素養(yǎng)考查導(dǎo)向下基于學(xué)生必做實驗的高中化學(xué)綜合實驗題命制

摘" 要" 以中學(xué)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(chǎn)品制備和產(chǎn)品處理的整個過程作為試題情境，進行綜合實驗題的命制，完整闡述將學(xué)生必做實驗改編成以素養(yǎng)考查為導(dǎo)向的綜合實驗題的命題策略。

關(guān)鍵詞" 高中化學(xué)；核心素養(yǎng)；素養(yǎng)考查；綜合實驗題；硫酸四氨合銅

中圖分類號：G633.8" "文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-0-04

0" 引言

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出，以實驗為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一，化學(xué)實驗對于全面發(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[1]。教師應(yīng)認真組織學(xué)生完成新課標(biāo)中要求的必做實驗，盡可能多地為學(xué)生提供動手實驗的機會，有效組織和實施實驗探究教學(xué)，增進學(xué)生對科學(xué)探究的理解，發(fā)展科學(xué)探究能力[1]。但在現(xiàn)實教學(xué)中，很多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(xué)時創(chuàng)新意識不夠，知識化教學(xué)傾向比較嚴(yán)重，機械化地進行實驗教學(xué)。有的甚至不真正開展實驗，讓學(xué)生直接記憶實驗操作過程和實驗結(jié)果，偏離了實驗教學(xué)的本意。大多數(shù)教師對實驗內(nèi)容的功能開發(fā)、補充和擴展方面的認識或落實力度不夠[2]，相應(yīng)地，很多實驗的習(xí)題與學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展也不太吻合。

基于此，以學(xué)生必做實驗為試題背景進行綜合實驗題的改編非常必要，應(yīng)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驗內(nèi)容，將必做實驗教學(xué)深度化，有助于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。

1" 試題素材來源

1.1" 主題情境的選擇

試題背景選取人教版選擇性必修2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(xué)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理由如下：

1）晶體制備涉及更多基本實驗操作，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)有機實驗的考查；

3）作為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)的相關(guān)內(nèi)容滲透于試題中；

4）硫酸四氨合銅晶體在工業(yè)上常用作殺蟲劑，是一種廣譜殺菌劑，另外在電鍍和人造絲行業(yè)也有廣泛用途。

1.2" 查閱文獻

試題確定以前期主要原料硫酸銅溶液的獲取和硫酸四氨合銅晶體制備為主題情境，初步設(shè)計綜合實驗題的考點見表1。

單旭峰[4]認為，以核心素養(yǎng)測試為宗旨的命題應(yīng)以真實情境為載體，關(guān)注情境的真實性和呈現(xiàn)的科學(xué)性，從日常生活、學(xué)術(shù)探索、實驗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。筆者依據(jù)試題初步設(shè)計方向和核心素養(yǎng)測試宗旨，有針對性地查閱文獻。經(jīng)查閱篩選后，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(yōu)化實驗制備方案 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] 三篇文獻作為試題情境材料的來源。

2" 試題命制

2.1" 試題呈現(xiàn)

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和電鍍行業(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，實驗步驟如下。

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

步驟2：向步驟1所得沉淀中繼續(xù)滴加氨水至轉(zhuǎn)化成深藍色溶液。

步驟3：向步驟2所得溶液中加入稍過量的乙醇溶液，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(diào)節(jié)溶液的pH值至5左右后蒸餾。

（1）畫出[Cu（H2O）4]2+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、承接管、錐形瓶外還需有" ▲" 。蒸餾前用稀硫酸調(diào)節(jié)溶液pH值的目的是" ▲" 。

Ⅱ．工業(yè)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" ▲" 混合溶液中，銅粉完全溶解后，" ▲" ，得到硫酸銅溶液。[實驗中可選用試劑：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值范圍如下表所示

（5）該方法和銅與濃硫酸直接反應(yīng)制備硫酸銅溶液相比，優(yōu)點除了不產(chǎn)生污染性氣體外，還有" ▲" 。

2.2" 試題答案

（1）

（2）Cu（OH）2+4NH3·H2O=[Cu（NH3）4]2++2OH- +4H2O

（3）溫度計、冷凝管

將氨氣轉(zhuǎn)化為，減少蒸餾時氨氣揮發(fā)逸出

（4）Fe2（SO4）3溶液

向溶液中通入氧氣充分反應(yīng)（至溶液顏色不變），再向溶液中分批加入CuO粉末，攪拌，用pH計測得溶液的pH值在3.1～5.2之間，過濾

（5）無須加熱、生成等量的硫酸銅溶液所需的硫酸少、反應(yīng)速率快

2.3" 試題評析和設(shè)計意圖

試題的開始簡單介紹一水硫酸四氨合銅的工業(yè)用途，引導(dǎo)學(xué)生解決的問題是基于真實情境的“真”問題。通過解決真實化學(xué)問題，學(xué)生可以更好地認識化學(xué)對社會和環(huán)境的影響，從而更好地關(guān)注社會和環(huán)境問題，增強社會責(zé)任感。新課標(biāo)提出，創(chuàng)造一種激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境，提供豐富多樣的學(xué)習(xí)體驗[1]。在這個環(huán)境中，構(gòu)建真實的化學(xué)問題情境，這是鼓勵學(xué)生自主探究化學(xué)知識的關(guān)鍵因素。將特定情境與問題相結(jié)合，引發(fā)學(xué)生對化學(xué)思維的廣泛探索和思考[1]。

設(shè)計第（1）題的目的是通過繪制[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，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，還可以區(qū)分結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)簡式。

第（2）題，設(shè)計書寫向氫氧化銅沉淀中繼續(xù)滴加氨水轉(zhuǎn)化成深藍色溶液的離子方程式，旨在考查學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象推導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)的過程，并用化學(xué)語言描述整個過程。書寫該離子方程式需要學(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行表征，考查學(xué)生的學(xué)科思維和基本的學(xué)科素養(yǎng)。

第（3）題第一個填空題——蒸餾實驗裝置的考查，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)生的實踐能力和實驗技能。第二個填空題，乙醇需要通過蒸餾的途徑獲得，但通過分析實驗情境，可知反應(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較低的物質(zhì)進行處理。一般而言，溶液中的鹽受熱不易從溶液中揮發(fā)，所以調(diào)節(jié)溶液的pH值，將溶液中的氨轉(zhuǎn)化為銨鹽，就能達到實驗?zāi)康?。考查在真實的實驗情境中運用化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本技能解決問題的能力，即考查學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

第（4）題是一個開放性的實驗設(shè)計問題，需要結(jié)合試題中給出的試劑設(shè)計制備硫酸銅溶液的方案。通過閱讀可以分析該題中利用Fe3+氧化銅粉，然后利用氧氣將溶液中的Fe2+氧化，通過CuO調(diào)節(jié)溶液的pH值使Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe（OH）3沉淀，與硫酸銅溶液分離，從而制備獲得較純的硫酸銅溶液。在試題中，通過制備物質(zhì)過程中盡可能減少雜質(zhì)離子的引入，需要在FeCl3溶液與Fe2（SO4）3溶液中選擇其中之一作為氧化劑。這種開放性的問題注重考查學(xué)生的思維過程，通過提升試題的開放程度，鼓勵學(xué)生多角度、多層次地運用發(fā)散性思維分析和解決問題，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，而是能夠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能力。

第（5）道題是一個關(guān)于兩種硫酸銅制備實驗方案的評價，依據(jù)兩者實驗的過程，描述利用Fe3+催化氧化銅粉制備硫酸銅溶液有著不產(chǎn)生污染性氣體、無須加熱、生成等量的硫酸銅溶液所需的硫酸少等優(yōu)點。通過兩個實驗方案的比較，可以讓學(xué)生更深入地理解硫酸銅的制備原理，包括反應(yīng)物、反應(yīng)條件、反應(yīng)過程等，更深入地理解化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，注重考查學(xué)生的批判性思維。

3" 基于學(xué)生必做實驗的綜合實驗題命制策略

3.1" 堅持素養(yǎng)考查的命題導(dǎo)向

試題的命制一定是在新課標(biāo)學(xué)業(yè)水平命題框架下進行，即堅持以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，準(zhǔn)確把握素養(yǎng)、情境、問題和知識四個要素在命題中的定位與相互聯(lián)系[1]。以素養(yǎng)考查為導(dǎo)向的綜合實驗題需要關(guān)注以下四個維度：

1）考查學(xué)生是否具備扎實的化學(xué)基礎(chǔ)知識，是否能夠準(zhǔn)確理解和應(yīng)用相關(guān)概念與原理，如本題考查[Cu（H2O）4]2+結(jié)構(gòu)式的書寫，硫酸四氨合銅制備方程式的書寫，氨氣與銨鹽的轉(zhuǎn)化，F(xiàn)e3+與Fe2+的轉(zhuǎn)化等；

2）考查學(xué)生是否掌握基本的實驗操作技能，如本題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(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)計合理的實驗方案，并能夠從實驗數(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)的角度進行評價。

3.2" 實驗情境素材具有包容性

在選擇真實實驗情境過程中必須明確，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必須予以充分考慮，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，在改編過程中可以將其他相關(guān)的知識點整合到題目中，以增強題目的綜合性。例如，可以結(jié)合元素化合物相關(guān)知識，用與化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識解釋問題，要求學(xué)生分析化學(xué)反應(yīng)的機理，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際應(yīng)用背景。為了使題目更具現(xiàn)實意義，可以給題目增加一些實際應(yīng)用背景，如在本題中還可以增加工業(yè)生產(chǎn)硫酸四氨合銅過程的優(yōu)化設(shè)計，對硫酸四氨合銅分離提純進行進一步分析。

3.3" 命題角度可以前伸和后延

書本上提供的學(xué)生實驗情境材料對核心知識點的涉及較少，步驟也簡單，與綜合性的實驗題設(shè)計情境不相符，所以就需要把命題角度放得更廣一些，關(guān)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(huán)境、設(shè)備、操作方式等進行全面細致的考察和研究。實驗的后延是指在實驗結(jié)束后，對實驗產(chǎn)品進行處理，對結(jié)果進行分析和總結(jié)。如本題就對制備硫酸四氨合銅的原料之一——硫酸銅溶液的制備進行實驗方案設(shè)計和評價，從而使整個實驗題對學(xué)生思維與能力的考查上升一個臺階。

4" 結(jié)束語

將必做實驗改編為綜合實驗題，可以更好地促進學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識，提高對化學(xué)知識的綜合運用能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新意識。在題目設(shè)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，還需要考慮學(xué)生的實際水平和操作能力。將化學(xué)必做實驗改編成綜合實驗題還有助于促進教師教學(xué)水平的提高。

5" 參考文獻

[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）[S]北京：人民教育出版社，2022.

[2] 賈同改，左金鑫，梅芳.以延伸課堂實驗與發(fā)展化學(xué)學(xué)科能力為導(dǎo)向的期末試題的命制：學(xué)生必做實驗“簡單配合物的制備”[J].化學(xué)教育（中英文），2023，44（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，2020：96.

[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驗的改進與探究[J].化學(xué)教育，2016，37（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[J].廣東化工，2013，40（1）：103，106.

[7] 王雨佳，羅清華.優(yōu)化實驗制備方案 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.