重庆 王 明 王文佳
学生掌握的化学知识越多并不代表其化学素养越高。因为没有形成网络的化学知识是零散和杂乱无章的，不方便学生掌握和随时提取。例如一个高三学生一年内做了一万五千道化学试题，另一个学生只做了一万道，能保证做题多的学生化学素养一定强，高考成绩一定好吗？当然不能。若做题较少的学生在解题过程中不断总结并提取出解题模型，落实了化学学科的核心素养，高考成绩极有可能会更好。
“学知识”是指学生通过课堂学习教材和《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》中所要求的化学知识，教师在教学中需要重点突出“用教材”而不是“教教材”。学生学习化学知识的目的是落实化学学科核心素养，即“长本事”，就是获取“举一反三”的“一”。学生掌握了本领后，需要“能迁移”，即运用本领解决学习和考试中遇到的新问题。素养的迁移就涉及了“分析、评价和创造”的高阶思维，也涉及了模型的创新应用，这是时代对学生提出的现实要求。
化学学科核心素养的形成和发展，离不开化学学科知识的教与学，不能脱离具体的化学科学知识的教学来进行空中楼阁式的“素养为本”教学。人教版新教材选择性必修一第二章和第三章，是学生学习最困难，也是高考化学试题考查中最难的部分。从本源来看，任何一个化学问题或者一道化学试题，都可以分解为几个不复杂的小问题。恰好化学学科很年轻，比物理学科晚100年，比数学学科晚1 000年，很多理论不全面、不完善，导致化学知识中有很多需要注意的细节。因此，学生想要“长本事”，必须要先突破细节知识。这就要求化学教师有“放大细节”的意识和习惯。
1.1 固体或纯液体的浓度为什么为定值？
1.2 固体和纯液体能否表示化学反应速率？
教学中，教师习惯给学生强调“不选择固体或纯液体来表示化学反应速率”。真实情况是学生现在没有实践经验，但以后在某些工作岗位上他们会猛然发现，工业生产中经常用固体物质来表示化学反应速率，只是不能用单位时间内浓度变化来表示其反应速率，纯液体也是一样的。2019版北师大版教材选择性必修一明确说明“此时可以用单位时间内质量或者物质的量变化来表示化学反应速率”。
1.3 速率之比一定等于方程式计量系数之比吗？
1.4 水的浓度什么时候为定值？
浓溶液中，H2O的“浓度”不能认为是定值。例如，无水乙醇和冰醋酸在浓硫酸催化的酯化反应中，可以用水的“浓度”变化表示反应速率。原因在于整个体系里面水的量很少，相当于是水的有机溶液，此时水可以认为是溶质。
上面的问题在人教版教材第60页的练习题中有充分体现：“在一定温度下，冰醋酸稀释过程中溶液的导电能力变化如图1所示，请填写下列空白。”
图1
任何一门理论学科都有从定性向定量发展的趋势，蓬勃发展中的化学学科也不例外。人教版2019版教材中，“定量意识”被提到了相当高的地位，教材正文中平衡常数、转化率、电离平衡常数和酸碱中和滴定的计算占了相当大的篇幅。并且，教材方法导引中，专门介绍了“定性分析与定量分析”。为了有效提高学生的“定量意识”，笔者在教学中做了下面的尝试，获得了很好的教学效果。
2.1 中和滴定实验的定量变化
酸碱中和滴定是高中阶段最重要的定量实验，2019版人教版教材中变化主要体现在以下三个方面：一是教材的学生实验中明确了每滴溶液的体积约是0.04 mL；
二是滴定终点操作变为——滴入最后半滴标准溶液后混合溶液颜色改变，且半分钟内不变化；
三是数据处理时不再是多次所用标准溶液取平均值，而是每次计算出待测液浓度，然后多次浓度取平均值。上面的三个变化都是为了让计算更准确，误差更小。
2.2 酸碱中和滴定突变范围的定量分析
为了让学生能看到酸碱混合后，平淡无奇的宏观现象下混合溶液pH(室温，下同)的突变。教学中笔者特意设计了下面的简单计算，并加以数字化仪器演示证实。
【例1】向10 mL 0.1 mol·L-1的NaOH溶液中，逐滴加入0.1 mol·L-1的盐酸溶液。回答下列问题：(1)当所加盐酸体积为10 mL时，溶液的pH为多少？(2)当加入的盐酸体积为9.98 mL(少加半滴)时，溶液的pH为多少？(3)当所加盐酸体积为10.02 mL(多加半滴)时，溶液的pH为多少？(4)绘制出NaOH溶液中滴入盐酸溶液的pH变化示意图。
若将题目改为：向10 mL 0.1 mol·L-1的盐酸溶液中，逐滴加入0.1 mol·L-1的NaOH溶液，按照上题的分析过程，绘制出盐酸溶液中滴入NaOH溶液的pH变化示意图。
经过计算，绘制出pH变化示意图如图2和图3所示，学生真正地看到了“混合溶液pH的突变”。
图2
图3
2.3 指示剂选择的定量分析
以往的教学中会安排学生记住“强酸强碱反应选择甲基橙、酚酞作指示剂都可以；
强酸与弱碱反应选用甲基橙为指示剂；
强碱与弱酸反应选用酚酞为指示剂”。记住结论后，学生确实可以运用去解决一些问题，但总有“惴惴不安”的感觉。原因在于学生并没有理解这样选择指示剂的原因何在。实际教学中笔者利用定量计算，借助化学“四重表征”中的图像，解决了这个问题。
强酸与强碱反应混合溶液的pH变化如上述图2和图3所示，其中图2表示强碱滴入强酸中的情况，图3表示强酸滴入强碱的情况。pH的突变范围贯穿酸性和碱性区间，所以强酸与强碱反应，不管选择用甲基橙(3.1～4.4)还是酚酞(8.2～10)为指示剂，都可以准确指示终点(误差很小，多半滴或者少半滴)。
将强酸换为弱酸，即0.1 mol·L-1NaOH溶液滴定10 mL 0.1 mol·L-1CH3COOH(pH约为3)溶液，混合溶液pH随NaOH溶液加入体积的变化曲线(为了方便观察，强酸的曲线也保留了下来)如图4所示，反应终点后的曲线几乎重合，因为此时溶液的pH取决于加入的同浓度的NaOH溶液。pH的突变范围比强酸反应“短了一截”，原因是起点的pH较高约为3。此时突变范围变窄，偏酸性部分丢失(偏碱性的部分仍然保留)，为了准确指示终点，此时最好选用酚酞(变色范围8.2～10)为指示剂。
图4
同理，将强碱换为弱碱，即0.1 mol·L-1HCl溶液滴定10 mL 0.1 mol·L-1氨水(pH约为10)溶液，混合溶液pH随HCl溶液加入体积的变化曲线(为了方便观察，强碱的曲线也保留了下来)如图5所示，反应终点后的曲线几乎重合，原因和上述相同。突变范围“短了一截”，原因是起点的pH较低约为10。突变范围变窄，偏碱性部分丢失(偏酸性部分仍然保留)，为了准确指示终点应使用偏酸性的指示剂甲基橙(变色范围3.1～4.4)。
图5
“学科融合”并不是个新概念，高考试题也一直在对此做出各种尝试(有成功的，也有不成功的)。进入新世纪以来，随着科技的进步，知识更新越来越快，化学教师也越来越向专业化发展。一方面，这种趋势迅速提升了高中化学教师的专业水平；
另一方面，太过专业化发展的问题也在不断显现。相信大家都对2018年全国卷Ⅰ第8题中“酶是一类具有高选择催化性能的蛋白质”的说法记忆深刻。从生物学的角度来看，这个说法明显错误，但它却躲过了各类化学专家的“法眼”，出现在了高考试题中。已知的知识越来越多，学科边界也越来越模糊，很多问题只靠一门专业知识无法解决，光靠单独的个体也很难有新的突破。时代要求化学教师应该从“专家”向“杂家”转变，应该从“一专一能”向“一专多能”转变。
3.1 化学中的数学思想
随着知识的发展和技术的进步，很多新方法和新设备不断出现在中学教育阶段。化学也从原来的“三重表征”发展成了“四重表征”——多了“图像”表征，其实就是多了函数图像。在这样的现实背景下，高考试题中理所当然出现了化学和数学的融合，函数图像便是其具体体现。全国卷高考试题中此类函数图像经常出现，2020年和2021年高考全国卷、山东卷的化学试题部分对此又做出了新的探索和示范，相信这个趋势还会一直保持下去。
【例2】(2017·全国卷Ⅰ·13节选)“常温下将NaOH溶液滴加到己二酸(H2X)溶液中，混合溶液的pH与离子浓度变化的关系如图6所示”。
图6
从数学的角度，图像中还有没有值得探究的问题呢？由于化学教师数学知识的贫乏，很多时候本题的讨论就到此结束了。其实学生还有一点迷思问题：“高考试题中，两条直线怎么看起来是平行的？它们真的平行吗？”
在上述的一次函数表达式①和②中，pKa1与pKa2均为常数，两条直线的斜率均为1。所以在坐标图中两条直线肯定是相互平行的。
有了上面的数学函数思想，很多问题就可以避免了。如流传极广的一道试题：“常温下，将NaOH溶液分别加到HA、HB两种弱酸溶液中，两溶液中pH与粒子浓度比值的对数关系如图7所示，已知pKa=-lgKa。下列有关叙述错误的是”，配图如图7所示。这道试题流传甚广，很多教师觉得题目命制得相当好，完美地模仿了高考试题。不过，有上面的数学函数思想后，大家容易发现“所配图像完全错误”。正确的图像应如图8所示。这个明显错误，为什么大部分教师却反而发现不了呢？究其原因，化学和数学完全被割裂开了，化学教师的数学水平已经无法满足教学的需求。数学是所有学科的基础，渗透到了生活的方方面面，广大化学教师必须对此高度重视。毕竟，错误的认识永远不可能转化本领，并落实核心素养。
图7
图8
3.2 化学中的其他学科思想
除了上述与数学和生物学的深度融合外，化学与其他学科间的融合实例还有很多。比如，很多分离提纯的实验方法，过滤、蒸发、蒸馏、分馏、萃取、重结晶等，还比如光谱分析，本质就是物理思想和物理方法在化学中的体现。正是由于这些物理方法和手段的大量使用，才极大地促进了化学学科本身的发展。
3.3 学科内部的融合
化学学科内部，比如有机和结构的融合，也是教师需要重点关注的问题。以往的高考理综试题中，有机和结构是选做，试卷中不会出现有机与结构的融合。整合目前的信息来看，新高考中有机和结构都是高中的必考内容。这样有机和结构的相关知识，肯定会在某种程度上进行融合，并在各级考试中加以体现。这又将是一个题目命制的热点和难点，化学教师和选择化学的学生都需要做好充分的知识储备和心理准备。
化学课堂教学中教师既要重视本事的建构，又要重视本事的迁移，在解决真实化学问题的活动中，为学生提供化学学科素养的表现机会。各种测试就为学生的核心素养提供了展示的机会，也为教师在课堂中核心素养的落实情况提供了定量依据。教学中教师必须对试题的命制引起高度重视，因为这是“教、学、评”中最后一环——评价环节不可或缺的部分。
本文系2021年重庆市教育学会重点课题“基于生活教育理论的高中化学实验教学研究”(课题编号：XH2021A125)阶段性研究成果。
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