從江蘇卷綜合探究題看實驗方案的設計與評價

皋建軍等

該題以檸檬酸亞鐵制取為背景，硫鐵礦燒渣為主線而設計的實驗綜合探究題.從加料方式、試劑的選用、實驗條件的控制等方面，綜合考查學生元素化合物知識、基本實驗原理、方法與技能的掌握程度，根據實驗現象形成結論的能力，實驗方案的設計與評價能力，以及對圖表等信息識別與加工的能力.加強對化學探究實驗過程與步驟的考查，要求考生，能綜合運用化學實驗的原理和方法，設計實驗方案解決化學問題，能對實驗方案進行分析與評價，能學會控制實驗條件，得到目標產物.本題例最后以廢棄物的綜合利用設計化學實驗問題，凸顯化學在保護環境和節約資源方面的作用，有利于引導學生形成環保理念.

二、從題例看實驗綜合探究題的設計與評價

1.實驗方案的設計內容與類型

（1）實驗方案設計內容

從題例中的五個小問可以看出，實驗綜合探究題方案的設計內容包含了實驗目的與原理、用品與步驟，方法與現象、結果與討論等.就實驗方案設計的內容來說，雖然看上去較多，但高考題很少出現讓考生設計一個完整的較為復雜的實驗方案.如題例中的第 （5）小問，僅要求考生以簡答的形式補充其中的兩個實驗步驟節點.這是由于考慮到中學生能力發展和認知水平.新課程強調，科學探究的學習方式不等于科學家的科學探究，它是在某種程度上學習科學家研究和解決問題的思路來進行學習.所以，一般情況下，實驗綜合探究題實驗方案設計與題例相似，原理與問題大多是現成的.如題例中，由綠礬制備檸檬酸亞鐵的反應原理、相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH等都作為信息直接呈現，讓考生去識別與加工.實驗具體操作方法的設計，有的是現成的，有的是開放的，如題例中的第（1）（2）（3）三個小問，讓考生去整合與聯想.實驗探究過程的設計，絕大多數是開放的，有彈性的，如題例中的第（5）小問，雖然是補充其中的兩個實驗步驟節點，但這種補充簡答的設計，是開放的、富有彈性的.要求考生在平時的實驗探究學習過程中，注重實踐、注重操作、注重交流與體驗，才能用扎實的化學基礎知識和基本實驗技能，對綜合實驗方案作出正確的判斷.

（2）實驗方案設計類型

題例從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗中給出五個小問題，基本涵蓋了目前中學化學綜合探究實驗設計的主要類型，即：物質的組成與性質，物質的制取與性質、分離與提純.就此實驗方案設計的類型來講，題例是物質的制取、分離與提純的探究設計.然而，命題專家考慮到中學生的認識水平和能力，在題例第（3）、（5）這兩小個小問中分別設計了臺階，讓考生的思維既聚焦在設定的問題中，又具有一定的發散性，可能有一個或多個解答途徑；既降低了難度，又使考生的思維得到充分的發展.

2.實驗方案的評價

（1）實驗方案評價原則

對實驗方案的評價，無論是對哪一方面的探究內容進行評價，都應根據探究實驗設計的原則來進行，即從科學性、安全性、可行性和簡約性等方面進行分析，評價正確與錯誤、嚴密與疏漏、規范與隨意等.要分析是否合理、是否經濟高效、是否有干擾因素、是否符合安全環保化學的思想.

像題例中第（1）小問，制備FeCO3時，選用的加料方式及其原因，應從反應物的性質即科學性的角度進行評價.題意中表格所列出的相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH已提示，因Na2CO3溶液堿性較強，為了避免生成Fe（OH）2沉淀生成，所以應將Na2CO3溶液緩慢加入到盛有FeSO4溶液的反應容器中.

對于第（3）小問，將制得的FeCO3加入到足量的檸檬酸溶液中，再加入少量的鐵粉，80℃下攪拌反應.對于加入鐵粉的作用，應從生成的產物亞鐵鹽溶液的性質來評價，因為溶液中的Fe2+易被氧化，加入鐵粉可以防止+2價的Fe元素被氧化；對于除去過量鐵粉的方法，不少同學用加入稀硫酸的方法除去鐵粉，這是不對的.只要我們分析一下，此時反應的進程已陳述為“反應結束后”，不是反應開始或反應過程中，反應物檸檬酸溶液呈酸性，目標產物是得到檸檬酸亞鐵.從這幾個節點上來看，既反映了科學性的評價原則，又反映了可行性、簡約性的評價原則，過量的鐵粉無需過濾而除去的方法，很容易聯想到檸檬酸呈酸性，應加入適量的檸檬酸達到除去過量的鐵粉的目的.

在第（4）小問中，反應后溶液經濃縮、加入適量的無水乙醇、靜置、過濾、洗滌、干燥，獲得檸檬酸亞鐵晶體.這時加入無水乙醇的目的，只有從無水乙醇對檸檬酸亞鐵溶解性的影響這個角度來評價.因隨著無水乙醇的加入，水的濃度降低，檸檬酸亞鐵在水中的溶解量減小，有利于檸檬酸亞鐵晶體的析出，這也是實驗評價簡約性原則的具體體現.所以，綜合探究實驗的評價，要分析每一步實驗方案的目的，抓住探究實驗方案設計的評價原則，一定能得到有針對性的評價結果.

（2）實驗方案評價內容

實驗方案評價要從實驗原理、實驗方法、操作步驟、實驗現象、實驗誤差、環境保護等方面來進行分析.但由于受考試時間的限制，高考題很少出現讓考生評價一個完整的較為復雜的實驗方案.像題例是從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗這一較為復雜的實驗，只提取部分實驗內容讓考生進行評價，體現了新課程“從學生實驗和探究課題的復雜性出發，設計探究的基本要素，確定探究活動的重點環節” 的基本要求.從題例可以看出，盡管檸檬酸亞鐵晶體制備的探究實驗比較復雜，命題專家仍根據實驗探究的基本要素，確定1-2個重點環節讓考生評價.如題例第（5）個小問.以硫鐵礦燒渣（主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、）出發，結合的綠礬的溶解度曲線，只要求考生補充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO4·7H2O晶體的兩個重要實驗步驟，一是物質的提純與操作方法.既要除去不溶的SiO2，又要除去Fe3+、Al3+，涉及到不止一次的過濾技巧，雖然加入試劑的順序不同，都能達到實驗目的，具有一定的開放性.二是控制實驗條件的方法.從溶解度曲線圖可知，首先要加熱濃縮到60℃并形成飽和溶液，然后冷卻至0℃結晶，過濾后用冰水洗滌，減少FeSO4·7H2O晶體的溶解，低溫干燥減少FeSO4·7H2O晶體失水分解.當然，如果命題專家能在簡答評價節點上讓考生再少寫一些文字，探究實驗的評價效果會更加顯現.

（3）結語

綜上所述，現行高考綜合探究實驗題往往是將基本的實驗置于新的情景中進行設計和評價.要做好對實驗方案的設計，必須掌握實驗的基本原理和技能，弄清實驗設計的一般程序，了解實驗設計的內容，遵循實驗設計的原則.要做好對實驗方案的評價，一方面要牢固掌握化學基礎知識和基本實驗技能，另一方面要熟悉實驗設計原則和實驗方案的評價要點，即：實驗方法和操作程序是否科學合理，實驗方案是否切實可行，實驗步驟是否簡單易行，實驗現象是否明顯，實驗數據獲得是否準確，實驗過程中安全及環保問題是否得以妥善解決，從這些角度去分析、評價，才能有效地培養學生探究與評價能力.實質上，實驗方案設計的最優化就是對實驗方案的最好評價.

該題以檸檬酸亞鐵制取為背景，硫鐵礦燒渣為主線而設計的實驗綜合探究題.從加料方式、試劑的選用、實驗條件的控制等方面，綜合考查學生元素化合物知識、基本實驗原理、方法與技能的掌握程度，根據實驗現象形成結論的能力，實驗方案的設計與評價能力，以及對圖表等信息識別與加工的能力.加強對化學探究實驗過程與步驟的考查，要求考生，能綜合運用化學實驗的原理和方法，設計實驗方案解決化學問題，能對實驗方案進行分析與評價，能學會控制實驗條件，得到目標產物.本題例最后以廢棄物的綜合利用設計化學實驗問題，凸顯化學在保護環境和節約資源方面的作用，有利于引導學生形成環保理念.

二、從題例看實驗綜合探究題的設計與評價

1.實驗方案的設計內容與類型

（1）實驗方案設計內容

從題例中的五個小問可以看出，實驗綜合探究題方案的設計內容包含了實驗目的與原理、用品與步驟，方法與現象、結果與討論等.就實驗方案設計的內容來說，雖然看上去較多，但高考題很少出現讓考生設計一個完整的較為復雜的實驗方案.如題例中的第 （5）小問，僅要求考生以簡答的形式補充其中的兩個實驗步驟節點.這是由于考慮到中學生能力發展和認知水平.新課程強調，科學探究的學習方式不等于科學家的科學探究，它是在某種程度上學習科學家研究和解決問題的思路來進行學習.所以，一般情況下，實驗綜合探究題實驗方案設計與題例相似，原理與問題大多是現成的.如題例中，由綠礬制備檸檬酸亞鐵的反應原理、相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH等都作為信息直接呈現，讓考生去識別與加工.實驗具體操作方法的設計，有的是現成的，有的是開放的，如題例中的第（1）（2）（3）三個小問，讓考生去整合與聯想.實驗探究過程的設計，絕大多數是開放的，有彈性的，如題例中的第（5）小問，雖然是補充其中的兩個實驗步驟節點，但這種補充簡答的設計，是開放的、富有彈性的.要求考生在平時的實驗探究學習過程中，注重實踐、注重操作、注重交流與體驗，才能用扎實的化學基礎知識和基本實驗技能，對綜合實驗方案作出正確的判斷.

（2）實驗方案設計類型

題例從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗中給出五個小問題，基本涵蓋了目前中學化學綜合探究實驗設計的主要類型，即：物質的組成與性質，物質的制取與性質、分離與提純.就此實驗方案設計的類型來講，題例是物質的制取、分離與提純的探究設計.然而，命題專家考慮到中學生的認識水平和能力，在題例第（3）、（5）這兩小個小問中分別設計了臺階，讓考生的思維既聚焦在設定的問題中，又具有一定的發散性，可能有一個或多個解答途徑；既降低了難度，又使考生的思維得到充分的發展.

2.實驗方案的評價

（1）實驗方案評價原則

對實驗方案的評價，無論是對哪一方面的探究內容進行評價，都應根據探究實驗設計的原則來進行，即從科學性、安全性、可行性和簡約性等方面進行分析，評價正確與錯誤、嚴密與疏漏、規范與隨意等.要分析是否合理、是否經濟高效、是否有干擾因素、是否符合安全環保化學的思想.

像題例中第（1）小問，制備FeCO3時，選用的加料方式及其原因，應從反應物的性質即科學性的角度進行評價.題意中表格所列出的相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH已提示，因Na2CO3溶液堿性較強，為了避免生成Fe（OH）2沉淀生成，所以應將Na2CO3溶液緩慢加入到盛有FeSO4溶液的反應容器中.

對于第（3）小問，將制得的FeCO3加入到足量的檸檬酸溶液中，再加入少量的鐵粉，80℃下攪拌反應.對于加入鐵粉的作用，應從生成的產物亞鐵鹽溶液的性質來評價，因為溶液中的Fe2+易被氧化，加入鐵粉可以防止+2價的Fe元素被氧化；對于除去過量鐵粉的方法，不少同學用加入稀硫酸的方法除去鐵粉，這是不對的.只要我們分析一下，此時反應的進程已陳述為“反應結束后”，不是反應開始或反應過程中，反應物檸檬酸溶液呈酸性，目標產物是得到檸檬酸亞鐵.從這幾個節點上來看，既反映了科學性的評價原則，又反映了可行性、簡約性的評價原則，過量的鐵粉無需過濾而除去的方法，很容易聯想到檸檬酸呈酸性，應加入適量的檸檬酸達到除去過量的鐵粉的目的.

在第（4）小問中，反應后溶液經濃縮、加入適量的無水乙醇、靜置、過濾、洗滌、干燥，獲得檸檬酸亞鐵晶體.這時加入無水乙醇的目的，只有從無水乙醇對檸檬酸亞鐵溶解性的影響這個角度來評價.因隨著無水乙醇的加入，水的濃度降低，檸檬酸亞鐵在水中的溶解量減小，有利于檸檬酸亞鐵晶體的析出，這也是實驗評價簡約性原則的具體體現.所以，綜合探究實驗的評價，要分析每一步實驗方案的目的，抓住探究實驗方案設計的評價原則，一定能得到有針對性的評價結果.

（2）實驗方案評價內容

實驗方案評價要從實驗原理、實驗方法、操作步驟、實驗現象、實驗誤差、環境保護等方面來進行分析.但由于受考試時間的限制，高考題很少出現讓考生評價一個完整的較為復雜的實驗方案.像題例是從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗這一較為復雜的實驗，只提取部分實驗內容讓考生進行評價，體現了新課程“從學生實驗和探究課題的復雜性出發，設計探究的基本要素，確定探究活動的重點環節” 的基本要求.從題例可以看出，盡管檸檬酸亞鐵晶體制備的探究實驗比較復雜，命題專家仍根據實驗探究的基本要素，確定1-2個重點環節讓考生評價.如題例第（5）個小問.以硫鐵礦燒渣（主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、）出發，結合的綠礬的溶解度曲線，只要求考生補充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO4·7H2O晶體的兩個重要實驗步驟，一是物質的提純與操作方法.既要除去不溶的SiO2，又要除去Fe3+、Al3+，涉及到不止一次的過濾技巧，雖然加入試劑的順序不同，都能達到實驗目的，具有一定的開放性.二是控制實驗條件的方法.從溶解度曲線圖可知，首先要加熱濃縮到60℃并形成飽和溶液，然后冷卻至0℃結晶，過濾后用冰水洗滌，減少FeSO4·7H2O晶體的溶解，低溫干燥減少FeSO4·7H2O晶體失水分解.當然，如果命題專家能在簡答評價節點上讓考生再少寫一些文字，探究實驗的評價效果會更加顯現.

（3）結語

綜上所述，現行高考綜合探究實驗題往往是將基本的實驗置于新的情景中進行設計和評價.要做好對實驗方案的設計，必須掌握實驗的基本原理和技能，弄清實驗設計的一般程序，了解實驗設計的內容，遵循實驗設計的原則.要做好對實驗方案的評價，一方面要牢固掌握化學基礎知識和基本實驗技能，另一方面要熟悉實驗設計原則和實驗方案的評價要點，即：實驗方法和操作程序是否科學合理，實驗方案是否切實可行，實驗步驟是否簡單易行，實驗現象是否明顯，實驗數據獲得是否準確，實驗過程中安全及環保問題是否得以妥善解決，從這些角度去分析、評價，才能有效地培養學生探究與評價能力.實質上，實驗方案設計的最優化就是對實驗方案的最好評價.

該題以檸檬酸亞鐵制取為背景，硫鐵礦燒渣為主線而設計的實驗綜合探究題.從加料方式、試劑的選用、實驗條件的控制等方面，綜合考查學生元素化合物知識、基本實驗原理、方法與技能的掌握程度，根據實驗現象形成結論的能力，實驗方案的設計與評價能力，以及對圖表等信息識別與加工的能力.加強對化學探究實驗過程與步驟的考查，要求考生，能綜合運用化學實驗的原理和方法，設計實驗方案解決化學問題，能對實驗方案進行分析與評價，能學會控制實驗條件，得到目標產物.本題例最后以廢棄物的綜合利用設計化學實驗問題，凸顯化學在保護環境和節約資源方面的作用，有利于引導學生形成環保理念.

二、從題例看實驗綜合探究題的設計與評價

1.實驗方案的設計內容與類型

（1）實驗方案設計內容

從題例中的五個小問可以看出，實驗綜合探究題方案的設計內容包含了實驗目的與原理、用品與步驟，方法與現象、結果與討論等.就實驗方案設計的內容來說，雖然看上去較多，但高考題很少出現讓考生設計一個完整的較為復雜的實驗方案.如題例中的第 （5）小問，僅要求考生以簡答的形式補充其中的兩個實驗步驟節點.這是由于考慮到中學生能力發展和認知水平.新課程強調，科學探究的學習方式不等于科學家的科學探究，它是在某種程度上學習科學家研究和解決問題的思路來進行學習.所以，一般情況下，實驗綜合探究題實驗方案設計與題例相似，原理與問題大多是現成的.如題例中，由綠礬制備檸檬酸亞鐵的反應原理、相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH等都作為信息直接呈現，讓考生去識別與加工.實驗具體操作方法的設計，有的是現成的，有的是開放的，如題例中的第（1）（2）（3）三個小問，讓考生去整合與聯想.實驗探究過程的設計，絕大多數是開放的，有彈性的，如題例中的第（5）小問，雖然是補充其中的兩個實驗步驟節點，但這種補充簡答的設計，是開放的、富有彈性的.要求考生在平時的實驗探究學習過程中，注重實踐、注重操作、注重交流與體驗，才能用扎實的化學基礎知識和基本實驗技能，對綜合實驗方案作出正確的判斷.

（2）實驗方案設計類型

題例從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗中給出五個小問題，基本涵蓋了目前中學化學綜合探究實驗設計的主要類型，即：物質的組成與性質，物質的制取與性質、分離與提純.就此實驗方案設計的類型來講，題例是物質的制取、分離與提純的探究設計.然而，命題專家考慮到中學生的認識水平和能力，在題例第（3）、（5）這兩小個小問中分別設計了臺階，讓考生的思維既聚焦在設定的問題中，又具有一定的發散性，可能有一個或多個解答途徑；既降低了難度，又使考生的思維得到充分的發展.

2.實驗方案的評價

（1）實驗方案評價原則

對實驗方案的評價，無論是對哪一方面的探究內容進行評價，都應根據探究實驗設計的原則來進行，即從科學性、安全性、可行性和簡約性等方面進行分析，評價正確與錯誤、嚴密與疏漏、規范與隨意等.要分析是否合理、是否經濟高效、是否有干擾因素、是否符合安全環保化學的思想.

像題例中第（1）小問，制備FeCO3時，選用的加料方式及其原因，應從反應物的性質即科學性的角度進行評價.題意中表格所列出的相關金屬離子生成氫氧化物沉淀的pH已提示，因Na2CO3溶液堿性較強，為了避免生成Fe（OH）2沉淀生成，所以應將Na2CO3溶液緩慢加入到盛有FeSO4溶液的反應容器中.

對于第（3）小問，將制得的FeCO3加入到足量的檸檬酸溶液中，再加入少量的鐵粉，80℃下攪拌反應.對于加入鐵粉的作用，應從生成的產物亞鐵鹽溶液的性質來評價，因為溶液中的Fe2+易被氧化，加入鐵粉可以防止+2價的Fe元素被氧化；對于除去過量鐵粉的方法，不少同學用加入稀硫酸的方法除去鐵粉，這是不對的.只要我們分析一下，此時反應的進程已陳述為“反應結束后”，不是反應開始或反應過程中，反應物檸檬酸溶液呈酸性，目標產物是得到檸檬酸亞鐵.從這幾個節點上來看，既反映了科學性的評價原則，又反映了可行性、簡約性的評價原則，過量的鐵粉無需過濾而除去的方法，很容易聯想到檸檬酸呈酸性，應加入適量的檸檬酸達到除去過量的鐵粉的目的.

在第（4）小問中，反應后溶液經濃縮、加入適量的無水乙醇、靜置、過濾、洗滌、干燥，獲得檸檬酸亞鐵晶體.這時加入無水乙醇的目的，只有從無水乙醇對檸檬酸亞鐵溶解性的影響這個角度來評價.因隨著無水乙醇的加入，水的濃度降低，檸檬酸亞鐵在水中的溶解量減小，有利于檸檬酸亞鐵晶體的析出，這也是實驗評價簡約性原則的具體體現.所以，綜合探究實驗的評價，要分析每一步實驗方案的目的，抓住探究實驗方案設計的評價原則，一定能得到有針對性的評價結果.

（2）實驗方案評價內容

實驗方案評價要從實驗原理、實驗方法、操作步驟、實驗現象、實驗誤差、環境保護等方面來進行分析.但由于受考試時間的限制，高考題很少出現讓考生評價一個完整的較為復雜的實驗方案.像題例是從綠礬制備檸檬酸亞鐵的綜合實驗這一較為復雜的實驗，只提取部分實驗內容讓考生進行評價，體現了新課程“從學生實驗和探究課題的復雜性出發，設計探究的基本要素，確定探究活動的重點環節” 的基本要求.從題例可以看出，盡管檸檬酸亞鐵晶體制備的探究實驗比較復雜，命題專家仍根據實驗探究的基本要素，確定1-2個重點環節讓考生評價.如題例第（5）個小問.以硫鐵礦燒渣（主要成分Fe2O3、SiO2、Al2O3、）出發，結合的綠礬的溶解度曲線，只要求考生補充完整由硫鐵礦燒渣制備FeSO4·7H2O晶體的兩個重要實驗步驟，一是物質的提純與操作方法.既要除去不溶的SiO2，又要除去Fe3+、Al3+，涉及到不止一次的過濾技巧，雖然加入試劑的順序不同，都能達到實驗目的，具有一定的開放性.二是控制實驗條件的方法.從溶解度曲線圖可知，首先要加熱濃縮到60℃并形成飽和溶液，然后冷卻至0℃結晶，過濾后用冰水洗滌，減少FeSO4·7H2O晶體的溶解，低溫干燥減少FeSO4·7H2O晶體失水分解.當然，如果命題專家能在簡答評價節點上讓考生再少寫一些文字，探究實驗的評價效果會更加顯現.

（3）結語

綜上所述，現行高考綜合探究實驗題往往是將基本的實驗置于新的情景中進行設計和評價.要做好對實驗方案的設計，必須掌握實驗的基本原理和技能，弄清實驗設計的一般程序，了解實驗設計的內容，遵循實驗設計的原則.要做好對實驗方案的評價，一方面要牢固掌握化學基礎知識和基本實驗技能，另一方面要熟悉實驗設計原則和實驗方案的評價要點，即：實驗方法和操作程序是否科學合理，實驗方案是否切實可行，實驗步驟是否簡單易行，實驗現象是否明顯，實驗數據獲得是否準確，實驗過程中安全及環保問題是否得以妥善解決，從這些角度去分析、評價，才能有效地培養學生探究與評價能力.實質上，實驗方案設計的最優化就是對實驗方案的最好評價.