的學(xué)生發(fā)現(xiàn)“缺少儀器”的狀況，能發(fā)散思維，設(shè)計利用托盤天平代替量筒，同時通過兩種實驗方案的比對，為后續(xù)分析提供實踐經(jīng)驗。

3．學(xué)生實驗操作

［學(xué)生］根據(jù)制定的實驗方案，進(jìn)行分組實驗（2人一組）。

［教師］對學(xué)生化學(xué)實驗的基本操作規(guī)范性等進(jìn)行巡視、指正、幫助。

4．實驗結(jié)果反饋、分析、評價

［問題3］各組同學(xué)，包括4組沒有量筒的小組，都順利完成了實驗。請問你們對“利用托盤天平稱取水”的方法有什么看法？

［學(xué)生］利用天平稱取水操作上不太方便：需要稱取兩次才能獲得所需的水量；在通過滴加的方式稱取水的過程中，天平兩端始終擺動，不容易判斷平衡；有些250mL的燒杯質(zhì)量過大，超過了天平的量程，需要用100mL的燒杯盛水……

［教師］通過同學(xué)們的實踐操作，我們不但確認(rèn)了可以用稱取水的方案，而且也對比得出量筒取用水的便利。

設(shè)計意圖：在新課標(biāo)中強(qiáng)調(diào)了“加強(qiáng)化學(xué)實驗教學(xué)”，通過“做科學(xué)”的實踐激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實驗和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，充分發(fā)揮實驗的教育功能。學(xué)生通過切身體驗，認(rèn)真分析實驗的操作過程，能夠促使自身對化學(xué)知識的深入理解與掌握。這個比“教師講實驗”有效得多。

［問題4］今天我們用不同的方法配制了一定濃度的氯化鈉溶液，它們是否符合要求呢？我們能用什么方法判斷我們配制的氯化鈉溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%呢？

［學(xué)生］進(jìn)行蒸發(fā)，分別稱取蒸發(fā)前后蒸發(fā)皿內(nèi)物質(zhì)總質(zhì)量。

［教師］不錯，這個方法在理論上的確可行。但是實際操作中是否過于繁瑣了呢？我們可以利用不同濃度的氯化鈉溶液的某個性質(zhì)不同進(jìn)行區(qū)分。請大家聯(lián)想一下剛剛提到的“鹽水選種”的問題，這是利用什么原理？

［學(xué)生］利用了不同濃度的氯化鈉溶液具有不同密度的性質(zhì)。顆粒飽滿的種子密度大，會沉入鹽水，而干癟的種子密度小，會漂浮在鹽水上。

［教師］展示不同濃度氯化鈉溶液的密度（如表2）。

表2 不同濃度氯化鈉溶液的密度*

［教師］展示“規(guī)格為1．000～1．100g·cm-3”的溶液密度計，介紹密度計的用法及讀數(shù)方法。

［學(xué)生］將配制的氯化鈉溶液倒入100mL量筒中，再將密度計放入溶液中，測定所配溶液的密度 （給4組沒有量筒的小組補(bǔ)上量筒）

［匯總］：我們將每小組測定的結(jié)果匯總到表格中（如表3）。

表3 學(xué)生實驗小組測定氯化鈉溶液密度匯總表 （單位：g·cm-3，溫度：20℃）

設(shè)計意圖：新課標(biāo)在“教學(xué)建議”的主題中提出“在教學(xué)中，應(yīng)有目的、有計劃地設(shè)計一些學(xué)習(xí)活動，加強(qiáng)化學(xué)與物理、生物、地理等學(xué)科的聯(lián)系”。在本實驗中若不借助其他儀器，氯化鈉溶液的濃度很難直觀地進(jìn)行判斷。而物理學(xué)科中的溶液密度計，使實驗結(jié)果變得可測、可見，同時也能引導(dǎo)從多個角度對有關(guān)問題進(jìn)行分析、探究。

［問題5］各組同學(xué)測得的結(jié)果都略有不同，這是為什么？

［學(xué)生］實驗誤差。

［追問］這的確可認(rèn)為是實驗誤差的結(jié)果。那么，這個誤差是否在我們允許范圍之內(nèi)呢？我們配制的溶液是否都符合10%的要求呢？

［學(xué)生］對于這個問題無法提出自己的解答。

圖3中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為各關(guān)鍵詞，節(jié)點大小同節(jié)點于共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的共現(xiàn)頻次與重要性呈正相關(guān)，連線表示關(guān)鍵詞間的關(guān)系，連線越粗，關(guān)鍵詞間關(guān)系越密切，反之亦然。關(guān)鍵詞間聯(lián)系強(qiáng)弱程度透過連線上方的系數(shù)值也可判斷，系數(shù)值大小同聯(lián)系強(qiáng)度呈正比。各關(guān)鍵詞在正念療法研究領(lǐng)域中的受關(guān)注度及彼此的相互關(guān)系清晰可見。

［教師］化學(xué)實驗中，特別是定量實驗中，誤差是無法避免的。有些誤差是由操作引起，，而有些誤差則是由所使用的儀器本身造成。如本實驗中所使用的量筒量程是100mL，精確度為1mL，使用的托盤天平的量程為200g或100g，精確度為0．2g或0．1g。本次實驗的目的是配制10%的氯化鈉溶液，有效數(shù)字為兩位。也就是說（10．4%，9．50%）這個范圍之內(nèi)的濃度，均可認(rèn)為10%。根據(jù)氯化鈉溶液濃度與其密度繪制的坐標(biāo)圖（如圖2）所示，對于密度數(shù)值為介于1．067～1．075g·cm-3均可認(rèn)為是10%氯化鈉溶液的密度。因此，本次實驗大家都符合實驗配制要求！

設(shè)計意圖：“科學(xué)探究是獲取化學(xué)知識、認(rèn)識和解決化學(xué)問題的重要實踐活動，它涉及提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃、進(jìn)行實驗、收集證據(jù)、解釋與結(jié)論、反思與評價、表達(dá)與交流等要素”。在筆者聽取的諸多關(guān)于此類課題的公開課中，教師通常會從學(xué)生的操作規(guī)范性的層面上進(jìn)行評價、交流，或者進(jìn)而對于某些錯誤操作所引起的實驗誤差進(jìn)行分析交流，但是對于“誤差”是否是“允許范圍之內(nèi)”這個問題卻從未提及。筆者預(yù)設(shè)從“有效數(shù)字”這個層面上向初三學(xué)生介紹“不同濃度精度要求會導(dǎo)致實驗誤差允許范圍的不同”。

圖2 氯化鈉溶液濃度與其溶液密度坐標(biāo)圖

四、教學(xué)實踐反思

1．教學(xué)資源追求真實

化學(xué)是一門真實的學(xué)科，它是建立在大量實驗事實基礎(chǔ)上的自然學(xué)科。教學(xué)中需要運(yùn)用“真實、生動、直觀而又富于啟迪性的學(xué)習(xí)情景，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地理解和運(yùn)用化學(xué)知識”。因此，無論是引入部分圖片數(shù)據(jù)資料，還是氯化鈉溶液密度數(shù)據(jù)，筆者都向?qū)W生呈現(xiàn)數(shù)據(jù)來源，在“有依有據(jù)的情境下”體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的“真實性”。

同時，在教學(xué)的過程中更應(yīng)“去形式化”，引導(dǎo)學(xué)生“真實地”去“做實驗”。如本節(jié)課的“清點實驗器材”環(huán)節(jié)，由于教學(xué)設(shè)計的需要，對于4組學(xué)生的器材中故意“漏放”量筒，但是在教學(xué)過程中卻有2組學(xué)生并沒有發(fā)現(xiàn)儀器的缺少，直接在對應(yīng)表框內(nèi)勾劃“√”。這作為一個生成性的教學(xué)資源，筆者也進(jìn)行了指正，力求在實驗室中做到“真實的”化學(xué)。

2．教學(xué)過程追求嚴(yán)謹(jǐn)

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，是學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)又是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，那么實驗誤差的確是不可避免的。然而在日常教學(xué)中對于誤差分析的角度往往局限于“錯誤操作”，而對于“實驗精度”及其“儀器精度”很少提及。正如本節(jié)課中，當(dāng)實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不一致時，學(xué)生第一時間就能想到是“實驗誤差”。可當(dāng)問及“實驗數(shù)據(jù)是否合理”時，學(xué)生就沒有辦法去回答了。正是由于平常教學(xué)中片面教學(xué)，從而容易導(dǎo)致學(xué)生對于“誤差”的理解過于片面、極端：會認(rèn)為誤差是不可避免的，所以可以忽略不計，或者認(rèn)為誤差就是錯誤，需要重新測量等。作為“可計量”的化學(xué)，需要有自身的研究方式和評判標(biāo)準(zhǔn)。

所以在教學(xué)過程中，教師對待問題的“嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度”是至關(guān)重要的。學(xué)生通過日常性的教學(xué)活動，能夠耳濡目染，逐漸將“嚴(yán)謹(jǐn)”吸收、內(nèi)化，提高自身的學(xué)習(xí)素養(yǎng)。

3．教學(xué)活動追求個性

沒有個性的教師，就很難培養(yǎng)出豐富個性的學(xué)生?！敖滩淖鳛榻虒W(xué)的載體，我們既要關(guān)注教材的結(jié)構(gòu)特點、呈現(xiàn)方式，同時也不能拘泥于教材，要在把握教學(xué)本質(zhì)的前提下靈活運(yùn)用和處理教材”［3］。個性化的、創(chuàng)造性的運(yùn)用教材組織教學(xué)，是化學(xué)實驗教學(xué)取得實效的必由之路。在本節(jié)實驗課中，筆者對教材實驗內(nèi)容進(jìn)行深入加工，除了修改了“配制溶液的質(zhì)量及濃度”之外，還創(chuàng)造性地添加了“量筒稱取水”、“測定氯化鈉溶液密度”、“結(jié)果呈現(xiàn)及誤差判定”等環(huán)節(jié)，目的就在于讓學(xué)生親身經(jīng)歷豐富的探究活動，在“做科學(xué)”的探究實踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

在教學(xué)實踐中不難發(fā)現(xiàn)，如果單純地使用教材來進(jìn)行實驗，沒有“未知問題”的挑戰(zhàn)，會讓學(xué)生的實驗只停留在“驗證”層次，對于問題思考性缺乏，會讓學(xué)生的綜合性思維能力得不到鍛煉。

4．教學(xué)環(huán)節(jié)追求互動

基礎(chǔ)實驗課的目的之一就是讓學(xué)生“體驗科學(xué)探究過程”，而通過提問、思考、交流、回答的方式，能夠在師生、生生互動中，使學(xué)生逐步學(xué)會分析和解決化學(xué)有關(guān)的一些簡單實際問題。本節(jié)課中，主要通過以下提問環(huán)節(jié)推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程的：

本節(jié)課在豐富的互動環(huán)節(jié)進(jìn)行下，教師通過預(yù)設(shè)問題與生成問題的解決，使學(xué)生能夠在比較愉悅的氛圍下逐漸在知識的形成、相互聯(lián)系和應(yīng)用過程中逐漸養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，學(xué)習(xí)科學(xué)方法。

5．教學(xué)評價追求全面

在學(xué)生實驗課中對于學(xué)生評價，不但需要考慮三維學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況，還應(yīng)注意過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合。

與其他課型所不同的是，學(xué)生實驗一般都是以分組實驗的形式進(jìn)行的。在教學(xué)實踐中，我們可以發(fā)現(xiàn)目前學(xué)生在合作學(xué)習(xí)中存在較大的問題，主要體現(xiàn)在分工合作上。組內(nèi)成員在整節(jié)實驗課中，對于自身的職責(zé)并不清楚，從而導(dǎo)致有些學(xué)生從頭做到尾，而某些學(xué)生卻坐了一節(jié)課的“冷板凳”。因此，在實驗課中教師需要通過評價等手段，引導(dǎo)組內(nèi)成員合理分工。

同時，評價的功能是為了促進(jìn)學(xué)習(xí)的。本堂課在學(xué)生動手操作實驗過程中，教師通過個別評價與指導(dǎo)使學(xué)生對基本操作的規(guī)范性得到了鍛煉，達(dá)成了“知識與能力”的目標(biāo)，同時在師生互動中，對于實驗設(shè)計方案及實驗步驟的分析中，使學(xué)生在“過程與方法”上得到鍛煉，最后在實驗結(jié)果總結(jié)中，通過“誤差分析”環(huán)節(jié)對全體學(xué)生良好表現(xiàn)的肯定，強(qiáng)化了“情感·態(tài)度·價值觀”的和諧發(fā)展。

通過學(xué)生基礎(chǔ)實驗課的教學(xué)，目的就在于“使每一個學(xué)生以愉快的心情去學(xué)習(xí)生動有趣的化學(xué)，激勵學(xué)生積極探究化學(xué)變化的奧秘，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和學(xué)好化學(xué)的信心”。

［1］ 中華人民共和國教育部．義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）［M］，北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：12

［2］ 中學(xué)化學(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組，義務(wù)教育教科書化學(xué)（九年級下冊）［M］，上海：上海教育出版社，2014：25

［3］ 田長明，初中化學(xué)基礎(chǔ)實驗課的實踐思考［J］．教學(xué)儀器與實驗，2015，（3）：13～15

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