基于可视化分析的化学综合实验题教学的优化与实施

基于可视化分析的

化学综合实验题教学的优化与实施

叶方猛

（南京市第一中学

江苏南京

210001）

摘要：综合实验题的教学设计重在要让学生掌握相关的化学实验操作技能和化学实验方法，并在教学中运用启发式教学，通过设计情境、引导学生回忆已有知识，对问题进行可视化分析，达成清晰的思维框架，进而得出物质分离的常用方法，并通过自己补充、设计实验方案提高对知识的运用、迁移能力，这样既能提高学生学习积极性，也能全方位地提升学生的思维创新能力。

关键词：核心素养；可视化；综合实验；实验操作；实验方案文章编号：1008-0546（2018）02-0086-03doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.02.027

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

一、研究背景

为了体现普通高中新课程的理念，反映化学学科课程标准的整体要求，考试说明明确指出，化学高考试题将在测试考生进一步学习所必需的知识、技能和方法的基础上，全面检测考生的化学科学素养。新课标指出科学素养落实到化学课程，一般从知识与技能、过程与方法和情感态度价值观三个维度来具体描述。既注意科学的核心概念与化学知识体系的关系，又有意识地在化学知识的应用过程中体现科学思想、科学方法和科学价值观。对于高三学生来说，中学教材的内容基本授完，教师利用现成的教材内容来进一步培养学生化学科学素养有所弱化，应通过高三化学复习来提高学生的科学素养。

二、现状分析

化学综合实验题考查范围广泛、内容繁杂，涉及到的知识点有物质分离提纯的方法与操作、离子检验、溶液配制、新情境下方程式书写、实验方案的补充与设计等等。尤其在物质分离提纯的方法与操作和实验方案的补充与设计上，普遍存在基本操作细节把握不准确、化学基本原理不扎实、化学原理在实验中的应用不够灵活、语言表达不到位等问题。在新情境下方程式书写上，学生往往根据记忆或印象去完成，如果遇到陌生的情境或反应就会感觉无从下手，毫无章法可言。同时综合实验题也是高三教师在日常教学中比较难以突破的一类题型，不少教师在教学中只

是就题讲题，缺少一定的方法与策略指导。

三、可视化分析模式的优化与实施

根据调研和长期的教学实践，针对综合实验题中上述三类比较突出的疑难问题，总结出了基于可视化分析的综合实验题教学模式。通过对试题中相关文字信息进行处理，形成科学的信息网络关系图，从而针对题目中的问题提出解决方案，有效提高了学生综合实验题的解题能力。型建构

1.“物质分离提纯的方法与操作”的可视化分析模物质分离提纯的方法与操作要求学生熟悉化学实验室常用仪器的使用方法和主要用途，掌握化学实验的基本操作；了解过滤、结晶、萃取、蒸馏等物质分离、提纯的常用方法，能对常见的物质进行分离和提纯；了解控制实验条件的方法，能改进简单的实验方案。

FeS2含量的两种方法如下图所示：

王水方法Ⅰ例1.黄铁矿的主要成分是FeS2。测定黄铁矿中

过滤、洗涤滤液足量BaCl2溶液灼烧黄铁矿溶液过滤方法Ⅱ过滤、洗涤干燥、称重之一。

*本文系江苏省中小学教学研究重点课题“基于学科核心素养的高中化学教学评一致性研究”（编号2015JK11-Z004）研究成果

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已知：FeS5NO↑+2H2+5HNO3+3HCl=====FeCl3+2H2SO4+2请回答下列问题：

O

（1）方法I中灼烧滤渣用的仪器除酒精灯、三脚架、还有

。

（2）方法Ⅱ中加足量BaCl2溶液的作用是，判断加入BaCl2溶液已过量的操作是

。（1）文字信息的处理

利用学生已有的化学知识及物质间的性质联系，对实验流程图中所涉及到的相关信息进行处理，转化为更加直观的、可视化的物质化学式等信息，为进一步深入分析作好准备。

过滤、洗涤FeS2¾¾¾HNO¾¾¾¾®Fe、ClFe(OH)3Fe2O3

3、HCl

3+-

过滤

H+、SO42-足量BaCl2过滤、洗涤BaSO（4干燥、称重）图1流程图中的信息转化为化学式

（2）基本实验操作问题的分析与解决

对高考试题而言，实验题的设计多源于课本实验。因此，在复习中要全面分析课本实验，挖掘内涵，提高应试变通能力，要对教材上的每个实验做到“一个了解、五个会”，即了解实验目的、步骤和原理；学会控制条件、学会使用仪器、学会观察分析、学会解释结果、得出相应结论以及学会设计简单的实验方案。就本题而言，过滤和洗涤是高中化学中的两个基本实验操作，学生要回顾高中学习中所涉及到过滤和洗涤操作的相关实验及其装置图、操作要点等相关内容，并在此基础上拓展至蒸发、蒸馏、萃取、分液等相关基本操作。

（3）运用守恒思想解决问题

许多学生对于本题中最后一步的称重不明就理，在教学中首先应让学生明白整个实验的目的是利用硫元素的守恒，通过测定BaSO4的质量计算得到FeS2的质量，所以实验过程必须要确保硫元素全部转化为BaSO4就比较容易回答了，固体，如此一来针对这一知识点教师还可以延伸“足量BaCl2溶液的作用？”学生出“能否用Ba(OH)2时产生Fe(OH)溶液代替BaCl2溶液?（不行，会同3的固体物质进行洗涤的方法是什么？沉淀，对实验产生干扰）（在漏斗中加入”、“对过滤后

洗涤剂，待过滤完全后重复2-3次）”、“检验洗涤干净的操作是什么？（取少量最后一次洗涤滤液，滴加某溶化学教与学2018年第2期

·实验教学研究·

液，若无沉淀产生则洗涤干净）”等问题，将这一知识点系列化、完整化。

2.新情境下方程式书写是高考的热点和难点之新情境下方程式书写的可视化分析模型建构

一，旨在考查学生获取信息、分析问题、解决问题的能力。需要学生熟练掌握氧化还原反应的基本规律，理解元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等基本思想。

例2.元素铬(Cr)在溶液中主要以Cr3+Cr(OH)在，Cr(OH)(绿色)、Cr2-(橙红色)、CrO(蓝紫色)、

4-2O742-(黄色)等形式存

3（4）＋6为难溶于水的灰蓝色固体，价铬的化合物毒性较大，常用回答下列问题：NaHSOO3废液中的Cr将

272-还原成Cr3＋，该反应的离子方程式为

。

表1

新情境下方程式书写的可视化分析模型建构方法指导可视化展现以分析元素化合价变化为起点，运用反应中化合价升降规律、强氧化（还原）剂制取弱氧Cr化（还原）剂等基本规律，分析Cr2O+SO72-+HSO3-¾¾¾®3＋42-可能的反应物或生成物。依据电子得失守恒，对氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产Cr物进行配平。2Cr2O72-3＋+3SO+3HSO3-¾¾¾®42-依据电荷守恒，结合溶液的酸碱性，以H+或OH-进行调节。Cr5H2O+72-¾¾¾+3HSO3-®2Cr3＋++3SO42-依据元素守恒，完整配平方程Cr5H2O72-+3HSO3-+式。===2Cr3＋+3SO++4H42-2O建构

3.化学实验方案的补充与设计的可视化分析模型对于学生化学实验方案的补充与设计方面能力

的提升，在复习过程中要强化实验设计训练，理解探究实验设计中的四原则：科学性的原则、对照性的原则、等量性的原则、控制变量原则。培养自己根据实验要求选择仪器和试剂、设计实验步骤、描述现象和结论等各个实验环节的能力，还要能对实验设计进行改进和创新。在实验训练中逐步培养观察能力、提出假设、分析解决问题的能力，要有针对性的训练数据处理、分析、得出结论的能力。

例3.某研究性学习小组的同学拟用工业品十二

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·实验教学研究·

水合磷酸氢二钠(含Na2提纯得到NaHPO4、重金属盐及有色杂质等)

pH8.2～8.4，重金属硫化物不溶于水。请补充实验步2HPO4·12H2O晶体。已知：Na2HPO4溶液骤[实验中可选用的试剂：Na2溶液、0.1mol·L－1NaOH溶液S]溶液、。；③①加入活性炭煮沸，

将工业品溶于热0.1mol·L－1H3PO4水；②

趁热过滤；④；⑤

；

⑥过滤、（1）洗涤及干燥。文字信息的处理

指导学生通过自主审题进行知识采集，以图表的

形式将题中的实验过程转化为可视化的信息，直观地展现实验步骤。

滤液Na2重金属盐HPO4

①热水②③活性炭，过滤有色杂质

重金属硫化物、有色杂质

滤液④相关物质⑤Na2HPO4·12H2O晶体

图2

实验步骤的可视化呈现1

（2）实验目标的分解

结合实验流程图，理解实验的目的是提纯

Na2HPO4·12H2除杂（操作①②③O晶体，）和结晶而对于晶体的提纯可大致分为（操作④⑤）两个过程，进行分析得出前三步操作的目的分别是溶解、沉淀重金属离子、吸附有色杂质，后两步操作的目的则是得到Na2HPO4溶液和制备Na2HPO4晶体。滤液Na2重金属盐HPO4①热水②③活性炭，过滤有色杂质

溶解沉淀重金属盐吸附有色杂质重金属硫化滤液④得到溶液Na2HPO4溶液

⑤物、有色杂质得到晶体Na2HPO4·12H2O晶体

图3实验步骤的可视化呈现2

（3）实验方案的完善与问题的解决

将整个实验的目标分解到每一步操作的目的后，引导学生根据目的尝试从题中所提供的相关药品中选择恰当的试剂，即沉淀重金属离子时选用Na2S溶液，得到Na2HPO4溶液以0.1mol·L－1H3PO4溶—88—

液、0.1mol·L－1晶法得到晶体，从而将实验方案补充完整。

NaOH溶液调节pH8.2～8.4，最后以结教学实践证明，借助可视化分析教学模式引导学生与试题展开思维对话，可全力聚焦“实验探究与创新意识”的核心素养，深度挖掘实验题中的有用信息，进行可视化分析，直观展现学生的思维过程，并应用于教与学的实践中，实现知识、方法向能力、素养的转化。

参考文献

1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（实验）

［M］.北京：人民教育出版社，2003

2］刘知新.化学教学论（第二版）［M］.北京：高等教育出版

社，1997

3］吴俊明.关于核心素养及化学学科核心素养的思考与疑

问［J］.化学教学，2016（11）：3-8

化学教与学2018年第2期

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