素養考查導向下，基于學生必做實驗的綜合實驗題的命制

基金項目：本文系江蘇省中小學教學研究第十四期課題“基于深度學習的化學結構化教學設計的研究（2021JY14-L276）的階段性研究成果。

摘" 要：本文以中學生必做實驗“硫酸四氨合銅”為素材背景，通過查閱文獻，將原料處理、產品制備及產品處理的整個過程作為試題情境，進行綜合實驗題的命制，完整闡述了如何將學生必做實驗改編成以素養考查為導向的綜合實驗題的命題策略。

關鍵詞：素養考查；硫酸四氨合銅；命題策略

文章編號：

1008-0546（2024）14-0076-03

中圖分類號：

G632.41

文獻標識碼：

B

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020修訂）》（以下簡稱《高中新課標》）在教學與評價建議中指出，以實驗為基礎是化學學科的重要特征之一，化學實驗對于全面發展學生的化學學科核心素養有著極為重要的作用。教師應認真組織學生完成本標準中要求的必做實驗；有效組織和實施實驗探究教學，增進學生對科學探究的理解，發展科學探究能力。［1］在現實教學中，很多的試題對必做實驗的考查要求不高，使得教師在進行必做實驗教學時創新意識不夠，知識化教學傾向比較嚴重，機械化地進行實驗教學，有的甚至不真正開展實驗，讓學生直接記憶實驗操作過程和實驗結果，偏離了實驗教學本源。大多數教師對實驗內容的功能開發、補充和擴展方面的認識或落實力度是不夠的［2］，相應的很多實驗的習題與學生素養發展也是不太吻合的。基于以上原因，以學生必做實驗為試題背景進行實驗綜合題的改編是非常必要的，將改編后的試題納入期末或高三調研考試中，引導教師深入研究教材中的必做實驗內容，將必做實驗教學深度化，有助于學生學科核心素養的形成。

二、試題素材來源

1. 主題情境的選擇

試題背景選取人教版高中化學選擇性必修2第三章中必做實驗“簡單配合物的形成”［3］，教材中通過硫酸四氨合銅晶體及銀氨溶液的制備讓學生認識配合物的形成過程，選擇硫酸四氨合銅晶體制備作為主題情境的理由如下：①晶體制備涉及更多基本實驗操作，如結晶的途徑、晶體的凈化等。②硫酸四氨合銅晶體制備過程中涉及乙醇的使用和回收，可以滲透相關有機實驗的考查。③硫酸四氨合銅晶體制備的原料硫酸銅是中學化學中常見的重要化合物，可以將重要的元素知識及結構相關的內容滲透于試題中。④硫酸四氨合銅晶體常用作殺蟲劑，是一種光譜殺菌劑，另外在電鍍及人造絲行業也有著廣泛的用途。

2. 文獻的查閱

試題確定以前期主要原料硫酸銅溶液的獲取及硫酸四氨合銅晶體制備為主題情境，初步設計綜合實驗的考點及方向如表1所示。以核心素養測試為宗旨的命題應以真實情境為載體，關注情境的真實性和呈現的科學性，從日常生活、學術探索、實驗探究等不同類型的素材中遴選情境，通過情境調控試題的復雜度、陌生度和開放度。［4］依據試題初步設計方向及核心素養測試宗旨，進行了有針對性的文獻查閱。經查閱篩選后，筆者以《硫酸四氨合銅制備實驗的改進與探究》［5］《硫酸四氨合銅組成測定的方法改進》［6］《優化實驗制備方案 培養科學探究素養 ——以高三‘硫酸銅的制備方案探究與評價’為例》［7］三篇文獻作為試題情境材料的來源。

三、試題命制

例題：一水硫酸四氨合銅［Cu（NH3）4SO4·H2O］是一種易溶于水的晶體，可作高效安全的廣譜殺菌劑及電鍍行業的原料。

Ⅰ. 利用硫酸銅溶液制備少量一水硫酸四氨合銅晶體并回收乙醇，實驗步驟如下。

步驟1：向硫酸銅溶液中滴加1mol/L氨水至產生藍色絮狀沉淀。

步驟2：向“步驟1”所得沉淀中繼續滴加氨水至轉化成深藍色溶液。

步驟3：向“步驟2”所得溶液中加入稍過量的乙醇，析出深藍色晶體，過濾。

步驟4：向“步驟3”所得濾液中加入稀硫酸調節溶液的pH至5左右后蒸餾。

（1）畫出 ［Cu（H2O）4］2＋的結構式：" 。

（2）“步驟2”中主要反應的離子方程式為" 。

（3）“步驟4”中蒸餾所需的玻璃儀器除酒精燈、蒸餾燒瓶、錐形瓶外，還有" 。蒸餾前用稀硫酸調節溶液pH的目的是" 。

Ⅱ. 工業上常用Fe3＋、銅粉來制備硫酸銅溶液。

（4）補充完整制取硫酸銅溶液的實驗方案：將一定量的銅粉浸泡在稀硫酸和" 的混合溶液中，銅粉完全溶解后，" ，得硫酸銅溶液。（實驗中可選用的藥品：FeCl3溶液、Fe2（SO4）3溶液、O2、 CuO粉末）

已知：一定濃度的Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋形成氫氧化物沉淀的pH范圍如表2所示。

（5）該方法與銅與濃硫酸直接反應制備硫酸銅溶液相比，優點除不產生污染性氣體外，還有" 。

上述試題開始簡單介紹了一水硫酸四氨合銅的工業用途，意圖引導學生解決基于真實情境的“真”問題，通過解決真實化學問題，學生可以更好地認識化學對于社會和環境的影響，從而更好地關注社會和環境問題，增強社會責任感。通過將真實情境與實際問題相結合，引導學生從化學視角看待和解決實際問題。

設計第（1）問的目的是通過畫出［Cu（H2O）4］2＋的結構式，學生可以了解配合物的組成和結構特點，掌握配合物中配體與中心金屬離子的相互作用方式和排列規律，另外也可以幫助學生區分結構式及結構簡式。第（2）問設計書寫向氫氧化銅沉淀中繼續滴加氨水轉化成深藍色溶液的離子方程式，旨在考查學生通過觀察實驗現象來推導化學反應的過程并用化學語言描述整個過程的能力。書寫該離子方程式時需要學生從宏觀角度判斷反應物與生成物，從微觀角度理解離子反應的本質，從符號的角度表達該反應。離子方程式的書寫，是對化學學科基本素養的考查，需要從宏觀、微觀和符號三個層面進行表征，考查了學生的學科思維和基本的學科素養。第（3）問第一空，蒸餾實驗裝置的考查是讓學生了解蒸餾的基本原理，掌握蒸餾的操作方法，考查學生的實踐能力和實驗技能。第（3）問第二空，乙醇需要通過蒸餾的途徑獲得，但通過分析實驗情境，可知在反應后的溶液中還含有氨水，該物質在加熱的條件下也會揮發分解產生氨氣，從而導致回收的乙醇不純，所以在蒸餾前需對溶液中其他沸點較低的物質進行處理。一般而言，溶液中的鹽受熱不易從溶液中揮發，所以需要調節溶液的pH，將溶液中的氨轉化為銨鹽，就能達到實驗目的。在真實的實驗情境中，運用化學基礎知識、基本技能來解決問題，即考查學生的學科素養。第（4）問是一個開放性的實驗設計問題，需要結合試題中給出的實驗藥品來設計制備硫酸銅溶液的方案。通過閱讀題干條件可知該題中利用Fe3＋氧化銅粉，然后再利用氧氣將溶液中的Fe2＋氧化，通過CuO調節溶液的pH使Fe3＋轉化為Fe（OH）3沉淀與硫酸銅溶液分離，從而獲得較純的硫酸銅溶液。制備物質的過程中應盡可能減少雜質離子的引入，故試題中需要在FeCl3溶液與Fe2（SO4）3溶液中選擇一種作為氧化劑。這種開放性的問題注重考查學生的思維過程，通過增加試題的開放程度，鼓勵學生多角度、多層次地運用發散性思維來分析和解決問題，以培養學生的學科關鍵能力。［8］這種拓展能夠促使學生不僅僅停留在表面的知識記憶和簡單應用上，而是深入思考問題的本質和內在聯系，培養他們的批判性思維、創造性思維和問題解決的能力。第（5）問是關于兩種硫酸銅制備實驗方案的評價，依據兩者實驗的過程，描述利用Fe3＋催化氧化銅粉來制備硫酸銅溶液有著不產生污染性氣體、無需加熱、生成等量的硫酸銅溶液所需的硫酸少等優點。通過兩種實驗方案的比較，學生可以更深入地理解硫酸銅溶液的制備原理，包括反應物、反應條件、反應過程等，學生也能更深入地理解化學反應規律，注重考查了學生的批判性思維。

四、基于學生必做實驗的綜合實驗題的命制策略

1. 堅持素養考查的命題導向

試題的命制一定是在《高中新課標》學業水平命題框架下進行的，即堅持化學學科核心素養為導向，準確把握“素養”“情境”“問題”“知識”四個要素在命題中的定位和相互聯系。素養考查為導向的實驗綜合試題需要關注以下四個維度：①考查學生是否具備扎實的化學基礎知識，是否能夠準確理解和應用相關概念和原理，如本題考查了［Cu（H2O）4］2＋結構式的書寫、硫酸四氨合銅制備過程中離子方程式的書寫、氨氣與銨鹽的轉化、三價鐵與二價鐵的轉化等。②考查學生是否掌握基本的實驗操作技能，如本題中考查蒸餾的基本實驗操作、蒸餾過程中共沸物的分離處理。③考查學生是否具備創新思維和解決問題的能力，是否能夠在給定的問題情境下，設計出合理的實驗方案，并能夠從實驗數據中得出科學的結論，如本題中給定條件下硫酸銅溶液制備方案的設計。④考查學生是否具備科學態度和精神，能夠以科學的眼光看待問題，并能夠以科學的思維解決問題，如本題中需要對兩種制備硫酸銅溶液的方案從科學的角度進行評價。

2. 尋找具有包容性的實驗情境素材

在選擇真實的實驗情境的過程中，教師必須明確情境素材是為核心素養測試的目標服務的。因此，要挑選具有廣泛包容性的情境，能夠涵蓋教材中涉及的多領域的知識和技能。同時，情境的延展性和開放性也必須充分考慮。這有助于學生在應用知識、技能解決問題時，充分展示他們的核心素養水平。包容性的特征之一是可以整合其他知識點，在改編過程中，我們可以將其他相關的知識點整合到題目中，以增加題目的綜合性。例如，可以結合元素化合物相關知識，可以用結構相關的知識解釋問題，可以要求學生分析化學反應的機理，或者要求學生計算某些參數（如物質的量濃度、轉化率等）。包容性的特征之二是可以增加實際應用背景，為了使題目更具現實意義，我們可以給題目增加一些實際應用背景。例如，在本題中可以增加工業生產硫酸四氨合銅的優化設計，還可以對硫酸四氨合銅分離提純進行進一步的分析。

3. 命題角度可以前伸和后延

教材上提供的學生實驗情境材料核心知識點涉及較少，步驟也簡單，與綜合性的實驗題設計情境不相符，所以教師就需要把命題角度放得更寬一些，關注實驗的前伸和后延。前伸是指在實驗開始之前，對實驗的原料、環境、設備、操作方式等進行全面細致的考查和研究。實驗的后延是指在實驗結束后，對實驗產品進行處理，對結果進行分析和總結。例如，本題就以制備硫酸四氨合銅的原料之一硫酸銅溶液的制備進行了實驗方案的設計和評價，從而使整個實驗題對學生思維及能力的考查上升了一個臺階。

通過將必做實驗進行綜合實驗題的改編，可以更好地促進學生理解和掌握化學知識，提高學生對化學知識的綜合運用能力。同時，還可以培養學生的探究精神和創新意識。在題目的設計過程中，教師需要認真思考和探討如何將多個知識點融合在一起，同時還需要考慮到學生的實際水平和操作能力，將化學必做實驗改編成綜合實驗題還有助于促進教師教學水平的提高。

參考文獻

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