化學文化視角下定性定量分析方法的實踐

閔蓉蓉

(江蘇省高郵市南海中學 225600)

化學是研究物質的組成、結構、性質及應用的一門基礎自然科學，其特征是研究物質和創(chuàng)造物質，化學的核心知識已經(jīng)應用于自然科學的各個領域.初中階段的化學教育，要激發(fā)學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質的變化規(guī)律，形成化學的基本觀念，啟迪科學思維.作為化學教師,應該做好啟蒙教育,使學生覺得化學好學、好懂、有趣、愿意學，因而積極思維，使基礎知識在自己的腦海里留下深刻的印象.定性分析與定量分析就是人們認識事物時用到的分析方式，運用于不同學科.從定性到定量的科學方法是人類認識事物時由模糊變得清晰起來，由抽象變得具體，在化學文化視角下對定性定量分析方法的運用，又有其特定的學科特點，將會助推學生理解科學本質，提高科學素養(yǎng).

一、拉瓦錫和定量研究

提到定量研究方法，就要對拉瓦錫及其定量研究對初中化學的教學作用做一闡述.拉瓦錫被廣泛認為是人類歷史上最偉大的化學家，他使化學從定性轉為定量，促使18世紀的化學更加物理及數(shù)學化.他撰寫了第一部真正現(xiàn)代化學教科書《化學基本論述》，他倡導并改進定量分析方法并用其驗證了質量守恒定律.

1.拉瓦錫關于質量守恒定律的研究

拉瓦錫對化學的貢獻之一是從實驗的角度驗證并總結了質量守恒定律.早在拉瓦錫出生之時，俄羅斯科學家羅蒙諾索夫就提出了質量守恒定律，他當時稱之為“物質不滅定律”，其中含有更多的哲學意蘊.但由于“物質不滅定律”缺乏豐富的實驗依據(jù)，特別是當時俄羅斯的科學還很落后，“物質不滅定律”沒有得到廣泛的傳播.

拉瓦錫用硫酸和石灰合成了石膏，當他加熱石膏時產(chǎn)生了水蒸氣，拉瓦錫用天平仔細稱量了不同溫度下石膏失去水蒸氣的質量，他把失去的水蒸氣稱為“結晶水”.這次意外的成功使拉瓦錫養(yǎng)成了經(jīng)常使用天平的習慣.由此，他總結出質量守恒定律，并成為他進行實驗、思維和計算的基礎.

2.拉瓦錫關于燃燒原理的重要發(fā)現(xiàn)

之所以能夠有此發(fā)現(xiàn)，是因為拉瓦錫第一次準確地識別出了氧氣的作用.確認燃燒是氧化的化學反應，即燃燒是物質同某種氣體的一種結合.拉瓦錫為這種氣體確立了名稱，即氧氣.

1772年秋天，拉瓦錫習慣稱量了定量的紅磷，使之燃燒、冷卻后又稱量灰燼(五氧化二磷)的質量，發(fā)現(xiàn)質量竟然增加了.他又燃燒硫黃，同樣發(fā)現(xiàn)灰燼的質量大于硫黃的質量.他想這一定是什么氣體被白磷和硫磺吸收了，于是他又改進實驗的方法：將白磷放入一個鐘罩，鐘罩里留有一部分空氣，鐘罩里的空氣用管子連接一個水銀柱(注：測定空氣的壓力).加熱到40℃時白磷就迅速燃燒，水銀柱上升.拉瓦錫還發(fā)現(xiàn)增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量基本接近.他還用汞做了類似實驗測得的數(shù)據(jù)也是增加的重量和所消耗的1/5容積的空氣重量基本接近.

1777年9月5日，拉瓦錫向法國科學院提交了《燃燒概論》，化學自此切斷與古代煉丹術的聯(lián)系，揭掉神秘和臆測的面紗，取而代之的是科學實驗和定量研究.化學由此也進入定量化學(即近代化學)時期.

二、化學啟蒙教育和定量研究

在初中化學的啟蒙學習中，應該培養(yǎng)學生養(yǎng)成認真細致觀察現(xiàn)象、認真思考分析現(xiàn)象，認真嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和認真活躍的科學思維.課程標準中提到的這些要求，在拉瓦錫的定量研究中均有體現(xiàn).從前面的資料介紹中，可以看出在實驗中他除了細致地觀察外，還善于捕捉那些化學反應中各種物質變化的相互聯(lián)系，不被表面現(xiàn)象所迷惑，透過現(xiàn)象深入到本質，從整體上去認識反應的實質在初中化學的啟蒙學習中，科學家研究科學的精神也可以激勵學生在科學探究活動中，自己去發(fā)現(xiàn)問題，提出質疑和批判，用實驗去檢驗，即使因為學生的知識所限、能力所限、實驗環(huán)境所限，不能獨立得出結論，但因為學生們有了親身經(jīng)歷和體驗，更主要的是學生都能夠參與到動手做科學的活動中去，感受到化學文化視角下的從定性到定量的一種分析解決問題的方法.

初中化學的學習中，處處可以體驗到定量研究與化學學習的相關內(nèi)容.

1.質量守恒定律是定量研究方法的最重要的體現(xiàn)

從宏觀上反應前后物質質量總和不變，元素質量不變，到微觀上原子質量、原子數(shù)目不變，到化學變化中反應物、生成物之間存在固定質量比，依據(jù)化學方程式的相關計算等，元素守恒的思想應用廣泛，運用定量研究的思想可以判斷物質的組成、物質的含量等.從定性到定量是化學學習中研究問題的一般方法

2.濃溶液、稀溶液和溶質的質量分數(shù)

生產(chǎn)和生活中可以通過觀察不同濃度的溶液的顏色的深淺來說明溶液的濃與稀，也可以品嘗溶液的味道來比較溶液的濃與稀.但對于無色溶液及實驗室中不允許品嘗味道的溶液，其濃度就無法比較了.因此，引入溶質的質量分數(shù)的概念，可以準確知道一定量的溶液中含有的溶質的質量，可以使?jié)馊芤号c稀溶液一目了然.

3.溶解性和溶解度

一種物質溶解在另一種物質中的能力即溶解性，不同溶質在同一溶劑中的溶解性不同，相同溶質在不同溶劑中的溶解性也不同，如何區(qū)別易溶、可溶、微溶、難溶的物質的溶解能力強弱，在討論溶質的溶解性的大小時，又學習了溶解度的概念，有了溶解度，就可以比較食鹽、硝酸鉀等易溶物質的溶解性的強弱了.

4.酸堿性和酸堿度

利用酸堿指示劑只能檢驗出溶液是酸性還是堿性，而無法知道溶液的酸堿性的強弱程度，如果用酸堿度來定量描述酸堿性的強弱.那么，就可以解決一類相對應的問題.

5.碳的完全燃燒與不完全燃燒

由于參加反應的氧氣的量的不同，導致了產(chǎn)物的不同.如果再通過參加反應的碳與氧氣的質量比來判斷，就可以準確知道反應后的氣體組成了.

三、化學教學中的實施策略

1.理解定性分析到定量研究是研究問題的普遍方法

定性分析是對研究對象的“質”的方面的研究，運用分析、歸納、演繹、推理等方法，對材料進行思維加工，從而由表及里，去偽存真，認識事物的規(guī)律.而定量分析主要通過數(shù)據(jù)、圖形、模型等表示，如在溶液的學習中，溶液組成的定性表示為：溶液由溶質和溶劑組成，定量表示為：溶質的質量分數(shù)=溶質的質量/溶液的質量×100%.

定性分析有兩種不同的層次，一種是研究的結果本身就是一種定性的描述，另一種是建立在定量分析基礎上的定性分析.從科學認識的角度看，任何分析都是首先從“質”的層面開始，在定量分析的基礎上，再作出高層次的定性分析，從而得出可靠的結果.

例如：蠟燭在空氣中燃燒生成二氧化碳和水，可以判斷蠟燭中一定含有碳元素和氫元素，是否有氧元素，必須通過定量分析.定量分析可以使人們對研究對象的認識精確化，可以更科學地把握事物本質，揭示規(guī)律.

定性分析是定量分析的基礎，定性是定量的依據(jù)，定量是具體的定性，兩者相輔相成，相得益彰.

2.理解教材編寫意圖，恰當滲透定量思想

九年級上海教育出版社的義務教育教科書《化學》中，第一章以紅磷在空氣中燃燒來測定空氣中氧氣的含量開始，就應用定量的思想用足量紅磷將一定量空氣中的氧氣完全反應完，導致集氣瓶內(nèi)外形成壓強差，倒流進瓶中水的體積即為消耗的氧氣的體積.雖然學生剛接觸化學，這樣的研究方法模式不一定有能力進行總結歸納，但可以在教師的引導下分析，思路清晰，方案明確.到學習質量守恒定律時，用定量分析的方法解決一些問題的能力已經(jīng)具備.學習溶解性與溶解度、酸堿性與酸堿度時，用定性定量的方法解決問題的能力已經(jīng)游刃有余.

教師基于對義務教育教科書《化學》知識體系的理解，心中對學生學習方法的階段性培養(yǎng)規(guī)劃應該是清楚的.在不同階段，因學生的認知能力的不同，滲透的定量分析的程度和對學生的要求是不同的.教師統(tǒng)籌安排，恰當培養(yǎng)，會事半功倍.

3.洞悉學生認知特點，不宜方法培養(yǎng)的時間前置

化學作為九年級的啟蒙學科，應該使每一個學生以愉快的心情去學習生動有趣的化學，激勵學生積極探究化學變化的奧秘，讓學生有更多的機會主動地體驗探究的過程，在知識的形成、相互聯(lián)系和應用過程中養(yǎng)成科學的態(tài)度，學習科學的方法.因此，包括定量研究在內(nèi)的許多方法和能力的培養(yǎng)需要一個過程，切不可隨意無科學性，應該有一個整體的引導培養(yǎng)規(guī)劃，否則會遏制學生的學習興趣，增添學習困難.同時定性定量分析的方法也是其他學科中研究事物的一種普遍方法.但是化學文化視角下啟蒙教育階段定性定量分析方法的實踐，有化學學科的特點，要引導學生更全面地認識物質世界的變化規(guī)律，要有助于學生更好地適應現(xiàn)代社會生活，要引導學生提高科學素養(yǎng)，促進學生全面發(fā)展.

參考文獻：

[1]課程研究開發(fā)中心.義務教育化學課程標準[M].北京：人民教育出版社，2007.