全国第十届实验教学创新研讨会论文集-论笔试型化学实验模拟试题的评价和教学导向功能

论笔试型化学实验试题的评价和教学导向功能吴思杰（杭州市普通教育研究室310003）摘要将笔试型化学实验试题的命题“重心前移”及注意考查实验的细节能有效测试和评价学生的实验能力及科学素养，从而发挥实验试题关注实验、注重过程的教学导向功能。关键词实验试题评价实验能力教学导向评价是试题的一个重要功能，正因为如此，试题对教学有一种导向功能。化学实验试题可分为操作型和笔试型两类。通常认为操作型的化学实验试题以测试学生实验操作能力见长，但因其测试费时费力，测试成本昂贵，评价标准不易统一，难以在大规模考试中广泛应用，因而“叫好不叫座”。在各类化学考试评价中笔试型实验试题仍是考查实验能力的主要形式。一些学校的学生平时很少有真正的化学实验活动，教师在教学中往往以“黑板实验”、“叙述实验”代替了真实的化学实验。学生在考试时，仅仅依靠“背诵实验”、“想象实验”来解答笔试型实验试题也获得了不低的分数，这就使化学实验能力的考查陷入了一种尴尬境地。如何使笔试型实验试题能有效地考查、评价学生的实验能力，从而对教学产生重视实验、关注过程、探究方法的正确导向是当前的化学教学的研究热点和热门话题。观点一：将笔试型实验试题的命题“重心前移”有利于全面评价实验思维能力。如何全面地认识化学实验能力呢？我们不妨先分析化学实验的全过程。课题定向：确定实验要解决的问题方案设计：构思原理、试剂、装置、操作等。实验操作观察现象、记录数据整理、思考、形成结论课题定向：确定实验要解决的问题方案设计：构思原理、试剂、装置、操作等。实验操作观察现象、记录数据整理、思考、形成结论从化学实验的全过程来看，学生化学实验能力由多种要素组成，它包括发现、选择和明确课题的能力；构思、选用实验方法和设计实验方案的能力；使用和加工仪器的能力；实验操作的能力；观察实验，收集有关事实、资料、数据的能力；分析研究和处理事实、资料、数据，形成概念，作出判断、推理和发现规律的能力；表述实验及其结果、最终解决问题的能力等。所以化学实验的能力应该是复盖实验全过程的一种综合能力。这里有一种最为核心的东西，我们不妨将其称为实验思维能力。传统的笔试型化学实验试题，主要考查学生观察实验现象、整理和处理实验数据，分析和得出实验结论的能力，这是实验过程的最后两个环节。从化学实验的全过程来看，化学实验能力的组成要素中，首先是发现、选择和明确课题的能力。其次是构思、选择、运用实验方法和设计实验方案的能力。这些能力往往更能反映实验者的自主、创新精神。所谓将笔试型实验试题的“重心前移”，就是指将实验试题命题“重心”移至实验的前两个环节中，从而更全面地实现对实验思维能力的评价和考查。例1：为了测定不同电解质的水溶液的导电能力是否相同，设计如下图所示的实验，盐酸CH3COOH溶液NaOH溶液NaCl溶液氨水请回答下列问题：（1）本实验取了盐酸、CH3COOH溶液、NaOH溶液、NaCl溶液和氨水五种溶液，若要再增加一种溶液，你认为选取下列哪种溶液最为合适？（A）硫酸钠（B）氯化钙（C）氢氧化钡（D）硝酸钾（2）为了排除无关因素的干扰，本实验应控制多种实验条件，如烧杯的规格相同、烧杯内溶液的体积相等、相同的电极材料、各电极间的距离相等、溶液的温度相同等，除此外，你认为还应控制的最关键的条件（或因素）是。（3）本实验通过观察到现象，间接说明不同电解质溶液导电能力是不同的。（4）通过本实验，证实了不同的电解质溶液导电能力是不同的，从而可直接推出的结论是。参考答案：（1）D（2）五种溶液的物质的量浓度相同（3）灯光亮度不一（4）不同电解质在水中的电离程度是不同的。本题的第（1）、（2）小题命题的视角指向了对实验方案的设计和对实验原理的理解，要求学生能根据“测定不同电解质的水溶液的导电能力是否相同”的实验目的设计实验方案，考查了学生对实验原理的理解和对实验条件的控制能力。观点二：笔试型实验试题通过对实验细节的考查，可以间接评价学生的实验操作经验和能力。笔试型实验试题只能通过间接的方式对学生实验操作能力进行考查。在日常的学习中，如果学生不做实验，只是教师“说实验”，学生“背实验”来对付考试，学生很难会注意到实验中的细节问题。能否处理好实验细节问题与平时实验训练以及长期训练后积累的实验经验有着一定的联系。因此，考查实验操作细节可成为间接考查学生是否真正做过实验的一种方法。一般情况下，可做这样的推论：多做实验的学生得到多次训练，其实验操作能力也会得到相应增强。例2：把钠放入滴有石蕊试液的水中，下列现象不易观察到的是（B）A．钠浮在水面上 B．溶液中产生较多气泡C．水溶液变为蓝色 D．例3：在烧杯中放入5g苯酚，再加入10g水，充分搅拌后静置，取其溶液5mL于试管中，再滴入浓溴水2滴。充分振荡后最终试管中可观察到的现象是（B）A．产生白色沉淀B．无沉淀产生C．溶液分层D．溶液变淡黄色例3在题干中描述了一个过量的苯酚溶液和溴水反应的实验情境，有实验经验的学生都会对在实验过程中迟迟不能出现的白色沉淀而有深刻的印象，但背诵实验的考生则会根据苯酚和溴水发生取代反应的性质，选A而落入题设的圈套。该题在本地区考试中通过率仅为24%，这说明学生“背实验”来对付考试的现象还较为严重。例4：某学生尝试分别用下图中集气装置A和集气装置B来收集少量的CO2气体。当选用集气装置（选填“A”或“B”）可收集到较多的气体。经试验，该学生最终选用集气装置B来收集CO2。其选择装置B的原因是。参考答案：A；选用B装置操作较为简便。若选用A装置将导管移出试管时，会造成大量气体逃逸且操作也不方便。解答本题第（1）小题，学生抓住CO2气体和水的接触时间长短来判断CO2气体溶解量的多少，从而推测A装置可收集到较B装置多的气体，这只需通过纯思维活动就可解答。从测试情况看，这一问学生一般没有困难（通过率为87%）。而本题的第（2）小题学生就很难仅靠思维活动来解答，实验操作经验丰富的学生知道A装置收集满气体后，很难做到将玻璃导管从试管中取出来而不使气体泄漏。这里学生的操作经验起到了关键的作用。第（2）小题通过率仅为45%。观点三：笔试型实验试题具有将教学从关注结果导向关注过程的功能。在一次地区级课题为“乙醇的性质”的优质课评选活动中，笔者作为评委在听课过程中发现，三位参赛老师均做了乙醇和金属钠反应的实验，但教学的组织方式有很大的差异；教师甲：在试管内做了演示实验，证明反应产生了氢气，即停止了演示。由于可见度不高，学生并不能清楚地观察到实验现象的细部，也没有观察到金属钠最终是如何完全消失的实验现象。教师乙：在培养皿内做了演示实验，并通过大屏幕投影，学生除了观察到实验中产生的泡外，甚至能清楚地观察到反应前期金属钠的棱角。教师丙：采用四人分组实验的方式，让学生亲自动手实验，学生兴趣十分高涨，许多学生切了一粒钠反应后仍意犹未尽，反复实验直至将试剂瓶内所有的钠粒耗尽才罢手。这三位教师对实验的不同组织方式，收到的不同教学效果了引起笔者的深思，以此为素材，命制了如下试题。例5：将黄豆大小的不规则形状的两粒金属钠分别投入盛有少量水和乙醇的两个烧杯中，观察两烧杯中的现象，根据观察到的部分现象，填写下表（表内打“√”或“×”）观察到的现象钠投入水中钠投入乙醇中（1）有气体产生（2）金属钠熔成小球状（3）金属钠浮于液面上（4）金属钠沉于液面下对上表中水、乙醇中出现的相同现象加以解释：。参考答案：观察到的现象钠投入水中钠投入乙醇中（1）有气体产生√√（2）金属钠熔成小球状√×（3）金属钠浮于液面上√√（4）金属钠沉于液面下×√两者均出现现象（1）是因为水和乙醇分子中均含有—OH，—OH中的氢原子可和钠反应。两者均出现现象（3），金属钠的密度比水小，故浮于水面；金属钠投放酒精中，开始时沉于液面下，随着反应进行，钠表面的气泡越来越多，气泡产生的浮力使钠上浮至水面。经测试，对于第（1）小题，教师甲、乙、丙的学生均能正确作答。第（2）小题教师甲的学生就显得疑感，只能凭猜测作答。第（3）、（4）小题多数学生都只能回答成钠浮于水面上，而沉于乙醇液面下。只有少数观察能力特别强的学生，正是那些在课内亲自动手、反复实验，将实验现象从头到尾均作了仔细观察的学生能描述钠始沉于乙醇液面下，后浮于乙醇液面上。本题的测试结果说明，教师在平时的教学中创造更多的机会让学生动手实验，对培养学生深入细致的观察能力是非常有益的。例6：为了探究乙醇和金属钠反应的原理，做了如下四个实验：实验一：向小烧杯中加入无水乙醇，再放入一小块金属钠，观察现象，并收集产生的气体。实验二：设法检验实验一收集到的气体。实验三：向试管中加入3mL水，并加入一小块金属钠，观察现象。实验四：向试管中加入3mL乙醚，并加入一小块金属钠，观察现象。回答以下问题：（1）简述实验二中检验气体的实验方法及作出判断的依据：。（2）从结构上分析，该实验选取水和乙醚做参照物的原因是。（3）实验三的目的是欲证明；实验四的目的是欲证明；根据实验三和实验四的结果，可以证明乙醇和金属钠反应的化学方程式应为。参考答案：（1）将收集到的气体点燃，若能燃烧或发出爆鸣声则证明该气体是氢气。（2）乙醇分子中含有乙基和羟基而水分子中含羟基，乙醚分子中含有乙基。（3）羟基氢可和钠发生置换反应；乙基上的氢不能和钠发生置换反应；2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑本题第（2）小题学生的通过率只有35%，究其原因，在乙醇和金属钠反应的实际教学中，许多老师只做了实验一和实验二，其教学目标只是落实在学生能正确书写该反应化学方程式上。这种教学处理看似教师并没有直接将乙醇和金属钠能发生反应的性质告诉学生，但通过实验一、实验二仍不足以证明乙醇和金属钠反应的化学方程式为：2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑为什么学生不会想到其反应式可能为：2CH3CH2OH+2Na→2CH3CHNaOH+H2↑CH3CH2OH+2Na→CH3CHNa2OH+H2↑CH3CH2OH+2Na→2CH2NaCHNaOH+H2↑…………实验三和实验四的设置，正是引导教学要更关注知识的形成过程。观点四：笔试型实验试题还具有考查学生科学精神、科学素养的功能。长期来我们的教学中缺少对学生独立意识、质疑精神、科学探究能力的培养。而让学生在实验中，学会以实验事实为依据，独立分析实验现象，独立思考得出结论，不唯书、不唯上，以“实验为检验真理”的标准。特别是发现实验中的异常现象，敢于质疑，大胆假设、勇于探究正是培养学生科学精神的有效途径。例7：某学生在研究性学习的课程中选定的课题是：测定能使带火星木条复燃的氧气体积分数的最小值。实验步骤如下：①取5-6只集气瓶，用量筒装水分别测定它们的容积并标记。②向集气瓶中分别装入其总容积的10%、20%、30%、40%、50%的水，并用毛玻璃盖住，依次编号为1、2、3、4、5。③向大试管中加入1:10（质量比）的MnO2和KClO3的混合物，加热使其反应，分别用排水集气法将上述1-5号瓶中的水排去。④将带火星的木条依次插入1-5号瓶中，观察并记录现象，列入下表：集气瓶号12345木条火星的状况微亮亮很亮复燃复燃请回答下列问题：（1）用排水集气法收得氧气后，2号瓶中氧气的体积分数约为。（2）如果要得到更精确的数据，下一步实验研究时应向第6只集气瓶中加入%（取整数值）的水后，再用排水法收集氧气，然后用带火星的木条来试验。（3）从已取得的实验数据分析，用“使带火星木条是否复燃”的现象来检验集气瓶中是否充满氧气的方法是否可靠？。参考答案：（1）%（2）35（3）.不可靠本题学生的得分率仅为42%，第（1）小题考查了学生处理、分析实验所得数据的能力。第（2）小题反映了学生设计实验方案的能力。这两个小题均有一定的难度。第（3）小题本不是难题，但得分率仍不到60%。不少学生对在初中就从老师这里学到的用“使带火星木条是否复燃”的现象来检验集气瓶中是否充满氧气的方法深信不疑，以至无视实验事实，固执已见。这体现了学生还缺乏敢于质疑的科学素养。例8：已知2NO2N2O4的正反应是放热反应，为了说明温度对化学平衡体系的影响，做了如下实验：把NO2和N2O4的混合气体盛在两个连通的烧瓶里，然后用夹子夹住橡皮管，把一个烧瓶放进热水里，把另一个烧瓶放进冰水里。回答下列问题：（1）此时可观察到的现象是（具体描述）；（2）该实验欲得出的结论是。（3）该实验用两个经导管连通的烧瓶，其设计意图是。（4）该实验最终两烧瓶中存在的化学平衡均发生了移动，你认为除了温度是引起平衡发生移动的因素外，还有其它因素吗？若有是什么因素？。（5）你认为该实验的设计是否完全科学，谈谈你的看法，说出理由。。参考答案：（1）浸在热水中烧瓶内气体颜色加深，浸在冰水中烧瓶内气体颜色变浅；（2）升高温度化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度化学平衡向放热反应方向移动；（3）使两个烧瓶内气体的起始平衡状态完全相同，便于对比；（4）两瓶内压强不同，因为当容器的容积不变时，容器内气体温度升高时，其压强也会相应增大；（5）不够科学，因为此时影响化学平衡的因素不止一个。例8取材于一个中学化学中研究温度对化学平衡影响的常规实验，除了要求学生能明确实验意图和得结论外，更看重学生是否对该实验方案的原理提出疑义。第（4）小题要求考生能揭示密闭容器中气体的温度发生变化时，压强也同时发生了变化，这就使实验者无法做到单一因子（温度）控制的困境，从而对实验结论提出质疑。观点五：笔试型实验试题的命制要做到“真”、“新”、“全”才能对教学有良好的导向作用