放大、突破与超越——以“实验细节”在高中化学教学和考试中的应用为例

重庆 王 明

化学是一门以实验为基础的学科，其学科特点决定了知识点多而零散。同一类问题在各本教材的不同章节多次出现，使学生难以形成知识体系。若教师对细节不分重点、不分类别逐一讲解，容易使高考复习课变成科普讲座，更谈不上落实化学核心素养。面对化学中海量的细节知识，各位教师只能对教学的全过程进行研究，如对学生做过的试题、犯过的错误、暴露的坏习惯和高考试题的考查角度等进行深入分析，在教学中有意识地放大细节、专题突破，建立起这类问题的思维模型，最后完全超越细节做到融会贯通。即可将零散知识转化成为素养，以便后续的随时提取和迁移应用。

以高考化学填空题为例，每套试卷大约35空，每次课程选取某一空或者某几空进行微专题突破。将其中蕴含的细节充分放大，是这类微专题能否成功的关键。在教师的设计情境中，让学生充分体验知识的形成过程和变化，夯实基础同时培养学生的能力，能够将知识迁移应用到其他题目中，并且能在真实情境中解决实际问题。教师对试题研究的深度，在很大意义上决定了复习效果提升的幅度和学生学习减负的程度。实际教学中，笔者运用图1所示流程设计了一系列微专题突破课例，取得了很好的效果，现举例简述如下。

图1 放大、突破与超越模式下的教学流程图

1.专题(细节)选取原则

高考复习教学必须建立在教研团队力量的基础上，再充分调动教师个人的能动性，高三复习过程中课时相当紧张，所以选取的微专题切口一定要小，否则无法有效突破难点，最好1～2个课时就能完成这一微专题。

高考试题在命制时，往往会避开模拟题中已出现的热点问题的常规考查角度。容易忽略的细节、学生看起来简单却容易失分的细节、平时考试很少覆盖的细节，才是复习关注的重点。

2.专题来源及微专题突破案例

2.1 来源于教材更高于教材的细节

高考试题来源于教材、高于教材，教材始终是高考命题最重要的素材来源。回归教材实验，可帮助学生形成完整的实验知识体系，把握好相关实验知识的内涵和外延。这类小细节，经常分布在教材的不同章节，有些在几本不同的书上，或者在教材中没有深入下去，但这些细节却在考题中被反复提及。这就需要教师在精读教材、精研试题的基本上加以提炼，然后在课堂上专题突破。

【教学片段1】

问题1.实验室利用冰醋酸与无水乙醇在浓硫酸催化加热下反应生成的乙酸乙酯，如何从所得的反应混合物中分离出纯净的乙酸乙酯？

问题2.实验室制取溴苯的反应混合物中如何分离出纯净的溴苯？制取硝基苯的反应混合物又如何分离得到纯净的产物？

【学生思考后回答，然后教师引领提升】分离过程应为：先将反应混合物水洗，除去其中混有的水溶性物质，特别是做催化剂的酸；然后加入饱和Na2CO3溶液或NaOH溶液，除去上一步残留的酸性物质；接着再次加入蒸馏水，除去上一步过量的盐或者碱；最后将分离得到的有机层进行后续处理，得到纯净的产物。

【教师引领，模型建构】总结提炼后可建构出如图2所示思维模型：

图2

【例1】(2019·全国卷Ⅲ·27节选)乙酰水杨酸(阿司匹林)是目前常用药物之一。实验室通过水杨酸进行乙酰化制备阿司匹林的一种方法如下：

水杨酸 醋酐 乙酰水杨酸

表1

实验过程：在100 mL锥形瓶中加入水杨酸6.9 g及醋酸酐10 mL，充分摇动使固体完全溶解。缓慢滴加0.5 mL浓硫酸后加热，维持瓶内温度在70℃左右，充分反应。稍冷后进行如下操作：

①在不断搅拌下将反应后的混合物倒入100 mL冷水中，析出固体，过滤。

②所得结晶粗品加入50 mL饱和碳酸氢钠溶液，溶解、过滤。

③滤液用浓盐酸酸化后冷却、过滤得固体。

④固体经纯化得白色的乙酰水杨酸晶体5.4 g。

【学生自主分析】解决例1仍然可以用到上面的模型。

上面的解题模型图3中把“第二次水洗”修正成了“浓盐酸酸化”，引发了学生强烈地认知冲突。是原理的思维模型存在错误吗？显然不是，只是我们的认知模型需要稍微修正，有冲突、有疑问才能促进学生的思考与迁移，使之更符合真实的试题情境。模型并不是一成不变，但大的方向和环节总体上保持一致。这也充分说明将化学知识转变为素养，是教师和学生的共同需要。

2.2 能得分，但是得不了满分的细节

学生在解题时经常无视这种细节，甚至认为这种细节对解题的影响不大。其实这是完全错误的看法，有些细节往往是解决问题“钥匙”，处理不好也有可能成为“当头棒”，即使得了分，也会影响后续考试的状态。关于零散知识，特别要深入解读教材实验，关注未考过的教材实验点，收集边角的散落点，并抓住其共性，由表及里、理解本质。

【教学片段2】

【例2】(2017·全国卷Ⅲ·26)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：

(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：________、________。

(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2g。按图4连接好装置进行实验。

图4

①仪器B的名称是________。

②将下列实验操作步骤正确排序________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3g。

a.点燃酒精灯，加热

b.熄灭酒精灯

c.关闭K1和K2

d.打开K1和K2，缓缓通入N2

e.称量A

f.冷却至室温

③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x=________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入图5所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

图5

①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为________。

a.品红 b.NaOH c.BaCl2

d.Ba(NO3)2e.浓H2SO4

②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：_________________________________。

【引领提升】问题解决的难点在于：N2导入有哪些作用，N2什么时候导入，什么时候停止。

图6

【自主探究】

题目中的(1)已经给出提示绿矾容易被空气中的O2氧化，所以(2)的②在检查气密性的基础上还需要考虑装置中残留的空气对实验结果的影响。因此操作顺序为d(排除装置内残留的空气)→a(开始反应，注意酒精灯加热温度降低，只能将绿矾的结晶水分离出来)→b(反应结束，注意反应开始前通入的N2气流一直没有停止)→f(产物在N2气流中冷却)→c(产物冷却后再停止通入N2)→e(称量后进行定量计算)。

从上述分析我们可以看出，N2气流的导入一直贯穿实验的开始和结束。反应前是为了排除空气，反应中和反应结束产物冷却前导入，是为了将水蒸气及时排出，防止水蒸气凝结在反应管中同时还能避免装置外的空气进入。本实验精确度控制的关键就在“N2气流什么时候通入和什么时候结束通入”。

(2)③第二空中，“若实验时按a、d次序操作”，即是说反应前没有排除装置内残留空气。这样操作必然导致“m3偏大”，所以结晶水数值x偏小。此问充分体现化学实验中“细节决定成败”的思想。

【落实素养】

(3)中，在反应开始和结束前也一直有N2气流的导入。除了考题中的设问外，教学中可以适当拓展。例如，反应过程中需要一直通入N2的原因是___________________________________；反应结束关闭酒精喷灯后，________(填“是”或“否”)还需要通入N2一段时间，原因是________________。

【迁移应用】

利用上面的模型，可以对上面最后的两个拓展问题做出正确的解答。问题“反应过程中需要一直通入N2的原因是_______________”，参考答案为“将分解产生的气体及时导出，SO2和SO3均是易溶于水的气体，平衡气压防止倒吸”；问题“反应结束关闭酒精喷灯后，________(填“是”或“否”)还需要通入N2一段时间，原因是________________”，参考答案为“是；为了避免产生的气体污染环境，应利用N2气流将装置内残留的气体全部导出进行尾气处理”。

2.3 长久未出现的重要实验细节

有些重要的实验操作细节是初中化学考查的重要内容，但高中阶段试题中较少直接考查，所以学生很容易忽视。教师应该抓住一些高三系统复习的契机进行模型再建构，唤醒学生的记忆，并给以警醒。

比如“装置气密性检查”，这个细节学生在初中化学中学习过，但是由于太过基础，平时都未加以关注。高考复习中，教师有必要对此进行回顾，并归纳为思维模型。

2.4 平时教学中的某些错误观念

高中化学教学中，由于学生知识和能力所限，教材中对很多化学知识简单处理，讲解不透彻或进行了过度归纳，可能导致学生形成错误认知。高考实验探究题中，常对重要的易错点进行考查，常出现考生无法获取解题的重要信息这一情况。教师在高考复习教学中有必要将高考试题当成一项研究课题来做，力求在传递方法的同时还能纠正学生原有的一些错误认知。

下面以硫酸的挥发性为例，简要分析。平时教学中各位教师对硫酸的高沸点强调过多，导致学生认为硫酸不能挥发。而硫酸的挥发性在2019人教版高中化学必修二教材中有所涉及。

示意图7最后一步，在吸收塔中为什么用98.3%的浓硫酸吸收而不是水？本质原因是减少酸雾的产生，由此可见硫酸是能挥发的。高考复习教学中完全可以对此进行专题突破，体现“从教材中来，到考试中去”的教学思想。

图7 2019人教版必修二，第4页“工业制硫酸的原理示意图”

类似的细节，在高中教材中还有很多，如电化学中阴离子在阳极放电，阳离子在阴极放电的错误思维；醋酸钠和碳酸氢钠的碱性问题；碳酸氢钠溶液中离子浓度大小问题；硫酸第二步电离不完全；钡离子与碳酸氢根能反应等。

3.超越细节，迁移运用

微专题复习来源于细节，但并不拘泥于此，不能在细节上过分纠结，重视和放大细节的目的是超越细节形成素养。一道填空题往往就是两三个细节再加上一点原理和方程式。几个微专题复习的最后阶段，为了检验复习效果，可以试着利用合适的情境原创或改编几道试题。

【改编实例】

【例3】甲、乙两同学为探究SO2与BaCl2溶液能否反应生成白色BaSO3沉淀，用图8所示装置进行实验(夹持装置和A中加热装置已略，气密性已检验)。

图8

实验操作和现象如表2所示：

表2

(1)操作“打开弹簧夹，通入N2，停止加热，一段时间后关闭”的目的是________________。

(2)分析B中不溶于稀盐酸的沉淀产生的原因，甲认为是空气参与反应，乙认为是白雾参与反应。

①乙认为的“酸雾”成分主要是________________。

②为证实各自的观点，在原实验基础上：

甲在原有操作之前增加一步操作，该操作是_______________；

乙在A、B间增加洗气瓶D，D中盛放的试剂是________。

③进行实验，B中现象：

表3

试结合离子方程式，解释甲、乙实验现象异同的原因是________________。

(3)合并(2)中两同学的补充方案进行试验，正确的实验操作顺序应为________(填序号)。

a.打开分液漏斗活塞并加热A

b.打开弹簧夹，通入N2

c.关闭弹簧夹，停止通入N2

d.关闭分液漏斗活塞并停止加热

反应中发现B中无沉淀生成，由此得出的结论是_______________________________。

【例题分析】本题将“导入气体”操作与“硫酸的挥发性”两个在高考试题中真实出现过的考点有机地结合在了一起。结合前面的思维模型可知，(1)中的导入气体操作是反应完成后进行的，且产生的SO2有毒有害，所以目的是：将装置内残留的SO2全部排出以便于后续尾气处理，防止污染环境，这也是核心素养“科学精神与社会责任”在试题情境中的真实体现。(2)①中酸雾的成分是H2SO4，工业制硫酸中，吸收塔中用浓硫酸吸收SO3的主要目的就是避免硫酸酸雾的产生，教师应该借此提醒学生硫酸的高沸点难挥发的性质不是绝对的；②中的设计是遵循“控制变量”思想。