“主題鏈接，模型建構”促進浙江選考化學實驗有效復習

滕瑛巧　王星喬　于淑兒　包朝龍

摘要： 提出“主題鏈接、模型建構”復習模式的內涵、操作程序，并以“硫酸銅晶體的制備、一水硫酸四氨合銅的制備、一水硫酸四氨合銅的成分測定、構建分析模型”為主線，設計了“一水硫酸四氨合銅的制備與含量分析”一課，為化學實驗有效復習提供了可資借鑒的操作模式和教學案例。

關鍵詞： 主題鏈接； 模型建構； 化學實驗復習； 問題境脈

文章編號： 1005-6629（2018）6-0048-07 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

自2015年10月起，浙江高考化學進入了“學考+選考”模式： 選考的學生參加化學學科的學業(yè)水平測試（占70%比重）并同時加試選考試題（占30%比重），成績計入高考總分。其中，實驗綜合題是三道加試題必考題之一。

1 實驗加試題命題規(guī)律

通過對考試說明和選考真題的深入研究，分析命題特色和命題規(guī)律（見表1），發(fā)現(xiàn)實驗加試題具有如下命題特點： 以陌生物質制備為主線，運用化學反應原理分析核心反應，在此基礎上能夠識別和選擇反應裝置、控制反應條件等；繼而根據(jù)圖表提供的信息及相關物質的性質，對產品與雜質進行分離提純（確定方法、設計方案、選擇試劑）；最后對目標產物進行純度或產率計算[1]。

2 傳統(tǒng)復習存在的問題

復習過程中學生經常會出現(xiàn)“一聽就會，一用就亂、一考就忘”等現(xiàn)象，說明學生雖做了大量練習題，但仍沒有把握試題的核心本質，遷移能力較弱。此外，從閱卷數(shù)據(jù)以及平時的模擬測試來看（見圖1，31題是實驗加試題），該題是得分率最低、學生最懼怕的題型之一。究其原因，可能是當前常態(tài)五步復習法（知識點呈現(xiàn)、重難點梳理、典型例題剖析、解題方法歸納、變式練習鞏固）用時多[2]，難以真正培養(yǎng)學生思維能力和知識應用能力，已逐漸不適應現(xiàn)在選考加試題要求。

3 “主題鏈接，模型建構”復習模式內涵

如何讓復習課既能實現(xiàn)知識的整合、思維能力的提升，又能讓復習課鮮活靈動、充滿挑戰(zhàn)，與此同時達到培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目的，筆者嘗試用“主題鏈接，模型建構”復習模式，取得了較好的效果。

學學科核心素養(yǎng)為指引，在充分研究高考試題命題規(guī)律基礎上，選擇與化學相關的某一主題（一種物質、一則新聞、一幅圖片等）鏈接復習內容的知識點，整合高頻考點及易錯點，精心設計問題鏈，在問題解決過程中實現(xiàn)知識與能力的同步提升，最終提煉出某類試題的命制模型、問題解決思維模型等。

4 “主題鏈接，模型建構”復習模式操作程序

4.1 選擇合適主題

主題是教學情境的承載體、知識能力的生長樹、思維活動的聚集點。主題的選擇應體現(xiàn)以下幾個特點： （1）真實性，無論是“素養(yǎng)為本”的課堂教學還是浙江選考試題都強調真實情境下的問題解決；（2）貼近性，選取貼近生活實際、貼近教材所學內容、貼近最近發(fā)展區(qū)的素材，有利于訓練思維的遷移能力；（3）綜合性，能夠承載類似選考試題的多維度考查，需要調用學生多方面的知識、多角度的思考[3]。綜上，選取“一水硫酸四氨合銅的制備與含量分析”這一題材，一方面與《實驗化學》教材中“硫酸亞鐵銨的制備”相似度較高，另一方面融合了化學學科多維度核心素養(yǎng)（見圖2）。

4.2 創(chuàng)設問題境脈

“素養(yǎng)為本”的教學要求教師為學生創(chuàng)設“未知”的、“原始”的、“實際”的問題情境，并以此為主線，將整個教學內容融合其中，從而統(tǒng)領整個教學過程，這就是“問題境脈”[4]。通過對有關科技文獻的檢索以及相關試題的改造重組，本節(jié)課以“廢銅屑→硫酸銅晶體→一水硫酸四氨合銅晶體→成分測定”作為教學主線，精心設計問題鏈，以此激發(fā)、推動、維持、強化和調整學生的認知活動、情感活動和實踐活動等，讓學生的思維不斷地走向深入，與此同時實現(xiàn)考點突破與素養(yǎng)提升（見表2）。

4.3 構建分析模型

學習理論認為，采用建模思想，將化學問題中次要的、非本質的信息舍去，可使本質的知識變得清晰，更容易納入學習者已有的知識框架中，解決化學問題時更容易實現(xiàn)遷移[5]。此外，高中化學把“證據(jù)推理與模型認知”作為核心素養(yǎng)之一，并要求“能依據(jù)物質及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架”。

浙江選考物質制備的實驗題主要考查核心反應中的反應原理、裝置選擇與識別、反應條件控制、綠色化學與安全等，分離提純中的除雜提純方法、實驗操作、雜質檢驗等，目標產物的純度、產率、含量和產物性質推斷等（見圖3）。

如浙江省2016年10月選考31題提煉得到物質制備的流程分析模式如圖4所示。

試題中的6個問題中5個問題考查“核心反應”的反應原理（試劑選擇）、實驗操作（蒸發(fā)濃縮、結晶方法）、反應原理（方程式）、裝置評價、儀器操作，1個問題考查“目標產物”的含量測定。

5 基于“主題鏈接，模型建構”復習模式的教學設計

5.1 環(huán)節(jié)一 硫酸銅晶體的制備

[情境引入]一水硫酸四氨合銅（Ⅱ） [Cu（NH3）4]SO4·H2O（M=246g·mol-1）是一種深藍色晶體，通常由硫酸銅溶液與氨水混合制得，常溫下在空氣中易與水和二氧化碳反應生成銅的堿式鹽。常用作殺蟲劑、媒染劑，在堿性鍍銅中也常用作電鍍液的主要成分；也是高效、安全的廣譜殺菌劑，還是植物生長激素，能促進作物生長，明顯提高作物產量。

[信息提示]

信息1： Fe3+、 Cu2+、 Fe2+三種離子在水溶液中形成氫氧化物沉淀的pH范圍如圖5所示。

[學生]分小組討論，共同設計實驗方案，典型方案進行板演。

[師生討論]教師引導學生從“科學、可行、安全、簡約、經濟、綠色”等實驗方案設計原則出發(fā)，結合小組設計方案，共同修改完善板演方案，獲得較優(yōu)實驗方案，如圖6所示。

在師生討論過程中，輔以下述問題組細化實驗相關內容：

（1） 傾析法的適用對象？

（2） 為什么溫度控制在50℃，如何控制？

（3） 如何判斷是否氧化完全？

（4） pH調節(jié)到多少？用什么物質調節(jié)？

（5） 趁熱過濾之后是否要進行洗滌？

（6） 蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶之前為何需加稀硫酸調節(jié)pH至2？

（7） 工業(yè)上也用硝酸氧化銅屑，則可能含有的雜質是什么？如何進行提純？已知硫酸銅晶體在A、 B、 C三種溶劑中溶解度隨溫度變化如圖7所示，重結晶時選擇哪種作為溶劑？

設計意圖： 余文森教授認為，基于核心素養(yǎng)的教學一個顯著的特征是問題來源于真實情境、是原生態(tài)的。本節(jié)課以一水硫酸四氨合銅（Ⅱ）用途作為引入，激發(fā)了學生的興趣，讓學生明白本節(jié)課的價值。這一環(huán)節(jié)的核心讓學生設計由廢銅屑制備硫酸銅晶體的實驗方案，并輔以問題組細化實驗操作過程中相關問題，有以下目的： 一是考查、訓練學生的思維遷移能力和嚴密性，這與《實驗化學》教材“硫酸亞鐵銨的制備”中由廢鐵屑制備硫酸亞鐵非常相似；二是溫習、落實化學實驗的重難點： 原料預處理、反應條件控制、分離提純（冷卻結晶、重結晶）、實驗方案設計與優(yōu)化；三是培養(yǎng)學生獲取信息、應用信息的能力。

5.2 環(huán)節(jié)二 一水硫酸四氨合銅的制備

[信息提示]

[教師]演示實驗： 往硫酸銅溶液中逐滴滴加氨水。

[問題]反應何時結束？

[學生]藍色沉淀恰好溶解。

[問題]如何從硫酸四氨合銅溶液中獲得晶體？

[學生]蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶。

[教師]可行嗎？

[學生]不行，該方案存在明顯缺陷，加熱蒸發(fā)過程中NH3揮發(fā)，使反應[Cu（NH3）4]2+Cu2++4NH3平衡往右移動，且Cu2+發(fā)生水解，產物晶體中往往含有Cu（OH）2或Cu2（OH）2SO4雜質?？山Y合資料信息，加入乙醇使其析出。

[教師]演示實驗： 將無水乙醇加入到硫酸四氨合銅溶液中，晶體析出后轉移至抽濾裝置的布氏漏斗中。

[問題]瓶壁殘留晶體怎么辦？

[學生]用濾液將其沖洗下來，轉移至布氏漏斗中，以提高產率。

[問題]如果要洗滌布氏漏斗中的晶體，選擇什么作洗滌劑？它的優(yōu)點是？

[學生]酒精，它的優(yōu)點有： 可以降低晶體因溶解而造成的損失；可以除去表面的可溶性雜質和水分；酒精易揮發(fā)，晶體易干燥。

[問題]采用何種干燥方法，能否晾干或者加熱烘干？

[學生]不能晾干，因為晶體常溫下在空氣中易與水和二氧化碳反應生成銅的堿式鹽；也不能加熱烘干，易使[Cu（NH3）4]SO4·H2O分解（失去水或失去氨氣），可以用酒精洗干。

設計意圖： 這一環(huán)節(jié)通過演示實驗、問題驅動等教學方式，讓學生學會從化學反應原理角度分析核心反應及核心物質的化學性質，優(yōu)化實驗條件與方案，解釋或解決實驗中的相關問題。晶體的分離提純（析出、洗滌、干燥）一直是浙江選考化學實驗加試題的熱點與難點，本環(huán)節(jié)模擬實驗加試題，通過提供晶體的相關性質信息，讓學生自主提供晶體的析出、洗滌、干燥方案，考查學生對信息的攝取、加工和應用能力，以及綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力。

5.3 環(huán)節(jié)三 一水硫酸四氨合銅的成分測定

[過渡]制得晶體之后，需要對晶體的成分進行定量測定，以確定是否是目標晶體，常用定量分析方法有沉淀法、滴定法、測定氣體體積法等。

[投影]（1） SO2-4含量測定（沉淀法）。

稱取試樣0.6566g上述備用的一水硫酸四氨合銅樣品，置于400mL燒杯中，加25.00mL蒸餾水使其溶解，稀釋至200.00mL。加稀HCl （6.000mol/L）2.00mL，蓋上表面皿，加熱至近沸。取BaCl2（0.1000mol/L）溶液32.00mL于小燒杯中，加熱至近沸，然后用滴管將熱BaCl2溶液逐滴加入樣品溶液中，同時不斷攪拌溶液。靜置，檢驗沉淀是否已完全。置于電爐（或水?。┥霞訜幔惢s半小時后，冷卻至室溫。過濾和洗滌，干燥和灼燒，冷卻稱量， 。重復上述實驗三次，BaSO4平均質量為0.6132g。

[問題]如何判斷是否沉淀完全？是否洗滌干凈？

[問題]補充橫線空格中的操作。

[投影]（2） NH3含量測定（滴定法），NH3吸收裝置見圖9。

稱取0.2200g上述備用的一水硫酸四氨合銅樣品，放入250mL錐形瓶中，加80.00mL水溶解，再加入10.00mL 10%的NaOH溶液。在另一錐形瓶中，準確加入30.00mL標準HCl溶液（0.5000mol/L），放入冰浴中冷卻。從漏斗中加入3～5mL 10% NaOH溶液于小試管中，漏斗下端插入液面下2～3cm。加熱接近沸騰時改用小火，微沸1h左右。取出導管，用蒸餾水沖洗導管內外，洗滌液收集在氨吸收瓶中，從冰浴中取出吸收瓶，加2滴酸堿指示劑，用標準NaOH溶液（0.5000mol/L）滴定剩余的溶液。重復三次，平均消耗標準NaOH溶液體積22.88mL。

[問題]為何保持微沸狀態(tài)1小時？

[問題]為何使用空氣冷凝管和冰水浴，如不使用對測量結果有何影響？

[問題]根據(jù)酸堿中和滴定曲線（見圖10）分析，應選擇哪種酸堿指示劑？

[投影]（3） Cu2+測定（分光光度法）。

已知Cu（NH3）2+4對特定波長光的吸收程度（用吸光度A表示）與Cu2+在一定濃度范圍內成正比?，F(xiàn)測得Cu（NH3）2+4的吸光度A與Cu2+標準溶液濃度關系如圖11所示。準確稱取0.7008g樣品，用蒸餾水溶解并定容至100mL，準確移取該溶液10.00mL，加10.00mL NH3·H2O，再用蒸餾水定容至25mL。重復三次，測得溶液平均吸光度A=0.137。

[投影]（4） 樣品成分測定。

根據(jù)上述實驗測定數(shù)據(jù)，填寫表4。

設計意圖： 此環(huán)節(jié)實驗方案素材來源于真實科技文獻，通過對一水硫酸四氨合銅的成分測定，目的在于復習鞏固沉淀法、滴定法等經典定量分析方法，強化學生的計算能力。此外，近幾年浙江選考（高考）真題中出現(xiàn)了諸如電位滴定法、分光光度法等新型定量分析方法，本教學設計依據(jù)文獻引入了Cu2+測定的分光光度法，培養(yǎng)學生接受、吸收、整合化學信息的能力。

5.4 環(huán)節(jié)四 構建分析模型

[教師]本節(jié)課圍繞“一水硫酸四氨合銅的制備與含量分析”，結合提供的資料信息，對原料進行預處理，從化學反應原理角度分析核心反應，控制反應條件，監(jiān)控反應進程，進行分離提純，獲得目標產物，進而分析目標產物成分、計算純度和產率。這就是物質制備的一整套實驗流程，也是浙江選考化學實驗加試題的命題模型。

[投影]浙江選考化學實驗加試題命題模型（見上文圖3）。

[教師]以此命題模型為框架，分析近幾年化學實驗真題（見上文圖4）。

[作業(yè)]依據(jù)近幾年浙江省選考化學實驗加試題，結合命題模型，嘗試歸納、提煉實驗加試題或其中某個考查點的解題模型（見圖12、表5）。

設計意圖： 此環(huán)節(jié)旨在引導學生歸納、提煉化學實驗加試題的命題模型與解題模型，方能識“廬山真面目”，解決“一聽就懂、一做就錯”等問題。

“主題鏈接，模型建構”復習模式實施的關鍵在于主題的選擇和問題的設計。主題的選擇要滿足真實性、貼近性、綜合性三個原則，問題的設計既要兼顧知識點和考點的覆蓋，又要吻合學科邏輯，層次分明，只有這樣才能發(fā)揮出最佳效果。

參考文獻：

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