結合實例淺談化學實驗課筆試命題新思路

許海 劉曉冬 王寶珍

(吉林大學化學學院 吉林長春 130012)

教學研究與改革

結合實例淺談化學實驗課筆試命題新思路

許海 劉曉冬 王寶珍

(吉林大學化學學院 吉林長春 130012)

摘要結合無機化學實驗與物理化學實驗考試的兩個實際題目，討論化學實驗課筆試命題設計的新思路。實驗筆試命題的設計主要考查學生對實驗原理的理解程度和運用所學實驗技能解決實際問題的能力。

關鍵詞無機化學實驗 物理化學實驗 筆試 命題 素質教育

化學實驗是高等教育化學化工及相關專業學生的必修課程。目前，很多高校已經把化學學科的各專業實驗單獨設課，單獨進行成績評定。通常，實驗課的考核評價辦法可分為操作考試、命題筆試，以及二者結合評價等幾種類別[1-6]。為了能夠基本實現實驗課成績反映學生綜合實驗技能與實驗理論知識掌握水平的目的，我們設計了一套全面兼顧的考核評價體系[7-8]。其中，作為考核評價的一部分，實驗課筆試的命題內容應該能夠準確反映學生對所學知識的掌握程度。我們為此適量選取了應用所學知識設計實驗的題目，以考查學生解決實際問題的能力。對學生成績分析的結果顯示，我們的預期目標基本得以實現?？梢娺@種命題改革的思路基本可行，值得推廣。下面以兩個實際考題為例，談談我們在設計化學實驗課筆試命題過程中的一點體會，與同行共享交流。

1 化學實驗課筆試的命題原則

化學實驗課的教學目的是培養學生善于觀察記錄、綜合分析數據、正確得出結論的能力，同時還能加深學生對理論知識的理解和掌握。除此之外，我們還特別強調要通過實際動手操作培養學生設計可行方案解決具體問題的能力[9-10]。為此，我們在實驗課筆試命題時，加入了一定比例的綜合應用所學實驗手段去設計解決實際問題的題目。考慮到目前我們的實驗課考核評價體系正處于起步階段，教師和學生對適應這一改革都需要有循序漸進、逐步摸索完善的過程，因此我們在設計綜合應用類題目時不但注意控制其數量和比例，而且還相應控制了難度，可以針對不同層次的學生選擇不同的題型和側重點。

2 實驗課筆試綜合應用題實例

2.1 無機化學實驗考試實例

無機化學實驗是本科生入校后的第一門化學實驗課，此時學生的動手能力和知識結構都比較薄弱。針對這一特點，我們的命題主要以客觀試題為主。例如我校2011級醫學7年制學生的無機化學實驗考試有如下一道綜合設計實驗題：

“假定某營養藥物的主要成分包括：① 碳酸鈣；② 硬脂酸鐵(橙黃色粉末，難溶于水，遇強酸分解為鐵鹽和硬脂酸，硬脂酸不溶于水)；③ 乳酸鋅(白色粉末，易溶于熱水，在冷水中溶解度較小，遇強酸分解為鋅鹽和乳酸，乳酸溶于熱水，在冷水中溶解度較小)；④ 亞硒酸鈉(白色粉末，易溶于水，與鹽酸反應生成單質硒沉淀)等，其余成分暫且忽略不計。請用所學知識設計實驗過程測定該營養藥物中鈣、鐵、鋅的含量。(請將題后正確選項的序號填入相應的空白處，每個選項可重復多次填入，每個空白亦可填入多個選項。)

鐵的質量分數為：

Ⅰ.蒸餾水；Ⅱ.鹽酸；Ⅲ.NaOH溶液；Ⅳ.EDTA二鈉鹽標準溶液(濃度為c(EDTA))；Ⅴ.氨水；Ⅵ.HAc-NaAc緩沖溶液(pH=4.3)；Ⅶ.NH3-NH4Cl緩沖溶液(pH=10)；Ⅷ.甲基橙；Ⅸ.酚酞；Ⅹ.PAN；Ⅺ.鉻黑T；Ⅻ.室溫常壓過濾；.冰水冷卻減壓過濾；.趁熱減壓過濾；ⅩⅤ.紅色；ⅩⅥ.橙色；ⅩⅦ.黃色；ⅩⅧ.綠色；ⅩⅨ.藍色；ⅩⅩ.藍紫色；ⅩⅪ. 紫紅色；ⅩⅫ.無色；Ⅹ.Fe(OH)3；ⅩⅩⅣ.Ca(OH)2；ⅩⅩⅤ.Zn(OH)2；ⅩⅩⅥ.Fe3+；ⅩⅩⅦ.Ca2+；ⅩⅩⅧ.Zn2+；ⅩⅩⅨ.[Fe(NH3)6]3+；ⅩⅩⅩ.[Ca(NH3)6]2+；ⅩⅩⅪ.[Zn(NH3)4]2+。”

下面對此題的設計、解答思路進行簡要分析。首先，從題目的設計初衷看，是考查學生在熟練掌握幾種常見電解質的基本性質和減壓過濾、配位滴定等基本實驗技術原理的基礎上，分析、解決實際問題的能力。其次，從題目的設計過程看，是通過一定新知識的介紹與提示，從簡單易求的結果入手，逐漸把學生的解題思路引到實際操作步驟中，并且給出了每一步的計算公式，用以進一步提示和驗證學生的解題過程是否正確。

樣品中的4種主要成分在水和鹽酸中的性質見表1。從表1可以看出4種主要成分在熱水中可分成兩組，一組是難溶物(碳酸鈣和硬脂酸鐵)，質量為m2；另一組是可溶物(乳酸鋅和亞硒酸鈉)，即濾液。由題意可知第一步為測定Zn的含量，根據葡萄糖酸鋅片中葡萄糖酸鋅含量測定實驗的基本原理可知，在溶液pH=7～11，鉻黑T為指示劑時，用EDTA(乙二胺四乙酸)二鈉鹽的標準溶液可以準確滴定Zn2+的含量;在化學計量點，溶液的顏色由紫紅色變為藍色。這樣就很容易通過EDTA二鈉鹽的消耗量計算鋅含量(題中已給出)。

表1 樣品中主要成分在水和鹽酸中的性質

直接測定鈣和鐵的含量比較困難，因此題中給出了標定的過程和最終的計算結果。第二步應先選擇加鹽酸處理，形成Ca2+、Fe3+、Zn2+溶液(硒沉淀、乳酸與硬脂酸被分液和過濾除去)。之后向濾液中加入過量的氨水，使Fe3+全部轉化為Fe(OH)3沉淀;此時Ca2+則會有一部分形成Ca(OH)2(在水中溶解度較小)沉淀，另一部分仍以Ca2+形式留在濾液中;而Zn2+則會全部轉化為[Zn(NH3)4]2+留在濾液中。調節pH后，用EDTA二鈉鹽標準溶液滴定[Zn(NH3)4]2+與部分溶解的Ca2+的混合溶液，指示劑及實驗現象與前一步驟相同。最后，由滴定液的消耗量及第一步的相關數據，可最終計算出鈣和鐵的含量(原題中已給出結果)，其簡要計算過程如下：

(1)

m4=m(Ca(OH)2)沉淀部分+m(Fe(OH)3)=m(Ca(OH)2)全部-m(Ca(OH)2)溶解部分+m(Fe(OH)3)=

(2)

聯立式(1)和式(2)可解出：

進而可得：

此題每空1分，共10分，占總實驗課筆試成績的20%，占實驗總成績的10%。據統計，平時認真預習、細致操作、勤于思考、經常與教師和同學討論的學生本題普遍得分在6分以上，而其余學生此題的得分多數在5分以下，基本反映了學生對這部分知識的掌握和靈活運用能力。

2.2 物理化學實驗考試實例

物理化學實驗是化學及其相關學科的重要課程，學生學習時不但要加深對理論知識的理解，更重要的是掌握應用實驗原理與技能解決實際問題的能力。為此，我們設計了一些比較靈活的試題，以便于學生自由發揮。例如我校2009級藥學專業物理化學實驗考試給出了如下一道綜合設計實驗題：

“已知在水溶液中，右旋碘化甲基乙基丙基銨可與氫氧化鉀發生如下消旋化反應：

試通過所學知識，設計兩種實驗方法，測定該反應的速率常數。分別寫出這兩種實驗方法所使用的主要儀器和監測反應進程的物理量，并分析反應過程中該物理量的變化趨勢及原因。”

下面對此題的設計及解答思路進行簡要分析。此題是應用化學動力學理論的相關知識，設計物理法測定化學反應速率常數的問題。物理法測定反應速率常數是先測定體系的某個與反應組分濃度變化呈單值函數關系的物理量隨時間的變化，再根據此函數關系通過作圖等方法計算反應速率常數的過程。根據題中提示及相關化學知識可知，該反應進行過程中，有如下幾個明顯的變化：手性物質濃度降低、離子總濃度降低、溶液堿性降低。為此，可以選擇相應儀器檢測反應系統溶液的旋光性質、電導率性質和酸性，再根據其隨時間的變化趨勢與反應組分濃度的關系推導并作圖，即可計算反應的速率常數(具體推導過程不作為考核要求，此處略)。

最終，我們給出的參考答案為：

方法一：旋光法。主要儀器：自動旋光儀；監測物理量：旋光度α。由于反應物是右旋物質，旋光度為正數，產物為非旋光性物質，旋光度為0;因此在整個反應過程中，旋光度數值由一較大的正數逐漸減小。對于加熱條件下的加速反應，當反應結束(t=∞)時，旋光度α為0。

方法二：電導率法。主要儀器：電導率儀；監測物理量：電導率L。由于反應前后溶液中I-和K+的濃度沒有變化(忽略產物生成的微量水)，但是反應前的季銨正離子和OH-隨著反應進行逐漸生成不導電的叔胺分子和H2O，使溶液的離子總數明顯減少；因此溶液整體的電導率逐漸減小。加熱條件下的加速反應結束(t=∞)時，溶液的導電性質僅由KI提供，電導率最小。

方法三：酸度法。主要儀器：酸度計；監測物理量：溶液pH。由于在反應過程中，OH-濃度逐漸降低，而產物中叔胺分子的堿性又很弱，因此溶液整體的pH將逐漸減小。加熱條件下的加速反應結束(t=∞)時，溶液的pH最小。

此題滿分為10分，占總實驗課筆試成績的20%，占實驗總成績的10%。學生只需在以上3種方法中任選兩種作答，并回答完整，闡述準確，即可得滿分。據統計，大多數學生此題得分在6～9分之間，可見經過一定時期的訓練之后，學生解決實際問題的能力有所提高。

3 結語

與化學理論課教學相比，化學實驗課教學更注重的是培養學生通過動腦分析解決實際問題的能力，而并非是對現有知識的簡單記憶。因此，我們在對學生進行考核評價時，也著重突出考察學生對實驗原理的理解程度和實際應用水平。實踐表明，在這種思想指導下，我們的命題從結構到內容都體現了改革與創新，達到了最初設定的成績反映能力的評價目標。

參 考 文 獻

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[6] 周旭章.大學化學,1998,13(2):21

[7] 許海,丁長江,劉曉冬.湖南師范大學自然科學學報,2011,34(學術?？?:286

[8] 許海,路航,劉曉冬.廣州化工,2011,39(13):176

[9] 程同森.山東教學科研,2001(3):43

[10] 張禮偉.陜西教育,2009(7):86

國家自然科學基金項目(No.21174050、21173101)；吉林大學基本科研業務費(No.450060445028、450060481405)

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