放大、突破與超越——以“實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)”在高中化學(xué)教學(xué)和考試中的應(yīng)用為例

重慶 王 明

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，其學(xué)科特點(diǎn)決定了知識(shí)點(diǎn)多而零散。同一類(lèi)問(wèn)題在各本教材的不同章節(jié)多次出現(xiàn)，使學(xué)生難以形成知識(shí)體系。若教師對(duì)細(xì)節(jié)不分重點(diǎn)、不分類(lèi)別逐一講解，容易使高考復(fù)習(xí)課變成科普講座，更談不上落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)。面對(duì)化學(xué)中海量的細(xì)節(jié)知識(shí)，各位教師只能對(duì)教學(xué)的全過(guò)程進(jìn)行研究，如對(duì)學(xué)生做過(guò)的試題、犯過(guò)的錯(cuò)誤、暴露的壞習(xí)慣和高考試題的考查角度等進(jìn)行深入分析，在教學(xué)中有意識(shí)地放大細(xì)節(jié)、專(zhuān)題突破，建立起這類(lèi)問(wèn)題的思維模型，最后完全超越細(xì)節(jié)做到融會(huì)貫通。即可將零散知識(shí)轉(zhuǎn)化成為素養(yǎng)，以便后續(xù)的隨時(shí)提取和遷移應(yīng)用。

以高考化學(xué)填空題為例，每套試卷大約35空，每次課程選取某一空或者某幾空進(jìn)行微專(zhuān)題突破。將其中蘊(yùn)含的細(xì)節(jié)充分放大，是這類(lèi)微專(zhuān)題能否成功的關(guān)鍵。在教師的設(shè)計(jì)情境中，讓學(xué)生充分體驗(yàn)知識(shí)的形成過(guò)程和變化，夯實(shí)基礎(chǔ)同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的能力，能夠?qū)⒅R(shí)遷移應(yīng)用到其他題目中，并且能在真實(shí)情境中解決實(shí)際問(wèn)題。教師對(duì)試題研究的深度，在很大意義上決定了復(fù)習(xí)效果提升的幅度和學(xué)生學(xué)習(xí)減負(fù)的程度。實(shí)際教學(xué)中，筆者運(yùn)用圖1所示流程設(shè)計(jì)了一系列微專(zhuān)題突破課例，取得了很好的效果，現(xiàn)舉例簡(jiǎn)述如下。

圖1 放大、突破與超越模式下的教學(xué)流程圖

1.專(zhuān)題(細(xì)節(jié))選取原則

高考復(fù)習(xí)教學(xué)必須建立在教研團(tuán)隊(duì)力量的基礎(chǔ)上，再充分調(diào)動(dòng)教師個(gè)人的能動(dòng)性，高三復(fù)習(xí)過(guò)程中課時(shí)相當(dāng)緊張，所以選取的微專(zhuān)題切口一定要小，否則無(wú)法有效突破難點(diǎn)，最好1～2個(gè)課時(shí)就能完成這一微專(zhuān)題。

高考試題在命制時(shí)，往往會(huì)避開(kāi)模擬題中已出現(xiàn)的熱點(diǎn)問(wèn)題的常規(guī)考查角度。容易忽略的細(xì)節(jié)、學(xué)生看起來(lái)簡(jiǎn)單卻容易失分的細(xì)節(jié)、平時(shí)考試很少覆蓋的細(xì)節(jié)，才是復(fù)習(xí)關(guān)注的重點(diǎn)。

2.專(zhuān)題來(lái)源及微專(zhuān)題突破案例

2.1 來(lái)源于教材更高于教材的細(xì)節(jié)

高考試題來(lái)源于教材、高于教材，教材始終是高考命題最重要的素材來(lái)源?；貧w教材實(shí)驗(yàn)，可幫助學(xué)生形成完整的實(shí)驗(yàn)知識(shí)體系，把握好相關(guān)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的內(nèi)涵和外延。這類(lèi)小細(xì)節(jié)，經(jīng)常分布在教材的不同章節(jié)，有些在幾本不同的書(shū)上，或者在教材中沒(méi)有深入下去，但這些細(xì)節(jié)卻在考題中被反復(fù)提及。這就需要教師在精讀教材、精研試題的基本上加以提煉，然后在課堂上專(zhuān)題突破。

【教學(xué)片段1】

問(wèn)題1.實(shí)驗(yàn)室利用冰醋酸與無(wú)水乙醇在濃硫酸催化加熱下反應(yīng)生成的乙酸乙酯，如何從所得的反應(yīng)混合物中分離出純凈的乙酸乙酯？

問(wèn)題2.實(shí)驗(yàn)室制取溴苯的反應(yīng)混合物中如何分離出純凈的溴苯？制取硝基苯的反應(yīng)混合物又如何分離得到純凈的產(chǎn)物？

【學(xué)生思考后回答，然后教師引領(lǐng)提升】分離過(guò)程應(yīng)為：先將反應(yīng)混合物水洗，除去其中混有的水溶性物質(zhì)，特別是做催化劑的酸；然后加入飽和Na2CO3溶液或NaOH溶液，除去上一步殘留的酸性物質(zhì)；接著再次加入蒸餾水，除去上一步過(guò)量的鹽或者堿；最后將分離得到的有機(jī)層進(jìn)行后續(xù)處理，得到純凈的產(chǎn)物。

【教師引領(lǐng)，模型建構(gòu)】總結(jié)提煉后可建構(gòu)出如圖2所示思維模型：

圖2

【例1】(2019·全國(guó)卷Ⅲ·27節(jié)選)乙酰水楊酸(阿司匹林)是目前常用藥物之一。實(shí)驗(yàn)室通過(guò)水楊酸進(jìn)行乙?；苽浒⑺酒チ值囊环N方法如下：

水楊酸 醋酐 乙酰水楊酸

表1

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：在100 mL錐形瓶中加入水楊酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分搖動(dòng)使固體完全溶解。緩慢滴加0.5 mL濃硫酸后加熱，維持瓶?jī)?nèi)溫度在70℃左右，充分反應(yīng)。稍冷后進(jìn)行如下操作：

①在不斷攪拌下將反應(yīng)后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固體，過(guò)濾。

②所得結(jié)晶粗品加入50 mL飽和碳酸氫鈉溶液，溶解、過(guò)濾。

③濾液用濃鹽酸酸化后冷卻、過(guò)濾得固體。

④固體經(jīng)純化得白色的乙酰水楊酸晶體5.4 g。

【學(xué)生自主分析】解決例1仍然可以用到上面的模型。

上面的解題模型圖3中把“第二次水洗”修正成了“濃鹽酸酸化”，引發(fā)了學(xué)生強(qiáng)烈地認(rèn)知沖突。是原理的思維模型存在錯(cuò)誤嗎？顯然不是，只是我們的認(rèn)知模型需要稍微修正，有沖突、有疑問(wèn)才能促進(jìn)學(xué)生的思考與遷移，使之更符合真實(shí)的試題情境。模型并不是一成不變，但大的方向和環(huán)節(jié)總體上保持一致。這也充分說(shuō)明將化學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗仞B(yǎng)，是教師和學(xué)生的共同需要。

2.2 能得分，但是得不了滿(mǎn)分的細(xì)節(jié)

學(xué)生在解題時(shí)經(jīng)常無(wú)視這種細(xì)節(jié)，甚至認(rèn)為這種細(xì)節(jié)對(duì)解題的影響不大。其實(shí)這是完全錯(cuò)誤的看法，有些細(xì)節(jié)往往是解決問(wèn)題“鑰匙”，處理不好也有可能成為“當(dāng)頭棒”，即使得了分，也會(huì)影響后續(xù)考試的狀態(tài)。關(guān)于零散知識(shí)，特別要深入解讀教材實(shí)驗(yàn)，關(guān)注未考過(guò)的教材實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，收集邊角的散落點(diǎn)，并抓住其共性，由表及里、理解本質(zhì)。

【教學(xué)片段2】

【例2】(2017·全國(guó)卷Ⅲ·26)綠礬是含有一定量結(jié)晶水的硫酸亞鐵，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要的用途。某化學(xué)興趣小組對(duì)綠礬的一些性質(zhì)進(jìn)行探究?；卮鹣铝袉?wèn)題：

(1)在試管中加入少量綠礬樣品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液顏色無(wú)明顯變化。再向試管中通入空氣，溶液逐漸變紅。由此可知：________、________。

(2)為測(cè)定綠礬中結(jié)晶水含量，將石英玻璃管(帶兩端開(kāi)關(guān)K1和K2)(設(shè)為裝置A)稱(chēng)重，記為m1g。將樣品裝入石英玻璃管中，再次將裝置A稱(chēng)重，記為m2g。按圖4連接好裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖4

①儀器B的名稱(chēng)是________。

②將下列實(shí)驗(yàn)操作步驟正確排序________(填標(biāo)號(hào))；重復(fù)上述操作步驟，直至A恒重，記為m3g。

a.點(diǎn)燃酒精燈，加熱

b.熄滅酒精燈

c.關(guān)閉K1和K2

d.打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2

e.稱(chēng)量A

f.冷卻至室溫

③根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，計(jì)算綠礬化學(xué)式中結(jié)晶水?dāng)?shù)目x=________(列式表示)。若實(shí)驗(yàn)時(shí)按a、d次序操作，則使x________(填“偏大”“偏小”或“無(wú)影響”)。

(3)為探究硫酸亞鐵的分解產(chǎn)物，將(2)中已恒重的裝置A接入圖5所示的裝置中，打開(kāi)K1和K2，緩緩?fù)ㄈ隢2，加熱。實(shí)驗(yàn)后反應(yīng)管中殘留固體為紅色粉末。

圖5

①C、D中的溶液依次為_(kāi)_______(填標(biāo)號(hào))。C、D中有氣泡冒出，并可觀察到的現(xiàn)象分別為_(kāi)_______。

a.品紅 b.NaOH c.BaCl2

d.Ba(NO3)2e.濃H2SO4

②寫(xiě)出硫酸亞鐵高溫分解反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________________。

【引領(lǐng)提升】問(wèn)題解決的難點(diǎn)在于：N2導(dǎo)入有哪些作用，N2什么時(shí)候?qū)?，什么時(shí)候停止。

圖6

【自主探究】

題目中的(1)已經(jīng)給出提示綠礬容易被空氣中的O2氧化，所以(2)的②在檢查氣密性的基礎(chǔ)上還需要考慮裝置中殘留的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。因此操作順序?yàn)閐(排除裝置內(nèi)殘留的空氣)→a(開(kāi)始反應(yīng)，注意酒精燈加熱溫度降低，只能將綠礬的結(jié)晶水分離出來(lái))→b(反應(yīng)結(jié)束，注意反應(yīng)開(kāi)始前通入的N2氣流一直沒(méi)有停止)→f(產(chǎn)物在N2氣流中冷卻)→c(產(chǎn)物冷卻后再停止通入N2)→e(稱(chēng)量后進(jìn)行定量計(jì)算)。

從上述分析我們可以看出，N2氣流的導(dǎo)入一直貫穿實(shí)驗(yàn)的開(kāi)始和結(jié)束。反應(yīng)前是為了排除空氣，反應(yīng)中和反應(yīng)結(jié)束產(chǎn)物冷卻前導(dǎo)入，是為了將水蒸氣及時(shí)排出，防止水蒸氣凝結(jié)在反應(yīng)管中同時(shí)還能避免裝置外的空氣進(jìn)入。本實(shí)驗(yàn)精確度控制的關(guān)鍵就在“N2氣流什么時(shí)候通入和什么時(shí)候結(jié)束通入”。

(2)③第二空中，“若實(shí)驗(yàn)時(shí)按a、d次序操作”，即是說(shuō)反應(yīng)前沒(méi)有排除裝置內(nèi)殘留空氣。這樣操作必然導(dǎo)致“m3偏大”，所以結(jié)晶水?dāng)?shù)值x偏小。此問(wèn)充分體現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中“細(xì)節(jié)決定成敗”的思想。

【落實(shí)素養(yǎng)】

(3)中，在反應(yīng)開(kāi)始和結(jié)束前也一直有N2氣流的導(dǎo)入。除了考題中的設(shè)問(wèn)外，教學(xué)中可以適當(dāng)拓展。例如，反應(yīng)過(guò)程中需要一直通入N2的原因是___________________________________；反應(yīng)結(jié)束關(guān)閉酒精噴燈后，________(填“是”或“否”)還需要通入N2一段時(shí)間，原因是________________。

【遷移應(yīng)用】

利用上面的模型，可以對(duì)上面最后的兩個(gè)拓展問(wèn)題做出正確的解答。問(wèn)題“反應(yīng)過(guò)程中需要一直通入N2的原因是_______________”，參考答案為“將分解產(chǎn)生的氣體及時(shí)導(dǎo)出，SO2和SO3均是易溶于水的氣體，平衡氣壓防止倒吸”；問(wèn)題“反應(yīng)結(jié)束關(guān)閉酒精噴燈后，________(填“是”或“否”)還需要通入N2一段時(shí)間，原因是________________”，參考答案為“是；為了避免產(chǎn)生的氣體污染環(huán)境，應(yīng)利用N2氣流將裝置內(nèi)殘留的氣體全部導(dǎo)出進(jìn)行尾氣處理”。

2.3 長(zhǎng)久未出現(xiàn)的重要實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)

有些重要的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)是初中化學(xué)考查的重要內(nèi)容，但高中階段試題中較少直接考查，所以學(xué)生很容易忽視。教師應(yīng)該抓住一些高三系統(tǒng)復(fù)習(xí)的契機(jī)進(jìn)行模型再建構(gòu)，喚醒學(xué)生的記憶，并給以警醒。

比如“裝置氣密性檢查”，這個(gè)細(xì)節(jié)學(xué)生在初中化學(xué)中學(xué)習(xí)過(guò)，但是由于太過(guò)基礎(chǔ)，平時(shí)都未加以關(guān)注。高考復(fù)習(xí)中，教師有必要對(duì)此進(jìn)行回顧，并歸納為思維模型。

2.4 平時(shí)教學(xué)中的某些錯(cuò)誤觀念

高中化學(xué)教學(xué)中，由于學(xué)生知識(shí)和能力所限，教材中對(duì)很多化學(xué)知識(shí)簡(jiǎn)單處理，講解不透徹或進(jìn)行了過(guò)度歸納，可能導(dǎo)致學(xué)生形成錯(cuò)誤認(rèn)知。高考實(shí)驗(yàn)探究題中，常對(duì)重要的易錯(cuò)點(diǎn)進(jìn)行考查，常出現(xiàn)考生無(wú)法獲取解題的重要信息這一情況。教師在高考復(fù)習(xí)教學(xué)中有必要將高考試題當(dāng)成一項(xiàng)研究課題來(lái)做，力求在傳遞方法的同時(shí)還能糾正學(xué)生原有的一些錯(cuò)誤認(rèn)知。

下面以硫酸的揮發(fā)性為例，簡(jiǎn)要分析。平時(shí)教學(xué)中各位教師對(duì)硫酸的高沸點(diǎn)強(qiáng)調(diào)過(guò)多，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為硫酸不能揮發(fā)。而硫酸的揮發(fā)性在2019人教版高中化學(xué)必修二教材中有所涉及。

示意圖7最后一步，在吸收塔中為什么用98.3%的濃硫酸吸收而不是水？本質(zhì)原因是減少酸霧的產(chǎn)生，由此可見(jiàn)硫酸是能揮發(fā)的。高考復(fù)習(xí)教學(xué)中完全可以對(duì)此進(jìn)行專(zhuān)題突破，體現(xiàn)“從教材中來(lái)，到考試中去”的教學(xué)思想。

圖7 2019人教版必修二，第4頁(yè)“工業(yè)制硫酸的原理示意圖”

類(lèi)似的細(xì)節(jié)，在高中教材中還有很多，如電化學(xué)中陰離子在陽(yáng)極放電，陽(yáng)離子在陰極放電的錯(cuò)誤思維；醋酸鈉和碳酸氫鈉的堿性問(wèn)題；碳酸氫鈉溶液中離子濃度大小問(wèn)題；硫酸第二步電離不完全；鋇離子與碳酸氫根能反應(yīng)等。

3.超越細(xì)節(jié)，遷移運(yùn)用

微專(zhuān)題復(fù)習(xí)來(lái)源于細(xì)節(jié)，但并不拘泥于此，不能在細(xì)節(jié)上過(guò)分糾結(jié)，重視和放大細(xì)節(jié)的目的是超越細(xì)節(jié)形成素養(yǎng)。一道填空題往往就是兩三個(gè)細(xì)節(jié)再加上一點(diǎn)原理和方程式。幾個(gè)微專(zhuān)題復(fù)習(xí)的最后階段，為了檢驗(yàn)復(fù)習(xí)效果，可以試著利用合適的情境原創(chuàng)或改編幾道試題。

【改編實(shí)例】

【例3】甲、乙兩同學(xué)為探究SO2與BaCl2溶液能否反應(yīng)生成白色BaSO3沉淀，用圖8所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(夾持裝置和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗(yàn))。

圖8

實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象如表2所示：

表2

(1)操作“打開(kāi)彈簧夾，通入N2，停止加熱，一段時(shí)間后關(guān)閉”的目的是________________。

(2)分析B中不溶于稀鹽酸的沉淀產(chǎn)生的原因，甲認(rèn)為是空氣參與反應(yīng)，乙認(rèn)為是白霧參與反應(yīng)。

①乙認(rèn)為的“酸霧”成分主要是________________。

②為證實(shí)各自的觀點(diǎn)，在原實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上：

甲在原有操作之前增加一步操作，該操作是_______________；

乙在A、B間增加洗氣瓶D，D中盛放的試劑是________。

③進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，B中現(xiàn)象：

表3

試結(jié)合離子方程式，解釋甲、乙實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異同的原因是________________。

(3)合并(2)中兩同學(xué)的補(bǔ)充方案進(jìn)行試驗(yàn)，正確的實(shí)驗(yàn)操作順序應(yīng)為_(kāi)_______(填序號(hào))。

a.打開(kāi)分液漏斗活塞并加熱A

b.打開(kāi)彈簧夾，通入N2

c.關(guān)閉彈簧夾，停止通入N2

d.關(guān)閉分液漏斗活塞并停止加熱

反應(yīng)中發(fā)現(xiàn)B中無(wú)沉淀生成，由此得出的結(jié)論是_______________________________。

【例題分析】本題將“導(dǎo)入氣體”操作與“硫酸的揮發(fā)性”兩個(gè)在高考試題中真實(shí)出現(xiàn)過(guò)的考點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合在了一起。結(jié)合前面的思維模型可知，(1)中的導(dǎo)入氣體操作是反應(yīng)完成后進(jìn)行的，且產(chǎn)生的SO2有毒有害，所以目的是：將裝置內(nèi)殘留的SO2全部排出以便于后續(xù)尾氣處理，防止污染環(huán)境，這也是核心素養(yǎng)“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”在試題情境中的真實(shí)體現(xiàn)。(2)①中酸霧的成分是H2SO4，工業(yè)制硫酸中，吸收塔中用濃硫酸吸收SO3的主要目的就是避免硫酸酸霧的產(chǎn)生，教師應(yīng)該借此提醒學(xué)生硫酸的高沸點(diǎn)難揮發(fā)的性質(zhì)不是絕對(duì)的；②中的設(shè)計(jì)是遵循“控制變量”思想。