解決探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)問題的高三專題式復(fù)習(xí)策略

劉臣 李伏剛 賈同改 黃滿霞 賈逸敏

摘要：高考評價(jià)改革突出“學(xué)習(xí)方式與學(xué)習(xí)目標(biāo)相匹配的考查立意”，教師在高三備考中應(yīng)該幫助學(xué)生突破高考中的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題?；凇白C明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的方法”這一主題，進(jìn)行探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)高三專題式復(fù)習(xí)。選取5個典型的探究內(nèi)容創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，闡述了復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)策略。在教學(xué)中不僅關(guān)注學(xué)生總復(fù)習(xí)階段基礎(chǔ)知識的落實(shí)和基本方法的建構(gòu)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)依據(jù)，突出發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：探究型實(shí)驗(yàn) 方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)依據(jù) 化學(xué)反應(yīng) 復(fù)習(xí)策略

文章編號：1008-0546（2021）07-0063-06 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.017

在近年來的高考試題及評價(jià)改革中，更加突出“學(xué)習(xí)方式與學(xué)習(xí)目標(biāo)相匹配”的考查立意，正確的知識結(jié)合正確的學(xué)習(xí)過程使學(xué)生收獲習(xí)得的素養(yǎng)?？v觀近幾年全國各省市高考化學(xué)試卷，探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的題目日益增多。此類試題考查學(xué)生靈活運(yùn)用中學(xué)化學(xué)核心知識、基本技能及科學(xué)研究方法解決化學(xué)問題的能力;試題難度大、思維鏈條長、需要學(xué)生進(jìn)行綜合分析、推論預(yù)測并選取合適的角度與路徑解決問題。因此，此類問題已經(jīng)成為高考備考的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問題。教師如何在高三專題式復(fù)習(xí)中設(shè)計(jì)教學(xué)去攻克難點(diǎn)問題，幫助學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的依據(jù)和思路，找準(zhǔn)解決問題的起點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，將“解題”設(shè)計(jì)成“解決問題”，筆者進(jìn)行了有益的探索和嘗試。

一、問題的提出

在高三總復(fù)習(xí)階段有關(guān)“實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與評價(jià)”的教學(xué)中，教師往往從更為宏觀的角度圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置步驟、注意事項(xiàng)等角度，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題框架的建構(gòu);或?qū)⒘?xí)題進(jìn)行分類，如“制備型實(shí)驗(yàn)”“探究型實(shí)驗(yàn)”“定量測定類實(shí)驗(yàn)”等等，通過“做題-講題-反思-歸納”等環(huán)節(jié)進(jìn)行重復(fù)練習(xí)。在經(jīng)歷一段時(shí)間的“課堂訓(xùn)練”后，學(xué)生雖然對試題的風(fēng)格和模式有所了解，但仍然沒有抓住解決實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)問題的關(guān)鍵點(diǎn)，學(xué)生處于一種“漫無目的茫然的”探究狀態(tài)，在答題中表現(xiàn)為有時(shí)能夠得分，往往總是失分，還沒有提升至一種穩(wěn)定的作答狀態(tài)，通過解題訓(xùn)練獲得的“方法”不具有可遷移性。

王景、陳元慶認(rèn)為[1]，在化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的教學(xué)中應(yīng)該把握“物質(zhì)性質(zhì)及其變化”這個關(guān)鍵要素，據(jù)此來確定實(shí)驗(yàn)原理，設(shè)計(jì)反應(yīng)方案。郭高峰認(rèn)為[2]，化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)在遵循科學(xué)性、安全性、簡約性、可行性的前提下，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮吞攸c(diǎn)，結(jié)合基本實(shí)驗(yàn)操作，在腦海中模擬實(shí)驗(yàn)操作，分段突破。周萍提出了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的思維建模過程[3]，認(rèn)為在專題復(fù)習(xí)中滲透化學(xué)建模的思想，將模型建構(gòu)和復(fù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行有效整合，注重知識和方法的概括提煉，形成解決這類問題的化學(xué)思維模型。上述學(xué)者的觀點(diǎn)均有課例實(shí)踐作為支撐，收到了一定的教學(xué)效果。

在上述觀點(diǎn)中，對于解決實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)問題的起點(diǎn)和本質(zhì)——尋找并確定實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)依據(jù)，鮮有提及。筆者認(rèn)為：教師在專題式復(fù)習(xí)教學(xué)中，要教給學(xué)生如何去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，首先要引導(dǎo)學(xué)生精準(zhǔn)思考，依據(jù)什么進(jìn)行設(shè)計(jì)？其內(nèi)在邏輯為：先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，尋找并確定設(shè)計(jì)依據(jù)，再基于設(shè)計(jì)依據(jù)決定設(shè)計(jì)思路，最終形成設(shè)計(jì)方案。應(yīng)該說，實(shí)驗(yàn)方案是設(shè)計(jì)出來的，不會在頭腦中自然形成。明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖墙鉀Q此類問題的靈魂，設(shè)計(jì)依據(jù)則是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的本源性問題，設(shè)計(jì)思路是實(shí)驗(yàn)方案的前期預(yù)案，而最終形成的實(shí)驗(yàn)方案是體現(xiàn)之前所有過程的結(jié)果，其基本思維框架如下圖1所示。

二、探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的基本教學(xué)設(shè)計(jì)策略

實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈魂，貫穿于設(shè)計(jì)始終。在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮螅處煈?yīng)積極引領(lǐng)學(xué)生尋找并確定設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)計(jì)依據(jù)的本質(zhì)是學(xué)生掌握的化學(xué)反應(yīng)原理知識，依據(jù)化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)，其涵蓋了反應(yīng)物和生成物的性質(zhì)，反應(yīng)條件、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向、速率、限度、能量等具體內(nèi)容。對于學(xué)生而言，其分析過程的具體抓手為對化學(xué)反應(yīng)方程式的多角度認(rèn)識和解讀——即學(xué)生依據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式，能夠解析獲得反應(yīng)的哪些特點(diǎn)？應(yīng)該說，全方位深刻理解化學(xué)方程式的含義，是我們進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)最為本質(zhì)的依據(jù)之一。

例如，我們在探究酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)時(shí)，鹽酸和氫氧化鈉溶液混合無明顯現(xiàn)象，為了驗(yàn)證反應(yīng)的發(fā)生，我們利用酚酞指示劑對堿的顯色作用，依據(jù)反應(yīng)過程中溶液顏色的變化，驗(yàn)證了反應(yīng)物NaOH被消耗，從而證明了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

那么，我們這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的依據(jù)是什么呢？梳理一下，可以得出我們的基本出發(fā)點(diǎn)：先用離子方程式表示這個反應(yīng)發(fā)生的實(shí)質(zhì)為：H++OH-=H2O，據(jù)此，我們從反應(yīng)物被消耗的視角，采用定性驗(yàn)證的方法證明在反應(yīng)過程中c（OH-）降低。同樣地，我們也可以設(shè)計(jì)更為精確的定量實(shí)驗(yàn)方案：利用pH計(jì)連續(xù)測定在滴加稀鹽酸的過程中溶液pH的變化，通過描點(diǎn)法作圖得到一條酸堿滴定曲線，由曲線的變化趨勢依然可以得出反應(yīng)過程中c（OH-）降低，進(jìn)而驗(yàn)證了NaOH和稀鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。

當(dāng)然，不論是從反應(yīng)物被消耗的視角、還是從有新物質(zhì)生成的視角，緊緊抓住物質(zhì)的性質(zhì)，我們可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)更為開放的實(shí)驗(yàn)方案，獲得溶液中H+或OH一被消耗的證據(jù)，如啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方案。

[實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)]取兩支試管，分別加入5mL1mol/L的鹽酸溶液，向試管①中先加入1mL水，然后加入1g打磨過的鎂條;向試管②中先加入1mL 1mol/L的NaOH溶液，然后加入與試管①相同的鎂條，分別觀察兩支試管的現(xiàn)象。充分反應(yīng)后，若試管①中收集H2的體積大于試管②，則說明試管②中的鹽酸與加入的NaOH發(fā)生了反應(yīng)，如下圖2所示。

更進(jìn)一步，對于探究未知的化學(xué)反應(yīng)，開展實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)我們首先要引導(dǎo)學(xué)生嘗試寫出可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式，然后依據(jù)書寫出來的化學(xué)方程式設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步確認(rèn)這個反應(yīng)方程式是否成立，這個過程本身就是一個科學(xué)探究過程的開始。因此，對于許多新物質(zhì)的制備與合成，沒有前人相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，我們該如何去操作呢？很多時(shí)候，科研人員都是依據(jù)一些已有的化學(xué)反應(yīng)原理和規(guī)律，首先進(jìn)行猜想并預(yù)測可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，通過進(jìn)一步的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并收集證據(jù)確認(rèn)生成物的存在，再通過建立一定的化學(xué)理論對其進(jìn)行恰當(dāng)且合理的解釋，最終形成研究結(jié)論。

三、基于探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的專題式復(fù)習(xí)教學(xué)實(shí)踐

1.引題

[教師]明確化學(xué)反應(yīng)的基本特征，歸納根據(jù)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的現(xiàn)象，可分為有明顯現(xiàn)象的反應(yīng)和無明顯現(xiàn)象的反應(yīng)，如下圖3所示。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生思考：我們該如何證明這些化學(xué)反應(yīng)都真實(shí)發(fā)生了呢？進(jìn)一步引出課題：“證明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的方法”。

2.證明有明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生

[素材1]紅熱的鐵能與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣反應(yīng)裝置圖4所示：

[教師]在這個實(shí)驗(yàn)中，我們僅通過觀察肥皂液中產(chǎn)生氣泡，能證明反應(yīng)一定發(fā)生了嗎？

[學(xué)生1]可以。肥皂液中的氣泡可以說明反應(yīng)生成了氫氣。

[學(xué)生2]（反問）不行吧…？產(chǎn)生的氣泡也有可能是試管中的空氣受熱膨脹逸出了。

[教師]（追問）那需要如何進(jìn)一步操作，證明氣泡是氫氣呢？

[學(xué)生3]可以用火柴點(diǎn)燃肥皂泡，當(dāng)聽到爆鳴聲并看到淡藍(lán)色火焰后，則證明生成了氫氣。

[教師]非常準(zhǔn)確。在此，我們從有新物質(zhì)HZ生成的角度證明了反應(yīng)的發(fā)生。同樣地，同學(xué)們是不是也可以嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)Fe3O4的生成呢？

[提示]注意反應(yīng)后剩余固體的成分，可能存在反應(yīng)物Fe粉剩余的情況。

[學(xué)生4]實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)思路：為排除剩余固體中存在Fe粉的干擾，向反應(yīng)后的固體中先加入足量的 CuSO4溶液，經(jīng)充分反應(yīng)后分離、洗滌得到固體，再加入足量6mol/L硫酸溶解（反應(yīng)過程中需微熱），選取試劑分別檢驗(yàn)溶液中的Fe2+和Fe3+，實(shí)驗(yàn)流程如圖5所示：

[教師]此外，我們也可以采用現(xiàn)代化學(xué)儀器分析的方法，用X射線衍射儀測定反應(yīng)后固體物質(zhì)的成分，發(fā)現(xiàn)除鐵粉外，有Fe3O4生成。

[素材2]SO2和FCCl3的反應(yīng)：

[教師]依據(jù)SO2和FeCl3兩種物質(zhì)的性質(zhì)預(yù)測：將SO2通入FeCl3溶液中，能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？若可以，寫出可能發(fā)生反應(yīng)的離子方程式。

[學(xué)生]SO2有較強(qiáng)的還原性，F(xiàn)eCl3有較強(qiáng)的氧化性，兩者可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)：SO2+2Fe3++2H2O=2Fe2++SO42-+4H+。

[教師]若反應(yīng)發(fā)生，預(yù)期能看到什么現(xiàn)象？

[學(xué)生]溶液由黃色變?yōu)闇\綠色。

[教師]讓我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下。

[實(shí)驗(yàn)]將SO2通入0.1mol/L FeCl3溶液（pH=1.78），一段時(shí)間后，觀察到溶液變?yōu)闇\綠色，實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。

[教師]依據(jù)上述現(xiàn)象，判斷化學(xué)反應(yīng)發(fā)生了嗎？。

[學(xué)生]發(fā)生了，溶液由黃色變?yōu)闇\綠色，說明有Fe2+生成。

[教師]實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與預(yù)測一致。此外，除通過觀察溶液的顏色變化，還能怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明反應(yīng)發(fā)生了呢？

[學(xué)生1]用K3[Fe（CN）6]溶液檢驗(yàn)C中溶液含有Fe2+，證明反應(yīng)發(fā)生。

[學(xué)生2]用稀鹽酸、BaCl2溶液檢驗(yàn)C中溶液含有SO42-，證明反應(yīng)發(fā)生。

[學(xué)生3]檢驗(yàn)C中溶液pH改變，證明反應(yīng)發(fā)生。

[教師]上述3位同學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，都能獲得可信的證據(jù)，證實(shí)SO2和FeCl3的反應(yīng)發(fā)生了嗎？

[學(xué)生4]檢驗(yàn)C中溶液pH改變，不足以證實(shí)反應(yīng)的發(fā)生，因?yàn)橥ㄈ氲腟O2也可以和水發(fā)生反應(yīng)，生成H2SO3，使溶液的pH發(fā)生變化。

[教師]非常好。那么，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，排除可能生成H2SO3的干擾呢？

[學(xué)生5]需要設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，方案如下：取0.1mol/L KCl溶液，滴加鹽酸至pH=1.78，持續(xù)通入SO2，測定溶液的pH，并與上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較。

[教師]很準(zhǔn)確。因此，我們在通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象尋找證據(jù)時(shí)，要特別注意證據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性;基于獲得的證據(jù)進(jìn)行邏輯推理時(shí)，要保證基本的審慎。

[教師]接下來，請同學(xué)們對“證明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的方法”進(jìn)行小結(jié)，我們能從哪些角度和路徑，采用哪些方法去證明？

[學(xué)生1]通過觀察變化過程中的一些“特征現(xiàn)象”，對反應(yīng)發(fā)生與否進(jìn)行初步判斷。

[學(xué)生2]通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)生成物存在。

[學(xué)生3]通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)反應(yīng)物消耗。

[學(xué)生4]除定性角度，也可以從定量角度證明，如反應(yīng)體系的質(zhì)量、體積，pH的變化…

通過師生間的互動討論，引導(dǎo)學(xué)生從定性角度和定量角度分別進(jìn)行思考，在梳理上述2個問題的解決過程中形成證明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的一般思路和方法，如表1所示：

3.證明無明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生

[素材3]亞硫酸鈉（Na2SO3）為白色粉末狀固體，是實(shí)驗(yàn)室中一種常見的化學(xué)試劑。在工業(yè)上用于制備亞硫酸纖維素醋，作還原劑、防腐劑、去氯劑等。Na2SO3露置于空氣中易變質(zhì)，其變質(zhì)過程無明顯現(xiàn)象。

[教師]寫出Na2SO3發(fā)生變質(zhì)時(shí)的化學(xué)方程式，思考：如何測定一份久置亞硫酸鈉樣品中Na2SO3的含量呢？

[學(xué)生1]發(fā)生變質(zhì)時(shí)的化學(xué)方程式：2Na2SO3+O2=2Na2SO4。

[學(xué)生2]一瓶未知亞硫酸鈉樣品的成分可能存在下列3種情況，如表2所示：

[教師]基于以上分析，我們?nèi)绾卫梅磻?yīng)前后物質(zhì)性質(zhì)的差異設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，測定Na2SO3的含量呢？

[啟發(fā)]實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是找出設(shè)計(jì)的依據(jù)，我們可以這樣思考問題：樣品中若存在未變質(zhì)的Na2SO3，可以依據(jù)其性質(zhì)，將Na2SO3轉(zhuǎn)化為可測量的物質(zhì)，如SO2氣體或S沉淀等進(jìn)行測定;樣品中若存在變質(zhì)生成的Na2SO4，也可以依據(jù)其性質(zhì)，將Na2SO4轉(zhuǎn)化為可測量的物質(zhì)，如BaSO4沉淀進(jìn)行測定[4]。

[教師]請同學(xué)們設(shè)計(jì)出不少于兩種測定久置亞硫酸鈉樣品中Na2SO3含量的實(shí)驗(yàn)方案，并對方案的可行性、安全性和準(zhǔn)確性進(jìn)行論證。

[學(xué)生方案1]稱取一定質(zhì)量的固體樣品加水配成溶液，加入足量的硫酸溶液，將生成的氣體用足量堿石灰吸收，依據(jù)反應(yīng)前后堿石灰固體的增重，計(jì)算樣品中Na2SO3的含量。在此實(shí)驗(yàn)條件下需要準(zhǔn)確測量SO2的質(zhì)量;SO2是一種有毒氣體，容易造成環(huán)境污染。

[學(xué)生方案2]稱取一定質(zhì)量的固體樣品加水配成溶液，先加入足量的鹽酸溶液，充分反應(yīng)至不再產(chǎn)生氣泡，再加入足量的BaCl2溶液，充分反應(yīng)后將生成的沉淀進(jìn)行過濾、洗滌、干燥處理，稱量生成BaSO4的質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算樣品中Na2SO3的含量。此方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確;但在前期酸化時(shí)，會有一定量的SO2氣體逸出，造成環(huán)境污染。

[學(xué)生方案3]稱取一定質(zhì)量的固體樣品（m1）加水配成溶液，加入足量的H2O2溶液充分反應(yīng)，將反應(yīng)后的溶液蒸發(fā)結(jié)晶，稱量所得固體的質(zhì)量（m2），則（m1-m2）為氧元素的質(zhì)量，即為樣品中剩余Na2S03的質(zhì)量，據(jù)此計(jì)算Na2SO3的含量。此方案實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)過程中不會產(chǎn)生SO2氣體污染環(huán)境。

在課堂上，學(xué)生對“設(shè)計(jì)思路①”討論比較集中，部分學(xué)生還設(shè)計(jì)了如圖7所示的裝置完成實(shí)驗(yàn)。其主要實(shí)驗(yàn)步驟為：按圖組裝儀器并檢查裝置的氣密性;實(shí)驗(yàn)開始時(shí)先打開止水夾K1、K2，關(guān)閉止水夾K3，向裝置中緩緩鼓入一定量的N2;然后關(guān)閉止水夾K1、K2，打開止水夾K3，從分液漏斗中滴入濃硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體時(shí)停止。此時(shí)，再次打開止水夾K1，緩緩鼓入一定量的N2。

應(yīng)該說，實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)過程，亦是下列問題的討論和解決過程，不僅使設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案更加完整和嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)生探究的過程也在很大程度上增加了課堂教學(xué)的彈性。

[討論1]欲測定樣品中Na2SO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，需要獲得哪些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？

[討論2]實(shí)驗(yàn)過程中需要兩次緩緩鼓入一定量的N2，其實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆謩e是什么？

[討論3]實(shí)驗(yàn)裝置B、D的作用分別是什么？

[討論4]誤差分析：

（1）實(shí)驗(yàn)開始時(shí)未緩緩鼓入一定量的N2。

（2）滴加濃硫酸至不再產(chǎn)生氣體時(shí)，未緩緩鼓入一定量的N2。

（3）缺少裝置B中的濃硫酸。

（4）缺少裝置D中的堿石灰。

[小結(jié)]上述實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，我們都需要通過物質(zhì)檢驗(yàn)去驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。那么，物質(zhì)檢驗(yàn)的基本依據(jù)是什么呢？

[學(xué)生1]可以利用物質(zhì)的典型性質(zhì)檢驗(yàn)物質(zhì)，如物質(zhì)的特征顏色、溶解性、酸堿性、氧化還原性和特性等。

[學(xué)生2]利用反應(yīng)前后物質(zhì)性質(zhì)的差異驗(yàn)證物質(zhì)的消耗或生成[5]。

4.復(fù)雜體系的綜合探究

[素材4]向5mL 0.05mol/L FeCl3溶液中加入5mL0.05mol/L KI溶液，充分反應(yīng)后將溶液均分置于兩支試管中，如圖8（a）。向試管①中加入CCl4，振蕩、靜置;向試管②中滴加3滴1mol/L KSCN溶液，分別觀察兩支試管中溶液的顏色變化。

[教師]依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，判斷FeCl3和KI的反應(yīng)發(fā)生了嗎？其判斷依據(jù)是什么？

[學(xué)生]試管①加入CCl4，振蕩、靜置后分層，下層溶液呈紫紅色，說明反應(yīng)生成了I2，如圖8（b）;試管②加入KSCN溶液后，溶液呈紅色，說明反應(yīng)后溶液中依然存在Fe3+，如圖8（c）。

[追問]那么，反應(yīng)究竟發(fā)生了沒有呢？

[學(xué)生]肯定發(fā)生了，因?yàn)闄z測到生成物I2的存在。

[教師]同學(xué)們或許會疑惑：在反應(yīng)過程中，我們依據(jù)反應(yīng)物物質(zhì)的量的比例關(guān)系，等物質(zhì)的量加入反應(yīng)物，反應(yīng)后生成物I2和反應(yīng)物Fe3+同時(shí)存在，這是什么原因呢？

[學(xué)生]（討論后回答）Fe3+和I-的反應(yīng)有一定限度，在這個反應(yīng)體系中存在平衡：2Fe3++2I-■2Fe2++I2。

[教師]非常正確。因此，對于驗(yàn)證有一定限度的化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，有的時(shí)候，我們不好直接驗(yàn)證反應(yīng)后某一反應(yīng)物的明顯減少或消失，我們更需要從發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)特征有新物質(zhì)生成去證明。

[素材5]資料顯示：“O2的氧化性隨溶液pH的增大而逐漸減弱”，某同學(xué)探究不同條件下KI與O2的反應(yīng)，裝置及藥品如表4所示。

[教師]依據(jù)現(xiàn)象我們可以得出：在酸性環(huán)境中，O2可以氧化KI。對比在堿性溶液中，O2仍然具有一定的氧化性。那么，O2氧化KI的反應(yīng)就不能發(fā)生嗎？

[資料]在堿性溶液中，I2可以和溶液中的OH-發(fā)生反應(yīng)而消耗：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O。[教師]如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明在堿性溶液中，O2也可以氧化KI，反應(yīng)中生成了I2呢？

[學(xué)生]（師生討論后匯報(bào)）為了排除溶液中的KOH對檢驗(yàn)生成物I2造成的干擾，可以在原電池裝置中完成實(shí)驗(yàn)，裝置如圖9（a）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，向燒杯a中通入O2后，若觀察到電流表指針偏轉(zhuǎn)，如圖9（b）;燒杯b中溶液變?yōu)樗{(lán)色，如圖9（c），則說明有I2生成，進(jìn)而證明在堿性條件下，O2可以氧化KI。

[教師]在這個實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中，通過改變實(shí)驗(yàn)裝置，消除了在一支試管中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而產(chǎn)生的物質(zhì)間相互作用的影響，從而證明了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。

5.課堂小結(jié)：歸納思路，鞏固方法

[教師]本節(jié)課我們從探究酸和堿發(fā)生中和反應(yīng)出發(fā)，結(jié)合我們之前學(xué)過一些具體的化學(xué)反應(yīng)，建構(gòu)了證明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的基本思路和方法：其核心出發(fā)點(diǎn)是“變”字，物質(zhì)改變、狀態(tài)改變、性質(zhì)改變、質(zhì)量改變等等，抓住變化這個本質(zhì)，進(jìn)行多角度、開放性的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)就有了根基和靈魂。我們可以從定性角度，依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證明反應(yīng)中有新物質(zhì)生成是本質(zhì)，證明反應(yīng)后某反應(yīng)物明顯減少或消失是輔助;也可以從定量角度，證明在反應(yīng)體系中反應(yīng)物的質(zhì)量或體積、溶液的pH等發(fā)生了明顯數(shù)量的改變，從而證明一個化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。其思維框架如圖10所示。

四、教學(xué)效果分析及教學(xué)反思

基于“證明化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的方法”這一主題，進(jìn)行探究型實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的高三專題式復(fù)習(xí)。在單元教學(xué)中，圍繞5個典型的探究內(nèi)容展開教學(xué)。在課堂推進(jìn)過程中，關(guān)注學(xué)生總復(fù)習(xí)階段基礎(chǔ)知識的落實(shí)、證明“化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生”基本思路和方法的建構(gòu)和形成;重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)依據(jù)的明確，突出發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。在此過程中，學(xué)生在課堂上高參與、高投入，衍生出諸多教學(xué)生長點(diǎn)。例如：在證明Fe3+和I-的反應(yīng)有一定限度時(shí)，學(xué)生提出需要考慮建立平衡時(shí)反應(yīng)的速率問題。在實(shí)驗(yàn)過程中，F(xiàn)eCl3溶液和KI溶液等物質(zhì)的量混合后，待溶液顏色不再改變時(shí)，才能檢驗(yàn)Fe3+的存在，否則不足以證明反應(yīng)存在限度。作為教學(xué)中的主體，學(xué)生充分調(diào)用所學(xué)知識并逐步形成解決問題的分析思路;在師生、生生的有效互動下，課堂上產(chǎn)生新的認(rèn)知沖突，并得到進(jìn)一步解決。

與此同時(shí)，對于總復(fù)習(xí)階段探究內(nèi)容（素材）的選取，還可以更加多元與開放，比如將光譜技術(shù)、手持技術(shù)等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入其中，教師帶領(lǐng)學(xué)生讀圖識表，進(jìn)一步提升學(xué)生對表格數(shù)據(jù)的分析和判斷能力，使總復(fù)習(xí)的課堂教學(xué)更加多元和立體，還需要進(jìn)行更多有益的探索。

參考文獻(xiàn)

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[3]周萍.例談思維建模在實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評價(jià)中的運(yùn)用[J].化學(xué)教學(xué)，2019（6）：83-87

[4]夏建華.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)深度融合[M].合肥：安徽教育出版社，2016：121-122

[5]仇永紅，何彩霞.依托化學(xué)實(shí)驗(yàn)深入理解化學(xué)反應(yīng)——以“如何驗(yàn)證無明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)”復(fù)習(xí)課教學(xué)為例[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，20160）：27-31

*本文系北京市教育學(xué)會化學(xué)教學(xué)研究會開展的中國教育學(xué)會教育科研一般性課題《基于高中生跨學(xué)科問題解決能力培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐研究》（課題編號：2019001718068）部分研究成果。