初中化学“溶液的浓度”项目式教学的设计与实施

李俊红

摘要：確立项目“自制生理盐水”，规划4个子任务“定性认识生理盐水”“定量认识生理盐水”“自制生理盐水”“构建配制一定溶质质量分数溶液的思维模型”，引发学生思维进阶和迁移。项目融具体知识“溶质的质量分数及其简单计算”的学习于实际问题的解决过程中，在“做中学”中培养学生的定量思维和实践能力，促进学生对溶质质量分数概念的学习理解，形成定量观和科学的物质观，发展“科学探究”“科学态度”“模型认知”等化学学科核心素养。

关键词：溶液的浓度;项目式教学;自制生理盐水;定量思维;化学学科核心素养

文章编号：1008-0546（2021）03-0046-05     中图分类号：G632.41     文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.010

一、项目背景及内容分析

“溶液的浓度”是人教版九年级《化学》（2011年）（以下简称教材）下册第九单元“溶液”课题3的教学内容，“认识溶质质量分数的含义，能进行溶质质量分数的简单计算”是义务教育化学课程标准（2011年版）[1]（以下简称课标）对本节课的要求。福建省近几年的中考化学试题对学生学习“溶液的浓度”是否达到课标要求进行了考查，例如：2020年福建省中考化学13题的第2小题，题目提供了某84消毒液产品的部分说明，依据信息，要求计算将有效氯的质量分数为6.0%的 84消毒液与水的质量为1 比多少时进行稀释，即可用于餐具消毒（有效氯的质量分数为0.04%的消毒液），结果显示：厦门市该小题的均分为0.15分（满分1 分）。反思平时的教学，学生有可能听讲很认真，但提不出有价值的问题;学生有可能获得的知识点较为全面，但碰到实际问题仍不会解决;学生有可能掌握了很多解题套路，但遇到陌生情境还是不知道如何迁移应用。因此，教学如何实现知识学习和问题解决的关联，在解决问题的过程中探查学生对原有知识的掌握程度，促进学生学习更多新的知识，探索将具体知识学习融入到真实世界实际问题解决过程的教学方式，有可能破解以上教学难题。因为学生的学习在经历和解决真实世界的问题中最容易发生，这是项目化学习秉持的学习理念[2]。

生理盐水是学生日常生活中熟悉的素材，通过访谈了解到：生活中学生大多见过生理盐水，知道生理盐水可用于输液，想知道生理盐水更广泛的用途;知道生理盐水的定性组成，想知道生理盐水的定量组成;知道溶液有浓稀，想知道怎样调控溶液浓稀及其实际意义。基于此，确立项目“自制生理盐水”，项目贴近生活，真实有意义，学生感兴趣，项目完成能验证学生知道“溶液是由溶质和溶剂组成以及溶质、溶剂的判断”，驱动学生想知道“溶液组成的定量表示以及如何配制一定溶质质量分数的溶液”，发展学生的定量思维，培养学生的实践能力，同时完成课标规定的基础学生实验“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”[1]，项目设计节约教学课时又能赋实验以实际意义（以前实验配制的溶液倒掉了，现在配制生理盐水能实际应用）。此外，本项目承载着“帮助学生从化学的角度认识和理解人与自然的关系，初步形成科学的物质观和合理利用物质的意识”[1]的素养发展功能。根据学生的认知逻辑和完成项目的路径，规划4个子任务“定性认识生理盐水”“定量认识生理盐水”“自制生理盐水”“构建配制一定溶质质量分数溶液的思维模型”，并制订了具体的教学目标。

二、项目教学目标

1.认识溶质质量分数的含义，定量认识生理盐水的组成，根据某温度下物质的溶解度，会算出该物质饱和溶液中溶质的质量分数。发展定量思维和科学的物质观（重点）;

2.根据溶质质量分数的含义，会算出配制一定质

量生理盐水所需溶质、溶剂的质量和溶剂的体积，会选择仪器、药品配制生理盐水，对实验结果有评价意识。提高学生运用知识解决实际问题的能力，发展“科学探究”“科学态度”等化学学科核心素养（重点）;3.会用较浓的氯化钠溶液稀释成一定质量的生理盐水，构建配制一定溶质质量分数溶液的思维模型。发展定量计算、分析推理能力以及“模型认知”等化学核心素养（难点）。

三、项目任务及教学流程

根据本项目要解决的核心问题“自制生理盐水”，拆解成4个子任务和若干个学科问题。

项目任务、学科问题、学生活动和设计意图[3]的逻辑关系即教学流程如图1所示。

四、项目实施过程及学生学习成果

1.任务1：定性认识生理盐水

【设疑】展示一瓶生理盐水（见图2），谈谈你的认识。

【学生】无色透明液体;溶液;溶质是氯化钠，溶剂是水;氯化钠以氯离子和钠离子形式存在;均一性、稳定性;混合物;用于输液。

【设疑】播放视频：生理盐水的作用和功效。归纳生理盐水在日常生活中的实际应用。

【学生】用于过敏性鼻炎、慢性鼻炎、鼻窦炎患者清理鼻腔;外伤创口的清洁消毒;祛痘后的美容敷膜;夏天出汗太多补充体液;医疗上作溶剂用等。

【设疑】播放视频：某男子注射“自制生理盐水”进急诊室。分析原因，提出要探究的问题。

【学生】没有控制氯化钠和水的量。提出问题：在家如何调控氯化钠和水的量到0.9%？0.9%指的是什么？在家里如何自制安全的生理盐水？

【小结】可见，生活中不仅需要定性认识溶液的组成，还需要定量认识溶液的组成，同一种溶液，溶液浓稀不同，性质不同。溶液中溶质、溶剂的质量决定着物质的使用，物质使用不当，有可能发生安全隐患甚至对生命造成危险。

2.任务2：定量认识生理盐水

【设疑】演示实验1（见图3），哪个更浓？演示实验2（见图4），哪个更浓？为什么？

【学生】实验1加5 g的更浓，因为等量溶液中含溶质越多的越浓。实验2不能直接比较出溶液浓稀，得算一下溶质和溶液的质量比或溶质和溶剂的质量比。

【小結】表示溶液浓稀即溶液浓度的方法有多种。溶质和溶液质量的比值可以表示溶液的浓稀，比值越大说明溶液中溶质的相对含量越大，溶液越浓。溶质和溶液质量的比值是溶液定量组成的一种表示方法，叫溶质的质量分数。

【追问】生理盐水（见图2）标签上的0.9%，表示氯化钠溶液的浓度即溶质的质量分数。试从定量表示溶液组成的角度，解释0.9%的含义，计算生理盐水中溶质、溶剂、溶液的质量比。

【学生】0.9%是溶质质量和溶液质量之比，指的是每 100 g氯化钠溶液中含0.9 g氯化钠，根据溶液的质量=溶质的质量+溶剂的质量，所以100 g氯化钠溶液中水的质量：100 g-0.9 g=99.1 g，故氯化钠、水、氯化钠溶液的质量比=0.9 g∶99.1 g ∶100 g=9∶991∶1000。

【小结】图2所示氯化钠溶液中溶质、溶剂、溶液的质量比符合9∶991∶1000，即溶质质量分数为0.9%，符合这种溶液组成的才是生理盐水，才有生理盐水的功效，否则就不是生理盐水。可见，定量认识溶液的组成，能更好地调控溶液中溶质、溶剂的质量，配制出人们需要浓度的溶液，服务生活，造福人类。

【设疑】已知20℃时，氯化钠的溶解度是36 g。有人说：“20℃时氯化钠饱和溶液中溶质的质量分数为36%。”请解释错误原因并帮他订正。

【学生】若溶质质量分数是36%，表示的是溶质质量 36 g 和溶液质量100 g 的比值。而20℃时，氯化钠的溶解度是36 g，意思是100 g溶剂中含溶质36 g，溶液达到饱和状态，此时饱和溶液质量是136 g，故错误在于把溶剂质量当作溶液质量。应该改为：36 g/136 g×100%≈26.5%。

【设疑】溶质的质量分数=溶质质量/溶液质量×100%，根据溶质质量分数、溶质质量、溶液质量三者的关系，若知道任意2个，可以求出第3个。在家里怎么自制一定质量的生理盐水呢？

3.任务3：自制生理盐水

【设疑】某同学鼻炎发作，需要自制100 g 0.9%的生理盐水清理鼻腔。需要氯化钠和水的质量各多少？水的体积是多少？

【学生】氯化钠的质量=溶液质量×溶质质量分数=100 g×0.9%=0.9 g，水的质量=100 g-0.9 g=99.1 g，水的体积=m/ρ=99.1 g/1 g.cm-3=99.1 cm-3。

【设疑】需要哪些仪器和药品？实验步骤是什么？

【学生】氯化钠是固体需要称量，用托盘天平或电子天平;水是液体，一般用量筒量取，用胶头滴管定容;药品放烧杯用玻璃棒搅拌至完全溶解就好了。

【追问】用什么取氯化钠？量筒用50 mL 还是100 mL 的？这里用到的水是自来水、矿泉水、蒸馏水还是三种都行？为什么？配制好的生理盐水放在敞口烧杯可以吗？怎么做更好？

【学生】用药匙取氯化钠。为减小实验误差，量筒量程选择用最接近量取体积的规格，即100 mL 量筒。用蒸馏水配溶液，防止其他水中含杂质改变溶液的定量组成，进而改变性质，影响使用功效。溶液敞口放置容易被污染，溶剂水也容易蒸发，会改变溶液组成，所以装到试剂瓶比较好。

【追问】配好的溶液不仅要装瓶还要贴标签，标签上的信息应怎么写？

【学生】评价3位同学的标签，见图5。a是定性表示溶液，没有标出溶液浓度;b没必要写100 g，因为配制溶液是为了使用，这个数字会变小;c是正确的。

【追问】数字 100 g 是动态变化的，0.9%不会变吗？为什么？

【学生】不会变，因为溶液具有均一性的特征。

【设疑】为减小实验误差，实验时还应注意什么？

【学生】称量、量取准确;托盘天平要调零，两边放等质量称量纸;量筒读数要平视;药品完全转移到烧杯;玻璃棒搅拌不碰烧杯壁;药品全部溶解再装瓶。

【学生】分组实验：配制100 g 0.9%的生理盐水。

【追问】回顾实验过程，哪些环节可能导致实验误差？

【学生】氯化钠转移到烧杯时有洒在外面;量筒里的水有残留，无法全部倒进烧杯;量筒读数时忘记平放在桌面，拿在手上仰视;配好的溶液装瓶时有滴洒。

【追问】量筒读数时仰视，量取水的体积比实际偏大还是偏小？配制溶液的浓度是偏大还是偏小？配好的溶液装瓶时有滴洒，如何影响所配溶液的浓度？

【学生】仰视，水量多了，浓度偏小;装瓶时溶液滴洒，只是溶液总质量没有100 g，溶液浓度不会变。

【小结】实验误差来源于实验步骤的每一个环节，包括溶质、溶剂的选择、溶质质量、溶剂体积计算是否准确等。可见，实验过程中，具有像科学家那样“勤于思考、敢于质疑、严谨求实、善于合作”[1]的科学态度和品质是实验成功的前提和保障。

4.任务4：构建配制一定溶质质量分数溶液的思维模型

【设疑】现用16%的氯化钠溶液，配制160 g 0.9%的生理盐水。需要16%的氯化钠溶液和水的质量各多少？实验步骤是什么？

【学生】160 g 0.9%的生理盐水中含溶质：160 g×0.9%=1.44 g。所需 16%氯化钠溶液的质量：1.44 g/16%=9 g。加水的质量=160 g-9 g=151 g。把9 g 16%的氯化钠溶液和151 g水放烧杯，搅拌混合均匀即可。

【追问】以上关于溶液稀释，计算的依据是什么？液体一般量取体积比较方便，把质量折算成体积还缺什么数据？

【学生】加水前后溶质质量不变。缺16%氯化钠溶液的密度。

【设疑】体积换算下节课将继续探讨。你认为配制一定溶质质量分数溶液的步骤是什么？

【师生】共同构建配制一定溶质质量分数溶液的思维模型（见图6）

五、项目教学反思

1.有助于发现学生潜在错误和教学盲点

在任务3“自制生理盐水”计算环节，有的学生认为水的质量就是水的体积，出现算式“99.1 g=99.1 mL”;实验环节，实验前师生共同梳理了实验注意事项，实际操作时，发现学生存在以下错误：托盘天平调零后，左盘放了称量纸，右盘没放;称量时氯化钠放多了，多余的药品放回原试剂瓶或调节平衡螺母使天平平衡;称量完毕游码没有及时归零;量筒量水时拿在手上进行读数;滴管用完直接放桌上;称好的氯化钠直接倒进量筒，用玻璃棒搅拌;氯化钠往烧杯转移时有滴洒;玻璃棒搅拌声响较大等。在任务4“溶液稀释”计算环节，部分学生认为加水的质量为160 g-9 g ×16%=158.56 g。动手做的时候，学生容易暴露原来不易发现的、潜在的错误[4]，老师据此能及时引导修正，培养定量思维和科学态度。

2.有助于科学精神和人文精神的养成

项目式学习强调在“做中学”中习得新知识，化学学科的“做”多是以化学实验为主的探究活动。本项目“自制生理盐水”的完成主要通过学生实验促进学生理解溶质质量分数的含义并进行溶质质量分数的简单计算，实验过程中养成了质疑审辩、合作沟通、勇于创新的科学精神。同时，项目本身蕴含对健康、生命的关怀，通过课堂上师生、生生等多边互动，让学生体验探究活动的乐趣和学习成功的喜悦以及小组表达交流、善于倾听他人意见的包容开放态度，旨在全面发展的理想人格的肯定和塑造，实现科学精神和人文精神融合的项目式学习基本价值取向[5]。

3.有助于学科素养和跨学科素养的融合

本项目设计一方面基于课标要求，项目涵盖了课标规定的“溶质质量分数及其简单计算，配制一定溶 质质量分数的氯化钠溶液”，项目承载着发展学生定 量观、科学的物质观等化学学科观念和“科学探究”“科学态度”“模型认知”等化学学科核心素养。另一 方面，本项目设计注重学生在解决问题的过程中，从 拥有知识（溶质质量分数及其计算）、运用知识（自制生理盐水）到创造知识（构建配制配制一定溶质质量分数溶液的思维模型），指向创造性、批判性思维、探究与问题解决、合作等重要的跨学科素养[6]。

当然，本项目教学实施过程中遇到了“时间紧迫与环节优化”“项目评价与时机反馈”“小组合作与改进优化”等问题，还需要进一步学习项目学习理论，在教学实践中持续研究并改进。

参考文献

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

[2] 夏雪梅.项目化学习：连接儿童学习的当下与未来[J].人民教育，2017（23）：58-61.

[3] 江合佩，刘炯明，张贤金.“发展中的化学科学”项目式教学设计与实施—以“碳氮偶聯合成尿素研究”为例[J].化学教学，2021（6）：42-48.

[4] 王洁.体验“做数学”—“测量学校绿地面积”的项目学习[J].人民教育，2003（15-16）：17-21.

[5] 胡红杏.项目式学习：培养学生核心素养的课堂教学活动[J].兰州大学学报，2017，45（6）：165-172.

[6] 夏雪梅.学科项目化学习设计：融通学科素养和跨学科素养[J].人民教育，2018（1）：61-66.

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