人教版初中化学教科书科学性研究范文

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[摘要]

结合人教版《义务教育教科书化学》的教学实践和教材培训，对教材中图文的科学性和教学中的常见相关问题进行了探讨。

[关键词]

初中化学；教科书；化学教学

目前在全国广泛使用的初中人教版《义务教育教科书化学》[1]（以下简称“新教材”）是在原《义务教育课程标准实验教科书化学》的基础上，根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称“新课标”）进行修订，于2012年出版的。新教材中的插图以直观的形式向读者呈现了教材所叙述事物的形态及变化规律，与说明文字互相补充，使教材内容更加完善，有助于学生理解，在教学中发挥了独特的教育功能。在近年来的教学实践和教材培训工作中，广大师生对新教材中插图及相关文字的科学性和教学处理提出了不少宝贵的意见和建议，涉及的某些问题具有一定普遍性。本文拟对人教版九年级上、下册化学教材中师生普遍关心的图文科学性及教学中的常见相关问题进行初步探讨，仅做抛砖引玉，供教学和教材培训参考。

一、对人体吸入的空气和呼出的气体的探究

在进行这个探究活动时，常有师生认为教材图1-19所示用哈气的方法来验证呼出的气体中含有较多水蒸气有科学性问题。有的来信认为“哈气后玻璃片上有小水珠，更大程度上只因为温差大，而不是呼出的气体中含水多”，“从嘴里出来的气体由于温度比外界高，所以遇到较冷的玻璃后水蒸气发生液化，产生水雾，而空气与玻璃温度相同，其中的水蒸气不会液化，因此没有水雾”，等等。对产生这种现象的原因在理解上存在一些偏差。该现象可以用“露点”，即“饱和温度”的概念进行解释。在恒压下多组分气体混合物冷却到开始冷凝时，出现第一个微小液滴时的温度，称为该气体混合物在该压力下的露点，即饱和温度。[2]由于空气中水的饱和蒸气压随温度升高而增加，因此对于空气，在气压一定时，露点温度的高低只与空气中的水蒸气含量有关，水蒸气含量越多，露点越高。[3]反之亦然，因此可以用冷却具有明亮抛光表面的容器，并测量此抛光表面因凝结水蒸气而呈雾状时的温度（即露点）来测定空气的湿度。[4]教材图1-19中的学生对着干燥的玻璃片哈气，玻璃片上出现水雾，表明人呼出气体的露点高于室温，而另一片放置在空气中的玻璃片上未出现水雾，表明空气的露点低于室温，更低于人呼出的气体的露点。因此人呼出的气体中水的含量高于人吸入的空气中水的含量。上述解释涉及了过多的概念，初中学生显然难以理解。而以上来信中的一些观点可归结为“人呼出的气体温度比体外空气的高，所以即使二者的水蒸气含量相同，人呼出的气体遇冷也更容易产生冷凝水”。对此我们可以设计以下过程来说明问题：将一定量的常温气体加热至人体体温，这个过程没有水的参与，则气体中水的含量不会发生改变；再将该气体冷却至室温，这是上述加热过程的逆过程，显然也不会有冷凝水产生。因此，如果气体在冷却后产生了冷凝水，那么该高温气体中水的含量，一定要大于常温时相同质量的气体中水的含量。

二、测定空气中氧气含量的实验

实验2-1“测定空气里氧气的含量”是仿照拉瓦锡研究空气成分实验的原理进行的一个半定量原理性实验。图2-3展示了该实验所使用的仪器装置。由于实际操作中可能难以得到进入瓶中水的体积占总体积1/5的精确结果，因此在一些课堂上常会看到围绕这个1/5展开的误差分析。例如，水的体积小于1/5，可能是：（1）红磷的量不足或没有充分燃烧；（2）没有冷却到室温就打开止水夹；（3）装置气密性不好。大于1/5，则可能是：（1）止水夹没有夹紧或者没有用夹子；（2）塞瓶塞的动作过慢。这些分析具有相当的思维深度，对于竞赛备考也许是适用的。但在新课的教学中，学生初学化学，知识储备有限，类似的误差分析容易冲淡教学主题，影响大多数学生的学习兴致。因此除非学生接受程度合适，否则初次讲授时建议不涉及误差分析，可留待复结时适当提高。同时，目前对该实验的很多改进，主要着眼于提高测量精度，保证进入瓶内水的体积是1/5。作为初中阶段的演示实验，应在明确教学目的的基础上突出原理，淡化细节，最好使用标准化通用仪器，使装置简单明了，避免仪器过于复杂，分散学生注意力，偏离教学主题。

三、硫在氧气中的燃烧

教材中的图2-11显示了硫在氧气中燃烧使用的仪器和部分实验现象。一些实验改进为消除产物SO2的污染，将装置设计得较为复杂。我们在操作中，在集气瓶中预先盛入少量氢氧化钠溶液，适当减少硫粉用量，并及时熄灭火焰，就能够避免产生明显的空气污染。过于复杂的装置改进违背了演示实验的简明性原则，会增加学生的理解负担，影响教学效率。同时，强调实验安全和环保也不应绝对化，宜转变思路，通过多种方式灵活进行。[5]例如，结合教师的上述操作设计简单习题，让学生讨论这样做的目的，既拓展了化学知识，又向其渗透了绿色化学思想；同时，让学生通过该实验闻到极少量SO2的味道，对健康并不会产生影响，反而有利于提高其环保和自我保护意识。

四、原子结构模型与核外电子运动状态

有读者来信反映，图3-9“原子的体积很小”中地球、乒乓球和原子的大小比例严重失真，需要按比例画准确，否则会给学生甚至教师带来误导。地球直径约为1.3×107m，乒乓球直径为4.0×10-2m，原子直径在10-10m数量级，故地球直径约为乒乓球直径的108倍，乒乓球直径也约为原子直径的108倍。这便是教材中“如果将一个原子跟一个乒乓球相比，就相当于将一个乒乓球跟地球相比”这个说法的由来。图3-9考虑到印刷上清晰度的要求，其中的地球、乒乓球和原子都是卡通图片，仅起示意作用，显然没有严格按照实际的尺寸比例绘制。新课标在“微粒构成物质”的情景素材中，将实验版课标“原子结构的发现”改为“原子结构模型”，降低了课标要求。因为原子结构的发现过程涉及原子的汤姆生模型、卢瑟福模型、玻尔模型等内容。要理解α粒子散射实验，涉及动量守恒定律、库仑定律等内容，对学生的物理基础要求甚高。初中学生在刚接触原子、电子、原子核等概念时很难理解这些内容。向初中学生描述原子结构模型和核外电子的运动状态，对教师和教材都是一个具有挑战性的课题。原实验教科书中的描述是“核外电子的运动有自己的特点，它不像行星绕太阳旋转有固定的轨道，但却有经常出现的区域”，相对比较准确，接近量子力学对核外电子运动状态的描述，然而学生根据常识很难去想象。为了描述核外电子的运动状态，揭示其与元素性质的关系，教材引入离核远近、能量高低来说明核外电子的分层排布。教材图3-10的核外电子分层排布示意图，相当于给出了一个并不十分精确、但比较形象化、直观的原子结构模型，便于学生理解。在本课题的“原子核外电子的排布”标题下，教材不可能继续深入，更不是要与高中内容接轨，教学中只要求能够让学生初步了解电子分层排布的原因，并认识到最外层电子的数目与金属、非金属和稀有气体元素化学性质之间的大致关系。原实验教科书仅给出6种元素的原子结构示意图，不易说明规律，新教材在图3-12给出了1-18号元素的原子结构示意图，有利于学生自行寻找核外电子的排布规律，引导其分析和认识典型元素核外电子（最外层电子数目）的变化特点。并配合教材的相关叙述，理解最外层电子的数目与元素化学性质之间的关系。这样能使学生意识到认识原子的结构是认识物质性质、结构和变化规律的基础，从而体会到结构决定性质的化学思想。

五、电解水实验

教材图4-25的“电解水实验”使用了霍夫曼水电解器。在教材培训工作中，有学校反映使用电解器进行实验时效果不很理想：电解过程中溶液会显淡黄色，得到的氧气量相对较少。原因可能在于目前的一些水电解器为降低成本，没有使用Pt电极，而采用不锈钢或锰钢等代替。由于电极中存在Fe、Cr、Mn等活泼元素，电解时易被氧化，导致溶液变色。同时也消耗了电量和新生成的部分氧气，使收集到的氧气量减少，致使实验结果很难达到氢气和氧气2:1的体积比。

六、质量守恒定律的验证实验

图5-2显示的“红磷燃烧前后质量的测定”在原实验教科书中使用白磷，实验效果明显。但白磷作为危险品，受公安部门严格管控，目前很多学校难以获得。同时也出于安全和环保方面考虑，新教材改用了红磷。有教师反映实验时红磷难以引燃。由于红热的玻璃管的温度远高于红磷的着火点200℃，不能引发燃烧的主要原因是所用红磷不够干燥。实验室久置的红磷试剂瓶中，常有一层“水”在红磷固体上方。这实际是红磷在存放时产生的氧化物吸水后形成的磷酸、亚磷酸等的混合溶液。湿润的红磷在使用前应先用水洗净，然后过滤或抽滤，经干燥后才能使用。图5-3“铁钉与硫酸铜溶液反应前后质量的测定”将实验容器由烧杯改为带橡胶塞的锥形瓶，主要是出于操作严谨性而进行的改进。这样也将该探究活动中的两个实验装置都设计成封闭体系，构建出典型、简化的模型，排除了其他因素的干扰。而接下来图5-5、图5-6显示的盐酸与碳酸钠反应及镁条燃烧两个实验，都是在开放体系中进行的化学反应，也是非典型、非模型化的体系，更接近实际情况下发生的大多数化学反应。第一个由于气体逸出造成体系的质量减小，第二个则可能由于镁条氧化而增重或产物在空气中飞散而减重，称量结果并不确定。因此教材在这里新增了两个“想一想”栏目，引导学生在实验前预先思考，带着问题来观察实验，最后再结合“讨论”栏目对实验结果做出解释。通过对具体问题的分析，深化学生对质量守恒定律的认识。

七、C60、碳纳米管和单层石墨片（石墨烯）的结构

图6-4、图6-5和图6-6分别显示了C60、碳纳米管和单层石墨片（石墨烯）的结构。教材中的文字和插图有可能让学生误认为三者的实际外观就呈足球状、管状和片状。在教学时要注意引导学生区分物质的宏观聚集状态与微观结构之间的区别，指出足球状、管状和片状只是物质分子的微观结构，用肉眼无法直接观察到。并可结合图片或实物展示，让学生了解到这3种物质在宏观上都是黑色粉末状的固体。

八、酸与金属氧化物反应

新教材下册的探究活动“酸的化学性质”在进行酸与金属氧化物的反应时，使用了生锈的铁钉。取材于身边的常见物质，能够联系生产生活实际，同时也是为了保证有较好的实验效果。因为普通试剂Fe2O3实际上不易溶于冷的稀盐酸，与浓盐酸加热较长时间才有明显反应。而铁锈是含Fe2O3的复杂混合物，质地疏松，较易与稀酸反应。[6]类似的情况还有Al2O3，自然界中的刚玉为α-Al2O3，不溶于酸或碱，而Al(OH)3脱水得到的γ-Al2O3能溶于酸和碱，是典型的两性氧化物。该探究活动除了用生锈的铁钉外，也可使用氧化铜，它较易与稀盐酸反应，实验效果比较明显。但要注意氧化铜的用量要少，而且盐酸要稀一些，否则得到的溶液呈绿色，对初中学生而言不易从形成混合物的角度来进行解释。

九、粗盐中的难溶性杂质的去除

新教材下册的“实验活动8：粗盐中难溶性杂质的去除”是根据新课标要求新增的实验，对溶解、过滤、蒸发结晶等基本实验操作进行训练，同时又对溶液的知识进行了复习。该实验本身是一个定性的操作性实验，但教材在实验操作中安排了3次称量——称粗盐，称剩下的粗盐，称提纯后的精盐。其目的是复习溶液的相关知识，并同时利用计算得出的精盐产率让学生进行实验结果的比较，通过分析损失来源，让学生在实验和生产中树立定量和经济的观念。在近几年的教材培训工作中，有不少教师对教材中的药品用量和实验操作的科学性提出了一些疑问，例如：（1）为什么使用10ml水和5g粗盐？在这里粗盐用量如果太多，不仅浪费药品，更延长了溶解、过滤、蒸发等操作的时间，该实验步骤较多，药品用量过大会影响学生实验进度；如粗盐用量太少，如1g，溶解后剩余的粗盐和最后得到的精盐量很少，测量误差也较大。同时教材为了简化计算，在数字上尽量取整。（2）在第一步溶解的操作中为什么要“一直加到粗盐不再溶解为止”？这样是为了形成饱和溶液，以便接下来粗略估算食盐的溶解度；同时由于粗盐中的杂质量并不是很多，提高盐水浓度可增加滤出杂质的量，便于观察，使学生对难溶性杂质的去除产生直观认识。（3）为什么不能先加粗盐，再逐渐加水？这是因为溶液中有固体物质存在时，难以辨别食盐能否继续溶解，导致无法判断溶液是否饱和。（4）为什么该实验名称不叫精盐的制备？教材中实验的最后一步操作是“利用蒸发皿的余热使滤液蒸干”，因此粗盐中的可溶性杂质并不能借此除去，所谓“精盐”只是一个习惯性称呼，将该实验称作“粗盐中难溶性杂质的去除”也较为准确。

十、油脂类食品

随着人们生活水平的提高和一些不健康饮食习惯的流行，目前社会上普遍“谈油色变”。广大学生也深受这些观念的影响，认为平时饮食中正常摄入脂肪也会引起肥胖及高血压、脂肪肝等疾病。这与媒体中对脂肪作用的宣传误导有很大关系，很多情况下总是过分强调了脂肪的危害性。其实人体中的脂肪具有重要的生理功能，它是人体的备用能源，有缓冲机械冲击、保护内脏器官和保持体温等重要作用。因此摄入脂肪过少不利于身体健康，青少年也有必要在饮食中摄入足够量的脂肪。教材的图12-7给出了植物油、奶油、肥肉、花生等食品的照片，并命名为“油脂类食品”，表明油脂不只是烹饪中的加热介质，或是为了增加食品风味的添加剂，其本身就是重要的营养物质，可与图12-6中的“糖类食品”相并列。我们在教学中应结合相关图文帮助学生正确认识油脂的作用，使其养成综合、全面地认识化学物质的科学态度。

参考文献：

[1]王晶，郑长龙.义务教育教科书•化学[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]中国石油学会，石油大学.石油技术辞典[M].北京：石油工业出版社，1996：474.

[3]农业大词典编辑委员会.农业大词典[M].北京：中国农业出版社，1998：1005.

[4]阎金铎.中国中学教学百科全书•物理卷[M].沈阳：沈阳出版社，1990：144.

[5]张月梅.如何进行绿色化学教育[J].中小学教师培训，2003(5):39-40.

[6]钱胜.例谈克服教学中的“想当然”[J].化学教学,2013(7):17-19.

作者：郭震 单位：人民教育出版社化学室 课程教材研究所