基于实验本真教学的学生实验体系构建——从2022年全国理科综合甲卷第27题说起

曲靖市第一中学 舒有良

实验的本真教学就是以实验理论为指导，尊重实验事实，细化实验操作，完善实验过程，构建实验体系。教材中的实验现象是实验原理在“一定条件”下呈现的，学生的实践操作与理论常会出现偏差，解决偏差的过程就是解决实际问题的过程。在此，结合2022年全国理科综合甲卷第27题的评析与思考，笔者尝试探寻通过实验本真教学引领学生构建实验模型，完善实验体系，培养学生迁移实验模型解决实际问题的能力。

一、原题呈现

硫化钠可广泛用于染料、医药行业。工业生产的硫化钠粗品中常含有一定量的煤灰及重金属硫化物等杂质。硫化钠易溶于热乙醇，重金属硫化物难溶于乙醇。实验室中常用95%乙醇重结晶纯化硫化钠粗品。回答下列问题：

（1）工业上常用芒硝（N a2SO4·10H2O）和煤粉在高温下生产硫化钠，同时生成C O ，该反应的化学方程式为________________。

（2）溶解回流装置如图1所示，回流前无须加入沸石，其原因是______________________________________。回流时，烧瓶内气雾上升高度不宜超过冷凝管高度的1/3。若气雾上升过高，可采取的措施是__________________。

图1

（3）回流时间不宜过长，原因是________________。回流结束后，需进行的操作有①停止加热、②关闭冷凝水、③移去水浴，正确的顺序为___________（填标号）。

A.①②③ B.③①② C.②①③ D.①③②

（4）该实验热过滤操作时，用锥形瓶而不能用烧杯接收滤液，其原因是__________________。过滤除去的杂质为____________。若滤纸上析出大量晶体，则可能的原因是_____________________。

（5）滤液冷却、结晶、过滤，晶体用少量____________洗涤，干燥，得到Na2S·xH2O 。

二、试题分析

本题属于实验题，主要考查主干知识“不同价态含硫物质的转化”和相关实验操作，符合《深化新时代教育评价改革总体方案》所提出的“改变相对固化的试题形式，增强试题开放性，减少死记硬背和机械刷题现象，具有情景真实、联系紧密、深化基础、价值引领等特点。

1.选取真实情景，引领教学回归

高考试题常以陌生的情景考查学生熟悉的知识，彰显教材的核心引领作用。本题以硫化钠为切入点，介绍了硫化钠的粗制与提纯，工艺为煤粉还原芒硝法。该方法具有设备简单、易操作控制、对原辅材料要求较低、生产成本低等特点。试题情景与生产实际相符。试题中涉及的硫化钠提纯原理与教材实验“苯甲酸的重结晶”类似，即杂质在溶剂中溶解度很小，被提纯物在溶剂中的溶解度受温度影响较大，易于被提纯物质的结晶和析出。实验装置与“实验室制取蒸馏水”的装置有共同之处。

2.注重知识内在联系，转变设问角度

本题深挖知识点的内在关系，让知识之间建立有效联系，以知识点为基础考查知识面，以实际问题为落脚点考核学生学科素养。实验中的热源、水浴、反应容器、冷凝等实验装置，水浴加热、分离提纯、重结晶等实验操作都是课程标准和教材中要求的内容。设问与实验流程相统一，与真实情景融为一体，考查的是基于实验现象合理分析问题原因，引导学生自主学习、独立思考。解题过程就是解决在实验过程中遇到的实际问题。

3.深化基础性考查，凸显科学思维

以实验原理为指导，以实验过程为主线，试题的命制充分考虑了教育教学基本规律和学科内容逻辑，能很好地体现学生的科学思维和综合素质。第（1）小题以主干知识“不同价态含硫物质的转化”的理解和“氧化还原反应”为基础，主要考查化学反应原理。第（2）（3）小题从不同角度考查水浴加热的过程和相关实验操作，揭示了实验事实与理论分析间相辅相成的关系。第（4）（5）小题以问题为导向，要求学生准确获取所给信息，合理分析、判断问题原因，结合构建的知识体系，形成简练、清晰的语言表达。

4.聚焦核心素养，体现育人理念

试题素材选择染料、医药行业广泛应用的硫化钠，情景贴近我们的生活，选取实际生产中的常见问题，让学生体验化学就在我们身边，化学对推动人类社会进步有重要作用，凸显了化学学科的社会价值。真实的问题情景激发了学生的学习兴趣，考查了学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力，深入贯彻立德树人根本任务。

三、教学启示

1.真实做好每一个实验，引导学生深入思考，强化基础知识体系

实验原理是理论，是“一定条件下”的实验现象，实践是以实验原理为指导的实验事实，实验事实是实验本真的表象，通过实验现象反应实验本质。在教学中，我们追求实验事实与实验本质相符，实践与理论统一，通过实验强化主干知识，通过实验激发学生学习兴趣，通过实验构建学生认知模型。课堂是落实立德树人根本任务的主阵地，追求的是实验的本真，培养的是学生解决实际问题的能力。

实验理论和实验事实都是某一条件下的实验结论，当实验事实与理论出现偏差时，就形成一个实际问题，解决此问题就是对实验原理的归纳、总结与应用。例如，在“丁达尔效应”实验中，理想状况下，当光束通过Fe（OH）3胶体溶液时，我们能看到一条光亮的通路。但是在实践过程中我们会遇到“烧杯中的水不会沸腾”“胶体看不到通路”“胶体聚沉”等实验现象。出现这些现象的原因可能是随着水温的升高，烧杯中的水向周围环境中散失的热量和酒精灯提供的热量差不多，水很难聚集足够热量而沸腾；或者是氯化铁溶液不饱和、外界环境过亮或激光笔电池电力不足；又或是在胶体制备过程中，溶液长时间沸腾，溶液中的水大量蒸发造成胶体凝结而产生沉淀（聚沉）等。教师应让实验真实发生，让学生体验真实情景，引导他们主动思考，预留思维空间，构建知识体系。

2.完善实验过程，细化实验操作，深入融合知识体系

完善实验过程，细化实验操作，追寻实验的本源，构建完整的实验体系。《中国高考评价体系说明》中强调：“选取日常生活、工业生产、国家发展、社会进步中的实际问题，考查学生运用知识、能力和素养解决实际问题的能力。”教师需要让学生“遇见”更多真实情景，让基本概念、基本原理、基本操作等基础知识在实践中巩固和融合。例如，在“乙醇的催化氧化”实验中，我们会用到一根下端绕成螺旋状的铜丝，那么如何将直铜丝绕成螺旋状？在实践过程中，笔者向学生展示：把一根铜丝的一端顺着玻璃棒绕几圈就成了“螺旋状的铜丝”。有的同学会产生疑惑：“铜丝参与反应了吗？”“铜丝为什么要被绕成螺旋状？”“直的铜丝可以吗？”这时，笔者引导学生探究铜在该实验中的作用，巩固和拓展催化剂的相关知识。

实验操作是锻炼学生解决实际问题最好的机会，实验中的每一个细节、每一步操作都会对应一个原因或结果。例如，在“酸碱中和滴定”实验中，学生不了解碱式滴定管如何使用，笔者就取来一颗玻璃珠和一小段乳胶管，把玻璃珠用水润滑一下，塞进乳胶管即成碱式滴定管的止液阀。这样碱式滴定管的工作原理和使用操作就一目了然了。在课堂教学中，教师应以理论为指导，以实践为核心，注重实验操作，让学生在实验操作中锻炼解决实际问题的能力，在实践中掌握知识迁移与运用的能力。

3.实验拓展和创新，引导学生构建模型，提升思辨能力

教材实验展示的是科学原理，是实验基础，是学生自主构建模型的方法，是模型认知的过程。实验拓展和创新是在教材实验的基础上进行的，选取的是真实情景，展示的是教师对相关实验的理解与思考，是帮助学生理解模型和模型构建的有力推手。实验拓展和创新，打破学生的思维方式，激发学生的学习兴趣，引导学生独立思考、主动思考，提升学生解决实际问题的思辨能力。

教师对实验的改进和创新，应遵循取材容易、设计合理、装置简单、操作简便、现象明显、药品少量、绿色环保等原则。例如，在“焰色反应”实验中，教材中的实验是用铂丝蘸取少量溶液后放到酒精灯上烧。在实际教学中，有的教师将滤纸经过特殊处理制成焰色反应试纸，实验时，直接点燃滤纸观察现象；有的将金属盐配制成饱和盐酸盐溶液，与无水乙醇按照一定比例混合，然后装入口服液瓶中制成“焰色酒精灯”，点然后观察现象；有的则把金属盐饱和溶液装入喷雾瓶，然后取适量凝胶型免洗洗手液于表面皿中，点燃凝胶后直接喷雾观察现象……改进后的实验，丰富了实验内容，激发了学生兴趣，突出了实验特点，展现了相关应用。改进后的实验，实验用品简单易寻，现象明显，更有利于引导学生关注生产、生活，培养学生的创新精神和实践能力。

4.深挖教材实验主体价值，引导学生构建模型，运用模型解决实际问题

深挖教材的主体价值是对某一知识点进行更详细和完善的讲解。例如分液漏斗，是课程标准和教材要求掌握的仪器，在“萃取实验”中，分液漏斗主要是用于两种互不相溶液体的分液；在“乙炔的实验室制取”实验中，分液漏斗主要用于控制所加液体的量，以控制反应速率的大小。到“有机合成”部分又引入了新的仪器“恒压分液漏斗”，它和分液漏斗的不同之处是，恒压分液漏斗可以保证内部压强不变。

深挖教材的主体价值是将零散的知识点串联成线。例如用酒精灯、石棉网、长颈圆底烧瓶、温度计、导气管、双孔橡胶塞和铁架台等可以组装成乙醇消去反应的发生装置，用具支试管、长导管、单孔橡胶塞等可以组装成洗气装置。将两套装置组合起来可以作为“乙醇消去反应产物检验或产物性质”实验的装置。

模型构建是学生对所学知识和技能的理解和掌握，在解决实际问题时，能整合知识体系，针对本质原因，形成合理的解决办法。教师应深挖教材的主体价值，让学生掌握相关化学知识与技能，引导学生模型构建，培养学生在遇到实际问题时，能排除情景干扰，细化散点知识，看清问题的本质原因。