談初中學生如何構建定性和定量的概念模型

田長明

（江蘇省蘇州市吳中區教育局教研室 江蘇 蘇州 215104）

定量分析是依據統計數據，建立數學模型，并用數學模型計算出分析對象的各項指標及其數值的一種方法。定性分析則是主要憑分析者的直覺、經驗，憑分析對象過去和現在的延續狀況及最新的信息資料，對分析對象的性質、特點、發展變化規律作出判斷的一種方法。定性分析與定量分析應該是統一的，相互補充的；定性分析是定量分析的基本前提，沒有定性的定量是一種盲目的、毫無價值的定量；定量分析使定性更加科學、準確，它可以促使定性分析得出廣泛而深入的結論。因此讓初中學生構建定性和定量概念模型顯得尤為重要。

一、辨析教材中定性和定量的概念

初中教材中關于定性和定量的概念很多，定性概念的有可燃性、阻燃性、助燃性、溶解性、酸堿性等，定量的概念有溶液組成的定量表示、溶解度、酸堿度等。辨析這些概念之間的相互關系，有利于學生建立定性和定量的概念模型，筆者試舉兩例。

1．溶解性與溶解度

本節內容就課題而言，突出的是物質溶解性的定量表示——溶解度，因此教材重點對溶解度進行了分析與探究，但對溶解度與溶解性之間的關系卻沒有涉及，筆者認為理順這兩者之間的關系有利于學生對溶液的知識有一個較為全面的把握。

何為溶解性？簡言之就是指物質在某種溶劑中溶解的能力。我們把物質的溶解性可定性為易溶、可溶、微溶和不溶。那物質的溶解性如何界定呢？這就必須與物質的溶解度聯系起來。

固體物質的溶解度的定義：在一定溫度下，該物質在100g溶劑（通常溶劑為水）里達到飽和狀態時所溶解的質量。固體物質的溶解性和溶解度的關系如表1。

表1

氣體的溶解度在滬教版教材中屬于 “拓展視野”的內容，學生能夠了解就可以了，但很多教師對氣體的溶解度和溶解性之間的定量關系知之甚少。氣體溶解度的定義是在一定溫度和壓強下，氣體在一定量溶劑中達到飽和狀態時氣體的體積。常用定溫下1體積溶劑中所溶解的最多體積數來表示。氣體的溶解度除與氣體本性、溶劑性質有關外，還與溫度、壓強有關，其溶解度一般隨著溫度升高而減少，隨壓強增大而顯著增大。

氣體的溶解度和溶解性之間的定量關系如何，根據《中華人民共和國藥典》2005年版CP2005關于藥品的近似溶解度的敘述，筆者整理如表2。

表2

2．酸堿性和酸堿度

酸堿性：何為酸堿性，簡言之是酸性、中性、堿性的總稱。判斷溶液酸堿性的方法一般是用酸堿指示劑，常見酸堿指示劑的顏色變化與溶液酸堿性的關系如表2。

為什么溶液的酸堿性會不同？很多老師并沒用從本質上去給學生分析，主要是考慮到學生的知識基礎。但如果教師把它作為一個知識拓展來開闊學生的視野，可以完善學生的知識結構。酸堿性實質上是指溶液中氫離子和氫氧根離子濃度的相對大小，當溶液中氫離子濃度大于氫氧根離子濃度時，溶液顯酸性；當溶液中氫離子濃度小于氫氧根離子濃度，溶液顯堿性；當溶液中氫離子濃度等于氫氧根離子濃度，溶液顯中性。

表3

酸堿度：是溶液酸度和堿度的總稱，是指溶液的酸堿性強弱程度，一般用pH值來表示。pH＜7為酸性，pH＝7為中性，pH＞7為堿性。在pH＜7的情況下，pH值越小酸性越強，越大酸性越弱。在pH＞7的情況下，pH值越小堿性越弱，越大堿性越強。

用pH表示溶液酸堿度時必須讓學生明確兩個問題：⑴用pH表示溶液的酸堿度是有局限性的，如果溶液的酸性或堿性很強，是不能用pH來表示，而是采用其他表示方法。⑵測定溶液pH的方法有多種，如果粗略的測定溶液的pH，可用廣泛的pH試紙來測定；如果較精確的測定溶液的pH，可用精密pH試紙和pH計。酸堿性和酸堿度的關系可用下表4表示。

表4

二、開發教材中定性和定量的實驗

化學教師應該發展開發與利用化學課程資源特別是化學實驗課程資源的能力，成為一個主動的決策者和建設者。化學教師可以對化學教材中的實驗內容進行“二次開發”，對有些實驗進行改進，其中包括一些關于定性和定量的實驗。讓學生在探究的過程中有所發現，有所創造。筆者試舉兩例：

1．燒不壞的手帕

滬教版九年級化學教材上冊第4章第一節89頁的“觀察與思考”中有一個“燒不壞”的手絹實驗：

將2體積95%的酒精和1體積水混合。把一塊棉布手絹浸入配好的混合液中，浸透后取出，輕輕擰干，用坩堝鉗夾持，在酒精燈上點燃，并輕輕抖動手絹?；鹧嫦绾?，你觀察到原來浸透酒精的手絹發生了什么變化？你能解釋其中的原因嗎？

圖1 燒不壞的手絹

該實驗中是將2體積95%的酒精和1體積水混合，按這樣的比例的配制，酒精能燃燒，手絹燒不壞，但如果按不同的比例配制，酒精的濃度高，手絹會不會燒壞呢？酒精的濃度低，能不能點燃呢？有教師設計了如下實驗：

將大小相同的若干塊手絹在8份體積分數不同的酒精溶液中浸透后取出點火，做了“燒不壞的手絹”的實驗。其實驗結果記錄如下：

實驗序號 1 234所用酒精的體積分數 95% 85%實驗現象 酒精燒完手絹燒壞酒精燒完手絹燒壞75%酒精燒完手絹無損65%酒精燒完手絹無損實驗序號 5 678所用酒精的體積分數 55% 45%實驗現象 酒精燒完手絹無損35%25%酒精燒完手絹無損 不燃燒 不燃燒

通過上述定量實驗可以得出如下結論：⑴如果酒精的體積分數大于45%時，酒精能燃燒。⑵當酒精的體積分數大于85%時，手絹會被燒壞。當然這個定量實驗還是比較粗略的，如果要得到更精確的結論，還需要做更多組的實驗。

2．浮起來的雞蛋

滬教版九年級化學教材上冊第6章第二節161頁的“活動與探究”：

在常溫下配制蔗糖溶液：

【實驗1】稱取3g蔗糖加到燒杯中，再用量筒量取20mL水加入燒杯中，攪拌使蔗糖完全溶解。

【實驗2】稱取5g蔗糖加到燒杯中，再用量筒量取50mL水加入燒杯中，攪拌使蔗糖完全溶解。

1．請你猜一猜，上述兩個實驗所得的蔗糖溶液哪個更甜一些？你能通過有關數值的比值來說明嗎？

……

這個實驗的結果是要學生猜測，因為無法通過外在的現象表現，且該實驗興趣性也不強。有教師就把這個實驗改進，設計了雞蛋的沉浮實驗，在200g水中放入一個雞蛋，然后讓學生不斷加食鹽并攪拌：

次序 水的質量 食鹽的量 沉或浮 小結1 200g 5g 2 200g 10g 3 200g 15g 4 200g 20g…… …… …… ……

隨著食鹽量的不斷增加，學生看到雞蛋由沉到懸再到浮的過程，覺得很有趣。

這個實驗的原理很簡單，加鹽越多，食鹽水的質量分數越大，溶液的密度就越大，浮力也就越大，當浮力大于雞蛋的重力時，雞蛋就會上浮。

在初中化學教學中引導學生用定量思想去思考、分析和解決問題，從方法的角度引導學生理解 “定量”與“定性”的差異，從而促進學生化學研究方法的理解和定量研究能力的提升。這不僅體現了鮮明的時代特點和要求，而且對學生化學基本觀念的形成乃至科學素養的提高都具有重要意義。但教學過程中一定要處理好定性和定量的關系，過度的定量化，容易使學生迷失在各種形式的數學推演和運算之中，而喪失了對豐富而生動的化學本質的認識和理解，使學生喪失學習化學的興趣和信心，這些都是與我們化學教學目的的本意背道而馳的。