素養(yǎng)考查導(dǎo)向下，基于學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)驗(yàn)題的命制

基金項(xiàng)目：本文系江蘇省中小學(xué)教學(xué)研究第十四期課題“基于深度學(xué)習(xí)的化學(xué)結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計的研究（2021JY14-L276）的階段性研究成果。

摘" 要：本文以中學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)“硫酸四氨合銅”為素材背景，通過查閱文獻(xiàn)，將原料處理、產(chǎn)品制備及產(chǎn)品處理的整個過程作為試題情境，進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)題的命制，完整闡述了如何將學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)改編成以素養(yǎng)考查為導(dǎo)向的綜合實(shí)驗(yàn)題的命題策略。

關(guān)鍵詞：素養(yǎng)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(xiàn)標(biāo)識碼：

B

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》（以下簡稱《高中新課標(biāo)》）在教學(xué)與評價建議中指出，以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一，化學(xué)實(shí)驗(yàn)對于全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用。教師應(yīng)認(rèn)真組織學(xué)生完成本標(biāo)準(zhǔn)中要求的必做實(shí)驗(yàn)；有效組織和實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，增進(jìn)學(xué)生對科學(xué)探究的理解，發(fā)展科學(xué)探究能力。［1］在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，很多的試題對必做實(shí)驗(yàn)的考查要求不高，使得教師在進(jìn)行必做實(shí)驗(yàn)教學(xué)時創(chuàng)新意識不夠，知識化教學(xué)傾向比較嚴(yán)重，機(jī)械化地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有的甚至不真正開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直接記憶實(shí)驗(yàn)操作過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，偏離了實(shí)驗(yàn)教學(xué)本源。大多數(shù)教師對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的功能開發(fā)、補(bǔ)充和擴(kuò)展方面的認(rèn)識或落實(shí)力度是不夠的［2］，相應(yīng)的很多實(shí)驗(yàn)的習(xí)題與學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展也是不太吻合的。基于以上原因，以學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)為試題背景進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(diào)研考試中，引導(dǎo)教師深入研究教材中的必做實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將必做實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度化，有助于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)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(xué)選擇性必修2第三章中必做實(shí)驗(yàn)“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(xué)生認(rèn)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(shí)驗(yàn)操作，如結(jié)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(guān)有機(jī)實(shí)驗(yàn)的考查。③硫酸四氨合銅晶體制備的原料硫酸銅是中學(xué)化學(xué)中常見的重要化合物，可以將重要的元素知識及結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)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(yè)也有著廣泛的用途。

2. 文獻(xiàn)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(shè)計綜合實(shí)驗(yàn)的考點(diǎn)及方向如表1所示。以核心素養(yǎng)測試為宗旨的命題應(yīng)以真實(shí)情境為載體，關(guān)注情境的真實(shí)性和呈現(xiàn)的科學(xué)性，從日常生活、學(xué)術(shù)探索、實(shí)驗(yàn)探究等不同類型的素材中遴選情境，通過情境調(diào)控試題的復(fù)雜度、陌生度和開放度。［4］依據(jù)試題初步設(shè)計方向及核心素養(yǎng)測試宗旨，進(jìn)行了有針對性的文獻(xiàn)查閱。經(jīng)查閱篩選后，筆者以《硫酸四氨合銅制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與探究》［5］《硫酸四氨合銅組成測定的方法改進(jìn)》［6］《優(yōu)化實(shí)驗(yàn)制備方案 培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng) ——以高三‘硫酸銅的制備方案探究與評價’為例》［7］三篇文獻(xiàn)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(yè)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(shí)驗(yàn)步驟如下。

步驟1：向硫酸銅溶液中滴加1mol/L氨水至產(chǎn)生藍(lán)色絮狀沉淀。

步驟2：向“步驟1”所得沉淀中繼續(xù)滴加氨水至轉(zhuǎn)化成深藍(lán)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(lán)色晶體，過濾。

步驟4：向“步驟3”所得濾液中加入稀硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH至5左右后蒸餾。

（1）畫出 ［Cu（H2O）4］2＋的結(jié)構(gòu)式：" 。

（2）“步驟2”中主要反應(yīng)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(diào)節(jié)溶液pH的目的是" 。

Ⅱ. 工業(yè)上常用Fe3＋、銅粉來制備硫酸銅溶液。

（4）補(bǔ)充完整制取硫酸銅溶液的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yīng)制備硫酸銅溶液相比，優(yōu)點(diǎn)除不產(chǎn)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(yè)用途，意圖引導(dǎo)學(xué)生解決基于真實(shí)情境的“真”問題，通過解決真實(shí)化學(xué)問題，學(xué)生可以更好地認(rèn)識化學(xué)對于社會和環(huán)境的影響，從而更好地關(guān)注社會和環(huán)境問題，增強(qiáng)社會責(zé)任感。通過將真實(shí)情境與實(shí)際問題相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)視角看待和解決實(shí)際問題。

設(shè)計第（1）問的目的是通過畫出［Cu（H2O）4］2＋的結(jié)構(gòu)式，學(xué)生可以了解配合物的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，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(guī)律，另外也可以幫助學(xué)生區(qū)分結(jié)構(gòu)式及結(jié)構(gòu)簡式。第（2）問設(shè)計書寫向氫氧化銅沉淀中繼續(xù)滴加氨水轉(zhuǎn)化成深藍(lán)色溶液的離子方程式，旨在考查學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來推導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的過程并用化學(xué)語言描述整個過程的能力。書寫該離子方程式時需要學(xué)生從宏觀角度判斷反應(yīng)物與生成物，從微觀角度理解離子反應(yīng)的本質(zhì)，從符號的角度表達(dá)該反應(yīng)。離子方程式的書寫，是對化學(xué)學(xué)科基本素養(yǎng)的考查，需要從宏觀、微觀和符號三個層面進(jìn)行表征，考查了學(xué)生的學(xué)科思維和基本的學(xué)科素養(yǎng)。第（3）問第一空，蒸餾實(shí)驗(yàn)裝置的考查是讓學(xué)生了解蒸餾的基本原理，掌握蒸餾的操作方法，考查學(xué)生的實(shí)踐能力和實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)情境，可知在反應(yīng)后的溶液中還含有氨水，該物質(zhì)在加熱的條件下也會揮發(fā)分解產(chǎn)生氨氣，從而導(dǎo)致回收的乙醇不純，所以在蒸餾前需對溶液中其他沸點(diǎn)較低的物質(zhì)進(jìn)行處理。一般而言，溶液中的鹽受熱不易從溶液中揮發(fā)，所以需要調(diào)節(jié)溶液的pH，將溶液中的氨轉(zhuǎn)化為銨鹽，就能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ谡鎸?shí)的實(shí)驗(yàn)情境中，運(yùn)用化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本技能來解決問題，即考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。第（4）問是一個開放性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計問題，需要結(jié)合試題中給出的實(shí)驗(yàn)藥品來設(shè)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(diào)節(jié)溶液的pH使Fe3＋轉(zhuǎn)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(zhì)的過程中應(yīng)盡可能減少雜質(zhì)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(xué)生的思維過程，通過增加試題的開放程度，鼓勵學(xué)生多角度、多層次地運(yùn)用發(fā)散性思維來分析和解決問題，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力。［8］這種拓展能夠促使學(xué)生不僅僅停留在表面的知識記憶和簡單應(yīng)用上，而是深入思考問題的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，培養(yǎng)他們的批判性思維、創(chuàng)造性思維和問題解決的能力。第（5）問是關(guān)于兩種硫酸銅制備實(shí)驗(yàn)方案的評價，依據(jù)兩者實(shí)驗(yàn)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(chǎn)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(yōu)點(diǎn)。通過兩種實(shí)驗(yàn)方案的比較，學(xué)生可以更深入地理解硫酸銅溶液的制備原理，包括反應(yīng)物、反應(yīng)條件、反應(yīng)過程等，學(xué)生也能更深入地理解化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，注重考查了學(xué)生的批判性思維。

四、基于學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的綜合實(shí)驗(yàn)題的命制策略

1. 堅持素養(yǎng)考查的命題導(dǎo)向

試題的命制一定是在《高中新課標(biāo)》學(xué)業(yè)水平命題框架下進(jìn)行的，即堅持化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，準(zhǔn)確把握“素養(yǎng)”“情境”“問題”“知識”四個要素在命題中的定位和相互聯(lián)系。素養(yǎng)考查為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)綜合試題需要關(guān)注以下四個維度：①考查學(xué)生是否具備扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)知識，是否能夠準(zhǔn)確理解和應(yīng)用相關(guān)概念和原理，如本題考查了［Cu（H2O）4］2＋結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化、三價鐵與二價鐵的轉(zhuǎn)化等。②考查學(xué)生是否掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作技能，如本題中考查蒸餾的基本實(shí)驗(yàn)操作、蒸餾過程中共沸物的分離處理。③考查學(xué)生是否具備創(chuàng)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(shè)計出合理的實(shí)驗(yàn)方案，并能夠從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得出科學(xué)的結(jié)論，如本題中給定條件下硫酸銅溶液制備方案的設(shè)計。④考查學(xué)生是否具備科學(xué)態(tài)度和精神，能夠以科學(xué)的眼光看待問題，并能夠以科學(xué)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(xué)的角度進(jìn)行評價。

2. 尋找具有包容性的實(shí)驗(yàn)情境素材

在選擇真實(shí)的實(shí)驗(yàn)情境的過程中，教師必須明確情境素材是為核心素養(yǎng)測試的目標(biāo)服務(wù)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(lǐng)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(xué)生在應(yīng)用知識、技能解決問題時，充分展示他們的核心素養(yǎng)水平。包容性的特征之一是可以整合其他知識點(diǎn)，在改編過程中，我們可以將其他相關(guān)的知識點(diǎn)整合到題目中，以增加題目的綜合性。例如，可以結(jié)合元素化合物相關(guān)知識，可以用結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識解釋問題，可以要求學(xué)生分析化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理，或者要求學(xué)生計算某些參數(shù)（如物質(zhì)的量濃度、轉(zhuǎn)化率等）。包容性的特征之二是可以增加實(shí)際應(yīng)用背景，為了使題目更具現(xiàn)實(shí)意義，我們可以給題目增加一些實(shí)際應(yīng)用背景。例如，在本題中可以增加工業(yè)生產(chǎn)硫酸四氨合銅的優(yōu)化設(shè)計，還可以對硫酸四氨合銅分離提純進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

3. 命題角度可以前伸和后延

教材上提供的學(xué)生實(shí)驗(yàn)情境材料核心知識點(diǎn)涉及較少，步驟也簡單，與綜合性的實(shí)驗(yàn)題設(shè)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(guān)注實(shí)驗(yàn)的前伸和后延。前伸是指在實(shí)驗(yàn)開始之前，對實(shí)驗(yàn)的原料、環(huán)境、設(shè)備、操作方式等進(jìn)行全面細(xì)致的考查和研究。實(shí)驗(yàn)的后延是指在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行處理，對結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計和評價，從而使整個實(shí)驗(yàn)題對學(xué)生思維及能力的考查上升了一個臺階。

通過將必做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)題的改編，可以更好地促進(jìn)學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識，提高學(xué)生對化學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力。同時，還可以培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識。在題目的設(shè)計過程中，教師需要認(rèn)真思考和探討如何將多個知識點(diǎn)融合在一起，同時還需要考慮到學(xué)生的實(shí)際水平和操作能力，將化學(xué)必做實(shí)驗(yàn)改編成綜合實(shí)驗(yàn)題還有助于促進(jìn)教師教學(xué)水平的提高。

參考文獻(xiàn)

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020．

［2］賈同改，左金鑫，梅芳.以延伸課堂實(shí)驗(yàn)與發(fā)展化學(xué)學(xué)科能力為導(dǎo)向的期末試題的命制——學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)“簡單配合物的制備”［J］.化學(xué)教育（中英文），2023（9）：31-36．

［3］王晶，鄭長龍.普通高中教科書 化學(xué) 選擇性必修2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)［M］.北京：人民教育出版社，2014．

［4］單旭峰.基于高考評價體系的化學(xué)科考試內(nèi)容改革實(shí)施路徑［J］.中國考試，2019（12）：45-52．

［5］劉志紅，呂佳.硫酸四氨合銅制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與探究［J］.化學(xué)教育，2016（4）：29-31．

［6］王方闊，周賢亞，聶麗，等.硫酸四氨合銅組成測定的方法改進(jìn)［J］.廣東化工，2013（1）：103，106．

［7］王雨佳，羅清華.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)制備方案" 培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)——以高三“硫酸銅的制備方案探究與評價”為例［J］.湖南教育（D版），2021（6）：31-33．

［8］江合佩.化學(xué)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的命題實(shí)踐與研究——以“菱鋅礦制備硫酸鋅”的工業(yè)流程題命制為例［J］.化學(xué)教學(xué)，2023（6）：80-87．