浙江湖州市菱湖中學(xué)（313018） 沈紅兵

在“一體、四層、四翼”理念中，“四層”是指必備知識(shí)、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價(jià)值。其中的關(guān)鍵能力的內(nèi)涵又是什么呢？楊季東、王后雄等人通過(guò)對(duì)多位專家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，歸納出高中化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力主要包括化學(xué)表征能力、實(shí)驗(yàn)與探究能力、化學(xué)方法和分析能力、化學(xué)信息處理能力、發(fā)現(xiàn)與提出問(wèn)題能力、證據(jù)推理與論證能力、模型認(rèn)知能力等七個(gè)方面的能力。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像題具有鮮明的化學(xué)學(xué)科特色，它將化學(xué)實(shí)驗(yàn)信息外顯或內(nèi)隱于圖像中，讓學(xué)生通過(guò)對(duì)圖像的觀察和解讀提取相關(guān)要素，再結(jié)合化學(xué)模型運(yùn)用化學(xué)原理進(jìn)行理解和作答，可以有效考查學(xué)生的關(guān)鍵能力。本文結(jié)合浙江省選考題就教學(xué)活動(dòng)中如何基于實(shí)驗(yàn)圖像落實(shí)對(duì)學(xué)生化學(xué)關(guān)鍵能力的培養(yǎng)展開討論。

一、化學(xué)關(guān)鍵能力的解讀

化學(xué)表征能力：對(duì)化學(xué)事物進(jìn)行描述表征，包括從宏觀現(xiàn)象、微觀粒子、化學(xué)符號(hào)等角度解釋和理解化學(xué)物質(zhì)變化和微粒相互作用的能力。實(shí)驗(yàn)與探究能力：在化學(xué)問(wèn)題的研究中能夠提出合理假設(shè)并確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康模O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行探究以驗(yàn)證假設(shè)的正誤，獲得對(duì)化學(xué)現(xiàn)象的合理解釋的能力?；瘜W(xué)方法和分析能力：對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行概括、比較，歸納總結(jié)物質(zhì)性質(zhì)與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的相互聯(lián)系，能從氧化還原、化學(xué)平衡、宏觀與微觀結(jié)合等多個(gè)角度分析與解決實(shí)際問(wèn)題的能力?；瘜W(xué)信息處理能力：發(fā)現(xiàn)信息中的關(guān)鍵內(nèi)容并將其與已有知識(shí)相聯(lián)系，進(jìn)行遷移應(yīng)用或判斷選擇等綜合處理的能力。發(fā)現(xiàn)與提出問(wèn)題能力：具有科學(xué)精神和創(chuàng)新精神，敢于質(zhì)疑，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的異象或數(shù)據(jù)處理中的偏差進(jìn)行思考和分析，能夠從化學(xué)情境中發(fā)現(xiàn)和提出有價(jià)值的問(wèn)題的能力。證據(jù)推理與論證能力：基于化學(xué)事實(shí)，結(jié)合物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)提出假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽，在假設(shè)、證據(jù)和結(jié)論之間建立邏輯關(guān)系的能力。模型認(rèn)知能力：認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型并能夠運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象的能力。

二、實(shí)驗(yàn)圖像與關(guān)鍵能力的關(guān)系

化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像既是考查學(xué)生關(guān)鍵能力的重要載體，又是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要素材。一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像可以包含對(duì)多種關(guān)鍵能力的考查。例如，2018 年11 月浙江選考化學(xué)第28 題的實(shí)驗(yàn)圖像如圖1所示。

圖1

該題對(duì)化學(xué)表征能力的考查體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)前四支試管中的現(xiàn)象描述上；對(duì)化學(xué)方法和分析能力的考查體現(xiàn)在，學(xué)生對(duì)“濃硫酸與銅的化學(xué)反應(yīng)”“二氧化硫具有漂白性和還原性，可以用堿性溶液進(jìn)行尾氣處理，易溶于水，不能和氯化鋇溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)”等知識(shí)點(diǎn)是否熟悉；對(duì)化學(xué)信息處理能力的考查體現(xiàn)在，學(xué)生能否提取題中試劑和裝置的有效信息，能否將實(shí)驗(yàn)裝置與教材中的“濃硫酸與銅反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”相整合，進(jìn)而理解本實(shí)驗(yàn)為濃硫酸與銅反應(yīng)制備二氧化硫以及二氧化硫氣體的性質(zhì)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)；對(duì)證據(jù)推理與論證能力的考查體現(xiàn)在學(xué)生對(duì)試管Ⅱ加熱、冷卻時(shí)不同現(xiàn)象的原因解釋上；對(duì)模型認(rèn)知能力的考查體現(xiàn)在，學(xué)生能否將本實(shí)驗(yàn)納入氣體制備實(shí)驗(yàn)的模型，并從一般模型出發(fā)認(rèn)識(shí)到氣體制備裝置包括發(fā)生裝置、凈化裝置、收集（性質(zhì)檢驗(yàn)）裝置、尾氣處理裝置等。不同圖像所涉及的關(guān)鍵能力會(huì)有所不同，教學(xué)中教師需要采用不同的教學(xué)方法和策略進(jìn)行針對(duì)性培養(yǎng)。

三、基于實(shí)驗(yàn)圖像培養(yǎng)關(guān)鍵能力的策略

（一）積累實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，重視“原型”聯(lián)想

“原型”是學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)特別是書本知識(shí)形成的模板記憶，它能夠讓學(xué)生“觸景生情”，快速找到思路。高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)盡量為學(xué)生親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程創(chuàng)造條件，這樣學(xué)生才能在大腦中形成實(shí)驗(yàn)“原型”。例如，2019年4月浙江選考化學(xué)第31題考查裝置連接，題目圖像如圖2所示。

圖2

圖2 中的儀器都是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的，其原型為氣體實(shí)驗(yàn)裝置。如果學(xué)生有豐富的實(shí)驗(yàn)積累，熟悉氣體制備和吸收處理裝置，對(duì)圖2 中儀器的選擇、使用和連接就會(huì)駕輕就熟。從化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思維參與量的角度出發(fā)，我們不妨將實(shí)驗(yàn)分為硬件部分和軟件部分。硬件部分主要包括對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的認(rèn)識(shí)和基本操作的掌握。由于現(xiàn)實(shí)情況是部分學(xué)生極少有機(jī)會(huì)真正參與到化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，這使得學(xué)生對(duì)一些中學(xué)常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀器并不熟悉。例如，部分學(xué)生對(duì)直形冷凝管和球形冷凝管的使用混淆不清，我們?cè)谡n堂中可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)直接對(duì)比。如海帶中碘元素的提取實(shí)驗(yàn)，要對(duì)碘的四氯化碳溶液進(jìn)行蒸餾，分別用直形冷凝管和球形冷凝管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，明顯發(fā)現(xiàn)球形冷凝管的球泡部分有積液；在溴苯制備實(shí)驗(yàn)中三頸燒瓶配套兩種冷凝管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察冷凝效果。只有真正使用過(guò)，學(xué)生才能將“原型”刻在腦海中。在基本操作上學(xué)生表現(xiàn)出的問(wèn)題主要是不規(guī)范，一方面原因是接觸實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)少，另一方面是教師不夠重視，甚至為應(yīng)對(duì)考試出現(xiàn)“背操作”的情況，當(dāng)題目較為靈活時(shí)學(xué)生就會(huì)一籌莫展。軟件部分主要指對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、設(shè)計(jì)思路的理解等，尤其是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)一定要有深刻的理解。

（二）準(zhǔn)確理解題意，強(qiáng)化信息處理

信息處理能力是化學(xué)關(guān)鍵能力的重要組成部分，它主要體現(xiàn)在審題環(huán)節(jié)?？茖W(xué)的審題方式有助于學(xué)生準(zhǔn)確理解題意從而順利作答。在教學(xué)過(guò)程中，教師可以從以下兩個(gè)方面對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)和訓(xùn)練。

（1）分門別類，整理外顯信息

實(shí)驗(yàn)圖像題往往信息繁多，不同的信息具體該用在哪里、怎么使用，是學(xué)生在審題過(guò)程中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題。教師可以通過(guò)指導(dǎo)學(xué)生對(duì)題目信息進(jìn)行分類和整理加以解決。例如，2017 年11 月浙江選考化學(xué)第31題的圖像如圖3所示。

圖3

可以將題中所給信息分為實(shí)驗(yàn)試劑信息（包括鋁箔、氫氧化鈉溶液、二氧化碳、氫氧化鋁、硫酸溶液、硫酸鉀溶液、氧化鋁、明礬、鹽酸、氯化氫氣體、六水合氯化鋁）和實(shí)驗(yàn)操作信息（包括洗滌、灼燒、冷水浴、抽濾、干燥、晶體培養(yǎng)），實(shí)驗(yàn)試劑主要對(duì)應(yīng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，實(shí)驗(yàn)操作主要對(duì)應(yīng)分離提純。整個(gè)流程分為4 個(gè)部分，第一部分由鋁箔獲得氫氧化鋁，涉及的試劑有鋁箔、氫氧化鈉溶液和過(guò)量二氧化碳，操作涉及過(guò)濾。第二部分由氫氧化鋁轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸X，涉及的操作是灼燒。第三部分由氫氧化鋁得到明礬晶體，涉及的試劑有硫酸溶液和硫酸鉀溶液。第四部分由氫氧化鋁制得六水合氯化鋁，涉及的試劑為氯化氫氣體，操作有抽濾、洗滌、干燥。分類整理后學(xué)生就容易理解整個(gè)流程為鋁箔和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，通入過(guò)量二氧化碳又生成氫氧化鋁沉淀；采用過(guò)濾法分離難溶性液體和固體，因此膠狀固體為氫氧化鋁固體；加入鹽酸又反應(yīng)生成氯化鋁，所以溶液A 的主要溶質(zhì)為氯化鋁；經(jīng)蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過(guò)濾、洗滌、干燥系列操作得到氯化鋁結(jié)晶水合物。另外，工藝流程圖中以箭頭表示的流程步驟也是很有價(jià)值的信息，對(duì)理解過(guò)程變化有很大的幫助。例如，上述流程中由鋁箔變成的膠狀固體在分離步驟前處于水溶液體系中，而分離步驟后只剩膠狀固體，由此可斷定分離操作為過(guò)濾。

（2）多設(shè)疑問(wèn)，挖掘內(nèi)隱信息

有些實(shí)驗(yàn)圖像題給人關(guān)鍵信息缺失或者部分信息無(wú)法理解的感覺(jué)，這是命題者在設(shè)置題目時(shí)將部分可闡明題意的關(guān)鍵點(diǎn)內(nèi)隱所致。這類問(wèn)題主要出現(xiàn)在條件控制和方法選擇上，教師可以引導(dǎo)學(xué)生多設(shè)疑問(wèn)、層層推進(jìn)加以解決。例如，2017 年4月浙江選考化學(xué)第31題的圖像如圖4所示。

圖4

考題設(shè)問(wèn)“冰水浴冷卻的目的是什么”并要求回答出兩種。分析可知，冰水浴瓶為制取NaClO2的主反應(yīng)場(chǎng)所，冰水浴意為控制低溫條件。設(shè)疑1：條件控制和什么相關(guān)？（與物質(zhì)性質(zhì)相關(guān)）設(shè)疑2：瓶?jī)?nèi)物質(zhì)有哪些？（ClO2、H2O2和NaOH）設(shè)疑3：這些物質(zhì)的性質(zhì)中與溫度有關(guān)的有哪些？（ClO2常溫下為氣體，溫度越高溶解度越小，低溫有利于ClO2在水中溶解，充分反應(yīng)；H2O2熱穩(wěn)定性差，低溫可以減少分解）通過(guò)這樣的層層設(shè)疑，將題目中內(nèi)隱的ClO2和H2O2的性質(zhì)挖掘出來(lái)，使學(xué)生能夠正確理解題意并解答。

（三）夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)，加深模型認(rèn)知

高考命題要求立足中學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，因此許多考題的題干中會(huì)給出超出考試大綱的提示信息，要求學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)模型，運(yùn)用提示信息來(lái)完成推導(dǎo)過(guò)程，并基于提示信息和已有知識(shí)推理反應(yīng)原理和條件控制。在教學(xué)中教師要引導(dǎo)學(xué)生觀察提示信息，聯(lián)系知識(shí)模型。例如，圖5 為2016年10月浙江選考化學(xué)第31題的圖像。

圖5

其知識(shí)模型來(lái)自蘇教版《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》中摩爾鹽制備課題和七水硫酸鋅晶體制備的拓展課題，通過(guò)教學(xué)應(yīng)使學(xué)生建立從溶液中獲得結(jié)晶水合物的一般操作模型。類比題目中的硝酸銅晶體同樣帶有結(jié)晶水，從而得出蒸發(fā)濃縮的操作應(yīng)為蒸發(fā)至溶液表面出現(xiàn)晶膜為止。

又如，2020 年1 月浙江選考化學(xué)第30題（4）的圖像如圖6所示。

圖6

已知LiI·3H2O 在75～80 ℃轉(zhuǎn)變成LiI·2H2O，80～120 ℃轉(zhuǎn)變成LiI·H2O，300 ℃以上轉(zhuǎn)變成無(wú)水LiI；LiI 在空氣中受熱易被氧化。問(wèn)設(shè)備X 的名稱并說(shuō)明采用該方案可以提高LiI純度的理由。學(xué)生結(jié)合圖給的300 ℃的信息分析判斷出LiI·3H2O 完全失去結(jié)晶水，提示中還提到LiI易被氧化，結(jié)合這些信息推理出設(shè)備X 的作用應(yīng)為減少裝置內(nèi)的空氣，由此推斷它為減壓裝置（抽氣裝置）。

對(duì)工藝流程類型的問(wèn)題可以建立如下模型：①?gòu)奈镔|(zhì)轉(zhuǎn)化角度可以理解為由原料到產(chǎn)品。觀察產(chǎn)品的元素組成，分析原料中哪些元素是必需元素，分別由什么物質(zhì)提供，哪些元素是雜質(zhì)元素；對(duì)比原料和產(chǎn)品中核心元素的化合價(jià)，判斷是否需要加入氧化劑或者還原劑，若需要，原料中什么物質(zhì)起氧化或還原作用。②從實(shí)驗(yàn)操作角度可以理解為分離提純。厘清雜質(zhì)元素分別在什么步驟中去除，利用了什么性質(zhì)，采用了什么操作方法。③從變化原理角度可以理解為條件控制。原料、產(chǎn)品、添加劑分別具有什么性質(zhì)特點(diǎn)，采用什么溫度、溶液、催化劑等條件對(duì)流程最有利。通過(guò)這樣的模型構(gòu)建，學(xué)生便于把握工藝流程的題解題思路，形成關(guān)鍵能力。

（四）注重思維培養(yǎng)，提升分析能力

化學(xué)教學(xué)的目的應(yīng)體現(xiàn)在對(duì)學(xué)生思維習(xí)慣和分析能力的培養(yǎng)上。如對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的曲線圖像，怎樣引導(dǎo)學(xué)生以面（橫縱坐標(biāo)的意義）、線（變化趨勢(shì)）、點(diǎn)（特殊點(diǎn)的理解）的順序進(jìn)行觀察和理解，建立一般方法成了教學(xué)重點(diǎn)。例如，2018年11 月浙江選考化學(xué)第31 題的圖像如圖7所示。

圖7

設(shè)問(wèn)為“為了得到顆粒大小相對(duì)均一的較大晶粒，宜選擇何種方式進(jìn)行冷卻結(jié)晶”。學(xué)生的錯(cuò)誤解答主要有以下幾種：一是誤以為快速降溫的曲線最平緩，故顆粒大小相對(duì)均一；二是變速降溫的曲線有縱坐標(biāo)最高點(diǎn)，故選擇變速降溫（答案雖正確，但學(xué)生并未真正理解圖像意義）；三是忽視題目信息，機(jī)械教條地認(rèn)為緩慢降溫一定能得到較大顆粒的晶體；四是無(wú)法將橫縱坐標(biāo)建立聯(lián)系，只能盲選。要正確解答需弄清不同的結(jié)晶方式下不同顆粒大小的晶粒的分布。固定橫坐標(biāo)，曲線上點(diǎn)的縱坐標(biāo)高低代表質(zhì)量分?jǐn)?shù)的大小，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)大意味著該大小的晶粒占比大，相同大小的晶粒占比大又意味著晶粒相對(duì)均一，所以選擇變速降溫。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像題除了注重考查理論知識(shí)，還注重考查學(xué)生的關(guān)鍵能力。在平時(shí)教學(xué)中教師應(yīng)深入研究和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)圖像題考查關(guān)鍵能力的方式和類型，從而更好地指導(dǎo)學(xué)生，真正有效地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)關(guān)鍵能力。