宋兆爽+武敬泉

摘要：根據(jù)北京近幾年高考命題的趨勢分析中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要落實(shí)的核心知識(shí)、思想和方法，并以此為指導(dǎo)，在高三復(fù)習(xí)階段創(chuàng)設(shè)真實(shí)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)情境，提升學(xué)生的探究能力。結(jié)合具體的教學(xué)案例，闡述該教學(xué)策略的方案設(shè)計(jì)、實(shí)施過程與教學(xué)反思。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；高考復(fù)習(xí)；教學(xué)實(shí)踐

文章編號：1005–6629（2016）7–0027–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 背景分析

對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的考查歷來是高考化學(xué)試題的重要組成部分。自實(shí)施新課程標(biāo)準(zhǔn)以來，北京在高考實(shí)驗(yàn)題的命制上始終貫徹新課程理念——體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在發(fā)展學(xué)生探究能力和提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的重要價(jià)值?？v觀北京近三年（2013、2014和2015）的高考化學(xué)試題，難度系數(shù)基本維持在0.70左右，與2013年前相比難度有了明顯下降。在這個(gè)背景下，實(shí)驗(yàn)題的分值和難度系數(shù)卻基本保持不變（近三年的實(shí)驗(yàn)探究大題的分值均為15分，難度系數(shù)均在0.4～0.5之間），這就使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性相對凸顯出來。

實(shí)驗(yàn)探究題歷來是學(xué)生的薄弱點(diǎn)。高一高二的新授課階段學(xué)生所學(xué)的知識(shí)有限，所接觸到的教材實(shí)驗(yàn)也相對比較簡單。作為教師，我們會(huì)盡可能地從教材實(shí)驗(yàn)中挖掘有價(jià)值的點(diǎn)向?qū)W生滲透實(shí)驗(yàn)的思想和方法，但很多時(shí)候是局部的、零散的。進(jìn)入高三后，面對復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)探究題，學(xué)生往往找不準(zhǔn)切入點(diǎn)或難以全面地思考解答問題，究其原因是缺乏基于復(fù)雜實(shí)驗(yàn)情境進(jìn)行整體、系統(tǒng)分析的能力。那么，我們該如何在高三階段提升學(xué)生的這種能力呢？

1.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境，強(qiáng)化對科學(xué)過程的體驗(yàn)

真實(shí)的情境大多是復(fù)雜的。近幾年的實(shí)驗(yàn)探究大題的素材都源于文獻(xiàn)資料，涉及科學(xué)家研究真實(shí)化學(xué)問題的思路。所以我們在進(jìn)行今年的高三實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)時(shí)特別強(qiáng)調(diào)一個(gè)“真”字。即使在高三復(fù)習(xí)節(jié)奏非常緊張的情況下，我們?nèi)匀话才艑W(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做探究實(shí)驗(yàn)。在設(shè)計(jì)探究的內(nèi)容時(shí)，我們參考了近幾年的高考題和模擬題，以及教學(xué)期刊上的相關(guān)文章，在復(fù)雜性適宜的真實(shí)情境中引導(dǎo)學(xué)生實(shí)施科學(xué)探究的幾個(gè)環(huán)節(jié)：提出假設(shè)——進(jìn)行方案論證并預(yù)測現(xiàn)象——獲取證據(jù)并關(guān)注異常現(xiàn)象——獲得結(jié)論并評價(jià)反思。

1.2 有針對性地復(fù)習(xí)核心知識(shí)，強(qiáng)化核心思想和方法

物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)研究的兩大主題。中學(xué)階段對于物質(zhì)及其反應(yīng)的認(rèn)識(shí)主要基于以下三個(gè)角度：（1）從物質(zhì)類別角度，如復(fù)分解反應(yīng)；（2）從得失電子角度，如氧化還原反應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)；（3）從平衡移動(dòng)角度，如可逆反應(yīng)。從考查內(nèi)容上看，北京近幾年的高考實(shí)驗(yàn)題多選擇教材中出現(xiàn)的能夠涵蓋多個(gè)認(rèn)識(shí)角度的典型物質(zhì)和反應(yīng)，側(cè)重挖掘?qū)嶒?yàn)對教材知識(shí)和原理的認(rèn)識(shí)過程和方法。從考查形式上看，近幾年的高考實(shí)驗(yàn)探究題幾乎都是探究一定條件下發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)[1]。題目中往往會(huì)出現(xiàn)與學(xué)生預(yù)期不相符的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，會(huì)形成認(rèn)知沖突。這是符合真實(shí)的化學(xué)研究過程的。這類情境的設(shè)置要求學(xué)生在設(shè)計(jì)和評價(jià)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，首先要有控制變量的思想，學(xué)會(huì)關(guān)注并控制反應(yīng)條件的變化，如試劑的濃度、用量、反應(yīng)溫度、溶液酸堿性等。條件改變，化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象和產(chǎn)物也會(huì)隨之改變。其次，當(dāng)實(shí)驗(yàn)得不到預(yù)期結(jié)果時(shí)，要求學(xué)生具有再探究的意識(shí)，遵循科學(xué)的方法查找并排除可能存在的干擾因素，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案。

2 教學(xué)實(shí)踐

依據(jù)上述分析，我們確定了高三走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的三大實(shí)驗(yàn)探究專題：

（1）鈉的化合物系列，包括常見鈉鹽的復(fù)分解反應(yīng)和Na2O2與水的探究實(shí)驗(yàn)等。

（2）鐵的化合物系列，包括探究FeCl3分別與KI、Na2CO3、NaHSO3的反應(yīng)等。

（3）化學(xué)反應(yīng)原理系列，包括電化學(xué)裝置和反應(yīng)的研究、探究反應(yīng)速率與平衡的影響因素等。

現(xiàn)以兩個(gè)教學(xué)案例具體說明方案的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程。

案例1 Na2O2與水的探究實(shí)驗(yàn)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告見表1。

[教師提出問題]你認(rèn)為溶液變紅后褪色的原因是什么？準(zhǔn)備如何進(jìn)一步探究？

[學(xué)生思考討論后提出假設(shè)和驗(yàn)證方案]

學(xué)生假設(shè)1：反應(yīng)放熱，使酚酞分解。

驗(yàn)證方案1-1：將Na2O2與H2O反應(yīng)后的溶液置于冷水中冷卻后再滴加酚酞，變紅，一段時(shí)間后仍然褪色。

驗(yàn)證方案1-2：加熱滴有酚酞的NaOH溶液，紅色無明顯變化。

結(jié)論：假設(shè)1不成立。

學(xué)生假設(shè)2：反應(yīng)生成的O2將酚酞氧化。

驗(yàn)證方案2：加熱KMnO4固體制取O2，通入滴有酚酞的NaOH溶液中，紅色無明顯變化。

結(jié)論：假設(shè)2不成立。

學(xué)生假設(shè)3：反應(yīng)過程中有H2O2生成，利用其強(qiáng)氧化性使酚酞褪色。

驗(yàn)證方案3：向Na2O2與水反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞，變紅后褪色，向其中加入少量MnO2，迅速產(chǎn)生大量氣泡，將帶火星的木條插入試管中復(fù)燃。一段時(shí)間后再滴加酚酞不褪色。

結(jié)論：假設(shè)3成立。即Na2O2與H2O反應(yīng)后的溶液中有H2O2生成，可將酚酞氧化褪色。

[教師點(diǎn)評]

Na2O2與水反應(yīng)的異?，F(xiàn)象是酚酞變紅后褪色。針對該異?，F(xiàn)象，同學(xué)們尋找到三個(gè)可能的干擾因素：1.反應(yīng)溫度；2.反應(yīng)終產(chǎn)物O2；3.反應(yīng)可能生成的中間產(chǎn)物H2O2。在實(shí)驗(yàn)探究過程中，為了驗(yàn)證和排除干擾因素，我們通常會(huì)采用兩種方法：1.直接將干擾因素去除；2.在難以去除的情況下通過控制變量的方法做對照實(shí)驗(yàn)，請同學(xué)們思考上述驗(yàn)證方案分別屬于哪一種方法？

學(xué)生經(jīng)思考討論后得出結(jié)論：方案1-1和方案3采用的是直接排除法，方案1-2和方案2采用的是對照實(shí)驗(yàn)法。

案例2 對FeCl3與KI反應(yīng)的探究endprint

[教師提出問題]如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明FeCl3與KI的反應(yīng)具有可逆性？

[學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行驗(yàn)證]

學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告見表2。

[教師點(diǎn)評]

兩位同學(xué)在證明該反應(yīng)有可逆性時(shí)不約而同地想到利用可逆反應(yīng)反應(yīng)不完全，具有一定的反應(yīng)限度這一特點(diǎn)。而且非常值得肯定的是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)都能夠運(yùn)用控制變量的思想，有意識(shí)地讓KI過量，F(xiàn)eCl3不足。那么請同學(xué)們思考：實(shí)驗(yàn)方案2沒有得到預(yù)期現(xiàn)象的原因是什么呢？

[學(xué)生A]可能是上層溶液中剩余的Fe3+濃度過低，導(dǎo)致生成的Fe（SCN）3濃度偏低，因此就不容易觀察到血紅色現(xiàn)象。

[教師追問]方案1和2的反應(yīng)物用量相同，為什么只有方案2存在這個(gè)問題呢？

[學(xué)生B]這恰好能說明FeCl3與KI的反應(yīng)是可逆的！方案2中加入CCl4后，I2被CCl4萃取，該反應(yīng)正向移動(dòng)，c（Fe3+）進(jìn)一步降低。

教師根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]適當(dāng)提高FeCl3溶液的用量，重復(fù)方案2的操作步驟，萃取后的上層溶液也可觀察到紅色，證明學(xué)生A和B的推斷是正確的。

[學(xué)生C提出疑問]為什么用CCl4萃取后的上層溶液仍然呈棕黃色？是因?yàn)镃Cl4的用量不夠，I2萃取不完全嗎？

帶著這個(gè)疑問，學(xué)生C將第一次萃取后得到的上層清液又進(jìn)行了第二次萃取，取1mL棕黃色的上層清液，再加入2mL CCl4，振蕩、靜置。觀察到下層液體有較淺的紫紅色，而上層溶液仍為棕黃色。

學(xué)生D另取1mL飽和碘水，加入2mL CCl4，振蕩、靜置。觀察到上層為無色，下層呈紫紅色。

顯然，這兩位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明萃取后的上層溶液呈棕黃色并不是由于I2萃取不完全。那么棕黃色產(chǎn)生的原因又是什么呢？這個(gè)異常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引起了學(xué)生極大的興趣。

[教師點(diǎn)評]

兩位同學(xué)在實(shí)驗(yàn)過程中觀察細(xì)致，能夠注意到不尋常的現(xiàn)象，并能夠依據(jù)科學(xué)方法查找原因是非常值得肯定的。大家想一想這兩位同學(xué)在查找原因時(shí)分別用到了什么樣的方法？

[學(xué)生E] C同學(xué)是設(shè)法直接將I2去除，D同學(xué)是利用飽和碘水做對照實(shí)驗(yàn)。

[教師]非常好！這也是我們之前介紹過的兩種常見的在實(shí)驗(yàn)中尋找和排除干擾因素的方法。

學(xué)生恍然大悟。將上述實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)論認(rèn)真記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。

3 教學(xué)反思

3.1 實(shí)驗(yàn)情境的選擇依據(jù)

為了保證實(shí)驗(yàn)情境的真實(shí)性，我們會(huì)從較權(quán)威的文獻(xiàn)資料中尋找實(shí)驗(yàn)素材。教師首先重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，全面了解實(shí)驗(yàn)的原理和過程，然后按照高考實(shí)驗(yàn)探究題的要求調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)素材的選取方面，我們特別關(guān)注中學(xué)教材中的核心元素化合物，特別是涉及變價(jià)的化合物，如案例1和案例2中的Na2O2和FeCl3，并且有意識(shí)地選取出現(xiàn)異常現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)，引發(fā)二次探究。通常在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案排除干擾因素時(shí)，學(xué)生首先想到的是排除法。但我們會(huì)故意設(shè)置復(fù)雜情境，使干擾因素難以直接排除，從而不斷強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用控制變量方法，做對照實(shí)驗(yàn)的意識(shí)。

考慮到高三復(fù)習(xí)階段的特殊性，超出高中知識(shí)范圍的內(nèi)容我們會(huì)依據(jù)考查價(jià)值和難度做不同處理。比如，案例1中對于反應(yīng)后酚酞褪色的原因分析，有文獻(xiàn)中提到當(dāng)生成的NaOH溶液濃度過大時(shí)，也會(huì)使酚酞褪色[3]，但反應(yīng)原理非常復(fù)雜，超出了高中生的認(rèn)知范圍，所以我們給學(xué)生提供的試劑是0.1 mol·L-1的稀NaOH溶液，做原因分析時(shí)也回避了這一點(diǎn)。而案例2中上層溶液萃取后仍呈棕黃色的原因是涉及到一個(gè)簡單的可逆反應(yīng)[4]，教師在課上以資料信息的形式提供給學(xué)生，既有助于學(xué)生理解問題，又可加深學(xué)生對可逆反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。

3.2 教學(xué)實(shí)施過程中的注意事項(xiàng)

當(dāng)學(xué)生得知自己在總復(fù)習(xí)階段還能有到實(shí)驗(yàn)室做探究實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)時(shí)，無不歡呼雀躍。然而，在走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室之前，我們首先要給這些急于動(dòng)手的學(xué)生“降溫”。實(shí)際上高三學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的價(jià)值不僅在于動(dòng)手操作，更在于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析。上課過程中，教師對于課堂的把控顯得尤為重要。大部分時(shí)間教師要學(xué)會(huì)“揣著明白裝糊涂”，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，設(shè)法解決問題，關(guān)鍵時(shí)刻又要及時(shí)地點(diǎn)評和指導(dǎo)，將學(xué)生引到有價(jià)值的探究方向上去。實(shí)驗(yàn)課上教師注意觀察記錄學(xué)生的表現(xiàn)，對經(jīng)典實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和操作進(jìn)行拍照，課后及時(shí)收集學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，將有價(jià)值的內(nèi)容截圖整理，在后續(xù)的常態(tài)課上再進(jìn)行總結(jié)評價(jià)。

3.3 與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)方式的比較

以往高三階段的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)多是依靠大量高考真題、模擬題“紙上談兵”。但學(xué)生在脫離真實(shí)情境做題時(shí)，由于提取不到題目中的有效信息，有時(shí)會(huì)苦于找不到思路，有時(shí)又會(huì)憑空想象，鉆牛角尖；而教師在脫離真實(shí)情境講題時(shí)也不容易讓學(xué)生信服，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。為了在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)專題上尋求突破，我校從去年起開設(shè)了高三走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的課程。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)案例分別是以2014年東城一模和2015年海淀一模為背景設(shè)計(jì)的。我們明顯感覺到，學(xué)生在走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室后再來做這兩道題，思路更加清晰，而教師講題時(shí)也不必糾纏于細(xì)節(jié)，只要強(qiáng)調(diào)整體的思路方法即可。去年畢業(yè)的學(xué)生普遍反映，在緊張的高三生活中還能再次走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室是一段令他們倍加珍惜的經(jīng)歷，在動(dòng)手實(shí)踐的過程中他們對于以往教師講過的實(shí)驗(yàn)思想和方法有了更深切的體會(huì)，在考場上面對實(shí)驗(yàn)探究題時(shí)更容易理清試題的整體邏輯結(jié)構(gòu)，對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述也更加準(zhǔn)確。

總之，我們對于高三走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室課程的設(shè)計(jì)主旨是把握高考命題的考查趨勢，精心設(shè)計(jì)，大膽嘗試，讓學(xué)生在實(shí)踐中真正提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ呖汲煽兊奶嵘匀皇撬角伞?/p>

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