基于實證的主題式高三復習課教學

摘要：以“水中溶解氧測定”為主題，通過創設真實情境——測定學?！疤煲缓彼腥芙庋醯膶嶒?，引導學生對定量實驗——滴定分析法進行全面思考，生成問題，以加深學生對知識的理解，重構知識體系。在分析問題和解決問題的過程

中，培養了學生精準化思維，提升了理性思維能力，同時體悟了人與自然的關系，提升了學生的人文素養。

關鍵詞：定量實驗；實證教學；溶解氧測定；復習課

文章編號：1008-0546（2023）11-0071-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.015

一、教學前思考

化學實驗是進行科學探究的重要方式，它分為定性實驗和定量實驗。定量實驗是以定性實驗為基礎的實驗活動，在實驗中，定量實驗利用專門的儀器和化學反應計量關系來認識世界。［1］定量實驗需要對實驗數據進行處理分析，通過定量實驗和實驗數據的處理分析，來培養學生思考嚴謹規范的習慣，進一步提高學生分析問題、解決問題的能力，同時讓學生真實感受“定量”的意義。

“定量實驗和實驗的數據處理分析”是高考考查的熱點（見表1）。水質的問題是社會的熱點，“水中溶解氧”是衡量水質好壞的重要指標，在江蘇高考真題中已多次進行考查。本節課是高三的專題復習課，復習課不僅需要回顧，構建知識網絡，更需要激發學生生成問題來積極參與，引導學生在知識運用中加深對知識的理解，促進學生進行知識的重構，從而開展有效的教與學活動。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中基本理念之一：倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。［2］從這一理念出發，本節課筆者以“水中溶解氧測定”為主題，通過創設真實情境——測定學?！疤煲缓彼腥芙庋醯膶嶒灒瑢y量所采用的定量實驗方法—滴定分析法進行全面復習。

二、教學思路

見圖1。

三、教學環節

第一環節：銳問睿學

（視頻）學?！疤煲缓敝恤~兒的游樂生活。

（教師）聯想到《莊子·秋水》中知魚之樂的故事。引發學生思考：人們從最初認識世界的先驗方法到現在的科學定量測定方法。并以“水中溶解氧”為例，探索魚游樂生活到底需要多大的溶解氧濃度？以及如何通過實驗來測定水中溶解氧？在實驗前需要思考哪些問題？

（學生）獨立思考并小組討論得出以下需要思考的問題：

1.需要測量溶解氧的總量還是濃度？

2.如何取樣？

3.測量氧氣的原理如何選擇？

4.采用何種測量方法，測量哪些數據？

5.實驗中哪些過程可能出現誤差？如何控制測量誤差？

6.如何處理所測數據得出結果？

7.如何進一步探索溶解氧和魚之樂之間的確切聯系？

……

（視頻）實驗：測定學?！疤煲缓彼腥芙庋鹾?。（根據實驗對上述生成的問題逐一進行解答。）

（學生）答1.總量和取用量的多少有關，因此測量的是溶解氧的濃度。

（教師）在這里表征濃度時，并非是同學們熟悉的物質的量濃度，而用的是質量體積濃度，單位是mg·L-1。

（學生）答2.使用了專門的水樣采集器來采集水樣，并將采集的水樣裝入碘量瓶。

（教師）碘量瓶和錐形瓶外形相似，只是多了個塞子，這樣可以使水樣處于密封狀態，避免I2的揮發。

（教師）答3.氧氣一般具有什么性？大家推測，在使用化學方法測定水樣溶解氧的過程中可能會使用到什么性質的物質呢？然后展示實驗中采用的實驗原理。［3］

（學生）回答并分析實驗原理。

（教師）答4.這種測量水中溶解氧的方法稱為碘量法，它是一種氧化還原滴定法。根據化學反應原理計量數可以得出溶解氧和硫代硫酸鈉之間物質的量的關系為1：4，此處硫代硫酸鈉溶液的濃度已知，需要測量的是它的體積。之后通過硫代硫酸鈉就可以計算出溶解氧的濃度。

（教師）答5.根據學生的回答進行小結。作為定量實驗，我們需要控制實驗誤差。實驗誤差可能出現在取水樣和滴定操作過程中。取水樣的時間段、水樣放置的時間長短、水樣移取體積的測定，滴定過程中儀器的潤洗、讀數、滴定終點的判斷等方面都可能造成實驗誤差。為了控制實驗誤差，我們需要做平行實驗2-3次。

（學生）答6.根據三次平行實驗的測量數據進行選擇判斷和計算，最后計算結果為6.74 mg·L-1

（教師）答7.給出文獻數據，6.74 mg· L-1介于5～8 mg·L-1，它正好是鯉科魚類最適宜的溶解氧范圍。［4］若測定的溶解氧濃度低了，學校就會開啟增氧泵，展示圖片：“天一湖”中的增氧泵。

（教師）小結：以上我們是從化學的視角從原理操作上了解了溶解氧的測定，隨著科技的發展，現在有專門的溶解氧測量儀，只要插入水中，馬上就會數字化顯示溶解氧的濃度數值，如果大規模的水產養殖場還有專門的在線溶氧儀，可以智能化實時在線連續進行監測。

第二環節：導圖展學

（教師）以上測定我校“天一湖”水樣溶解氧的方法主要采用的是滴定法，它是一種重要的定量分析方法。展示近5年江蘇高考真題定量實驗考查情況（見表1）。

（學生）得出近五年都考查了滴定法。主要考查了氧化還原滴定，此外還考查了配位滴定、沉淀滴定。

（師生）中學兩大定量實驗是一定物質的量濃度溶液的配制和酸堿中和滴定。通過建構知識網絡圖（見圖2）對酸堿中和滴定法進行復習，并與氧化還原滴定法進行對比。

（學生）發現酸堿中和滴定法和氧化還原滴定法十分相似。此外配位滴定、沉淀滴定即滴定分析法在原理、實驗關鍵、操作過程、數據處理以及誤差分析方面都是相似的。

第三環節：我思我學

（展示）兩張藍藻爆發前后的太湖風景圖。

（教師）曾經藍藻爆發，經過治理，已經有巨大的改觀。其中一張太湖石上刻著“包孕吳越”四個字，意思是太湖孕育了吳越文化。習近平在黨的十九大報告中指出，綠水青山就是金山銀山，因此我們一定要用科學方法來進行治理綠水青山。

（展示）“2010-2017太湖無錫水域水質狀況的綜合評價報告”

（學生）讀圖3，發現太湖水無錫水域pH稍有升高趨勢、溶解氧含量基本不變、總氮含量逐年下降。

（教師）其中總氮是太湖中最主要的污染物，總氮含量逐年下降說明對太湖環境的治理取得了一定的效果。從報告中可以發現，采用的評價方法主要是定量化分析，很多需要物理、計算機等跨學科知識。化學定量化分析研究具有十分重要的意義。

（3）總氮

1.化學定量化分析的本質是微粒之間的定量化關系。比如：溶解氧測試儀的基本原理是氧氣在陰極還原為氫氧根離子，導致電極之間電荷的變化，從而體現電流變化，最后電信號轉化成數字信號輸出。

2.定量化研究在認識世界、維護和改造世界中的重要作用。如①化工生產中進行物料的科學配比。②現代農業中對復合肥料氮磷鉀等元素進行科學配比，實現精確化生產。③人類生存環境除了水，還要大氣土壤進行檢測與維護。

第四環節：精練深學

（教師）水質的問題是社會生活關注的熱點，也是高考的熱點。高考題并不神秘，它的選材來源于我們的生活。

（學生）圍繞氧化還原滴定分析法對水質的定量處理分析。

典例1：2016江蘇高考（18題節選改編）

水中溶解氧的測定方法如下：向一定量水樣中加入適量MnSO4和堿性KI溶液，生成MnO（OH）2沉淀，密封靜置；加入適量稀 H2SO4，待MnO（OH）2與I－完全反應生成Mn2+和I2后，以淀粉作指示劑，用Na2S2O3標準溶液滴定至終點，測定過程中物質的轉化關系如下：

（1）寫出上述三步反應的離子方程式。

（2）取某水樣100.00 mL，按上述方法測定水中溶解氧量，消耗0.02000 mol ·L-1 Na2S2O3標準溶液10.00 mL。計算該水樣中的溶解氧（用mg·L-1表示），寫出計算過程。

典例2：2009江蘇高考（18題節選改編）

二氧化氯（ClO2）是一種在水處理等方面有廣泛應用的高效安全消毒劑。與 Cl2相比 ClO2不但具有更顯著的殺菌能力，而且不會產生對人體有潛在危害的有機氯代物。用ClO2處理過的飲用水（pH為5.5～6.5）常含有一定量對人體不利的亞氯酸根離子（ClO2（-）），其含量應不超過0.2 mg·L-1。

（1）飲用水中 ClO2、ClO 2（-）可被 I-還原（I-被氧化為I2），ClO2被I-還原為 ClO2（-）、Cl-的還原轉化率與溶液pH的關系如圖4所示。當pH≤2.0時，ClO2（-）也能被I-完全還原成Cl-。

①當 pH≤2.0時，ClO2（-）與 I-反應的離子方程式為。

②當 pHgt;7.0時，ClO2與 I－反應的離子方程式為。

（2）測量某水樣中ClO2（-）的含量方法如下：

步驟1：準確量取100.00 ml水樣加入到錐形瓶中。步驟2：調節水樣的pH為7.0～8.0。

步驟3：加入足量的KI 晶體。

步驟4：加少量淀粉溶液，用0.001 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液10.00 mL。

步驟5：繼續加入稀硫酸調節溶液pH≤2.0。

步驟6：加少量淀粉溶液，用0.01 mol·L-1 Na2S2O3溶液滴定至終點，消耗Na2S2O3溶液20.00 mL。

計算上述水樣中ClO2（-）的含量。寫出計算的過程。

第五環節：慧思慧學

（教師）水中成分復雜，定量分析法可以拓展到水質的更多方面，以及更多領域。如

1.水中含氧量（DO ）是魚兒生活的水質重要指標之一，魚兒的生活環境還需要哪些指標來支撐？

2.人生活的環境，如水質COD、BOD等的監測，空氣質量狀況實時監測，并對社會進行通報，你知道這些檢測的原理嗎？

3.處于太湖之濱的無錫，除了養魚還有其它水產養殖，水產養殖還需要監控水質的哪些指標，才能保證優質高產？

以上這些都需要我們進一步用心學習化學，體會化學之有用。

四、教學后反思

1.創設真實情境，從先驗走向實證

本節課，遵從學生已有的經驗，每天遇見的真實生活現象“魚兒的游樂生活”，引發學生思考，并產生探究其背后的確切數據的量化思想。筆者順其自然確立“水中溶解氧測定”這一主題，對定量實驗滴定分析法及數據的處理分析進行了專門的復習。通過真實的實驗情境，測定魚兒生活的學校“天一湖”水中溶解氧的含量，激發學生對實驗需要解決的問題進行思考，在逐步解決問題過程中，對定量實驗的學科知識進行了全面的應用，并在知識應用中進一步加深對知識的理解。因為在應用過程中，對知識有了認識上的真正提高，因此之后建構的知識網絡圖既完整又簡約、有邏輯。

2.培養精準化思維，從感性走向理性

實驗需要觀察、動手、思維三種能力的融合，定量實驗和定性實驗的側重點不同。定量實驗不僅需要一定的感性認識能力，更需要較高水平的理性思維能力。在定量實驗中需要精準化要求，實驗樣品和藥品的選擇及用量、實驗原理的確定、實驗儀器的選擇，實驗步驟的順序確定、實驗數據的處理和誤差分析都要以“定量”為準繩，提高學生對實驗的理解和運用能力。定量實驗復習過程中，學生往往會輕視實驗數據的處理和分析，特別是其中的實驗誤差分析非常關鍵，需要引起重視。在本課中，實驗結束后，學生再次分析實驗過程，對可能造成誤差的原理、儀器裝置、操作進行一一反思。這樣，既起到了對實驗的評價和優化作用，又促進了學生充分掌握實驗關鍵和操作要領，提升學生的實驗素養。

3.提升人文素養，從教學走向教育

化學作為一門學科，課堂上除了傳承科學文化外，還要選擇挖掘優秀的傳統文化蘊含的思想觀念和人文精神。本節課一開始，以學?！疤煲缓敝恤~兒的游樂生活，聯想到《莊子·秋水》中知魚之樂的故事。通過莊子惠子的魚樂之辯，引發學生思考：人們認識世界從最初的先驗方法到現在的科學定量測定方法。在本課的“我思我學”環節中，筆者利用藍藻爆發前后無錫黿頭渚風景圖進行對比，來說明太湖水域通過定量化監測和科學的治理，已有巨大改觀。圖片中太湖石上雕刻的“包孕吳越”四個大字，意思是太湖孕育了吳越文化，我們作為后代，更有責任保護自然。再運用習近平總書記在黨的十九大的報告中所言，“綠水青山就是金山銀山，”進一步激發學生關注社會、關注自然、共同創造人類美好未來的情懷。

參考文獻

［1］朱加賢.以化學定量實驗為載體促進學生策略性知識的構建［J］.化學教育，2013（6）：64.

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

［3］申海燕.碘量法測定水中溶解氧的含量［J］.婁底師專學報，2000，63（4）：65-66.

［4］萬云輝.淺談養殖魚類與生活環境的關系［J］.漁業致富指南，2004（21）：29.

［5］洪國喜，杜明成，鄭建中.太湖無錫水域水質變化特征及原因分析［J］.人民長江，2019，50（6）：40-44.