構建模型 化難為易

王彥清

摘 要：實驗方案的設計是江蘇化學高考中難度較大的一道綜合性實驗探究題.考查學生對實驗流程的理解，題給信息的獲取加工，實驗原理和方法的運用，實驗方案的設計等方面的綜合能力，同時也考查學生運用比較、分析、類比等科學方法解決實際問題的能力和邏輯思維的嚴密性.實驗教學時要重視實際問題的探究，注重培養學生實驗探究的綜合能力，提升學生的證據推理和科學探究能力.

關鍵詞：實驗方案設計;模型認知;思維模型;信息模型;答題模型;高中化學

中圖分類號：G632 ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1008-0333（2020）10-0082-03

收稿日期：2020-01-05

作者簡介：王彥清（1983.4-），男，江蘇省蘇州人，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.

基金項目：本文系江蘇省教育科學“十三五”立項課題《化學教師對模型的認知和應用研究》的階段性研究成果（項目編號：D/2018/02/09）

一、提出問題

《2019年江蘇省普通高中學業水平測試（選修科目）說明》中明確要求學生“能設計解決簡單化學問題的實驗探究方案，能運用觀察、實驗、閱讀資料等多種手段獲取證據，能基于證據推理形成探究結論，并運用多種方式準確地表達探究結果”，但是化學實驗方案設計的考題對于學生來說，得分率低，難度很大，學生覺得這類題目考查的綜合能力很強，很懼怕做這一類型的題目.因此，如何引導學生去設計正確的實驗方案，并能正確運用化學語言表達出來，同時引導學生進行實驗教學時重視實際問題的探究，注重培養學生實驗探究的綜合能力，提升學生的證據推理和科學探究能力，這是本文研究的主題.

1.考查形式

對江蘇省近5年高考化學卷中第19題的最后1小題的實驗方案設計進行了統計，結果見下表.

從近5年江蘇高考化學卷來看，考查形式、分值基本保持穩定，考查形式主要考查制備型實驗方案的設計，分值均為5分.因此引導學生關注設計實驗方案的要點，構建模型，找到設計化學實驗方案的策略.

2.得分率低可能原因

二、解決對策

實驗方案的設計這類試題情境新穎，考查靈活，信息量大，但這只是表象，通過對實驗方案設計的本質認識，提煉形成認知模型后能整體理解試題信息，通過類比思維，抓住實驗方案設計的本質，運用建構的模型去解決問題，有助于提高學生的證據推理能力和模型認知能力及創新能力，從而提升學生的化學核心素養.

在掌握實驗方案設計的基本知識前提下，從思維、信息、答題角度去構建解答這類題目的基本模型.以2018年江蘇高考化學第19題（3）②為例，展示分析構建過程.

例題 以Cl2、NaOH、（NH2）2CO（尿素）和SO2為原料可制備N2H4·H2O（水合肼）和無水Na2SO3.無水Na2SO3可由中間產物Na2CO3制備.邊攪拌邊向Na2CO3溶液中通入SO2制備NaHSO3溶液.請補充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案：，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝.

2.構建模型

（1）思維模型

通過對比試樣與目標產品，從物質轉化角度，分析從試樣如何到目標產品，是制備？是提純？還是先制備，再提純？需不需除雜？怎么除雜？理清流程思路，定好方向：從試樣開始，先做什么，再做什么，為什么要這么做，最終得到目標產品，構建制備物質的一般思維模型，主要是從實驗原理方向去建立.

分析得出流程：NaHSO3溶液Na2SO3溶液無水Na2SO3

如何去構建思維模型呢？筆者認為可以通過高考中第16題的工業流程題去反復研究：分析每一步流程的作用是什么，為什么這樣去做;從原料到目標產物自行先分析下，如果是你去設計實驗方案，你會選擇怎樣的流程，為什么要這么做.雖然是不同的題型，但是原理是完全相通的，是從不同的角度去考查，實驗方案設計的要求顯然更高，通過這樣的訓練逐步去構建你解答實驗方案設計的思維模型，有整體的框架意識.

（2）信息模型

根據題目中已知信息，圖表信息，必須選用的試劑等信息，隱藏在題目中，通過這些證據，分析推理，即基于證據的推理，提取有效信息，從而選擇正確的操作，提高學生的證據推理能力，建立對解答有幫助的信息模型，主要是從實驗條件方向去建立.

由圖1分析需要制備Na2SO3溶液，必須控制“pH≈10”.“以Cl2、NaOH、（NH2）2CO（尿素）和SO2為原料可制備N2H4·H2O（水合肼）和無水Na2SO3.”文字信息中用“NaOH”溶液來調節溶液的pH.

由圖2分析從Na2SO3溶液要得到無水Na2SO3首先必須控制溫度“不能低于34℃”;其次在高于34℃情況下，不能采用降溫結晶，因為在高于34℃情況下，“隨溫度升高溶解度下降”，那就要蒸發濃縮至大量晶體析出，趁熱過濾.

仔細收集題干信息，合理選擇操作方法，嚴格控制實驗條件，理清思路，在構建好的整體框架中進一步細化每一個步驟，使每個步驟既合理又嚴謹，有比較強的邏輯性.

3.答題模型

當搭建好實驗方案設計的整體框架以后，補充完整操作細節，還需要用規范準確的化學語言把設計的實驗方案表述出來，這是實驗方案設計極為重要的一部分，對學生組織語言的能力及思維的邏輯性、完整性要求很高，為了很好的去完成實驗方案設計，從實驗操作方法角度去建立典型的答題模型.

一般制備型實驗方案設計的常規描述：? ? ?向……中邊攪拌邊滴加……，（可能需要控制溫度）滴加……，攪拌充分反應，至pH為……，無氣泡產生，大量沉淀產生，（沉淀完全檢驗：靜置，在上層清液中繼續滴加……，無沉淀產生）? ? ?過濾取固體（用……洗滌2～3次），取濾液蒸發濃縮至晶膜出現，降溫結晶，過濾，（可能需要控制溫度）蒸發到大量晶體析出，趁熱過濾，? ? ?用……洗滌2～3次，……干燥.

由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案：向NaHSO3溶液中邊攪拌邊滴加NaOH溶液，至溶液pH約為10時停止滴加;將溶液蒸發至大量晶體析出，34 ℃以上趁熱過濾， 用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝.

化學實驗探究的學習，不僅要通過真實的實驗過程掌握物質的分離、提純、檢驗、制備等基本實驗原理和操作，還要重視真實實驗情境下的問題解決.實驗方案的設計這個題目較難，主要這是一個綜合性的考題，考查學生對實驗過程的分析與理解，對實驗現象的判斷與預測，對實驗條件的預測與優化，對實驗方案的設計與評價，重點培養學生證據推理和科學探究能力.通過上述例題分析，認識實驗方案設計的實驗原理、實驗條件以及實驗操作方法、規范表達等要素，建立認知模型，構建出解答這類題目的解題模型.

參考文獻：

＼[1＼]謝鴻雁.“元素及其化合物”PCK模型建構[J].太原大學教育學院學報，2014（3）：108-111.

＼[2＼]汪紀苗，周千紅.模型認知在有機推斷問題解決中的應用[J].化學教育，2017（8）：76-80

[責任編輯：季春陽]