基于一道高考題的實驗復習課教學設計研究

丁穎

[摘 要]文章基于深度學習理論和新課程標準的要求，研究高考化學實驗題的命題特點，并基于一道有關醋酸亞鉻的制備實驗高考試題的答題情況，探討高三化學實驗復習課的教學設計，以促進學生思維模型和認知模型的構建。

[關鍵詞]高考題;高三化學;實驗復習課;教學設計

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

新高考注重考查學生的基礎知識、關鍵能力、學科素養、核心價值。而化學實驗是高考化學的重要內容之一。

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

一、高考化學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實驗試題，發現高考化學實驗試題具有以下命題特點。

高考化學實驗試題主要分為三個主題：物質性質或反應原理探究、物質制備與分離、物質組分檢驗與含量測定;考查的主要內容有儀器的名稱、作用、組裝，反應方程式的書寫，實驗操作方案、順序、條件控制及原因分析，物質的分離與提純，定量計算，誤差分析，裝置的改進，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，關閉K3。

①c中溶液由綠色逐漸變為亮藍色，該反應的離子方程式為?____________ ? ? 。

②同時c中有氣體產生，該氣體的作用是? ____________ 。

（3）打開K3，關閉K1和K2。c中亮藍色溶液流入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，具體設問內容涉及儀器名稱、原理分析、信息型方程式書寫、實驗操作、現象解釋、實驗方案優劣的評價等，不僅考查了學生化學實驗基礎知識和基本技能，還對學生提取及運用有效信息的能力、分析推理能力、模型構建能力等關鍵能力有較高要求。本題四個問題的答案都與題目中的信息相關聯。但學生的實測結果并不理想，多數學生不知道從何入手，思維混亂，不懂得基于物質的性質特點來解答。對此，在實驗復習教學中教師應幫助學生構建思維模型和認知模型，進而提升學生的解題效率。

二、基于高考題的實驗復習課教學設計

【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鍵詞？你應具備哪些意識？

【學生討論總結】

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

信息2：醋酸亞鉻易溶于酸，因此酸性環境不利于產品的析出。結合信息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。

設計意圖：高考化學實驗試題信息量大，文字較多，部分學生覺得無從下手。教師采用循序漸進的方式開展復習教學，可幫助學生有效提取關鍵信息（這些關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的制備實驗類似？

【學生討論總結】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。

設計意圖：高考往往起點高、落點低，學生容易因陌生知識產生畏難情緒，無法應用所學知識進行題目解答。教師可借助提問順勢引導，幫助學生找到思維的方向。

【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？

【學生討論總結】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，需要現用現配，所配蒸餾水應先煮沸后冷卻，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入。

3.裝置2中鐵與稀硫酸反應產生氫氣，氫氣的作用有兩點：（1）排除裝置中的空氣;（2）關閉止水夾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，并用苯密封溶液達到隔絕空氣的目的。

設計意圖：強化學生的實驗基礎知識與基本技能，重溫裝置用途和使用規范，促進學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？應從哪些方面考慮氧氣的來源？如何隔絕氧氣？

【學生討論總結】

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

2.強還原性物質制備要注意操作環境隔絕氧氣，因此要考慮溶劑中的空氣、裝置內部的空氣、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;要排除裝置內部的空氣;反應裝置不能是敞開體系，以防外界的空氣進入;分離提純不能用蒸發濃縮的方式，以防產物與空氣接觸。

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。

設計意圖：強化典型實驗素材的運用，幫助學生建立認知模型，提高學生的知識遷移能力。

【問題5】如何獲得產品？利于產品析出的措施有哪些？

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

設計意圖：呈現核心問題，突出重難點，引導學生深入思考提煉。

【問題6】你還能提出哪些問題？

【學生討論總結】

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？

從上述學生提出的問題來看，學生有從實驗原理、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，說明學生能深入思考問題，并能運用“認知模型”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。

設計意圖：從多個維度設問可讓學生站在命題者的角度思考問題，熟悉高考考點，提升學生的化學學科核心素養。

【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？

【學生討論總結】

1.水洗的目的是除去晶體表面的雜質。證明晶體已經被水洗凈的方法：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。

設計意圖：多角度挖掘其他維度的問題，強化變式訓練，以拓展學生的思維，讓學生做到舉一反三、活學活用。

三、教學反思

以上教學設計意在讓學生學會基于原料、產品的性質來思考實驗裝置的設計，提問順序按照思維線來展開，提問內容幫助學生形成知識線，進而實現思維模型和認知模型的構建（如圖4）。學生若能從已有的知識、原理、方法、思想等認知經驗中找到原型，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。

有關還原性物質的制備，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，構建還原性物質制備模型;選擇其他典型物質的制備，構建各類物質制備實驗模型。

綜上，選用高考題作為平時的訓練素材被證明是最有效的復習手段。教師可對高考題進行改編，在知識范圍、命題方向、題型特征、難易程度等方面進行把控。教學中教師引導學生先瀏覽信息，別急著做題，仔細閱讀題干并捕捉題目信息，然后根據題目信息自行設問，再將自己的設問與題目中的問題進行對比，看看自己能押中多少。長此以往，學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，教師還應引導學生分析、比較和歸納試題，通過各類試題的訓練，尋找相同類型題目的解答方法，提煉和修正相關思維模型，最終達到認知結構化、知識結構化、思維結構化。當學生具備信息提取和運用能力，以及構建和應用各類模型的能力時，他們的化學學科核心素養一定能得到大幅度提升。

（責任編輯 羅 艷）