构建模型 化难为易——以“江苏化学高考第19题实验方案设计”为例

王彦清

(江苏省木渎高级中学 215101)

一、提出问题

《2019年江苏省普通高中学业水平测试(选修科目)说明》中明确要求学生“能设计解决简单化学问题的实验探究方案，能运用观察、实验、阅读资料等多种手段获取证据，能基于证据推理形成探究结论，并运用多种方式准确地表达探究结果”，但是化学实验方案设计的考题对于学生来说，得分率低，难度很大，学生觉得这类题目考查的综合能力很强，很惧怕做这一类型的题目.因此，如何引导学生去设计正确的实验方案，并能正确运用化学语言表达出来，同时引导学生进行实验教学时重视实际问题的探究，注重培养学生实验探究的综合能力，提升学生的证据推理和科学探究能力，这是本文研究的主题.

1.考查形式

对江苏省近5年高考化学卷中第19题的最后1小题的实验方案设计进行了统计，结果见下表.

从近5年江苏高考化学卷来看，考查形式、分值基本保持稳定，考查形式主要考查制备型实验方案的设计，分值均为5分.因此引导学生关注设计实验方案的要点，构建模型，找到设计化学实验方案的策略.

年份考查内容考查形式2015设计实验方案提纯K2FeO4提纯型2016设计实验方案制备MgCO3·3H2O制备型2017设计实验方案从滤液中获取单质Ag制备型2018设计实验方案由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3制备型2019设计实验方案由滤渣制备CaCl2溶液制备型

2.得分率低可能原因

(1)基础不行，缺乏与之相关的基本的化学知识.

(2)有效信息的提取不行.

(3)思维的完整性、逻辑性不行.

(4)语言表达不规范.

(5)时间不够，来不及做.

二、解决对策

实验方案的设计这类试题情境新颖，考查灵活，信息量大，但这只是表象，通过对实验方案设计的本质认识，提炼形成认知模型后能整体理解试题信息，通过类比思维，抓住实验方案设计的本质，运用建构的模型去解决问题，有助于提高学生的证据推理能力和模型认知能力及创新能力，从而提升学生的化学核心素养.

在掌握实验方案设计的基本知识前提下，从思维、信息、答题角度去构建解答这类题目的基本模型.以2018年江苏高考化学第19题(3)②为例，展示分析构建过程.

例题以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3.无水Na2SO3可由中间产物Na2CO3制备.边搅拌边向Na2CO3溶液中通入SO2制备NaHSO3溶液.请补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：____，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装.

1.基本技能

(1)条件控制

条件控制描述试剂用量适量,稍过量,过量,估算量至大量沉淀产生至不再产生气泡产生沉淀是否完全的检验温度控制反应温度控制结晶温度控制干燥温度控制pH控制反应pH控制沉淀除杂pH控制

(2)操作方法

操作方法描述滴加试剂边搅拌边滴加滴加后搅拌,充分反应结晶,过滤蒸发浓缩至晶膜出现,降温结晶,过滤蒸发浓缩至大量晶体析出,趁热过滤洗蒸馏水,饱和溶液,乙醇洗涤2～3次洗涤完全检验干燥低温干燥真空干燥

2.构建模型

(1)思维模型

通过对比试样与目标产品，从物质转化角度，分析从试样如何到目标产品，是制备？是提纯？还是先制备，再提纯？需不需除杂？怎么除杂？理清流程思路，定好方向：从试样开始，先做什么，再做什么，为什么要这么做，最终得到目标产品，构建制备物质的一般思维模型，主要是从实验原理方向去建立.

如何去构建思维模型呢？笔者认为可以通过高考中第16题的工业流程题去反复研究：分析每一步流程的作用是什么，为什么这样去做；从原料到目标产物自行先分析下，如果是你去设计实验方案，你会选择怎样的流程，为什么要这么做.虽然是不同的题型，但是原理是完全相通的，是从不同的角度去考查，实验方案设计的要求显然更高，通过这样的训练逐步去构建你解答实验方案设计的思维模型，有整体的框架意识.

(2)信息模型

根据题目中已知信息，图表信息，必须选用的试剂等信息，隐藏在题目中，通过这些证据，分析推理，即基于证据的推理，提取有效信息，从而选择正确的操作，提高学生的证据推理能力，建立对解答有帮助的信息模型，主要是从实验条件方向去建立.

由图1分析需要制备Na2SO3溶液，必须控制“pH≈10”.“以Cl2、NaOH、(NH2)2CO(尿素)和SO2为原料可制备N2H4·H2O(水合肼)和无水Na2SO3.”文字信息中用“NaOH”溶液来调节溶液的pH.

由图2分析从Na2SO3溶液要得到无水Na2SO3首先必须控制温度“不能低于34℃”；其次在高于34℃情况下，不能采用降温结晶，因为在高于34℃情况下，“随温度升高溶解度下降”，那就要蒸发浓缩至大量晶体析出，趁热过滤.

仔细收集题干信息，合理选择操作方法，严格控制实验条件，理清思路，在构建好的整体框架中进一步细化每一个步骤，使每个步骤既合理又严谨，有比较强的逻辑性.

3.答题模型

当搭建好实验方案设计的整体框架以后，补充完整操作细节，还需要用规范准确的化学语言把设计的实验方案表述出来，这是实验方案设计极为重要的一部分，对学生组织语言的能力及思维的逻辑性、完整性要求很高，为了很好的去完成实验方案设计，从实验操作方法角度去建立典型的答题模型.

一般制备型实验方案设计的常规描述：

用……洗涤2～3次，……干燥.

由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：向NaHSO3溶液中边搅拌边滴加NaOH溶液，至溶液pH约为10时停止滴加；将溶液蒸发至大量晶体析出，34 ℃以上趁热过滤， 用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装.

化学实验探究的学习，不仅要通过真实的实验过程掌握物质的分离、提纯、检验、制备等基本实验原理和操作，还要重视真实实验情境下的问题解决.实验方案的设计这个题目较难，主要这是一个综合性的考题，考查学生对实验过程的分析与理解，对实验现象的判断与预测，对实验条件的预测与优化，对实验方案的设计与评价，重点培养学生证据推理和科学探究能力.通过上述例题分析，认识实验方案设计的实验原理、实验条件以及实验操作方法、规范表达等要素，建立认知模型，构建出解答这类题目的解题模型.