基于真實情境的基礎(chǔ)型實驗教學(xué)

王藝扉

摘要：針對基礎(chǔ)型實驗教學(xué)難以創(chuàng)設(shè)生產(chǎn)生活實際問題的情境，提出基于真實情境的基礎(chǔ)型實驗教學(xué)模式。以酸堿滴定的實驗內(nèi)容為例，創(chuàng)設(shè)牛奶酸度測定的情境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，通過多個貼合學(xué)情的任務(wù)驅(qū)動學(xué)生進行科學(xué)探究，在此基礎(chǔ)上進行實驗測定牛奶酸度，并作實驗方案評價，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會運用所學(xué)的化學(xué)知識和方法解決實際化學(xué)問題。

關(guān)鍵詞：真實情境;牛奶酸度;酸堿滴定

文章編號：1008-0546（2021）08-0091-04

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.024

一、問題的提出

化學(xué)情境教學(xué)已發(fā)展了近三十年，經(jīng)歷了三個階段，從“為情而境”到“由境生情，人在境外”再至“由境生情，人在境內(nèi)”，現(xiàn)階段所需的即是融學(xué)習(xí)知識、發(fā)展能力、建構(gòu)觀念、培養(yǎng)價值觀與社會責(zé)任感為一體的真實情境[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也指出“真實、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺”“教師教學(xué)中應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實且富有價值的問題情景”[2]。

對于實驗教學(xué)而言，本身就具有實驗情境，然而基礎(chǔ)型課程中的實驗，由于其難度限制，往往所創(chuàng)設(shè)的情境是“如何測定結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量”“實驗室中有瓶標(biāo)簽?zāi)：臍溲趸c溶液，如何測定其濃度”等類似實驗室的虛擬情境，僅參加化學(xué)合格考的學(xué)生對此是缺乏興趣的。實驗教學(xué)中要創(chuàng)設(shè)貼近社會生活、具有實際意義的真實情境，如檢測水質(zhì)污染情況的“測定水的耗氧量滴定實驗”[3]，卻大多是高三實驗復(fù)習(xí)課或是大學(xué)課程。

二、基于真實情境的基礎(chǔ)型實驗教學(xué)模式

基礎(chǔ)型實驗教學(xué)一般為便于學(xué)生理解，排除較多干擾，選擇最簡單、最基本的實驗試劑和儀器，而真實情境中的實際問題免不了略為復(fù)雜的實驗原理、高于基礎(chǔ)型課程的實驗要求。因此，基于真實情境的基礎(chǔ)型實驗教學(xué)就需在真實情境和實際問題之間進行基礎(chǔ)實驗知識的學(xué)習(xí)，并在一定程度上簡化實際問題，使其接近基礎(chǔ)型實驗難度，便于學(xué)生開展實驗活動，而在實驗方案評價時可適當(dāng)讓學(xué)生了解實際實驗問題的標(biāo)準(zhǔn)解決方案，如圖l。

本文選擇上海科學(xué)技術(shù)出版社高二第一學(xué)期第十章第三節(jié)中的“酸堿滴定”為基礎(chǔ)型實驗教學(xué)內(nèi)容，以“揭秘牛奶酸度的測定”為例說明之。

三、“揭秘牛奶酸度的測定”教學(xué)設(shè)計

1.教學(xué)設(shè)計思想

酸堿滴定是測定物質(zhì)中成分含量的一種定量分析方法，在質(zhì)量檢測中發(fā)揮著重要作用。本節(jié)課以牛奶酸度的測定為情境，通過實驗原理、滴定儀器、終點判斷三個探究任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在自主活動、交流討論、實驗分析的過程中，掌握酸堿滴定的實驗原理和實驗關(guān)鍵，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。在教師演示滴定操作的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進一步用滴定實驗測定牛奶酸度，引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)知識和方法解決生產(chǎn)、生活問題，形成理論聯(lián)系實際的觀念，提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任素養(yǎng)。

2.教學(xué)目標(biāo)

（l）通過對教材的分析討論，掌握酸堿滴定的原理。

（2）基于滴定管構(gòu)造的深入認識和酸堿指示劑的合理選擇，通過小組實驗活動初步學(xué)會酸堿滴定基本操作，感悟滴定分析法的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

（3）通過牛奶酸度測定的探究，初步學(xué)會用滴定法解決化學(xué)定量分析，感悟滴定分析法在質(zhì)量檢驗中的重要作用，增強將化學(xué)知識和方法應(yīng)用于解決生產(chǎn)、生活問題的意識。

3.教學(xué)流程

教學(xué)流程如圖2所示。

4.教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：牛奶酸度測定情境引入

【展示】牛奶酸度不達標(biāo)的新聞。

【設(shè)問】為什么在質(zhì)檢巾要測定牛奶的酸度？

【展示】百度百科：牛奶酸度（以乳酸計）=自然酸度+發(fā)酵酸度，酸度是一個代表牛奶新鮮程度的理化指標(biāo)。酸度低的牛乳表明新鮮度高。

【設(shè)問】老師現(xiàn)場帶來了一盒牛奶（展示），在質(zhì)檢巾如何測定牛奶的酸度？

【講解】牛奶酸度的測定，本質(zhì)上就是采用一種定量分析方法——酸堿滴定，顧名思義，這是一種建立在酸堿反應(yīng)基礎(chǔ)上的滴定分析法。那么究竟什么是酸堿滴定呢？

【設(shè)計意圖】通過牛奶酸度不達標(biāo)的新聞，引導(dǎo)學(xué)生了解牛奶質(zhì)檢中測定酸度的原因、思考測定酸度的方法，聯(lián)系生活，創(chuàng)設(shè)質(zhì)檢過程中牛奶酸度測定的真實情境，讓學(xué)生感受化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的重要作用，激發(fā)他們對酸堿滴定的探究興趣。

環(huán)節(jié)二：探究1：酸堿滴定的實驗原理

【活動】閱讀教材內(nèi)容，思考以下問題：

（l）什么是酸堿滴定？

（2）什么是標(biāo)準(zhǔn)液，什么是待測液？

（3）如何計算氫氧化鈉溶液的濃度？

【展示】教材上酸堿滴定的例題。（在20.OOmL未知濃度的氫氧化鈉溶液巾逐滴加入0.1218mol/L鹽酸，當(dāng)?shù)沃?8.60mL時，恰好完全反應(yīng)。）

【互動】分析得出酸堿滴定的定義，歸納得到一元酸和一元堿滴定時，待測液濃度的表達式為c（標(biāo)準(zhǔn)㈣V（標(biāo)準(zhǔn)液）

V（待測液）

【提問】根據(jù)教材例題，試尋找關(guān)鍵詞，你覺得酸堿滴定實驗的關(guān)鍵點是什么？

【歸納】酸堿滴定的實驗關(guān)鍵①準(zhǔn)確測定液體體積;②正確判斷滴定終點。

【設(shè)計意圖】本校學(xué)生思維能力和計算能力薄弱，充分用好教材，通過教材閱讀認識酸堿滴定，便于學(xué)生快速理解實驗原理。根據(jù)教材例題找出實驗關(guān)鍵點，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注定量實驗的“準(zhǔn)確性”，為后續(xù)探究和操作做鋪墊。

環(huán)節(jié)三：探究2：酸堿滴定的滴定儀器

【過渡】我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)實驗關(guān)鍵之一——準(zhǔn)確測定液體體積呢？在這里要向大家介紹一種新的定量儀器——滴定管。

【討論】請仔細觀察每組桌面上的滴定管，并討論：滴定管有怎么樣的外在特征？使用時有什么優(yōu)點？

【互動】師生共同講解滴定管的構(gòu)造和使用：

（1）觀察滴定管，上面有哪些標(biāo)注？

（2）將滴定管全部盛滿溶液，其體積恰好等于25mL嗎？

（3）滴定管0刻度在上方;最小刻度：O.lmL，精密度：O.OlmL，讀數(shù)時小數(shù)點后第兩位需估讀。而我們實驗室使用的藍帶滴定管則是讀取藍線粗細交界處。試讀取圖片（展示）上滴定管讀數(shù)？

【活動】嘗試?yán)檬纸淼募t色手柄滴定管取用5.OOmL蒸餾水，需要讀數(shù)幾次？（學(xué)生滴定管初始液面設(shè)計為有些組是在0刻度，有些組是在0刻度以下。）

【歸納】滴定管的使用方法和基本操作。

【設(shè)計意圖】學(xué)生初次接觸滴定實驗，從來沒有思考過應(yīng)該使用什么儀器，讓學(xué)生設(shè)計出滴定儀器比較困難，在滴定管的仔細觀察和討論中發(fā)現(xiàn)滴定管的外在特征和使用時的優(yōu)點，更切合基礎(chǔ)型課程的學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。在取用5.OOmL蒸餾水的活動中，讓學(xué)生初步體驗滴定管的使用，感悟放出液體的體積是末讀數(shù)減初讀數(shù)、滴定管中的初始液面可以是0刻度或0刻度以下、放出液體時應(yīng)當(dāng)先快后慢，該活動為學(xué)生最后進行滴定實驗打好了扎實的基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)四探究3：酸堿滴定的終點判斷

【過渡】剛才明確了要滿足實驗關(guān)鍵①，需要使用滴定管，那么如何達成實驗關(guān)鍵②正確判斷滴定終點呢？

【展示】高中常見的酸堿指示劑的變色范圍。

【討論】酸堿中和反應(yīng)，有些有明顯現(xiàn)象，而很多像剛才例題中的鹽酸和氫氧化鈉溶液的反應(yīng)無明顯現(xiàn)象，那么我們?nèi)绾闻袛嗨釅A恰好完全反應(yīng)，已達到滴定終點？

【學(xué)生】石蕊，因為常溫下鹽酸和氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)時，pH=7，恰好處于石蕊pH5.0-8.0的變色范圍。

【展示】甲基橙、酚酞、石蕊在不同酸堿溶液中的顏色。

【講解】石蕊的紅、紫、藍三種顏色非常接近，顏色變化并不明顯，不便于觀察。一般在酸堿滴定中我們不使用石蕊。

【提問】石蕊不可選，我們還比較熟悉酚酞試液，那么無論是堿滴酸還是酸滴堿，都使用酚酞作為指示劑好不好？

【實驗】實驗動畫：A試管rf1裝有2mL O.lOOOmol/L鹽酸溶液+2滴酚酞+食用油;B試管中裝有2mLO.lOOOmol/L氫氧化鈉溶液+2滴酚酞+食用油。（食用油排除空氣中的二氧化碳對氫氧化鈉溶液的干擾。）滴管伸人A試管液面下加入3-4滴O.lOOOmol/L氫氧化鈉溶液;滴管伸入B試管液面下加入3-4滴O.lOOOmol/L鹽酸溶液，見圖3。

【歸納】酸堿指示劑變色由淺到深更易于觀察，因此，一般來說，堿滴酸選酚酞：溶液由無色變粉紅色，且半分鐘不變色;酸滴堿選甲基橙：溶液由黃色變橙色，且半分鐘不變色。要求半分鐘不變色是因為隨著反應(yīng)的進行，溶液濃度下降，反應(yīng)速率變小，為使其完全反應(yīng)。

【提問】酚酞并不在pH=7變色，對實驗結(jié)果是否有影響？還能否用這個指示劑？

【實驗】實驗視頻：傳感器技術(shù)繪制滴定曲線，見圖4。（lOmL O.lOOOmol/L氫氧化鈉溶液滴定lOmLO.lOOOmol/L鹽酸。）

【展示】滴加恰好完全反應(yīng)，以及前、后半滴氫氧化鈉溶液時溶液的pH值和計算所得鹽酸濃度的數(shù)據(jù)表。

【互動】根據(jù)實驗視頻和相關(guān)數(shù)據(jù)分析：

（1）滴定曲線呈現(xiàn)怎么樣的變化趨勢？

（2）鹽酸和氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)時在滴定曲線上的位置在哪里？

（3）酚酞變色范圍是pH8.2-10.0，這一段處在滴定曲線的哪段位置？

【歸納】酸堿指示劑的選擇不一定變色范圍包含pH=7恰好完全反應(yīng)的這個點，只要其變色范圍在滴定突躍內(nèi)或與滴定突躍相交即可，對最終的計算結(jié)果無影響。

【設(shè)計意圖】酚酞作為指示劑時酸滴堿、堿滴酸實驗，在實際操作中滴管伸入到液面下滴3-4滴溶液有一定難度，教師實驗并做成循環(huán)播放的實驗現(xiàn)象動畫，便于學(xué)生觀察實驗，感悟由淺入深顏色變化易于觀察。通過觀看教師錄制的傳感器技術(shù)繪制滴定曲線實驗視頻，以畫中畫技術(shù)同時展現(xiàn)曲線變化和溶液顏色變化，讓學(xué)生認識滴定過程的pH變化和指示劑變色現(xiàn)象，體會量變引起質(zhì)變的哲學(xué)道理，學(xué)生進而在階梯型的問題互動中理解指示劑選擇的一般要求。

環(huán)節(jié)五 實驗：酸堿滴定測定牛奶的酸度

【過渡】通過剛才的探究，我們現(xiàn)在就可以揭開牛奶酸度測定之秘。

【演示】實驗視頻：演示滴定操作（O.lOOOmol/L氫氧化鈉溶液滴定lOmL鹽酸）。

【討論】已知乳酸是一種一元酸（HA），確定測定牛奶酸度的實驗方案。

【活動】學(xué)生小組實驗：測定牛奶的酸度。（取9.80mL牛奶+20mL蒸餾水+酚酞（此步驟已預(yù)先完成），用O.lOOOmol/L氫氧化鈉溶液滴定。）

【講解】為了方便起見，食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滴定IO.OOOg牛奶消耗濃度O.lOOOmol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)乘以10為牛奶酸度，以。T表示。剛才所測定的恰好是lO.OOOg的牛奶。而一般認為12-18°T為新鮮牛奶，今天我們測定的牛奶是否符合新鮮牛奶要求？我們可以如何提高實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性？

【設(shè)計意圖】在完成酸堿滴定的理論和操作學(xué)習(xí)后，通過師生討論確定了測定牛奶酸度所需的標(biāo)準(zhǔn)液、指示劑、滴定終點，引導(dǎo)學(xué)生完成實驗方案的制定，增強實際問題解決能力。結(jié)合國標(biāo)中牛奶酸度信息，學(xué)生的自主牛奶酸度測定實驗，讓他們初步體驗質(zhì)檢的一般過程，感悟滴定分析在質(zhì)檢中的重要性。對提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確性的思考是指向平行實驗的定量實驗基本要求，讓學(xué)生能夠?qū)嶒灧桨高M行初步評價，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。

【課后拓展】在測定牛奶酸度時，容易受什么外界因素影響？查閱國家標(biāo)準(zhǔn)：牛乳的酸度測定，了解在質(zhì)檢過程巾為達定量實驗的準(zhǔn)確性做了哪些要求？

【設(shè)計意圖】課后拓展作業(yè)的布置是利用網(wǎng)上平臺進行的，在國標(biāo)的閱讀中，引導(dǎo)學(xué)生進一步認識牛奶酸度測定實驗，深度評價實驗方案，幫助學(xué)生建構(gòu)定量實驗的準(zhǔn)確性觀念。

四、教學(xué)反思

1.真實情境實現(xiàn)有味實驗教學(xué)

牛奶酸度測定的真實情境創(chuàng)設(shè)讓實驗教學(xué)不再停留于枯燥的實驗原理和實驗操作，使課堂既富有了趣味，又不失學(xué)科味。學(xué)生在貼近生活的牛奶新鮮度檢測的驅(qū)動下，展開科學(xué)探究，完成了酸堿滴定的教學(xué)基本要求，解決了實際問題，課后還津津樂道于正確的滴定終點應(yīng)是“草莓牛奶”，而非“火龍果牛奶”，也樂于參與課后網(wǎng)上對牛奶酸度的國標(biāo)測定要求的討論，對酸堿滴定的實驗學(xué)習(xí)回味無窮。

2.教學(xué)模式符合單元設(shè)計理念

教材上本單元的內(nèi)容是定量實驗，從單元設(shè)計的角度，不僅是讓學(xué)生學(xué)習(xí)幾種定量測定方法，更是要關(guān)注到定量實驗中的“準(zhǔn)確性”要求。在“創(chuàng)設(shè)真實情境一學(xué)習(xí)基礎(chǔ)實驗一解決實際問題一評價實驗方案”的教學(xué)模式下，本節(jié)課的設(shè)計重在解決實驗關(guān)鍵，把握酸堿滴定的準(zhǔn)確性，并在牛奶酸度的實驗測定過程巾提醒相關(guān)影響“準(zhǔn)確性”的操作，圍繞“準(zhǔn)確性”進行實驗方案的評價，滲透定“量”實驗的觀念。

3.動靜活動發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)

在本次實驗教學(xué)中，動靜活動相結(jié)合，有動態(tài)的實驗、討論，也有靜態(tài)的閱讀、思考，輔以傳感技術(shù)、循環(huán)動畫、實驗投屏等信息技術(shù)，提高了學(xué)生課堂的參與度，在結(jié)合實際問題的探究中發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。對于非常有意思的“牛奶酸度的測定”，鑒于課堂時間有限，學(xué)生只能進行1—2次實驗，也未經(jīng)歷國標(biāo)要求的實驗，可課后組織感興趣的學(xué)生進行項目研究，進一步促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻

[l]沈旭東.從“為情而境”到“由境生情”——化學(xué)教學(xué)中真實情境創(chuàng)設(shè)概論[J].化學(xué)教學(xué)，2019（7）：25-29

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[3]伍文洪.基于真實情境的探究實驗教學(xué)——以“測定水的耗氧量滴定實驗”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2020（11）：91-93.87