基于實驗本真教學的學生實驗體系構建
——從2022年全國理科綜合甲卷第27題說起

曲靖市第一中學 舒有良

實驗的本真教學就是以實驗理論為指導，尊重實驗事實，細化實驗操作，完善實驗過程，構建實驗體系。教材中的實驗現象是實驗原理在“一定條件”下呈現的，學生的實踐操作與理論常會出現偏差，解決偏差的過程就是解決實際問題的過程。在此，結合2022年全國理科綜合甲卷第27題的評析與思考，筆者嘗試探尋通過實驗本真教學引領學生構建實驗模型，完善實驗體系，培養學生遷移實驗模型解決實際問題的能力。

一、原題呈現

硫化鈉可廣泛用于染料、醫藥行業。工業生產的硫化鈉粗品中常含有一定量的煤灰及重金屬硫化物等雜質。硫化鈉易溶于熱乙醇，重金屬硫化物難溶于乙醇。實驗室中常用95%乙醇重結晶純化硫化鈉粗品。回答下列問題：

（1）工業上常用芒硝（N a2SO4·10H2O）和煤粉在高溫下生產硫化鈉，同時生成C O ，該反應的化學方程式為________________。

（2）溶解回流裝置如圖1所示，回流前無須加入沸石，其原因是______________________________________。回流時，燒瓶內氣霧上升高度不宜超過冷凝管高度的1/3。若氣霧上升過高，可采取的措施是__________________。

圖1

（3）回流時間不宜過長，原因是________________。回流結束后，需進行的操作有①停止加熱、②關閉冷凝水、③移去水浴，正確的順序為___________（填標號）。

A.①②③ B.③①② C.②①③ D.①③②

（4）該實驗熱過濾操作時，用錐形瓶而不能用燒杯接收濾液，其原因是__________________。過濾除去的雜質為____________。若濾紙上析出大量晶體，則可能的原因是_____________________。

（5）濾液冷卻、結晶、過濾，晶體用少量____________洗滌，干燥，得到Na2S·xH2O 。

二、試題分析

本題屬于實驗題，主要考查主干知識“不同價態含硫物質的轉化”和相關實驗操作，符合《深化新時代教育評價改革總體方案》所提出的“改變相對固化的試題形式，增強試題開放性，減少死記硬背和機械刷題現象，具有情景真實、聯系緊密、深化基礎、價值引領等特點。

1.選取真實情景，引領教學回歸

高考試題常以陌生的情景考查學生熟悉的知識，彰顯教材的核心引領作用。本題以硫化鈉為切入點，介紹了硫化鈉的粗制與提純，工藝為煤粉還原芒硝法。該方法具有設備簡單、易操作控制、對原輔材料要求較低、生產成本低等特點。試題情景與生產實際相符。試題中涉及的硫化鈉提純原理與教材實驗“苯甲酸的重結晶”類似，即雜質在溶劑中溶解度很小，被提純物在溶劑中的溶解度受溫度影響較大，易于被提純物質的結晶和析出。實驗裝置與“實驗室制取蒸餾水”的裝置有共同之處。

2.注重知識內在聯系，轉變設問角度

本題深挖知識點的內在關系，讓知識之間建立有效聯系，以知識點為基礎考查知識面，以實際問題為落腳點考核學生學科素養。實驗中的熱源、水浴、反應容器、冷凝等實驗裝置，水浴加熱、分離提純、重結晶等實驗操作都是課程標準和教材中要求的內容。設問與實驗流程相統一，與真實情景融為一體，考查的是基于實驗現象合理分析問題原因，引導學生自主學習、獨立思考。解題過程就是解決在實驗過程中遇到的實際問題。

3.深化基礎性考查，凸顯科學思維

以實驗原理為指導，以實驗過程為主線，試題的命制充分考慮了教育教學基本規律和學科內容邏輯，能很好地體現學生的科學思維和綜合素質。第（1）小題以主干知識“不同價態含硫物質的轉化”的理解和“氧化還原反應”為基礎，主要考查化學反應原理。第（2）（3）小題從不同角度考查水浴加熱的過程和相關實驗操作，揭示了實驗事實與理論分析間相輔相成的關系。第（4）（5）小題以問題為導向，要求學生準確獲取所給信息，合理分析、判斷問題原因，結合構建的知識體系，形成簡練、清晰的語言表達。

4.聚焦核心素養，體現育人理念

試題素材選擇染料、醫藥行業廣泛應用的硫化鈉，情景貼近我們的生活，選取實際生產中的常見問題，讓學生體驗化學就在我們身邊，化學對推動人類社會進步有重要作用，凸顯了化學學科的社會價值。真實的問題情景激發了學生的學習興趣，考查了學生運用知識、能力和素養解決實際問題的能力，深入貫徹立德樹人根本任務。

三、教學啟示

1.真實做好每一個實驗，引導學生深入思考，強化基礎知識體系

實驗原理是理論，是“一定條件下”的實驗現象，實踐是以實驗原理為指導的實驗事實，實驗事實是實驗本真的表象，通過實驗現象反應實驗本質。在教學中，我們追求實驗事實與實驗本質相符，實踐與理論統一，通過實驗強化主干知識，通過實驗激發學生學習興趣，通過實驗構建學生認知模型。課堂是落實立德樹人根本任務的主陣地，追求的是實驗的本真，培養的是學生解決實際問題的能力。

實驗理論和實驗事實都是某一條件下的實驗結論，當實驗事實與理論出現偏差時，就形成一個實際問題，解決此問題就是對實驗原理的歸納、總結與應用。例如，在“丁達爾效應”實驗中，理想狀況下，當光束通過Fe（OH）3膠體溶液時，我們能看到一條光亮的通路。但是在實踐過程中我們會遇到“燒杯中的水不會沸騰”“膠體看不到通路”“膠體聚沉”等實驗現象。出現這些現象的原因可能是隨著水溫的升高，燒杯中的水向周圍環境中散失的熱量和酒精燈提供的熱量差不多，水很難聚集足夠熱量而沸騰；或者是氯化鐵溶液不飽和、外界環境過亮或激光筆電池電力不足；又或是在膠體制備過程中，溶液長時間沸騰，溶液中的水大量蒸發造成膠體凝結而產生沉淀（聚沉）等。教師應讓實驗真實發生，讓學生體驗真實情景，引導他們主動思考，預留思維空間，構建知識體系。

2.完善實驗過程，細化實驗操作，深入融合知識體系

完善實驗過程，細化實驗操作，追尋實驗的本源，構建完整的實驗體系。《中國高考評價體系說明》中強調：“選取日常生活、工業生產、國家發展、社會進步中的實際問題，考查學生運用知識、能力和素養解決實際問題的能力。”教師需要讓學生“遇見”更多真實情景，讓基本概念、基本原理、基本操作等基礎知識在實踐中鞏固和融合。例如，在“乙醇的催化氧化”實驗中，我們會用到一根下端繞成螺旋狀的銅絲，那么如何將直銅絲繞成螺旋狀？在實踐過程中，筆者向學生展示：把一根銅絲的一端順著玻璃棒繞幾圈就成了“螺旋狀的銅絲”。有的同學會產生疑惑：“銅絲參與反應了嗎？”“銅絲為什么要被繞成螺旋狀？”“直的銅絲可以嗎？”這時，筆者引導學生探究銅在該實驗中的作用，鞏固和拓展催化劑的相關知識。

實驗操作是鍛煉學生解決實際問題最好的機會，實驗中的每一個細節、每一步操作都會對應一個原因或結果。例如，在“酸堿中和滴定”實驗中，學生不了解堿式滴定管如何使用，筆者就取來一顆玻璃珠和一小段乳膠管，把玻璃珠用水潤滑一下，塞進乳膠管即成堿式滴定管的止液閥。這樣堿式滴定管的工作原理和使用操作就一目了然了。在課堂教學中，教師應以理論為指導，以實踐為核心，注重實驗操作，讓學生在實驗操作中鍛煉解決實際問題的能力，在實踐中掌握知識遷移與運用的能力。

3.實驗拓展和創新，引導學生構建模型，提升思辨能力

教材實驗展示的是科學原理，是實驗基礎，是學生自主構建模型的方法，是模型認知的過程。實驗拓展和創新是在教材實驗的基礎上進行的，選取的是真實情景，展示的是教師對相關實驗的理解與思考，是幫助學生理解模型和模型構建的有力推手。實驗拓展和創新，打破學生的思維方式，激發學生的學習興趣，引導學生獨立思考、主動思考，提升學生解決實際問題的思辨能力。

教師對實驗的改進和創新，應遵循取材容易、設計合理、裝置簡單、操作簡便、現象明顯、藥品少量、綠色環保等原則。例如，在“焰色反應”實驗中，教材中的實驗是用鉑絲蘸取少量溶液后放到酒精燈上燒。在實際教學中，有的教師將濾紙經過特殊處理制成焰色反應試紙，實驗時，直接點燃濾紙觀察現象；有的將金屬鹽配制成飽和鹽酸鹽溶液，與無水乙醇按照一定比例混合，然后裝入口服液瓶中制成“焰色酒精燈”，點然后觀察現象；有的則把金屬鹽飽和溶液裝入噴霧瓶，然后取適量凝膠型免洗洗手液于表面皿中，點燃凝膠后直接噴霧觀察現象……改進后的實驗，豐富了實驗內容，激發了學生興趣，突出了實驗特點，展現了相關應用。改進后的實驗，實驗用品簡單易尋，現象明顯，更有利于引導學生關注生產、生活，培養學生的創新精神和實踐能力。

4.深挖教材實驗主體價值，引導學生構建模型，運用模型解決實際問題

深挖教材的主體價值是對某一知識點進行更詳細和完善的講解。例如分液漏斗，是課程標準和教材要求掌握的儀器，在“萃取實驗”中，分液漏斗主要是用于兩種互不相溶液體的分液；在“乙炔的實驗室制取”實驗中，分液漏斗主要用于控制所加液體的量，以控制反應速率的大小。到“有機合成”部分又引入了新的儀器“恒壓分液漏斗”，它和分液漏斗的不同之處是，恒壓分液漏斗可以保證內部壓強不變。

深挖教材的主體價值是將零散的知識點串聯成線。例如用酒精燈、石棉網、長頸圓底燒瓶、溫度計、導氣管、雙孔橡膠塞和鐵架臺等可以組裝成乙醇消去反應的發生裝置，用具支試管、長導管、單孔橡膠塞等可以組裝成洗氣裝置。將兩套裝置組合起來可以作為“乙醇消去反應產物檢驗或產物性質”實驗的裝置。

模型構建是學生對所學知識和技能的理解和掌握，在解決實際問題時，能整合知識體系，針對本質原因，形成合理的解決辦法。教師應深挖教材的主體價值，讓學生掌握相關化學知識與技能，引導學生模型構建，培養學生在遇到實際問題時，能排除情景干擾，細化散點知識，看清問題的本質原因。