馮桂明 陳玨姝

摘要：新高考背景下，針對高三化學專題復習，提出四點思考：情境創(chuàng)設，為復習課堂賦靈性;小組合作，為復習課堂添活力;分層教學，為復習課堂要效度;模型認知，為復習課堂提高度。以“電解原理的綜合應用”為例對高三化學專題復習作具體分析和闡釋。

關鍵詞：模型認知;電化學復習;電解原理;新高考

文章編號：1008-0546（2022）05-0066-07中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.015

一、問題的提出

1.新高考背景下高三化學不同層次班（物理類/歷史類）復習備考困惑

新高考的高考科目廣東省采用“3+1+2”模式（3是語文、數(shù)學、英語;1是物理和歷史二選一;2是等級考科目：化學、生物、政治、地理，四選二），取消文理分科，增加了學生的選擇權，期望實現(xiàn)學生個性化的全面發(fā)展。就廣州市而言，存在著十二種選考科目的組合方式。對于選修科目的教學，主要采用流動走班制教學模式。對于等級考科目——化學，出現(xiàn)物理類/歷史類不同選考類型的教學班，并且物理類的生源組合有物化生、物化政、物化地，歷史類的有史化生、史化政、史化地等。各種組合教學班學生的能力水平、思維方式差異很大，給教學帶來巨大的壓力和挑戰(zhàn)。如作為全國示范性高中的我校本屆高三學生自高二分班后歷次統(tǒng)考統(tǒng)改考試中，物理類與歷史類的教學班化學平均成績相差十幾分甚至二十幾分以上，并且，有同一老師同時任教物理類和歷史類化學班的情況。那么，如何在時間緊、任務重的高三復習備考中，高效地實現(xiàn)分層教學，使不同層次學生的能力得到合適的發(fā)展與提升，是目前亟待解決的問題。

2.電化學專題復習中存在的問題及思考

電化學是高中化學核心知識之一，歷來是學生學習的難點、高考化學的熱點。其理論性強，具有諸多抽象概念，涉及的題目靈活而新穎，相關問題的解決常常需要聯(lián)系氧化還原、離子反應和守恒法等知識，有很強的綜合性，導致學生在電化學專題學習過程中存在較大障礙。學生由于知識框架零散，知識記憶“碎片化”，缺乏認識問題的視野和角度，缺乏分析問題的有序思維，缺乏解決問題的系統(tǒng)性和規(guī)律性[1]。再加上，高考試題中情境陌生化、電池裝置多樣化等等都成為制約學生順利解決問題的重要因素。因此，在陌生情境、綜合問題中，教會學生如何分析關鍵要素，建立有序的思維框架，在新高考背景下的復習備考具有重要的研究意義。

3.高考試題分析研究給電化學復習的啟示

高考化學試題是高三復習備考的重要依據(jù)，對復習備考具有很好的導向性。通過對近幾年高考化學全國卷及廣東卷選擇題電化學題的分析，可以總結出以下幾個特點：電池裝置新穎，問題情境多樣，但設問方式較為常規(guī)?？荚噧热萃癸@基礎知識，學科思維能力和核心素養(yǎng)。高頻考點有：電極判斷，電極方程式的書寫，離子移動方向。題目具體的考查內容整理如表 1所示。而高考化學全國卷近幾年非選擇題電化學通常作為原理題或化工流程題的其中一問，主要是結合裝置或工業(yè)流程的電解法物質制備，考查電極判斷及電極方程式的書寫等。題目具體的考查內容整理如表2所示。

通過訪談調查，學生普遍認為：電化學的題目，尤其是選擇題，情境新穎、信息量大，面對新型復雜電池裝置，存在畏懼心理，無從下手，思路混亂，難以掌握方法和規(guī)律。實際上，通過高考試題分析研究，不難發(fā)現(xiàn)電化學相關題目雖然電池裝置新穎，問題情境多樣，但設問方式還是較為常規(guī)的，考試內容凸顯基礎知識，學科思維能力和核心素養(yǎng)。學生解電化學題的主要障礙在于在新情境中面對新型復雜的電池裝置心理負擔大，解題思路混亂。因此，幫助學生克服障礙，需要幫助學生根據(jù)自身已有的知識經(jīng)驗，將新型復雜的電池裝置化繁為簡，建構自己的理解，優(yōu)化解題思路，并將解題思路有序化、結構化、可視化。

二、基于模型認知的“電解原理的綜合應用”教學案例

1.教學設計思路

“模型認知”是高中化學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版2020年 修訂）》明確提出了“通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質和規(guī)律”[2]。其更高的水平要求是：能對復雜的化學問題情境中的關鍵要素進行分析，建立解決復雜化學問題的思維框架，并選擇不同的模型綜合解釋或解決復雜的化學問題。認知模型有利于微觀世界可視化，抽象事物具體化。模型認知對學生建構知識，提升分析、解決問題的能力有很大的幫助。能反映知識本質的認知模型有利于學生認知結構化[3]，問題解決思路化。

模型的建立需要學生根據(jù)自身已有的知識經(jīng)驗，利用題示信息解決新情境中的問題，建構自己的理解，并將這種理解以結構化的形式表達出來[1]。因此，基于模型認知的教學需要合理組織結構化的教學內容，包括知識框架結構化和認知思路結構化。在高考復習過程中，教師通常將教學重心放在知識框架結構化的建立上，往往忽視對學生認知思路結構化的培養(yǎng)，而這正是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的關鍵。因此，在復習過程中，需要合理組織教學內容，創(chuàng)設真實的問題情境，幫助學生形成解決問題的有序思維與核心觀念，建構認知模型[4]，并幫助學生學會運用模型分析并解決具體的問題。

對此，筆者嘗試在高三電化學復習中以氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水為問題情境幫助學生建構認知模型，建立有序的思維框架，優(yōu)化解題思路，并運用模型合理設計電池，在陌生情境、綜合問題中，分析關鍵要素，鞏固模型，攻破復雜電池問題。

2.教學過程

【課前復習指引】

任務一：根據(jù)2018-2021年電化學選擇題和非選擇題考查內容（表1 和表2），請同學們總結出高頻考點并寫出復習目標。

任務二：請同學們結合電解池模型，分析惰性電極電解飽和食鹽水的工作原理，寫出電極方程式，找出兩極得到的物質。

環(huán)節(jié)一：建立模型，有序分析電池

【情境1】氯氣和燒堿是工業(yè)生產(chǎn)的重要化工原料，主要來源于電解飽和食鹽水。

任務1：某同學設計了如圖1所示裝置（AB 均為惰性電極），探究氯堿工業(yè)原理。請你結合電解池模型（如圖2），分析其工作原理，寫出電極方程式，找出兩極得到的物質。

【學生展示】分析問題解決的思路。

【教師點撥】我們可以結合模型，有序地分析問題（如圖3）。

①首先找出得失電子場所陰陽極。②接著分析外電路電子導體中電子的移動方向。其中，電子從電源的負極流入陰極。③進而分析電解液中的微粒運動情況。由于陰極帶負電，吸引溶液中的陽離子Na+和水電離出來的 H+移動過來;陰離子 Cl-以及水電離出來的 OH-則向陽極移動。④最后分析電極反應物和電極產(chǎn)物。還原性較強的微粒Cl-在陽極失電子產(chǎn)生氯氣;而氧化性較強的微?！婋x出來的H 就+在陰極得電子產(chǎn)生氫氣，由于水電離出來的H+不斷參與電極反應被消耗，因此促進了水的電離平衡，產(chǎn)生了OH-，使得陰極附近溶液呈堿性。

設計意圖：為學生創(chuàng)設真實的工業(yè)生產(chǎn)情境，以任務驅動的方式，激發(fā)學生學習的積極性。通過提問學生，聆聽其分析思路，了解學生的思維方式。并用模型將思維外顯，引導學生有序地分析電池，幫助學生建立模型。

問題1：氯堿工業(yè)主要是生產(chǎn)氯氣和燒堿，請問該裝置能實現(xiàn)嗎？為什么？

問題2：如何改進？

問題3：選擇什么隔膜？

【資料卡片】離子交換膜是一種含有離子基團的、對溶液中離子具有選擇性透過的高分子膜。根據(jù)透過的微粒類型，離子交換膜可以分為多種，在高考試題中，主要出現(xiàn)的是陽離子交換膜（如2021年廣東卷 T16、2020年全國Ⅲ卷 T12和 T26、2019年全國Ⅰ卷 T12、2018全國Ⅰ卷T27、2018年全國Ⅲ卷T27）、陰離子交換膜（2021年廣東卷T16、2014年全國Ⅰ卷T27）和質子交換膜（2020年山東卷T13、2018年全國Ⅰ卷 T13、2015年全國Ⅰ卷T11）三種。

【小組討論并匯報】圖4是氯堿工業(yè)中用離子交換膜法電解食鹽水的示意圖。你會選擇什么隔膜？你是如何分析的？氯氣和燒堿分別在哪里得到？

【小結】請你總結隔膜的作用。

①能將兩極區(qū)隔離，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質接觸，防止發(fā)生化學反應。

②能選擇性的通過離子，起到平衡電荷、形成閉合回路的作用。

【教師點撥】隔膜的合理使用帶來了巨大的經(jīng)濟價值！

設計意圖：通過一系列問題串，以小組討論并匯報的形式，在有隔膜的電池情境下，再次鍛煉學生有序地分析問題的能力。教師可以通過學生的匯報，了解學生們模型建立的情況，思路模糊或混亂的，可以幫助其修正和建立完善的模型。通過詳細介紹隔膜以及讓學生總結隔膜的作用，能讓學生充分認識隔膜，并了解到隔膜的合理使用會帶來巨大的經(jīng)濟價值，培養(yǎng)學生的社會責任感和化學價值認同感。

環(huán)節(jié)二：運用模型，合理設計電池

【情境2】電滲析法處理含NaNO3廢水。

【分層教學，小組討論并匯報】

任務2：含氮廢水的過度排放會導致水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題。請你結合電解原理，在圖5基礎上設計一個既能處理NaNO3廢水，還能聯(lián)合生產(chǎn)硝酸和燒堿的裝置。

【教師點撥】隔膜的合理使用帶來了巨大的經(jīng)濟價值的同時，還創(chuàng)造了重要的社會效益！

【追問】假如你是命題者，你會設置怎樣的問題考查大家？

【展示】（2018·廣州二模）用電滲析法可將含硝酸鈉的廢水再生為硝酸和氫氧化鈉，其裝置如圖6 所示。下列敘述不正確的是（ ）

A.膜a、膜c分別是陰離子交換膜、陽離子交換膜

B.陽極室、陰極室的產(chǎn)品分別是氫氧化鈉、硝酸

C.陽極的電極反應式為2H2O-4e-=4H++O2↑

D.該裝置工作時，電路中每轉移0.2 mol 電子，兩極共生成氣體3.36 L（標準狀況）

設計意圖：在情境任務中引導學生靈活運用模型，合理設計方案解決電滲析法處理含NaNO3廢水問題。對于不同層次的學生，可通過鋪設不同的問題臺階，幫助不同層次的學生發(fā)展不同層次的水平。

環(huán)節(jié)三：鞏固模型，攻破復雜電池

【情境3】新型/復雜電池

（1）（2020·山東卷）采用惰性電極，以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水的裝置如圖7所示。忽略溫度變化的影響

下列說法錯誤的是（? ）

A.陽極反應為：2H2O--4e-=O2↑+4H+

B.電解一段時間后，陽極室的pH未變

C.電解過程中，H+由a極區(qū)向b極區(qū)遷移

D.電解一段時間后，a極生成的 O2與b極反應的 O2等量

課堂實錄節(jié)選：

【A小組組長匯報】（1）選B

首先，圖7有外接電源，判斷為電解池。接著，看裝置右邊，通入 O2，生成H2O2，氧元素化合價降低，是得電子的還原反應，得電子的陰極，因此b極是陰極，a 極就是陽極，選項A有 O2生成，符合圖示，正確;B項根據(jù)A 的電極反應，有H+生成，pH會降低，所以錯誤; C項，陽離子 H+由陽極a移向陰極b，正確;D項，O2的 生成與O2消耗應該是等量的，所以正確。

【教師點撥】對于A項的分析，請再認真分析題目的情境，看能否找到關鍵要素，作出更準確的解析; B 項是否漏了關鍵信息？碰到障礙時能否借助我們剛才建立的模型進行有序的分析？

【A小組組長再次匯報】（1）選D

我們小組用電池“模型”再次分析，如圖8所示。根據(jù)題干信息“以去離子水和氧氣為原料通過電解法制備雙氧水”得知，去離子水和氧氣是原料，因此裝置中的液體為去離子水。裝置左邊，由 H2O生成 O2，氧元素化合價升高，是失電子的氧化反應，因此a極就是陽極。裝置中離子導體的移動方向：陽極吸引水電離出來的 OH-過來，放電生成 O2，促進了水的電離平衡正向移動，c（H+）增大。ab兩極之間是質子交換膜，只允許質子（H+）通過，由于左邊陽極區(qū) c（H+）增大，為了平衡電荷，H+會透過質子交換膜去到陰極區(qū)。根據(jù)以上分析，結合裝置中電極反應物和反應產(chǎn)物，寫出電極反應方程式，陽極：2H2O-4e-=O2↑+4H+，陰極： O2+2e-+2H+=2H2O2。因此，選項AC正確，B 中說是“電解一段時間后”，由于H+會透過質子交換膜去到陰極區(qū)以平衡電荷的，因此陽極室pH未變也是正確的; D 聯(lián)系陰陽極電極方程式，根據(jù)得失電子守恒法，陽極產(chǎn)生的氧氣只有陰極消耗氧氣的一半，D錯誤。

（2）（2019·廣東揭陽二模改編）用間接電化學法可對大氣污染物NO進行無害化處理，其工作原理如圖9所示。

①電極Ⅰ為極，電極反應式為：;

②電解時H+由電極向電極遷移;

③每處理1molNO，可同時得到gO2。

（3）（2021·廣東卷）鈷（Co）的合金材料廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。圖10為水溶液中電解制備金屬鈷的裝置示意。下列說法正確的是（? ）

A.工作時，I室和Ⅱ室溶液的pH均增大

B.生成1 mol Co，I室溶液質量理論上減少16 g

C.移除兩交換膜后，石墨電極上發(fā)生的反應不變通電

D.電解總反應：2CO2++2H2O 2CO + O2↑+4H+

設計意圖：在新型復雜電池裝置的情境中，教會學生如何分析關鍵要素，建立有序的思維框架。只有將建立的模型不斷地應用在新情境問題解決中，才能得到內化，從而鞏固模型，促進模型認知能力的切實提升。

環(huán)節(jié)四：分享·感悟

【學生分享】請同學們通過本節(jié)課電解池的學習，分享自己的學習體會和收獲。

三、新高考背景下高三化學專題復習教學的幾點思考

1.情境創(chuàng)設，為復習課堂賦靈性

近幾年高考試題把立德樹人放在首位，閱讀材料的選擇融合五育并舉，體現(xiàn)時代性，緊扣熱點問題，凸顯正確價值觀的判斷和追求，強調在真實情境下的教學實踐?；瘜W試題都是以真實情境設置問題考查學科主干知識和甄別學生核心能力。正如，今年廣東卷的第9題（為火星探測器供電的新型全固態(tài)電池）和16題（電解制備金屬鈷），以及全國Ⅰ卷（電解處理冷卻水）、全國Ⅱ卷（電解合成乙醛酸），這幾道電化學題的真實情境，對于學生來說都充滿著陌生感。

那么，如何克服這種情境陌生感所帶來的心理壓力，如何應對新情境下的各種問題。這必須要求我們一線教師在平時常態(tài)復習課中盡可能為學生創(chuàng)設真實情境，只有不斷地在真實情境、陌生情境、綜合問題中，教會學生分析關鍵要素，建立有序思維框架，才能更好地培養(yǎng)學生的關鍵能力，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，使之將來能在日新月異、瞬息萬變的社會得以更好地發(fā)展。

筆者認為情境創(chuàng)設賦予了復習課堂以靈性，不同的情境可以引領學生往不同的方向走，教師也可以帶領著學生在各種情境中過關斬將，達成目標。情境不單純是復習的一個基調一種氛圍，它更是學生能力得以鍛煉的關鍵布陣。在復習中教師應該關注科研、生產(chǎn)和生活熱點，創(chuàng)設真實問題情境，以教學主題整合考點，并設計驅動性的學習任務，組織學生開展多樣化的學習活動，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

2.小組合作，為復習課堂添活力

在復習備考中，需要老師高位引領，充分調動學生學習的積極性與主動性，少講多練。小組合作，是學生自主、互助學習的好方式。

我們嘗試在復習備考中采用小組討論、組員匯報、組長總結等小組合作的方式，調動學生學習的積極性，增加學生的參與度，讓漫長枯燥的復習備考課堂充滿活力。學生在討論中找到自己缺漏的知識點，在交流中拓展了自己的思路，在匯報中提升了自己的思維，表達總結能力也得到很好的鍛煉。老師在聆聽中了解學生的具體思路，可以適時點撥幫助學生優(yōu)化思路，形成解題的有序思維模型。

3.分層教學，為復習課堂要效度

新高考背景下，學生選科組合多樣化，各種組合教學班學生的能力水平、思維方式差異很大。在時間緊、任務重的高三復習備考中，需要教師分層教學，使不同層次學生的能力得到合適的發(fā)展與提升。

教師可以在相同的教學框架下，通過設計不同的學生活動形式或鋪設不同的問題臺階，幫助不同層次的學生發(fā)展不同層次的水平。例如：對思維能力較強的物理類學生的設問上需要適當增大思維容量，對形象記憶能力較強但抽象思維能力較薄弱的歷史類學生的設問需要多搭腳手架，多鋪設問題臺階等。這樣的復習能兼顧不同層次學生能力的發(fā)展，使專題復習更精準、高效。

4.模型認知，為復習課堂提高度

高三專題復習，需要全面透徹地研究歷年高考真題及各地模擬題，探尋試題設問的相似性，總結問題解決的規(guī)律性，引導學生在對比分析、歸納總結的基礎上，對問題解決過程進行有效的提煉與簡化，并使之思路外顯，這樣才能更好地建立認知模型。同時，建立的模型需要不斷地應用在新情境問題解決中才能得到內化，“建立模型”與“運用模型”要相互結合才能有效“鞏固模型”，促進“模型認知”能力的徹底提升。模型也只有應用在不同的問題情境中，并不斷地修正和完善，知識才能升華，思維才能提升，核心觀念才能得以發(fā)展。所以，教師在專題復習中既要引導學生不斷總結提煉，形成結構化的知識思路，也要帶領學生學以致用，鞏固模型。所以，促進模型認知的教學值得貫穿在高三化學專題復習始終。超越龐雜、零散的知識體系，幫助學生在更多的復習專題中挖掘、梳理、建構認知模型，優(yōu)化專題復習思路，提升專題復習效率，在“時刻與時間賽跑”的高三復習備考中值得我們做出更多的努力。

參考文獻

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