全國第十屆實驗教學(xué)創(chuàng)新研討會論文集-論筆試型化學(xué)實驗?zāi)M試題的評價和教學(xué)導(dǎo)向功能

論筆試型化學(xué)實驗試題的評價和教學(xué)導(dǎo)向功能吳思杰（杭州市普通教育研究室310003）摘要將筆試型化學(xué)實驗試題的命題“重心前移”及注意考查實驗的細節(jié)能有效測試和評價學(xué)生的實驗?zāi)芰翱茖W(xué)素養(yǎng)，從而發(fā)揮實驗試題關(guān)注實驗、注重過程的教學(xué)導(dǎo)向功能。關(guān)鍵詞實驗試題評價實驗?zāi)芰虒W(xué)導(dǎo)向評價是試題的一個重要功能，正因為如此，試題對教學(xué)有一種導(dǎo)向功能?；瘜W(xué)實驗試題可分為操作型和筆試型兩類。通常認為操作型的化學(xué)實驗試題以測試學(xué)生實驗操作能力見長，但因其測試費時費力，測試成本昂貴，評價標準不易統(tǒng)一，難以在大規(guī)模考試中廣泛應(yīng)用，因而“叫好不叫座”。在各類化學(xué)考試評價中筆試型實驗試題仍是考查實驗?zāi)芰Φ闹饕问?。一些學(xué)校的學(xué)生平時很少有真正的化學(xué)實驗活動，教師在教學(xué)中往往以“黑板實驗”、“敘述實驗”代替了真實的化學(xué)實驗。學(xué)生在考試時，僅僅依靠“背誦實驗”、“想象實驗”來解答筆試型實驗試題也獲得了不低的分數(shù)，這就使化學(xué)實驗?zāi)芰Φ目疾橄萑肓艘环N尷尬境地。如何使筆試型實驗試題能有效地考查、評價學(xué)生的實驗?zāi)芰?，從而對教學(xué)產(chǎn)生重視實驗、關(guān)注過程、探究方法的正確導(dǎo)向是當前的化學(xué)教學(xué)的研究熱點和熱門話題。觀點一：將筆試型實驗試題的命題“重心前移”有利于全面評價實驗思維能力。如何全面地認識化學(xué)實驗?zāi)芰δ?？我們不妨先分析化學(xué)實驗的全過程。課題定向：確定實驗要解決的問題方案設(shè)計：構(gòu)思原理、試劑、裝置、操作等。實驗操作觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)整理、思考、形成結(jié)論課題定向：確定實驗要解決的問題方案設(shè)計：構(gòu)思原理、試劑、裝置、操作等。實驗操作觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)整理、思考、形成結(jié)論從化學(xué)實驗的全過程來看，學(xué)生化學(xué)實驗?zāi)芰τ啥喾N要素組成，它包括發(fā)現(xiàn)、選擇和明確課題的能力；構(gòu)思、選用實驗方法和設(shè)計實驗方案的能力；使用和加工儀器的能力；實驗操作的能力；觀察實驗，收集有關(guān)事實、資料、數(shù)據(jù)的能力；分析研究和處理事實、資料、數(shù)據(jù)，形成概念，作出判斷、推理和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的能力；表述實驗及其結(jié)果、最終解決問題的能力等。所以化學(xué)實驗的能力應(yīng)該是復(fù)蓋實驗全過程的一種綜合能力。這里有一種最為核心的東西，我們不妨將其稱為實驗思維能力。傳統(tǒng)的筆試型化學(xué)實驗試題，主要考查學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、整理和處理實驗數(shù)據(jù)，分析和得出實驗結(jié)論的能力，這是實驗過程的最后兩個環(huán)節(jié)。從化學(xué)實驗的全過程來看，化學(xué)實驗?zāi)芰Φ慕M成要素中，首先是發(fā)現(xiàn)、選擇和明確課題的能力。其次是構(gòu)思、選擇、運用實驗方法和設(shè)計實驗方案的能力。這些能力往往更能反映實驗者的自主、創(chuàng)新精神。所謂將筆試型實驗試題的“重心前移”，就是指將實驗試題命題“重心”移至實驗的前兩個環(huán)節(jié)中，從而更全面地實現(xiàn)對實驗思維能力的評價和考查。例1：為了測定不同電解質(zhì)的水溶液的導(dǎo)電能力是否相同，設(shè)計如下圖所示的實驗，鹽酸CH3COOH溶液NaOH溶液NaCl溶液氨水請回答下列問題：（1）本實驗取了鹽酸、CH3COOH溶液、NaOH溶液、NaCl溶液和氨水五種溶液，若要再增加一種溶液，你認為選取下列哪種溶液最為合適？（A）硫酸鈉（B）氯化鈣（C）氫氧化鋇（D）硝酸鉀（2）為了排除無關(guān)因素的干擾，本實驗應(yīng)控制多種實驗條件，如燒杯的規(guī)格相同、燒杯內(nèi)溶液的體積相等、相同的電極材料、各電極間的距離相等、溶液的溫度相同等，除此外，你認為還應(yīng)控制的最關(guān)鍵的條件（或因素）是。（3）本實驗通過觀察到現(xiàn)象，間接說明不同電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力是不同的。（4）通過本實驗，證實了不同的電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力是不同的，從而可直接推出的結(jié)論是。參考答案：（1）D（2）五種溶液的物質(zhì)的量濃度相同（3）燈光亮度不一（4）不同電解質(zhì)在水中的電離程度是不同的。本題的第（1）、（2）小題命題的視角指向了對實驗方案的設(shè)計和對實驗原理的理解，要求學(xué)生能根據(jù)“測定不同電解質(zhì)的水溶液的導(dǎo)電能力是否相同”的實驗?zāi)康脑O(shè)計實驗方案，考查了學(xué)生對實驗原理的理解和對實驗條件的控制能力。觀點二：筆試型實驗試題通過對實驗細節(jié)的考查，可以間接評價學(xué)生的實驗操作經(jīng)驗和能力。筆試型實驗試題只能通過間接的方式對學(xué)生實驗操作能力進行考查。在日常的學(xué)習(xí)中，如果學(xué)生不做實驗，只是教師“說實驗”，學(xué)生“背實驗”來對付考試，學(xué)生很難會注意到實驗中的細節(jié)問題。能否處理好實驗細節(jié)問題與平時實驗訓(xùn)練以及長期訓(xùn)練后積累的實驗經(jīng)驗有著一定的聯(lián)系。因此，考查實驗操作細節(jié)可成為間接考查學(xué)生是否真正做過實驗的一種方法。一般情況下，可做這樣的推論：多做實驗的學(xué)生得到多次訓(xùn)練，其實驗操作能力也會得到相應(yīng)增強。例2：把鈉放入滴有石蕊試液的水中，下列現(xiàn)象不易觀察到的是（B）A．鈉浮在水面上 B．溶液中產(chǎn)生較多氣泡C．水溶液變?yōu)樗{色 D．例3：在燒杯中放入5g苯酚，再加入10g水，充分攪拌后靜置，取其溶液5mL于試管中，再滴入濃溴水2滴。充分振蕩后最終試管中可觀察到的現(xiàn)象是（B）A．產(chǎn)生白色沉淀B．無沉淀產(chǎn)生C．溶液分層D．溶液變淡黃色例3在題干中描述了一個過量的苯酚溶液和溴水反應(yīng)的實驗情境，有實驗經(jīng)驗的學(xué)生都會對在實驗過程中遲遲不能出現(xiàn)的白色沉淀而有深刻的印象，但背誦實驗的考生則會根據(jù)苯酚和溴水發(fā)生取代反應(yīng)的性質(zhì)，選A而落入題設(shè)的圈套。該題在本地區(qū)考試中通過率僅為24%，這說明學(xué)生“背實驗”來對付考試的現(xiàn)象還較為嚴重。例4：某學(xué)生嘗試分別用下圖中集氣裝置A和集氣裝置B來收集少量的CO2氣體。當選用集氣裝置（選填“A”或“B”）可收集到較多的氣體。經(jīng)試驗，該學(xué)生最終選用集氣裝置B來收集CO2。其選擇裝置B的原因是。參考答案：A；選用B裝置操作較為簡便。若選用A裝置將導(dǎo)管移出試管時，會造成大量氣體逃逸且操作也不方便。解答本題第（1）小題，學(xué)生抓住CO2氣體和水的接觸時間長短來判斷CO2氣體溶解量的多少，從而推測A裝置可收集到較B裝置多的氣體，這只需通過純思維活動就可解答。從測試情況看，這一問學(xué)生一般沒有困難（通過率為87%）。而本題的第（2）小題學(xué)生就很難僅靠思維活動來解答，實驗操作經(jīng)驗豐富的學(xué)生知道A裝置收集滿氣體后，很難做到將玻璃導(dǎo)管從試管中取出來而不使氣體泄漏。這里學(xué)生的操作經(jīng)驗起到了關(guān)鍵的作用。第（2）小題通過率僅為45%。觀點三：筆試型實驗試題具有將教學(xué)從關(guān)注結(jié)果導(dǎo)向關(guān)注過程的功能。在一次地區(qū)級課題為“乙醇的性質(zhì)”的優(yōu)質(zhì)課評選活動中，筆者作為評委在聽課過程中發(fā)現(xiàn)，三位參賽老師均做了乙醇和金屬鈉反應(yīng)的實驗，但教學(xué)的組織方式有很大的差異；教師甲：在試管內(nèi)做了演示實驗，證明反應(yīng)產(chǎn)生了氫氣，即停止了演示。由于可見度不高，學(xué)生并不能清楚地觀察到實驗現(xiàn)象的細部，也沒有觀察到金屬鈉最終是如何完全消失的實驗現(xiàn)象。教師乙：在培養(yǎng)皿內(nèi)做了演示實驗，并通過大屏幕投影，學(xué)生除了觀察到實驗中產(chǎn)生的泡外，甚至能清楚地觀察到反應(yīng)前期金屬鈉的棱角。教師丙：采用四人分組實驗的方式，讓學(xué)生親自動手實驗，學(xué)生興趣十分高漲，許多學(xué)生切了一粒鈉反應(yīng)后仍意猶未盡，反復(fù)實驗直至將試劑瓶內(nèi)所有的鈉粒耗盡才罷手。這三位教師對實驗的不同組織方式，收到的不同教學(xué)效果了引起筆者的深思，以此為素材，命制了如下試題。例5：將黃豆大小的不規(guī)則形狀的兩粒金屬鈉分別投入盛有少量水和乙醇的兩個燒杯中，觀察兩燒杯中的現(xiàn)象，根據(jù)觀察到的部分現(xiàn)象，填寫下表（表內(nèi)打“√”或“×”）觀察到的現(xiàn)象鈉投入水中鈉投入乙醇中（1）有氣體產(chǎn)生（2）金屬鈉熔成小球狀（3）金屬鈉浮于液面上（4）金屬鈉沉于液面下對上表中水、乙醇中出現(xiàn)的相同現(xiàn)象加以解釋：。參考答案：觀察到的現(xiàn)象鈉投入水中鈉投入乙醇中（1）有氣體產(chǎn)生√√（2）金屬鈉熔成小球狀√×（3）金屬鈉浮于液面上√√（4）金屬鈉沉于液面下×√兩者均出現(xiàn)現(xiàn)象（1）是因為水和乙醇分子中均含有—OH，—OH中的氫原子可和鈉反應(yīng)。兩者均出現(xiàn)現(xiàn)象（3），金屬鈉的密度比水小，故浮于水面；金屬鈉投放酒精中，開始時沉于液面下，隨著反應(yīng)進行，鈉表面的氣泡越來越多，氣泡產(chǎn)生的浮力使鈉上浮至水面。經(jīng)測試，對于第（1）小題，教師甲、乙、丙的學(xué)生均能正確作答。第（2）小題教師甲的學(xué)生就顯得疑感，只能憑猜測作答。第（3）、（4）小題多數(shù)學(xué)生都只能回答成鈉浮于水面上，而沉于乙醇液面下。只有少數(shù)觀察能力特別強的學(xué)生，正是那些在課內(nèi)親自動手、反復(fù)實驗，將實驗現(xiàn)象從頭到尾均作了仔細觀察的學(xué)生能描述鈉始沉于乙醇液面下，后浮于乙醇液面上。本題的測試結(jié)果說明，教師在平時的教學(xué)中創(chuàng)造更多的機會讓學(xué)生動手實驗，對培養(yǎng)學(xué)生深入細致的觀察能力是非常有益的。例6：為了探究乙醇和金屬鈉反應(yīng)的原理，做了如下四個實驗：實驗一：向小燒杯中加入無水乙醇，再放入一小塊金屬鈉，觀察現(xiàn)象，并收集產(chǎn)生的氣體。實驗二：設(shè)法檢驗實驗一收集到的氣體。實驗三：向試管中加入3mL水，并加入一小塊金屬鈉，觀察現(xiàn)象。實驗四：向試管中加入3mL乙醚，并加入一小塊金屬鈉，觀察現(xiàn)象。回答以下問題：（1）簡述實驗二中檢驗氣體的實驗方法及作出判斷的依據(jù)：。（2）從結(jié)構(gòu)上分析，該實驗選取水和乙醚做參照物的原因是。（3）實驗三的目的是欲證明；實驗四的目的是欲證明；根據(jù)實驗三和實驗四的結(jié)果，可以證明乙醇和金屬鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式應(yīng)為。參考答案：（1）將收集到的氣體點燃，若能燃燒或發(fā)出爆鳴聲則證明該氣體是氫氣。（2）乙醇分子中含有乙基和羥基而水分子中含羥基，乙醚分子中含有乙基。（3）羥基氫可和鈉發(fā)生置換反應(yīng)；乙基上的氫不能和鈉發(fā)生置換反應(yīng)；2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑本題第（2）小題學(xué)生的通過率只有35%，究其原因，在乙醇和金屬鈉反應(yīng)的實際教學(xué)中，許多老師只做了實驗一和實驗二，其教學(xué)目標只是落實在學(xué)生能正確書寫該反應(yīng)化學(xué)方程式上。這種教學(xué)處理看似教師并沒有直接將乙醇和金屬鈉能發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)告訴學(xué)生，但通過實驗一、實驗二仍不足以證明乙醇和金屬鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑為什么學(xué)生不會想到其反應(yīng)式可能為：2CH3CH2OH+2Na→2CH3CHNaOH+H2↑CH3CH2OH+2Na→CH3CHNa2OH+H2↑CH3CH2OH+2Na→2CH2NaCHNaOH+H2↑…………實驗三和實驗四的設(shè)置，正是引導(dǎo)教學(xué)要更關(guān)注知識的形成過程。觀點四：筆試型實驗試題還具有考查學(xué)生科學(xué)精神、科學(xué)素養(yǎng)的功能。長期來我們的教學(xué)中缺少對學(xué)生獨立意識、質(zhì)疑精神、科學(xué)探究能力的培養(yǎng)。而讓學(xué)生在實驗中，學(xué)會以實驗事實為依據(jù)，獨立分析實驗現(xiàn)象，獨立思考得出結(jié)論，不唯書、不唯上，以“實驗為檢驗真理”的標準。特別是發(fā)現(xiàn)實驗中的異?，F(xiàn)象，敢于質(zhì)疑，大膽假設(shè)、勇于探究正是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神的有效途徑。例7：某學(xué)生在研究性學(xué)習(xí)的課程中選定的課題是：測定能使帶火星木條復(fù)燃的氧氣體積分數(shù)的最小值。實驗步驟如下：①取5-6只集氣瓶，用量筒裝水分別測定它們的容積并標記。②向集氣瓶中分別裝入其總?cè)莘e的10%、20%、30%、40%、50%的水，并用毛玻璃蓋住，依次編號為1、2、3、4、5。③向大試管中加入1:10（質(zhì)量比）的MnO2和KClO3的混合物，加熱使其反應(yīng)，分別用排水集氣法將上述1-5號瓶中的水排去。④將帶火星的木條依次插入1-5號瓶中，觀察并記錄現(xiàn)象，列入下表：集氣瓶號12345木條火星的狀況微亮亮很亮復(fù)燃復(fù)燃請回答下列問題：（1）用排水集氣法收得氧氣后，2號瓶中氧氣的體積分數(shù)約為。（2）如果要得到更精確的數(shù)據(jù)，下一步實驗研究時應(yīng)向第6只集氣瓶中加入%（取整數(shù)值）的水后，再用排水法收集氧氣，然后用帶火星的木條來試驗。（3）從已取得的實驗數(shù)據(jù)分析，用“使帶火星木條是否復(fù)燃”的現(xiàn)象來檢驗集氣瓶中是否充滿氧氣的方法是否可靠？。參考答案：（1）%（2）35（3）.不可靠本題學(xué)生的得分率僅為42%，第（1）小題考查了學(xué)生處理、分析實驗所得數(shù)據(jù)的能力。第（2）小題反映了學(xué)生設(shè)計實驗方案的能力。這兩個小題均有一定的難度。第（3）小題本不是難題，但得分率仍不到60%。不少學(xué)生對在初中就從老師這里學(xué)到的用“使帶火星木條是否復(fù)燃”的現(xiàn)象來檢驗集氣瓶中是否充滿氧氣的方法深信不疑，以至無視實驗事實，固執(zhí)已見。這體現(xiàn)了學(xué)生還缺乏敢于質(zhì)疑的科學(xué)素養(yǎng)。例8：已知2NO2N2O4的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，為了說明溫度對化學(xué)平衡體系的影響，做了如下實驗：把NO2和N2O4的混合氣體盛在兩個連通的燒瓶里，然后用夾子夾住橡皮管，把一個燒瓶放進熱水里，把另一個燒瓶放進冰水里。回答下列問題：（1）此時可觀察到的現(xiàn)象是（具體描述）；（2）該實驗欲得出的結(jié)論是。（3）該實驗用兩個經(jīng)導(dǎo)管連通的燒瓶，其設(shè)計意圖是。（4）該實驗最終兩燒瓶中存在的化學(xué)平衡均發(fā)生了移動，你認為除了溫度是引起平衡發(fā)生移動的因素外，還有其它因素嗎？若有是什么因素？。（5）你認為該實驗的設(shè)計是否完全科學(xué)，談?wù)勀愕目捶ǎf出理由。。參考答案：（1）浸在熱水中燒瓶內(nèi)氣體顏色加深，浸在冰水中燒瓶內(nèi)氣體顏色變淺；（2）升高溫度化學(xué)平衡向吸熱反應(yīng)方向移動，降低溫度化學(xué)平衡向放熱反應(yīng)方向移動；（3）使兩個燒瓶內(nèi)氣體的起始平衡狀態(tài)完全相同，便于對比；（4）兩瓶內(nèi)壓強不同，因為當容器的容積不變時，容器內(nèi)氣體溫度升高時，其壓強也會相應(yīng)增大；（5）不夠科學(xué)，因為此時影響化學(xué)平衡的因素不止一個。例8取材于一個中學(xué)化學(xué)中研究溫度對化學(xué)平衡影響的常規(guī)實驗，除了要求學(xué)生能明確實驗意圖和得結(jié)論外，更看重學(xué)生是否對該實驗方案的原理提出疑義。第（4）小題要求考生能揭示密閉容器中氣體的溫度發(fā)生變化時，壓強也同時發(fā)生了變化，這就使實驗者無法做到單一因子（溫度）控制的困境，從而對實驗結(jié)論提出質(zhì)疑。觀點五：筆試型實驗試題的命制要做到“真”、“新”、“全”才能對教學(xué)有良好的導(dǎo)向作用