汪阿恋 吴新建 张贤金 叶燕珠

摘要： 参照《普通高中化学课程标准（2017年版）》中对学生必做实验的要求，以“配制一定物质的量浓度的溶液”为例，比较、分析国内三版高中化学新教材中必做实验的实验体系的异同，梳理实验所承载的教育功能和教学价值，由此提出若干教学建议。

关键词： 必做实验; 物质的量浓度; 溶液配制; 实验体系; 教育价值

文章编号： 1005-6629（2021）10-0060-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

学生实验作为一种实践体验性的教学活动，是深化学生理解化学学科知识、培养学生实验探究能力的重要途径和方式。但在目前的教学实践中，由于课时紧张、实验室硬件设施不足、实验教学评价导向不明等各种原因，学生分组实验做得少或者不做，或者仅按教材安排做一些简单的动手实验，缺乏实验教学过程的精心设计。为了改变这种现状，真正落实“科学探究与创新意识”核心素养的培养，《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）中明确规定了学生必做實验，确保学生必须进行的基本实验活动，为培养学生应达到的实验素养水平提供了保障。教师作为开展和实施学生实验的主导者，需系统地深刻地认识每个必做实验的体系特点与所承载的教育价值，在此基础上进行实验的教学设计和实施，才能真正发挥实验的育人功能。本文将以“配制一定物质的量浓度的溶液”实验为例进行对比分析。

1  新课标中必做实验的要求

新课标对《普通高中化学课程标准（实验版）》中“内容标准”及“活动与探究建议”的实验进行了精选和细化，在课程内容各主题下的内容要求中设置了“学生必做实验”（必修课程及选择性必修课程分别9个，总计18个必做实验）[1]。这些实验分布在不同的内容板块、选修及必修课程模块，内容结构具有合理性及完整性，基本覆盖了高中阶段的核心知识点，涵盖了基础操作、物质性质及其转化、物质制备等不同类型的实验，从不同方面承载了高中阶段化学学习的功能，注重学生实验能力培养的全面性。新课标强化了对学生实验的要求，除了明确规定学生必做实验，在“学业要求”中也明确提出对于化学实验学生需要达到的水平，同时在实施建议中指出，学校和教师必须努力创造条件，认真组织学生完成课标中要求的必做实验，从机制上保障必做实验教学的顺利开展。

2  理解化学实验体系和教育价值的必要性

对于新课标精心设置的必做实验，如何发挥其效能从而真正提高学生的科学探究水平和创新意识，作为组织者的教师其实验教学能力起着至关重要的作用。教师对化学实验及其教育价值，包括化学实验的知识体系、原理、方法、功能及其教育价值的理解和选择，是其实验教学能力构成的重要维度[2]。化学实验教学功能的发挥在很大程度上取决于教师对实验教学内容和教育价值的理解，以及对学生应达成的学习结果和发展目标的认识和期待[3]。宋心琦教授提出的化学实验体系[4]揭示了化学实验的原理、装置、操作等要素及其相互关系，基于化学实验体系三要素开展的实验教学活动，也是实验教学多重价值的实现及其功能全面发挥的关键。

“配制一定物质的量浓度的溶液”是高中必修课程中重要的定量实验，但是在对学生的考察评价中，发现学生对该实验的理解不深，从2020年高考全国卷第27题第1小题学生的作答中可看出。题目要求由FeSO4·7H2O固体配制0.10mol·L-1 FeSO4溶液，选择需要的仪器有药匙、玻璃棒、（从下列图中选择，写出名称）。

该题目的核心测量目标是让学生根据所提供的情境来正确选择溶液配制所需的仪器。题中所要求配制的0.10mol·L-1 FeSO4溶液是作为电解液，对溶液浓度的精度要求不高，故无需使用精确度达0.01mL的容量瓶，粗略配制即可。但很多学生在答案中都错误地填上容量瓶，尽管题中的图片并没有提供容量瓶。这是因为教材中“配制一定物质的量浓度的溶液”实验所使用的定量容器是容量瓶，况且在平时教学中教师更重视核心知识的传授和实验技能的训练，对该实验的价值和功能的认识并不很透彻，忽略了学生基于实验体系的整体理解来解决实际问题能力的发展，造成学生形成对该实验整体认识的定势思维，迁移应用能力不足。如何基于课程标准梳理实验的教育功能和价值，基于价值理解和实验体系来开展实验教学？本文将以此实验为例展开探讨。

3  三版高中化学新教材中“配制一定物质的量浓度的溶液”实验体系的分析

从新出版的高中化学教材中发现，不同版本的教材对该实验的实验体系选择、教育功能设计及呈现的实验目的，各有不同的侧重。因此，教师有必要对不同版本教材中的实验体系进行比较，准确理解实验的教育价值和教材编写意图，在教学中优选实验体系，从而更好地发挥实验教学的功能。有关人教版[5]、苏教版[6]和鲁科版[7]新版教材中“配制一定物质的量浓度的溶液”的实验体系比较如表1所示。

3.1  物质体系的比较分析

三版教材中，人教版和鲁科版所采用的溶质都是NaCl，苏教版使用的是Na2CO3，使用的溶剂都是最常用的溶剂——蒸馏水。教材所使用的溶质都是物质组成与化学式相符、性质稳定的物质，是定量分析中常用的基准物质，且都是学生在初中已经接触过的物质，对溶质的性质有一定的了解。美国一些主流高中化学教材配制一定物质的量浓度溶液的实验，大多选用的是有颜色且摩尔质量较大的固体物质，如CuSO4·5H2O、 KMnO4、 K2CrO4等，便于初学者观察整个配制过程，称样量大，配制溶液的准确度高、误差小[8]。我国教材中使用的NaCl、 Na2CO3，配制的溶液为无色，不易直观认识每一步操作的意义，但是较美国教材中使用的溶质，NaCl、 Na2CO3的价格比较低廉，配制溶液后固体溶质比较容易回收，这对于我国大量的学生开展必做实验，可以节约不少经费。另外，NaCl、 Na2CO3都是容易溶解于水的物质，配制过程中不需要加热来促进溶解，配制的溶液为稀溶液，溶质的称样量小，溶解速度快、没有明显的热效应，溶解的溶液无需恒定至室温即可转移到容量瓶中，这对于初次使用容量瓶配制溶液的学生的实验技巧和操作熟练程度要求较低。三版教材所使用的物质体系都是容易获取、价格低廉、危险性低、环境友好的物质，大量学生实验配制的溶液若无进一步的使用，无需特殊处理即可倒入水槽，学校是否具备处理废液的能力都没有太大影响，能够以较为低廉、安全的实验方式确保这个必做实验的顺利开展。

3.2  仪器装置的比较分析

溶液配制根据实际需要的不同，有粗配和精配两种方法。粗配通常浓度只要一位或两位有效数字，可用普通天平来称量物质，用量筒量取液体;而精配要求浓度具有4位有效数字，必须使用精密仪器，如分析天平、容量瓶、移液管等。人教版和苏教版中要求配制的溶液浓度的有效数字为三位，使用电子分析天平来称量以匹配精度要求，同时注明对于条件有限的学校，可以使用托盘天平来代替分析天平，用量筒来代替移液管;而鲁科版要求配制的溶液浓度仅1位有效数字，故仅需使用托盘天平进行称量。

新课标没有明确规定需使用何种定量容器来配制一定物质的量浓度的溶液，三版教材都选择使用容量瓶作为定容容器，将认识和学会容量瓶的使用方法作为该实验的一个重要学习目标。初中阶段配制溶液所使用的定量仪器一般为量筒和烧杯，教学中通过对比初中学习过的定量容器，逐步建立容量瓶的仪器模型，可以发展学生的定量分析思维和“证据推理与模型认知”素养。容量瓶有多种规格，三版教材都选择用100mL容量瓶來定容，主要考虑配制的溶液为稀溶液，体积太小则溶质的量少，不易称量;体积太大，配制后的溶液没有实际的用途，易造成浪费。在其他仪器的选择上，教材的处理也存在一些差异。用来溶解固体溶质的烧杯，仅苏教版有规定其具体的容量（体积为100mL，与容量瓶的规格相匹配），其他两版教材则没有注明。由于容量瓶不能用于存放配制好的溶液，故鲁科版教材中提供的实验器材中包含试剂瓶和标签纸，用于盛放配制好的溶液，而人教版和苏教版则没有提供。三版教材选择的仪器均与其实验任务相匹配，因教学侧重点的不同存在一些差异，其中共同的核心点是让学生了解使用容量瓶来配制一定物质的量浓度溶液的一般步骤，故容量瓶的介绍和使用方法为重点。涉及溶液精确度的仪器应按照实际情况来选定，需让学生明白，仪器精度和配制的溶液浓度的有效数字之间的正确关联。

3.3  实验步骤的比较分析

不同教材对浓度配制的任务要求及选择的实验仪器不同，实验步骤在设置上也存在异同。三版教材该实验中都包括有称量、溶解、转移、定容四个基本步骤。首先是固体溶质的计算称量，然后都要求将固体溶质放置在烧杯中进行溶解，而后将溶液转移到容量瓶中定容。人教版和苏教版中定容后都有摇匀溶液的操作，而鲁科版则没有这个操作步骤。人教版和鲁科版都要求将配制好的溶液从容量瓶转移到其他容器中，人教版在实验步骤中作了明确规定，鲁科版还通过给出试剂瓶和标签纸两个器材来提示学生，而苏教版则没有与此相关的实验步骤。通过比较可以发现，人教版和苏教版对该实验的每个步骤都给出了详细的操作方法，而鲁科版仅列出实验操作的步骤要点，对于每个步骤所需要的仪器和详细操作，则需要学生根据“思考”栏目的问题以及“方法导引”栏目提供的信息自行探究设计。

4  “配制一定物质的量浓度的溶液”实验的教育功能和价值分析

通过对三版新教材中实验体系的对比分析可以发现，“配制一定物质的量浓度的溶液”实验在建构概念、深化认识、掌握实验基本技能、初步形成定量研究的思路和方法、培养科学态度与价值观等方面都有重要的功能和价值。

4.1  促进学生认识发展

学习物质的量浓度可以发展学生对溶液组成的定量认识，对溶液组成的认识不再局限于初中的溶质和溶液的质量关系，而发展到溶质物质的量和溶液体积的关系，而“配制一定物质的量浓度的溶液”实验为学生深入认识物质的量、物质的量浓度等抽象的概念提供了真实的情境和活动的平台，建构不同浓度溶液配制的方法和思路。

按人教版和苏教版教材中的编排，学生在学习了物质的量浓度概念的基础上，通过配制溶液前的相关计算，确定溶质的质量和溶液的体积，从而深化学生对物质的量浓度概念的理解。鲁科版教材的编排是在学生未学习过物质的量浓度概念的情况下，通过必做实验探究，基于实验过程中涉及的量，让学生建构起物质的量浓度的概念，认识溶液的浓度可以由物质的量和溶液的体积之间的比例关系来表示。用其他表征溶液浓度的方法探究溶液组成的过程中，可以进一步认识到可以用溶质、溶剂、溶液三者中的任意两者的任意物理量（质量、物质的量、体积等）来表征溶液的定量组成。实验后通过对配制好的溶液标签的书写和制作，认识溶液组成的不同表示方式及其相互关系、不同的溶液浓度表示方式以及使用的范围等，从而进一步理解溶液浓度的本质意义。

4.2  训练基本实验操作技能

在初中阶段，化学实验更多地是通过一些显性的实验现象让学生感性地认识化学反应的过程，而到了高中阶段，学生对化学反应的本质认识需要从定性水平发展到定量水平，如使用酸碱滴定法定量测定物质的含量。准确配制一定浓度的溶液是定量表征化学反应的基础，而“配制一定物质的量浓度的溶液”实验作为高中化学必修课程必做实验中唯一的定量实验，是整个高中化学乃至后续学习化学的重要基石。需要通过该实验的训练让学生掌握配制一定物质的量浓度溶液的基本方法和操作技能，包括配制溶液所需仪器的选择，天平、容量瓶等定量仪器的正确使用以及配制过程中的基本操作步骤、注意事项等。

4.3  培养科学态度，建构学科观念

这是一个训练使用定量仪器的实验，通过了解不同天平的称量精密度，比较容量瓶与其他容器如烧杯、量筒的精度差异，让学生在选择仪器的过程中认识影响溶液配制精确度的因素，初步体会定量研究的思路。为保证所配制溶液浓度的准确性，使用玻璃棒进行溶液的转移、溶解溶质的烧杯要多次洗涤并将洗涤液全部转入容量瓶中等操作，可让学生认识到化学实验中秉持严谨、认真态度的重要性。

该实验对于学生建构学科观念有重要的作用。物质的量浓度在化学定量研究中有十分重要的意义，配制一定物质的量浓度溶液是源于生产生活实际的需要同时服务于生产生活。三版教材所使用的物质体系都为价廉易得、环境友好的物质，为避免造成浪费，配制溶液的体积都为100mL，可培养学生的节约精神和环保意识。根据所选择的仪器精度与正确表达溶液浓度的过程中，让学生了解精确配制和粗略配制的意义，无论是粗略配制还是精确配制一定物质的量浓度的溶液，都有其适用的情境及其重要的应用价值，按需配制才是最符合科学研究需要的。

三版教材中的实验体系存在异同，体现的实验教学功能和价值也各有侧重。人教版和苏教版教材中都给出了该实验的详细的操作步骤，可操作性强，对实验的准确性和操作的规范化要求较高，所使用的仪器精度也要求较高，侧重于对学生实验操作技能的培养，在实验过程中深化物质的量浓度概念的认识。而鲁科版教材仅列出实验操作的步骤要点，对于所使用的仪器精度要求较低，侧重于通过实验的自主设计和实施来建构物质的量浓度的概念，提高学生基于物质的量对溶液组成的认识。

5  对“配制一定物质的量浓度的溶液”实验的教学实施建议

（1） 教师在该实验的教学设计及实施过程中要兼顾学生多方面能力的培养，不仅要重视学生实验操作的规范性，更要关注学生认识的发展，要引导学生进行实验方案设计、概括解释等高水平的探究活动，促进学生高阶思维的发展。要注重基于实验体系整体理解下开展实验教学，让学生建立实验目的原理—试剂仪器的选择—实验操作步骤—实验结果表达之间的联系，提高真实情境下解决问题的能力。

（2） 课标中对该实验的要求是学生要初步学会溶液的配制。配制溶液是一门很深的学问，例如有些溶质不易溶解，需要通过加热促进溶解，见光易分解的须在棕色容量瓶中配制等等，而高中阶段所配制溶液的浓度精度要求不高，故学生初步学会配制溶液即可。在教学中，教师可根据实验室的条件，合理地选择试剂和仪器，对于实验条件有限的学校，可用自来水代替蒸馏水，量取液体溶质时使用量筒代替移液管，也可使用托盘天平进行称量，只须在最后表示溶液浓度时正确保留有效数字的位数即可，重点在于让学生了解溶液配制的基本步骤，掌握容量瓶的使用方法，对实验的细节、误差分析等不宜过分强调。

（3） 溶液配制的实验技能属于动作技能，教师在实验教学过程中要先整体分析实验操作的原理，示范操作后，再让学生模仿进行动手实验，同时要明确每个

操作的意义，避免机械地模仿。例如要让学生理解固体溶质放在烧杯中溶解的目的和意义，因为若溶质易溶解且溶解时没有明显的热效应，可将溶质直接放到容量瓶中溶解，可通过在容量瓶瓶口上放置一洁净干燥的小漏斗，将溶质倾入漏斗中，再用洗瓶将它全部洗入容量瓶中[9]，這样操作步骤更为简单，且能避免初步溶解后转移造成溶质的损失，而不一定先放在烧杯中溶解。另外，溶液配制作为一个重要的操作技能，学生还是要熟练掌握的，所以有条件的学校可以尝试使用有颜色的溶质来配制溶液，凸显溶液配制中每一步操作的意义。另外，除了让学生使用固体溶质配制一定物质的量浓度溶液外，也可把溶质换成其他实验需用的试剂（包括液体溶质），配制成不同浓度梯度的溶液，以便在后续实验学习时使用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[2]何彩霞. 指向化学实验教学能力提升的教师培训课程设计与实践[J]. 化学教学， 2019， （5）： 11～16.

[3]何彩霞. 教给学生解决问题的思路与方法——对“探究二氧化碳与水是否反应”教学案例的分析[J]. 教育与装备研究， 2016， （6）： 49～53.

[4]宋心琦. 化学实验教学改革建议之一[J]. 化学教学， 2012， （4）： 3～8.

[5]王晶， 郑长龙主编. 普通高中教科书·化学必修（第一册、第二册）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019.

[6]王祖浩主编. 普通高中教科书·化学必修（上册， 下册）[M]. 南京： 江苏凤凰教育出版， 2020.

[7]王磊， 陈光巨主编. 普通高中教科书·化学必修（第一册、第二册）[M]. 济南： 山东科学技术出版社， 2019.

[8]孟海燕， 王艳， 李宝玉. 再议“一定物质的量浓度溶液配制”实验[J].化学教育， 2018， （15）： 57～60.

[9]《化学分析基本操作规范》编写组编. 化学分析基本操作规范[M]. 北京： 高等教育出版社， 1984： 34～35.