基于一道高考題的實驗復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計研究

丁穎

[摘 要]文章基于深度學(xué)習(xí)理論和新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，研究高考化學(xué)實驗題的命題特點，并基于一道有關(guān)醋酸亞鉻的制備實驗高考試題的答題情況，探討高三化學(xué)實驗復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計，以促進(jìn)學(xué)生思維模型和認(rèn)知模型的構(gòu)建。

[關(guān)鍵詞]高考題;高三化學(xué);實驗復(fù)習(xí)課;教學(xué)設(shè)計

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）14-0058-03

新高考注重考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價值。而化學(xué)實驗是高考化學(xué)的重要內(nèi)容之一。

高考化學(xué)實驗試題選取的素材一般不是教材中的實驗，創(chuàng)設(shè)的情境通常也較為陌生，且信息量大，文字較多，學(xué)生需要通過題給信息了解物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理，并與題中實驗裝置和實驗操作聯(lián)系起來作答。因此，在化學(xué)實驗復(fù)習(xí)中鞏固核心知識和培養(yǎng)關(guān)鍵能力是學(xué)生提升解題能力的關(guān)鍵。教育部考試中心原主任姜鋼提出，要發(fā)揮新時代高考的育人功能和對課堂教學(xué)積極的導(dǎo)向作用。近年來的高考化學(xué)試題為師生提供了非常好的復(fù)習(xí)素材，教師可帶領(lǐng)學(xué)生研究高考化學(xué)試題，熟悉高考化學(xué)實驗試題的考查類型和高頻考點，提高學(xué)生適應(yīng)新情境的能力和提取、加工、運用信息的能力，提升學(xué)生的“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)。

一、高考化學(xué)實驗試題的命題特點

筆者通過分析近年來的高考全國卷中的化學(xué)實驗試題，發(fā)現(xiàn)高考化學(xué)實驗試題具有以下命題特點。

高考化學(xué)實驗試題主要分為三個主題：物質(zhì)性質(zhì)或反應(yīng)原理探究、物質(zhì)制備與分離、物質(zhì)組分檢驗與含量測定;考查的主要內(nèi)容有儀器的名稱、作用、組裝，反應(yīng)方程式的書寫，實驗操作方案、順序、條件控制及原因分析，物質(zhì)的分離與提純，定量計算，誤差分析，裝置的改進(jìn)，等等。下面以2018年高考全國Ⅰ卷第26題無機制備類實驗題為例來分析高考化學(xué)實驗試題的命題意圖及考查的知識點。

[題目]醋酸亞鉻[（CH3COO）2Cr·H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻;二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖1所示。回答下列問題：

（1）實驗中所用蒸餾水均需經(jīng)煮沸后迅速冷卻，目的是? ____________? 。儀器a的名稱是?____________ ?。

（2）將過量鋅粒和氯化鉻固體置于c中，加入少量蒸餾水，按圖連接好裝置，打開K1、K2，關(guān)閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變?yōu)榱了{(lán)色，該反應(yīng)的離子方程式為?____________ ? ? 。

②同時c中有氣體產(chǎn)生，該氣體的作用是? ____________ 。

（3）打開K3，關(guān)閉K1和K2。c中亮藍(lán)色溶液流入d，其原因是? ____________ ? ;d中析出磚紅色沉淀。為使沉淀充分析出并分離，需采用的操作是?____________、?____________?、洗滌、干燥。

（4）指出裝置d可能存在的缺點? ________________________ ? ?。

本題以醋酸亞鉻晶體的制備為背景材料，具體設(shè)問內(nèi)容涉及儀器名稱、原理分析、信息型方程式書寫、實驗操作、現(xiàn)象解釋、實驗方案優(yōu)劣的評價等，不僅考查了學(xué)生化學(xué)實驗基礎(chǔ)知識和基本技能，還對學(xué)生提取及運用有效信息的能力、分析推理能力、模型構(gòu)建能力等關(guān)鍵能力有較高要求。本題四個問題的答案都與題目中的信息相關(guān)聯(lián)。但學(xué)生的實測結(jié)果并不理想，多數(shù)學(xué)生不知道從何入手，思維混亂，不懂得基于物質(zhì)的性質(zhì)特點來解答。對此，在實驗復(fù)習(xí)教學(xué)中教師應(yīng)幫助學(xué)生構(gòu)建思維模型和認(rèn)知模型，進(jìn)而提升學(xué)生的解題效率。

二、基于高考題的實驗復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計

【實驗情境1】醋酸亞鉻[（CH3COO）2Cr·2H2O]為磚紅色晶體，難溶于冷水，易溶于酸，在氣體分析中用作氧氣吸收劑。（高考題干引用）

【問題1】在實驗情境1提供的信息中你能找出哪些關(guān)鍵詞？你應(yīng)具備哪些意識？

【學(xué)生討論總結(jié)】

信息1：醋酸亞鉻難溶于冷水，因此可以通過溫度對物質(zhì)溶解度的影響對產(chǎn)品進(jìn)行提純。

信息2：醋酸亞鉻易溶于酸，因此酸性環(huán)境不利于產(chǎn)品的析出。結(jié)合信息1和信息2可推斷沉淀充分析出需要低溫、無酸或少酸環(huán)境。

信息3：醋酸亞鉻在氣體分析中用作氧氣吸收劑，說明Cr（Ⅱ）具有強還原性，實驗過程中要隔絕空氣。

設(shè)計意圖：高考化學(xué)實驗試題信息量大，文字較多，部分學(xué)生覺得無從下手。教師采用循序漸進(jìn)的方式開展復(fù)習(xí)教學(xué)，可幫助學(xué)生有效提取關(guān)鍵信息（這些關(guān)鍵信息往往是解題的突破口）。

【實驗情境2】一般制備方法是先在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻;二價鉻再與醋酸鈉溶液作用即可制得醋酸亞鉻。實驗裝置如圖1所示。（高考題干引用）

【問題2】本實驗的目的和原理是什么？你覺得和教材中哪種物質(zhì)的制備實驗類似？

【學(xué)生討論總結(jié)】本實驗的目的是制備醋酸亞鉻，原理是在封閉體系中利用金屬鋅作還原劑，將三價鉻還原為二價鉻;鋅與鹽酸作用產(chǎn)生氫氣，利用壓強差將裝置c中含二價鉻的溶液壓入裝置d中與醋酸鈉溶液反應(yīng)制得醋酸亞鉻。本實驗和教材中氫氧化亞鐵的制備實驗類似。

設(shè)計意圖：高考往往起點高、落點低，學(xué)生容易因陌生知識產(chǎn)生畏難情緒，無法應(yīng)用所學(xué)知識進(jìn)行題目解答。教師可借助提問順勢引導(dǎo)，幫助學(xué)生找到思維的方向。

【問題3】制備氫氧化亞鐵的常見裝置有哪些？請畫出裝置圖。制備氫氧化亞鐵有哪些注意事項？

【學(xué)生討論總結(jié)】氫氧化亞鐵的制備有3個常見的裝置，如圖2所示。

注意事項：

1.硫酸亞鐵易被氧化，需要現(xiàn)用現(xiàn)配，所配蒸餾水應(yīng)先煮沸后冷卻，以除去蒸餾水中的溶解氧。

2.裝置1中需要用苯隔絕空氣，滴加氫氧化鈉溶液需要用長膠頭滴管伸入到液面下，防止空氣中的氧氣進(jìn)入。

3.裝置2中鐵與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣的作用有兩點：（1）排除裝置中的空氣;（2）關(guān)閉止水夾a，將FeSO4溶液壓入NaOH溶液試管中制備氫氧化亞鐵。

4.裝置3利用電解法制備氫氧化亞鐵，并用苯密封溶液達(dá)到隔絕空氣的目的。

設(shè)計意圖：強化學(xué)生的實驗基礎(chǔ)知識與基本技能，重溫裝置用途和使用規(guī)范，促進(jìn)學(xué)生實驗基本技能與方法的鞏固提升。

【問題4】類比氫氧化亞鐵的制備，醋酸亞鉻制備過程中K1、K2、K3的操作順序是怎樣的？應(yīng)從哪些方面考慮氧氣的來源？如何隔絕氧氣？

【學(xué)生討論總結(jié)】

1.先將K3打開，然后關(guān)閉K1和K2。因為鋅與鹽酸反應(yīng)生成大量氫氣，使裝置c中氣壓大于外界氣壓，所以裝置c中亮藍(lán)色液體流入裝置d中。

2.強還原性物質(zhì)制備要注意操作環(huán)境隔絕氧氣，因此要考慮溶劑中的空氣、裝置內(nèi)部的空氣、外界空氣、水中的空氣等因素。為此，配制溶液所需的蒸餾水需要煮沸除氧;要排除裝置內(nèi)部的空氣;反應(yīng)裝置不能是敞開體系，以防外界的空氣進(jìn)入;分離提純不能用蒸發(fā)濃縮的方式，以防產(chǎn)物與空氣接觸。

方案1：在裝置d中加入苯或植物油。

方案2：在裝置d后加一個裝有水的洗氣瓶用于液封。

設(shè)計意圖：強化典型實驗素材的運用，幫助學(xué)生建立認(rèn)知模型，提高學(xué)生的知識遷移能力。

【問題5】如何獲得產(chǎn)品？利于產(chǎn)品析出的措施有哪些？

【學(xué)生討論總結(jié)】晶體析出一般可用蒸發(fā)溶劑或降溫冷卻的方法。但醋酸亞鉻帶結(jié)晶水且易被氧化，不適合用蒸發(fā)溶劑的方法，因此應(yīng)采用降溫冷卻的方法。

設(shè)計意圖：呈現(xiàn)核心問題，突出重難點，引導(dǎo)學(xué)生深入思考提煉。

【問題6】你還能提出哪些問題？

【學(xué)生討論總結(jié)】

1.裝置c的名稱是什么？

2.如何檢查裝置的氣密性？

3.鋅粒是否過量？鋅粒的作用是什么？

4.鹽酸不能過量的原因是什么？

從上述學(xué)生提出的問題來看，學(xué)生有從實驗原理、儀器名稱、信息運用等角度思考問題，特別是問題4的提出讓人眼前一亮，說明學(xué)生能深入思考問題，并能運用“認(rèn)知模型”解決問題，這使他們獲得了極大的自信，對陌生情境的運用也更加游刃有余。

設(shè)計意圖：從多個維度設(shè)問可讓學(xué)生站在命題者的角度思考問題，熟悉高考考點，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【問題7】1.洗滌醋酸亞鉻晶體時先用水洗，再用乙醚洗，用水洗的目的是什么？ 如何證明晶體已經(jīng)被水洗滌干凈了？用乙醚洗滌的好處有哪些？

2.先將洗滌后的醋酸亞鉻晶體鋪在表面皿中形成一薄層再在室溫下進(jìn)行干燥。

（1）“形成一薄層”的目的是什么？

（2）干燥過程中的注意事項有哪些？

【學(xué)生討論總結(jié)】

1.水洗的目的是除去晶體表面的雜質(zhì)。證明晶體已經(jīng)被水洗凈的方法：取少量最后一次洗滌液于試管中，滴入幾滴硝酸和硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，則證明已洗凈。用乙醚洗滌的好處是乙醚有揮發(fā)性，可以帶走晶體表面的水分，便于干燥。

2.“形成一薄層”的目的是增大薄層與空氣的接觸面積，便于干燥。干燥過程中要注意隔絕空氣，以防晶體氧化。

設(shè)計意圖：多角度挖掘其他維度的問題，強化變式訓(xùn)練，以拓展學(xué)生的思維，讓學(xué)生做到舉一反三、活學(xué)活用。

三、教學(xué)反思

以上教學(xué)設(shè)計意在讓學(xué)生學(xué)會基于原料、產(chǎn)品的性質(zhì)來思考實驗裝置的設(shè)計，提問順序按照思維線來展開，提問內(nèi)容幫助學(xué)生形成知識線，進(jìn)而實現(xiàn)思維模型和認(rèn)知模型的構(gòu)建（如圖4）。學(xué)生若能從已有的知識、原理、方法、思想等認(rèn)知經(jīng)驗中找到原型，通過類比求同存異，運用邏輯推理能力遷移知識，陌生問題就能迎刃而解了。

有關(guān)還原性物質(zhì)的制備，教師還可以選取水合肼的制備，考查點圍繞如何抗氧化來保證水合肼的產(chǎn)率;通過摩爾鹽的制備，鞏固和強化此類實驗題的解題思路，構(gòu)建還原性物質(zhì)制備模型;選擇其他典型物質(zhì)的制備，構(gòu)建各類物質(zhì)制備實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

綜上，選用高考題作為平時的訓(xùn)練素材被證明是最有效的復(fù)習(xí)手段。教師可對高考題進(jìn)行改編，在知識范圍、命題方向、題型特征、難易程度等方面進(jìn)行把控。教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生先瀏覽信息，別急著做題，仔細(xì)閱讀題干并捕捉題目信息，然后根據(jù)題目信息自行設(shè)問，再將自己的設(shè)問與題目中的問題進(jìn)行對比，看看自己能押中多少。長此以往，學(xué)生就會逐漸站在命題者的角度思考問題，并能夠充分運用題給信息來解決問題。同時，教師還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析、比較和歸納試題，通過各類試題的訓(xùn)練，尋找相同類型題目的解答方法，提煉和修正相關(guān)思維模型，最終達(dá)到認(rèn)知結(jié)構(gòu)化、知識結(jié)構(gòu)化、思維結(jié)構(gòu)化。當(dāng)學(xué)生具備信息提取和運用能力，以及構(gòu)建和應(yīng)用各類模型的能力時，他們的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)一定能得到大幅度提升。

（責(zé)任編輯 羅 艷）