中學(xué)化學(xué)定量實驗的教學(xué)研究

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué) 定量實驗 教學(xué)類型

【中圖分類號】G 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2013）12B-0032-02

定量實驗是利用專門儀器和化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系來確定某些因素的數(shù)值等進行的實驗。定量實驗在學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)方面扮演著極為重要的角色。首先，它能幫助學(xué)生樹立“量”的意識。定量實驗?zāi)艹浞煮w現(xiàn)化學(xué)學(xué)科正逐步向定量化過渡的特征，能有效地引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生學(xué)會運用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法從定量的角度分析并解決化學(xué)中的有關(guān)問題。其次，它有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。定量實驗既能幫助學(xué)生形成化學(xué)概念，又能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、化學(xué)知識綜合運用能力等，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。此外，它還具備良好的考察功能。在歷年高考化學(xué)中多次出現(xiàn)，使高考更具有擇優(yōu)和選拔的功能，更能體現(xiàn)高考立足基礎(chǔ)、彰顯能力的宗旨。

高中化學(xué)新教材中涉及的定量實驗有配制100 mL1.00 mol/L NaCl溶液、用中和滴定法測定NaOH溶液的濃度、中和反應(yīng)中和熱的測定等。與定性實驗相比，定量實驗數(shù)量偏少，且在實際教學(xué)中，學(xué)校和教師對定量實驗的重視也不夠。這樣，學(xué)生很難形成“量”的概念，也不易形成“量變到質(zhì)變”“微觀到宏觀”等科學(xué)的方法論與價值觀，更不可能真正地提高科學(xué)素養(yǎng)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，想要利用有限的定量實驗，開展實驗教學(xué)，發(fā)揮其應(yīng)有的實際功能，達到理想的教學(xué)效果，構(gòu)建定量實驗的分類系統(tǒng)就顯得尤為重要。

為了更好地指導(dǎo)教師順利開展定量實驗的教學(xué)活動，將其教學(xué)功能落到實處，本文構(gòu)建了定量實驗的分類系統(tǒng)，并歸納出了每一類實驗的設(shè)計要點和基本教學(xué)流程。

一、定量實驗教學(xué)的特點

（一）科學(xué)性

科學(xué)性指化學(xué)實驗的反應(yīng)原理、操作順序、操作方法等必須與化學(xué)理論知識、實驗方法論和實驗教學(xué)論相一致，是化學(xué)實驗設(shè)計和實驗教學(xué)的基本原則。定量實驗只有在遵循科學(xué)性的前提下，結(jié)合化學(xué)理論知識和實驗技巧，設(shè)計出正確的實驗方案，才有可能獲得精確的數(shù)據(jù)，真正發(fā)揮定量實驗的功能。例如在“酸堿中和滴定”實驗中，如果學(xué)生不清楚實驗原理，盲目套用公式，將一元酸換成二元酸或?qū)⒁辉獕A換成二元堿，那么實驗得到的酸或堿的物質(zhì)的量濃度的結(jié)果就不一定精確。

（二）嚴(yán)謹(jǐn)性

嚴(yán)謹(jǐn)性指定量實驗的語言表達以及實驗設(shè)計中的操作步驟和數(shù)據(jù)的記錄、處理等都要嚴(yán)密周到、細(xì)致完善。進行定量實驗時，要求學(xué)生要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灢襟E、科學(xué)的操作方法、一絲不茍的精神，并多次重復(fù)實驗，以減小實驗誤差，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探索的精神和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪铝?xí)慣。“中和滴定”是中學(xué)化學(xué)長期進行的一項定量實驗，學(xué)生實驗用的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液是不進行定量標(biāo)定的，實驗室給學(xué)生準(zhǔn)備的大約為0.2mol/L的鹽酸“標(biāo)準(zhǔn)溶液”，因此這個實驗測得的NaOH的物質(zhì)的量濃度也是不準(zhǔn)確的，這需注意。

（三）整體性

整體性指從定量實驗的最基本要求出發(fā)，系統(tǒng)地整合各種實驗原理、操作、技能，綜合考慮一切可能影響因素，使實驗達到最佳效果。例如，“硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定”，這個實驗包括尋找合適反應(yīng)、確立計量關(guān)系、設(shè)計基本步驟、確定配套儀器、就測定結(jié)果是否準(zhǔn)確進行討論、修改實驗步驟、完成實驗設(shè)計、最終完成實驗、對結(jié)果進行處理分析等。每一步之間都是環(huán)環(huán)相扣的，順利完成這個實驗須從整體著眼，全面考慮，突出整體布局的思想。

二、定量實驗教學(xué)類型

筆者認(rèn)為定量實驗教學(xué)應(yīng)側(cè)重于通過設(shè)計簡單定量實驗方案，給學(xué)生搭建運用化學(xué)知識和技能進行分析、綜合、歸納、比較等科學(xué)思維方法的平臺，幫助學(xué)生在整合實驗原理、操作原理和儀器原理的相互關(guān)系中，形成設(shè)計簡單定量實驗方案的一般思維。

中學(xué)化學(xué)定量實驗教學(xué)可分為定量驗證、定量分析，其中定量分析又可分為性質(zhì)的測定、最佳量的確定、物質(zhì)含量的測定，在不同的實驗中思維上有所不同，設(shè)計上也有所差異。

（一）定量驗證

定量驗證就是通過實驗對已知的物理量進行檢驗以證實其真實性。如阿伏伽德羅常數(shù)的測定、一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制等。此類實驗需要測定的目的量明確，實驗原理是驗證已有的概念或相關(guān)的定義式，實驗的關(guān)鍵是如何通過化學(xué)反應(yīng)原理或關(guān)系式來確定目的量與可測定的量的關(guān)系。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從目的量出發(fā)，根據(jù)定義式或相關(guān)概念（如C=n/V等），明確實驗要測定的量，如果目的量不能直接通過實驗測定，則要根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理和反應(yīng)中的各種物理量將目的量轉(zhuǎn)化為可測定的量。

第二步：根據(jù)實驗原理，使用正確的實驗方法，設(shè)計出基本的實驗步驟并選擇相應(yīng)的配套儀器。

第三步：按照以上的實驗步驟展開具體的實驗操作，同時記錄實驗數(shù)據(jù)。

第四步：對原始的實驗數(shù)據(jù)進行處理，計算出目的量和實驗誤差，并分析誤差產(chǎn)生的原因。

（二）定量分析

1.性質(zhì)的測定

性質(zhì)測定就是利用實驗對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等進行具體的量的測量。如硫酸銅晶體中結(jié)晶水含量的測定、酸堿中和滴定等。這類實驗需要先根據(jù)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)或相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)確定計量關(guān)系，然后圍繞目的量和實測量之間的關(guān)系或根據(jù)實驗原理，選擇實驗方法，完成實驗設(shè)計。這類實驗在中學(xué)化學(xué)中占了很大篇幅，是我們接觸的定量實驗的代表。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從已有的定性實驗引入（如含有結(jié)晶水、相互的反應(yīng)關(guān)系等），通過分析，找到要測定的量，實現(xiàn)從定性到定量的轉(zhuǎn)化。利用相關(guān)化學(xué)反應(yīng)，建立起待測目標(biāo)量與實驗實測量的計量關(guān)系，完成對實驗原理的討論。

第二步：在實驗原理的指導(dǎo)下，設(shè)計出基本的反應(yīng)步驟，選擇相應(yīng)的配套儀器。

第三步：進行實驗操作，記錄相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)。

第四步：利用測定結(jié)果計算出測定誤差并分析導(dǎo)致誤差的原因。

2.最佳量的確定

最佳量的測定就是通過反復(fù)實驗確定某一反應(yīng)達到最佳實驗效果時各反應(yīng)物的濃度、溫度、壓強等實驗條件。如二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)的最佳的反應(yīng)量、實驗室制取氫氣時硫酸最佳濃度等。這類實驗的實驗原理是根據(jù)已有的反應(yīng)關(guān)系，列出對實驗的效果可能會產(chǎn)生影響的因素，一般要用正交實驗方法對實驗因素進行數(shù)據(jù)分析，然后得出最佳量的關(guān)系，確定最佳的實驗方案。

其基本教學(xué)流程如下：

第一步：從已有的反應(yīng)關(guān)系引入，通過分析，找出影響實驗效果的因素，確定每一影響因素的不同水平，實現(xiàn)從定性到定量的轉(zhuǎn)化。

第二步：利用正交小助手設(shè)計實驗，設(shè)計出基本的實驗步驟，選擇合適的實驗儀器。

第三步：依據(jù)正交表中的實驗順序，選擇相應(yīng)的實驗條件，依次進行實驗測定，對每一次的實驗結(jié)果進行評價。

第四步：通過比較不同的實驗結(jié)果，選擇獲得最佳實驗效果時的實驗條件，即為實驗的最佳量。

第五步：教師引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行討論，進一步優(yōu)化實驗方案。

3.物質(zhì)含量的測定

對混合物中某一組分的量的測定叫物質(zhì)含量的測定。如啤酒中二氧化碳含量的測定、雞蛋殼中碳酸鈣含量的測定等。這類實驗一般是測定日常生活中常見的某種物質(zhì)的含量，其實驗原理是選擇一定的物質(zhì)與要測量的物質(zhì)進行反應(yīng)（一般要生成沉淀或氣體），然后測定反應(yīng)物之間或反應(yīng)物與生成物的量，用它們的量的關(guān)系進行換算，從而測出所含物質(zhì)的量。

其基本教學(xué)流程如下：

第一、二、三步參照“性質(zhì)的測定”。

第四步：根據(jù)已有的反應(yīng)計量關(guān)系，通過計算將測得的實驗結(jié)果轉(zhuǎn)化成目標(biāo)量，從而得出實驗結(jié)論。

從上面的分析來看，定量實驗基本都是先確定目的量，然后根據(jù)計算公式、化學(xué)式或化學(xué)反應(yīng)方程式等確定可測的量，設(shè)計科學(xué)的實驗步驟，記錄實驗數(shù)據(jù)（為了減少實驗的誤差，提高實驗的準(zhǔn)確性，一般要重復(fù)實驗2-3次），最后分析實驗誤差或優(yōu)選出最佳的實驗方案。

（責(zé)編 盧建龍）