基于真实问题情境的学生实验创新改进——以配置一定质量分数的氯化钠溶液为例

基于真实问题 情境的学生 实验创新改进——以配置 一定质量分数的氯化钠溶液为例

林柳丽

深圳市宝安区孝德学校

摘要：分析“配置一定质量分数氯化钠溶液”学生实验的现状，对该实验进行创新改进，引入洗鼻器、比重计、盐度计等，设计真实情境和跨学科探究，迁移学生的生活经验，关联核心活动经验，发展学生的能力，培养学生的核心素养。

关键词：真实情境 学生实验 创新改进 跨学科探究

《义务教育化学课程标准（2011版）》明确说明，化学是一门以实验为基础的学科，在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力^[1]。配置一定质量分数的氯化钠溶液的内容属于一级主题“科学探究”中的二级主题“完成基础的学生实验”。

在学生实验课堂上，配置一定量质量分数氯化钠溶液的实验，没有发光发热、颜色变化等明显的现象，需要利用溶液组成的认知模型，分析溶液中溶质和溶剂成分，并计算出溶质质量和溶剂质量，因此，学生对配置溶液的实验不感兴趣，在实验课上，学生经常会忽视有关质量分数的计算，马虎快速地把氯化钠溶解在水中，不能定量去配置溶液。避免实验课出现上述的情况，在实际课堂中，出现了学生“做”实验，变成了教师“讲”实验、学生“背”实验的现象。为此，教师通过设计真实的情境，激发学生学习的热情，引导学生自主地完成实验。

1 实验创新改进的方案

1. 1. 实验材料

药品：氯化钠、食盐、饱和的氯化钠溶液（浓度为26.5%）、蒸馏水

仪器：烧杯、玻璃棒、电子秤、量筒、婆梅氏比重计0-70、盐度计铜（手持折光仪）、120mlNeilmed洗鼻器

1. 2. 实验方案

1. 创设真实情境，提出问题：最近老师过敏性鼻炎犯了，经常鼻塞、流鼻涕，医生建议用生理盐水洗鼻器冲洗鼻子，医院开了洗鼻剂和洗鼻器，怎样正确配置溶质质量分数为9%的生理盐水（密度约为1.06g/cm³）^[2]？

2. 自主选择材料，设计方案：学生分组讨论，自主选择实验材料设计实验方案。

实验方案	选择实验材料	主要实验步骤
方案一	11.5g氯化钠固体、108.5mL蒸馏水、烧杯、玻璃棒、电子秤、量筒、120mlNeilmed洗鼻器	计算、称量、量取、溶解、装瓶
方案二	食盐、蒸馏水、烧杯、玻璃棒、电子秤、量筒、120mlNeilmed洗鼻器	计算、称量、量取、溶解、装瓶
方案三	43.2g饱和的氯化钠溶液（浓度为26.5%）、76.8mL蒸馏水、烧杯、玻璃棒、量筒、120mlNeilmed洗鼻器	计算、量取、混匀、装瓶

（3）学生展示交流，评价方案：每组同学派代表分享本组的实验方案方案后，某小组的同学对方案二提出疑问，食盐不能代替氯化钠晶体配置生理盐水，普通食盐中含有碘，用食盐水冲洗鼻子，碘进入鼻腔后，会对鼻粘膜造成一定损害，因此排除方案二。

（4）小组分工合作，完成实验：组间评价方案后，组内对自己的实验方案进行修改完善，再按照本组设计的方案完成实验。

1. 3. 实验结果讨论与再探究

在传统实验课堂上，学生完成配置一定质量分数的氯化钠溶液后，教师通常会提出实验结果的误差分析。学生配置9%的生理盐水后，没有检验配置的生理盐水的溶质质量分数，而是生硬枯燥地问，为什么实验结果偏小或偏大？缺少真实情境下的讨论误差分析，容易造成学生的学困点。

本次实验提供测量仪器有比重计（如图1）和盐度计（如图2），给出几种溶液中溶质的质量分数与溶液密度的对照表^[2]（如表1），学生设计简单的实验方案，测量所配溶液的溶质质量分数。

图1 比重计 图2 盐度计

溶质的质量分数	溶液密度（g/cm3）
	HCl	NaOH	KNO3	NaCl
1%	1.0032	1.0095	1.0045	1.0053
2%	1.0082	1.0207	1.0108	1.0125
4%	1.0181	1.0428	1.0234	1.0268
6%	1.0279	1.0648	1.0369	1.0413
8%	1.0376	1.0869	1.0494	1.0559
10%	1.0476	1.1089	1.0627	1.0707
12%	1.0574	1.1309	1.0762	1.0857
14%	1.0673	1.1530	1.0899	1.1009
16%	1.0776	1.1751	1.1039	1.1162
18%	1.0878	1.1972	1.1181	1.1319
20%	1.0980	1.2191	1.1326	1.1478

表1 几种常见溶液中溶质的质量分数与溶液密度对照表（20℃）

教师提出问题：根据几种常见溶液中溶质的质量分数与溶液密度的对照表，同学们可以获取什么有用的信息？学生认真查看材料，讨论得出结论：当生理盐水的溶质质量分数为9%时，溶液的密度约为1.06g/cm³。

教师继续追问：如何选择合适的测量仪器来测量所配生理盐水的溶质质量分数？溶液的溶质质量分数不能直接测量，可先测量溶液的密度，再通过表1来查找溶液对应的溶质质量分数。教师引导学生利用初二物理学习有关密度的知识来解决问题。本实验提供测量工具有比重计和盐度计，选择哪一种测量工具呢？引导学生认真观察两种密度测量工具的量程和最小分度值。比重计最小刻度值为0.02g/cm³，操作相对较简单，盐度计最小刻度值为0.001g/cm³，操作相对较复杂，盐度计的精确度高，因而选择盐度计来测量溶液的密度。

教师根据学生测量的结果提出问题：为什么生理盐水的溶质质量分数偏小或偏大？学生回顾配置溶液的过程，组内交流讨论，分析误差，得出结论。实验结果讨论和再探究的实验流程如图3所示。

图3 探究所配生理盐水的质量分数的实验流程

2 实验创新改进的优点

2.1 跨学科探究，避免单一科学视角的局限性

该学生实验活动设计融合了物理、化学、生物3个学科的知识进行探究讨论。学生在学习过程中，能够通过科学的视角认识物质，避免了分科教学中单一视角的局限性。同时，这种融合不是简单的将知识罗列，而是基于物质学习的一种有机融合学生在学习过程中^[4]。

跨学科融合点一，食盐是生活中必不可少的物质，学生对食盐也比较熟悉。部分学生会选择食盐来配置生理盐水，没有考虑到食盐是一种混合物，其主要成分是氯化钠，同时含有少量磷、碘等元素。从多角度认识物质，并融合生物的知识，含碘的食盐水不能代替生理盐水冲洗鼻子，会对鼻粘膜造成一定损害。

跨学科融合点二，溶液的密度和溶液的溶质质量分数，看似相关毫不相关的核心概念，可以通过几种常见溶液中溶质的质量分数与溶液密度的对照表关联起来。通过测量密度，间接测量溶液的溶质质量分数，突破人教版九年级化学学生实验“配置一定溶质质量分数的溶液”的单学科局限性。

2.2 基于化学核心经验向能力发展的转化

化学核心活动经验是通过经历化学实验探究活动形成的^[3]。配置一定量质量分数的溶液是学生需掌握的基本实验，传统教学中，学生一边看课本或学案一边完成实验，然后在把实验的步骤和误差分析背下来。学生在活动经验中，辨析记忆基本知识，学生能力没有得到发展。

通过将学生至于真实复杂的问题和任务中，驱动学生自主将核心知识和思路方法应用于问题解决，发展学生的科学精神^[5]和能力层级。该实验活动中，有两次自主选择实验材料进行简单的实验方案设计，学生需要对配置一定质量分数实验识记理解的基础上，进一步分析解释和简单设计。

2.3 基于真实情境设计向核心素养的转化

有了精心设计的情境，化学教学才会圆润、丰满。创设真实情境，让学生在解决一个个问题的过程中不断提升科学素养^[6]，并培养学生科学探究与创新的能力。本实验第一个真实情境是医院给过敏鼻炎患者开了冲洗鼻子的用品，如何正确地配置冲洗鼻子的生理盐水；第二真实情境是发生在课堂上的，学生自己配置生理盐水的溶质质量分数是否为9%。基于两个真实情境，学生需具备科学态度和社会责任，才能应用化学知识解决生活中、学习中遇到的问题。

结语

有关“配置一定质量分数的溶液”的改进比较少，常见的改进是直接配置9%的生理盐水和盐水选种，没有真实情境，没有创意，学生停留在识记活动步骤和机械化实验操作。本文通过教师自身遇到的问题，需要应用化学知识解决，如何正确配置洗鼻器的生理盐水？设计真实情境和跨学科探究，迁移学生的生活经验，关联核心活动经验，发展学生的能力，培养学生的核心素养。

参考文献

1. 中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2011版）. 北京：北京师范大学

出版社，2011：2-12

2. 人民教育出版社课程材料研究所化学课程教材研究开发中心. 义务教育教科书教

师教学用书. 化学九年级. 下册. 北京：人民教育出版社，2016（2020重印）：56-55

3. 王磊. 基于学生核心素养的化学学科能力的研究. 北京：北京师范大学出版社，

2017：159-162

[4] 赵杨. 中学化学，2017，第8期：9-11

[5] 黄燕宁，王磊. 化学教育（中英文），2021，42(1)：9-14

[6] 罗滨. 初中化学关键问题指导. 北京：高等教育出版社，2015：226