基于科学探究的学生基础实验教学实践探索——以“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”为例

薛 磊

（苏州立达中学校 江苏苏州 215000）

基于科学探究的学生基础实验教学实践探索
——以“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”为例

薛 磊

（苏州立达中学校 江苏苏州 215000）

随着课程改革的进一步深入推进，初中实验教学日趋受到关注与重视。在新版的沪教版九年级化学教材中将新课标中要求的“八个基础的学生实验”正式编入了教材内容。文章从“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”案例中，尝试对实验步骤完整性、实验方案发散性、误差分析科学性等角度对“可计量”化学实验进行探索。

基础实验教学；可计量化；实验误差

化学是一门以实验为基础的自然学科，随着新一轮的课程改革深入推进，实验日趋受到关注与重视。《义务教育化学课程标准（2011年版）》（后简称“新课标”）在“科学探究”主题的架构中增设“学生至少完成的八个基础的学生实验”，明确规定以此作为“学习和运用化学实验技能和科学探究方法”的基本内容，作为学生亲历科学探究实践活动的底线［1］。这既是新课标对“科学探究”实践性认识上的完善与操作上的落实，更是对学生实验赋予更高的地位与使命的表达。笔者以“配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”为例，对基础实验进行科学探究教学做了一些思考与尝试。与各位同仁分享，以期交流。

一、教学内容分析

在“新课标”中明确提出，“学生具备基本的化学实验技能是学习化学和探究活动的基础和保证”，学生需要“初步养成良好的实验工作习惯”。基本实验操作技能包括：能进行药品的取用；能在教师指导下根据实验需要选择实验药品和仪器；初步学会配制一定溶质质量分数的溶液等。

沪教版初中化学教材中“基础实验5配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液”的实验目的明确为：“学习一定溶质质量分数的溶液的配制方法和过程；通过实验，掌握一定溶质质量分数的溶液配制过程中的基本操作。”实验的具体内容就是通过“计算”、“称取氯化钠”、“量取水”和“溶解”等步骤，“配制50g溶质质量分数为15%的氯化钠溶液”［2］。具体而言，在知识层面的要求，让学生理解并应用溶液质量和溶质质量分数进行对溶质、溶剂质量的计算；在操作层面上的要求，主要是对配制溶液中一般过程的了解，并且比较熟练的使用“烧杯、量筒、托盘天平、玻璃棒、药匙、胶头滴管等化学实验仪器”；在情感层面的要求，则主要通过学生亲历实验，领悟科学探究的方法，增强对自然和社会的责任感，培养学生的创新意识。

二、教学过程及设计意图

1．课题情景创设

［展示］不同浓度的氯化钠溶液有着不同的用途。如：溶质质量分数为0．9%的生理盐水。

浓度约为26．5%（g/g）的饱和氯化钠可用于制取烧碱、氯气等。

浓度为10～15%（g/g）的氯化钠溶液可用于农业上的选种。

浓度为8．10～9．9%（g/mL）的浓氯化钠溶液可用于治疗低钠血症等。

［学生］观看相关的图片、视频资料。

［教师］从以上例子中不难发现，比较准确的配制一定浓度的溶液在实际生活中是非常重要的。关于配制溶液的相关知识，我们在前一段时间已经比较系统地学习过了。今天我们来到实验室，来亲手配制100g溶质质量分数10%的氯化钠溶液。

设计意图：新课标强调教师在教学活动中应“注意从学生已有的经验出发，让他们在熟悉的生活情景和社会实践中感受化学的重要性，了解化学与生活的密切关系”。对于一定浓度的氯化钠溶液，学生最为熟悉的就是“0．9%的生理盐水”。然而，氯化钠溶液在实际生活、生产中的用途远不止于此。教师通过形象的资料展示，拓展了学生的知识视野，建立了课堂的情境状态，同时奠基了本堂课的情感基础。

2．实验方案确定

［展示］实验药品：氯化钠固体、蒸馏水。

［问题1］根据所提供的实验药品，请大家思考本实验的基本步骤。

［学生］对此实验的配制步骤一般为：计算、称取、量取、溶解。

［问题2］配制100g溶质质量分数为10%的氯化钠溶液，分别取用多少氯化钠和水？

［学生］计算所需溶质氯化钠的质量、溶剂水的体积，即：

［追问］根据实验步骤，我们需要哪些实验用品？

［学生］托盘天平（含砝码）、称量纸、药匙、量筒、胶头滴管、烧杯、玻璃棒等。

［教师］请同学们对照实验器材清单，仔细检查一下桌上的仪器、药品是否齐全、完好。

［学生］对照表1内容对实验用品的齐备与完好情况进行清点工作，以保证后续实验步骤的顺利进行。

表1 实验所需试剂、仪器清单

设计意图：“新课标”在“科学探究”主题中关于“学习基本的实验技能”中除了要求学生“能进行药品的取用”等基本的实验操作，还明确学生应“初步养成良好的实验工作习惯”及“在教师的指导下根据实验需要选择实验药品和仪器，并能安全操作”。化学实验用品清点工作，作为化学实验步骤中不可缺少的组成，在许多实验教学中却往往受到师生的忽视，因此需要在此让学生得到强化。

［教师］同学们清点后，有没有仪器破损或缺失？

［学生］缺少了量筒。

［问题］那我们能否在不使用量筒的情况下，完成今天配制氯化钠溶液的实验？

［学生］可以的，用托盘天平、烧杯通过间接称量的方法称取所需水的质量。先称空烧杯质量为m1，再将砝码和游码的总质量调整为m2=m1+90g，随后向烧杯内逐渐添加水，直至天平再次平衡。即实验的步骤调整为：计算、分别称取氯化钠和水、溶解。

设计意图：在新课标中对于“科学探究的理解”指出，“科学探究可以通过实验、观察等多种手段获取事实和证据”。 对于“称取水的质量”环节的设计，笔者在课前准备实验过程中特意将4组学生的100mL的量筒“漏放”。预设在教学活动中进入实验仪器清点环节中使对应的学生发现“缺少仪器”的状况，能发散思维，设计利用托盘天平代替量筒，同时通过两种实验方案的比对，为后续分析提供实践经验。

3．学生实验操作

［学生］根据制定的实验方案，进行分组实验（2人一组）。

［教师］对学生化学实验的基本操作规范性等进行巡视、指正、帮助。

4．实验结果反馈、分析、评价

［问题3］各组同学，包括4组没有量筒的小组，都顺利完成了实验。请问你们对“利用托盘天平称取水”的方法有什么看法？

［学生］利用天平称取水操作上不太方便：需要称取两次才能获得所需的水量；在通过滴加的方式称取水的过程中，天平两端始终摆动，不容易判断平衡；有些250mL的烧杯质量过大，超过了天平的量程，需要用100mL的烧杯盛水……

［教师］通过同学们的实践操作，我们不但确认了可以用称取水的方案，而且也对比得出量筒取用水的便利。

设计意图：在新课标中强调了“加强化学实验教学”，通过“做科学”的实践激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力，充分发挥实验的教育功能。学生通过切身体验，认真分析实验的操作过程，能够促使自身对化学知识的深入理解与掌握。这个比“教师讲实验”有效得多。

［问题4］今天我们用不同的方法配制了一定浓度的氯化钠溶液，它们是否符合要求呢？我们能用什么方法判断我们配制的氯化钠溶液的溶质质量分数为10%呢？

［学生］进行蒸发，分别称取蒸发前后蒸发皿内物质总质量。

［教师］不错，这个方法在理论上的确可行。但是实际操作中是否过于繁琐了呢？我们可以利用不同浓度的氯化钠溶液的某个性质不同进行区分。请大家联想一下刚刚提到的“盐水选种”的问题，这是利用什么原理？

［学生］利用了不同浓度的氯化钠溶液具有不同密度的性质。颗粒饱满的种子密度大，会沉入盐水，而干瘪的种子密度小，会漂浮在盐水上。

［教师］展示不同浓度氯化钠溶液的密度（如表2）。

表2 不同浓度氯化钠溶液的密度*

［教师］展示“规格为1．000～1．100g·cm-3”的溶液密度计，介绍密度计的用法及读数方法。

［学生］将配制的氯化钠溶液倒入100mL量筒中，再将密度计放入溶液中，测定所配溶液的密度 （给4组没有量筒的小组补上量筒）

［汇总］：我们将每小组测定的结果汇总到表格中（如表3）。

表3 学生实验小组测定氯化钠溶液密度汇总表 （单位：g·cm-3，温度：20℃）

设计意图：新课标在“教学建议”的主题中提出“在教学中，应有目的、有计划地设计一些学习活动，加强化学与物理、生物、地理等学科的联系”。在本实验中若不借助其他仪器，氯化钠溶液的浓度很难直观地进行判断。而物理学科中的溶液密度计，使实验结果变得可测、可见，同时也能引导从多个角度对有关问题进行分析、探究。

［问题5］各组同学测得的结果都略有不同，这是为什么？

［学生］实验误差。

［追问］这的确可认为是实验误差的结果。那么，这个误差是否在我们允许范围之内呢？我们配制的溶液是否都符合10%的要求呢？

［学生］对于这个问题无法提出自己的解答。

图3中，网络节点为各关键词，节点大小同节点于共现网络中的共现频次与重要性呈正相关，连线表示关键词间的关系，连线越粗，关键词间关系越密切，反之亦然。关键词间联系强弱程度透过连线上方的系数值也可判断，系数值大小同联系强度呈正比。各关键词在正念疗法研究领域中的受关注度及彼此的相互关系清晰可见。

［教师］化学实验中，特别是定量实验中，误差是无法避免的。有些误差是由操作引起，，而有些误差则是由所使用的仪器本身造成。如本实验中所使用的量筒量程是100mL，精确度为1mL，使用的托盘天平的量程为200g或100g，精确度为0．2g或0．1g。本次实验的目的是配制10%的氯化钠溶液，有效数字为两位。也就是说（10．4%，9．50%）这个范围之内的浓度，均可认为10%。根据氯化钠溶液浓度与其密度绘制的坐标图（如图2）所示，对于密度数值为介于1．067～1．075g·cm-3均可认为是10%氯化钠溶液的密度。因此，本次实验大家都符合实验配制要求！

设计意图：“科学探究是获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动，它涉及提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素”。在笔者听取的诸多关于此类课题的公开课中，教师通常会从学生的操作规范性的层面上进行评价、交流，或者进而对于某些错误操作所引起的实验误差进行分析交流，但是对于“误差”是否是“允许范围之内”这个问题却从未提及。笔者预设从“有效数字”这个层面上向初三学生介绍“不同浓度精度要求会导致实验误差允许范围的不同”。

图2 氯化钠溶液浓度与其溶液密度坐标图

四、教学实践反思

1．教学资源追求真实

化学是一门真实的学科，它是建立在大量实验事实基础上的自然学科。教学中需要运用“真实、生动、直观而又富于启迪性的学习情景，能够激发学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解和运用化学知识”。因此，无论是引入部分图片数据资料，还是氯化钠溶液密度数据，笔者都向学生呈现数据来源，在“有依有据的情境下”体现化学学科的“真实性”。

同时，在教学的过程中更应“去形式化”，引导学生“真实地”去“做实验”。如本节课的“清点实验器材”环节，由于教学设计的需要，对于4组学生的器材中故意“漏放”量筒，但是在教学过程中却有2组学生并没有发现仪器的缺少，直接在对应表框内勾划“√”。这作为一个生成性的教学资源，笔者也进行了指正，力求在实验室中做到“真实的”化学。

2．教学过程追求严谨

严谨的治学态度，是学习和研究化学的基础。化学又是一门以实验为基础的自然学科，那么实验误差的确是不可避免的。然而在日常教学中对于误差分析的角度往往局限于“错误操作”，而对于“实验精度”及其“仪器精度”很少提及。正如本节课中，当实验数据与理论数据不一致时，学生第一时间就能想到是“实验误差”。可当问及“实验数据是否合理”时，学生就没有办法去回答了。正是由于平常教学中片面教学，从而容易导致学生对于“误差”的理解过于片面、极端：会认为误差是不可避免的，所以可以忽略不计，或者认为误差就是错误，需要重新测量等。作为“可计量”的化学，需要有自身的研究方式和评判标准。

所以在教学过程中，教师对待问题的“严谨态度”是至关重要的。学生通过日常性的教学活动，能够耳濡目染，逐渐将“严谨”吸收、内化，提高自身的学习素养。

3．教学活动追求个性

没有个性的教师，就很难培养出丰富个性的学生。“教材作为教学的载体，我们既要关注教材的结构特点、呈现方式，同时也不能拘泥于教材，要在把握教学本质的前提下灵活运用和处理教材”［3］。个性化的、创造性的运用教材组织教学，是化学实验教学取得实效的必由之路。在本节实验课中，笔者对教材实验内容进行深入加工，除了修改了“配制溶液的质量及浓度”之外，还创造性地添加了“量筒称取水”、“测定氯化钠溶液密度”、“结果呈现及误差判定”等环节，目的就在于让学生亲身经历丰富的探究活动，在“做科学”的探究实践中培养学生的创新能力和实践能力。

在教学实践中不难发现，如果单纯地使用教材来进行实验，没有“未知问题”的挑战，会让学生的实验只停留在“验证”层次，对于问题思考性缺乏，会让学生的综合性思维能力得不到锻炼。

4．教学环节追求互动

基础实验课的目的之一就是让学生“体验科学探究过程”，而通过提问、思考、交流、回答的方式，能够在师生、生生互动中，使学生逐步学会分析和解决化学有关的一些简单实际问题。本节课中，主要通过以下提问环节推进教学进程的：

本节课在丰富的互动环节进行下，教师通过预设问题与生成问题的解决，使学生能够在比较愉悦的氛围下逐渐在知识的形成、相互联系和应用过程中逐渐养成科学的态度，学习科学方法。

5．教学评价追求全面

在学生实验课中对于学生评价，不但需要考虑三维学习目标的达成情况，还应注意过程性评价与结果性评价相结合。

与其他课型所不同的是，学生实验一般都是以分组实验的形式进行的。在教学实践中，我们可以发现目前学生在合作学习中存在较大的问题，主要体现在分工合作上。组内成员在整节实验课中，对于自身的职责并不清楚，从而导致有些学生从头做到尾，而某些学生却坐了一节课的“冷板凳”。因此，在实验课中教师需要通过评价等手段，引导组内成员合理分工。

同时，评价的功能是为了促进学习的。本堂课在学生动手操作实验过程中，教师通过个别评价与指导使学生对基本操作的规范性得到了锻炼，达成了“知识与能力”的目标，同时在师生互动中，对于实验设计方案及实验步骤的分析中，使学生在“过程与方法”上得到锻炼，最后在实验结果总结中，通过“误差分析”环节对全体学生良好表现的肯定，强化了“情感·态度·价值观”的和谐发展。

通过学生基础实验课的教学，目的就在于“使每一个学生以愉快的心情去学习生动有趣的化学，激励学生积极探究化学变化的奥秘，增强学生学习化学的兴趣和学好化学的信心”。

［1］ 中华人民共和国教育部．义务教育化学课程标准（2011年版）［M］，北京：北京师范大学出版社，2012：12

［2］ 中学化学国家课程标准研制组，义务教育教科书化学（九年级下册）［M］，上海：上海教育出版社，2014：25

［3］ 田长明，初中化学基础实验课的实践思考［J］．教学仪器与实验，2015，（3）：13～15

1008-0546（2015）11-0091-04

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