基于證據推理的物質檢驗和實驗方案的設計與探究——對一道高中合格考模擬探究題的分析與思考

湖北 劉四方

2019年12月，湖北省首次對高二年級學生進行了合格考測試。《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標準》)界定了學業質量水平與考試評價的關系，明確指出“學業質量水平是考試與評價的依據。學業質量水平2是高中畢業生在本學科應該達到的合格要求，是化學學業水平合格性考試的命題依據。”基于《課程標準》對合格性考試的命題要求，筆者以新課標人教版必修第一冊(2019年6月版)第一章第30頁第13題作為原型，命制了一道合格考探究題，作為學生考前的模擬訓練題，以期對老師們命制合格考訓練題有所幫助和啟迪。

一、試題呈現

(13分)設計方案是實驗探究的保證，感悟方法是探究的根本目的。某合作學習小組開展了如下探究。

實驗一：檢驗氫氧化鈉溶液中是否含有氫氧化鈣。

【設計方案并實驗】

實驗操作現象結論方案一取少量待測溶液于試管中,通入CO2出現白色沉淀方案二取少量待測溶液于試管中,滴加溶液出現白色沉淀氫氧化鈉溶液中含有氫氧化鈣

寫出上述方案二中反應的離子方程式________________________。

【方法感悟】在檢驗物質時，要分析物質的________和________，據此選擇加入恰當的試劑，最后根據不同現象得出結論。

實驗二：某白色粉末可能含有NaCl、NaOH、Na2CO3、Na2SO4和Ba(NO3)2中的一種或幾種，為探究其組成，某合作學習小組設計方案并進行了如下實驗：

(1)上述實驗中，過濾操作用到的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒和________。

(2)小晶同學通過上述實驗推知：白色固體樣品中一定不含有________。

(3)為確定白色固體樣品中可能存在的物質，小燕對沉淀C進行實驗。

實驗操作現象結論取少量沉淀C于試管中,加入過量有氣泡產生,沉淀全部消失白色固體樣品中一定含有

(4)小虎同學認為白色固體中還有物質不能確認其是否存在，理由是(用離子方程式表示)：________________________。

如要確認，只需將上述實驗方案中所加的一種試劑改為________即可。

【方法感悟】若其他物質的存在對所檢驗的物質有干擾時，可先將干擾物質轉化，再選擇加入恰當的試劑，最后根據不同現象得出結論。

【答案】實驗一：

OH-K2CO3[或Na2CO3或(NH4)2CO3]

組成 (化學)性質

實驗二：

(1)漏斗

(2)Ba(NO3)2

(3)稀HCl(或稀HNO3) Na2CO3

Ba(NO3)2溶液

二、命題分析

1.命題意圖

本題考查檢驗物質的一般過程和方法，考查學生證據推理與模型認知核心素養；考查學生常見酸、堿、鹽的性質及復分解反應發生的條件；考查探究實驗方案的設計、評價和優化。

2.試題評價分析

對照課程標準中合格考要求，合格考層次的模擬訓練題問題的呈現應充分考慮問題所考查的必備知識、關鍵能力和學科核心素養，因而問題設計應具有一定思維容量、思維深度和思維廣度。表1列出了試題問題的評價指標及合格考要求。

表1 試題問題的評價指標及合格考要求

三、學生答題分析

表2 紙筆測試評價要點

續表

四、試題價值分析

1.聚焦物質組成和性質的分類方法

認識和識別物質是化學的基本任務，并在此基礎上研究和發現物質間存在本質差異的內涵和外在因素，從而使之成為分離、鑒別、合成(制備)和設計新物質的基礎。物質的檢驗需要根據物質特有的反應，選擇適當的試劑，達到反應現象明顯、操作簡單、結論可靠的效果。其核心重在“定”，即根據物質的某一特性，用化學方法來確定它是不是這種物質或含不含有某種成分。物質的檢驗重在考查學生的“演繹推理能力”，“證據推理與模型認知”是化學學科核心素養的重要內容，也是科學探究的一種重要方法。合格考的試題應檢驗考生依據探究目的設計探究實驗方案，或優化原有的實驗方案，完成實驗基本操作，考查考生思維的深度和具備創新意識的程度；能初步學會收集各種證據，篩選有用證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設，考查考生證據意識的縝密程度。

2.彰顯基于證據推理的學科思維

本題設置了兩個既相對獨立又相互關聯的實驗，以具體“物質的檢驗”為載體來設計探究實驗，從【成分分析】、【方案設計】和【方法感悟】三個層次上逐步展開。從考查的知識內容看，實驗一僅涉及兩種常見的堿及其性質，實驗二涉及幾種常見的堿和鹽及其性質；從解題的方案來看，實驗一僅涉及陽離子的不同(Na+和Ca2+)，因而需要利用這一點選擇恰當的試劑；實驗二由于涉及多個不同的典型的陽離子和陰離子，特別是陰離子，則需要根據其特征反應的現象來判斷物質的存在；從方法的感悟來看，實驗一帶有鋪墊性的總結：依據物質的組成相同，可判斷其性質相似；依據物質的組成不同，尋找特殊的反應；依據不同的現象得出結論。實驗二在實驗一的基礎上，增加了干擾物質的排除這一問題，無論是思維的深度還是思維的廣度都更進一層，特別是第(4)問第1空的回答，考生要能從原流程圖中看出加入過量BaCl2溶液后，與Na2CO3反應生成的NaCl與未反應的BaCl2同時干擾原固體中NaCl的檢驗，此時不能確定原固體中NaCl存在的理由即是生成新的NaCl的反應或原有過量的BaCl2與AgNO3的反應。對此問的正確解答考查了考生思維的縝密性和證據推理的嚴密性，這也正是從事科學探究的必備能力?！痉椒ǜ形颉渴强疾閷W生反思感悟歸納總結物質檢驗、分離時的核心思路和基本方法。

3.內隱物質檢驗的一般思維模型

兩次探究，兩次感悟，將原本物質檢驗的內隱方法外顯于試題之中，讓學生在探究的同時獲取物質檢驗的基本思路，形成如下物質檢驗的一般思維模型：