北京高考化学实验题对中学化学实验教学的启示

1、北京高考化学实验题对中学化学实验教学的启示    论文网   作者：门 毅 刘雅莉 杨 彦   2011-12-24 15:20:00       化学实验将静态化学知识根植于动态操作技能之中,使内部思维活动和外部行动活动有效结合在一起,既具有实践性又具有理性内涵,既涉及相关知识又含有知识的应用,因此化学实验对于全面落实培养科学素养的目标,具有不可代替的特殊作用。北京市近几年的高考化学实验题在命制思路上力图贯彻新课程的基本理念

2、,体现实验在发展学生的实验探究能力和提高学生科学素养方面的重要价值。以2009年和2010年的北京高考化学实验试题为例,谈谈实验试题中蕴含的思想和方法、以及对中学化学实验教学的启示。1 诠释2009年和2010年高考化学实验试题1.1 试题分析【2009年北京高考理综卷化学实验题(第27题)】某学习小组探究浓、稀硝酸氧化性的相对强弱,按下图装置进行实验(夹持仪器已略去)。实验表明浓硝酸能将NO氧化成NO2,而稀硝酸不能氧化NO。由此得出的结论是浓硝酸的氧化性强于稀硝酸。可选药品:浓硝酸、3 mol/L稀硝酸、蒸馏水、浓硫酸、氢氧化钠溶液及二氧化碳已知:NaOH溶液不与NO反应,能与NO2反应。

3、2NaOH+2NO2=NaNO3+NaNO2+H2O(1)实验应避免有害气体排放到空气中,装置、中盛放的药品依次是 。(2)滴加浓硝酸之前的操作是,检验装置的气密性,加入药品,打开弹簧夹后 。(3)装置中发生反应的化学方程式是。(4)装置的作用是,发生反应的化学方程式是 。(5)该小组得出的结论所依据的实验现象是 。(6)实验结束后,同学们发现装置中溶液呈绿色,而不显蓝色。甲同学认为是该溶液中硝酸铜的质量分数较高所致,而乙同学认为是溶液中溶解了生成的气体。同学们分别设计出以下4个实验来判断两种看法是否正确。这些方案中可行的是(选填序号字母) 。a.加热该绿色溶液,观察颜色变化b.加水稀释该绿色

4、溶液,观察颜色变化c.向该绿色溶液中通入氮气,观察颜色变化d.向饱和硝酸铜溶液中通入浓硝酸与铜反应产生的气体,观察颜色变化【分析】本题以还原剂NO为参照物设计对比实验,根据在相同条件下,比较实验现象的差异,判断浓稀硝酸氧化性的相对强弱。试题从反应原理、装置原理、操作原理和设计原理等方面有层次、有梯度地进行设问,符合学生的认知水平和思维特点。通过对实验反应原理的判断、实验装置作用的识别、实验过程的分析、实验现象的观察、实验结论的解释和异常现象的辨析等实验各个环节内在联系的整体把握,以及对实验方法的体验和运用,全面细致地考查了学生实验品质的深刻性、灵活性和批判性。解答本题的思维导图如下:【2010

5、年北京高考理综卷化学实验题(第27题)】为验证卤素单质氧化性的相对强弱,某小组用下图所示装置进行实验(夹持仪器已略去,气密性已检验)。实验过程:.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。.当B中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞a。.(1)A中产生黄绿色气体,其电子式是。(2)验证氯气的氧化性强于碘的实验现象是 。(3)B中溶液发生反应的离子方程式是。(4)为验证溴的氧化性强于碘,过程的操作和现象是 。(5)过程的目的是 。(6)氯、溴、碘单质的氧化性逐渐减弱的原因:同一主族元素从上到下 ,得电子能力逐渐减弱。【分析】试题是以人教版化学2第一章第一节的实验

6、1-1“卤素单质间的置换反应”作为实验素材,选用学生熟悉的常见物质作为实验药品,选用常见的仪器搭建实验装置,以学生熟知的卤素性质的知识作为实验原理的理论支撑点,并在实验设计中恰当地融入了科学方法的要素。实验整体构思具有一定的创新性,将探究过程和探究方法隐含在试题的分析和解答的过程中,通过学生在遇到认知冲突时,运用“发现问题提出假设收集证据解释和结论”的探究步骤解决问题的一系列思维活动,深层次考查学生的科学探究能力。本题既从实验层面证实卤素单质氧化性的相对强弱,又从理论层面解释卤素单质氧化性的递变规律,实现感性认识和理性理解的有机统一,有效考查了学生的思维品质。解答本题的思维导图如下:通过上述2

7、道试题的分析可看出:实验思维导图把实验要素间内在的关联和脉络呈现出来,且具有一定的模式,即从“实验目的反应原理和实验方法实验装置的作用实验操作过程实验现象实验结论异常现象的分析”等环节层层推进,其中反应原理和实验方法是核心,决定着其他要素。灵活地运用思维导图有助于学生缜密、有序地分析和解决实验问题,但值得注意的是虽然思维导图中的思维方法遵循一定规律,但思维导图又具有个性化,正如这2道实验题的思维方法相似,可是由于涉及的原理和物质不同,设问角度和考查内容不同,致使在思维导图的具体分析环节上存在较大差异,这说明解题时不能只留意思维导图的外在形式,不可简单模仿或僵化思维流程,使思维定势或固化,而是应

8、将思维导图作为分析和解决问题的支撑,结合实际情境或问题,发现新的条件和新的因素,及时调整思路,改变思维策略。1.2 试题中蕴含的思想和方法1.2.1 贯穿明暗2条主线,实现理论和实验的有机整合在继承物质制备和物质性质综合实验试题的基础上,上述实验试题更加关注和打造体现化学原理实用性的综合实验试题。2009年的实验试题将“不同氧化剂与同一还原剂作用,通过还原剂的变化情况,判断不同物质氧化性强弱”的氧化还原反应规律用具体的实验案例呈现出来;而2010年以卤素间置换实验为载体展示“用非金属间置换反应判断不同物质氧化性相对强弱”的氧化还原反应规律。也就是说2009年和2010年的实验试题是以“比较物质

9、氧化性相对强弱”为实验目的,以中学所学过的“氧化还原反应规律”为实验设计的理论基础,将感性实验的设计和实施作为明线、理性化学原理的理解和应用作为暗线贯穿在实验试题的整体思路中,以及分析解决具体问题的过程中。2条主线相辅相成,相得益彰,不仅依托氧化还原反应规律暗含的思想和方法达成实验目的,而且借助直观实验和实验事实提供的证据印证氧化还原反应规律的应用价值,并以物质性质为载体,实现了理论指导功能与实验实践工具的有机整合。1.2.2 强调化学实验的探究性,渗透科学探究的思维方式这2年实验试题的整体构思具有一定的创新性,将探究过程和探究方法隐含在试题的分析和解答的过程中,将科学探究的原则、方法内化成为

10、学生思考问题的一种方式。如2010年实验试题的第(3)问就是一个内隐式的探究过程,学生从药品层面可推知装置B和C均可验证Cl2的氧化性强于Br2,而从实验过程、的操作和实验现象的表述层面发现装置B和C中的操作和现象存在较大差异,说明装置B和C的作用不同,由这2个层面的分析学生会产生认知冲突,为解决认知冲突的问题,就需要学生发挥思维的想象力和创造力,在重新分析实验的整体设计思路的基础上,从大脑中回忆或提取与要解决的问题有关的经验和知识,对解决问题的思路或切入点等进行综合思考,提出“Cl2会干扰Br2氧化I-”的猜想和假设,再收集相关的理论依据和实验证据,证明假设的合理性。试题第(3)问的解答过程

11、渗透了科学探究的思维历程,并通过学生在遇到认知冲突时,运用“发现问题提出假设收集证据解释和结论”的探究步骤解决问题的一系列思维活动,深层次考查学生的科学探究能力,这种让科学探究植根在学生的思想中,成为一种思维方式,比单纯考查实验探究的表观形式,更具有实际意义和深广内涵。1.2.3 在实验过程的各要素中融入科学方法2009年和2010年的实验试题在实验的设计与实施的过程中,都融入了对比实验方法和控制多因素变量的思想。2009年的实验试题依据所使用的氧化还原反应规律的特点设计成对比实验,且在对比实验中渗透了控制变量的思想。如主反应的实验装置以对比形式呈现,试题的第(6)问有关溶液颜色的探究过程中,

12、对可能造成溶液颜色发生改变的溶液浓度、溶解有色气体等多因素,采用控制变量法设计实验方案排查干扰因素;2010年的实验试题中实验过程、的设计融入了对比方法,通过对比实验中运用控制变量法排除干扰因素确保实验的成功。可见任何一个实验的设计都离不开科学思想和方法,对这些科学思想和方法的考查,有利于检验学生是否真正理解实验的要素和真谛,有利于检验学生是否真正掌握科学探究的原则和方法,有利于检验学生是否真正具备良好的科学品质和科学态度。1.2.4 实验设计体现一定的方法论2009年和2010年的实验试题在实验的设计上体现了不同的思想方法,虽然都是探究物质氧化性的相对强弱,但是具体实施时根据具体内容采用不同

13、途径,2009年采用的是间接法,而2010年采用的是直接法。比较氧化性强弱通常使用2种方法,其一是直接法,比如比较物质A和B的氧化性相对强弱,如果A能将B的某种还原产物氧化为B,那么,可以认为A的氧化性大于B的氧化性,例如,Cl2可以将I-离子氧化为I2单质,则说明Cl2的氧化性强于I2。其二是间接法,采用一种媒介来区分A和B的氧化能力,如果有一物质C,可以将A还原,而不能将B还原,则可判断A的氧化性比B强。在这里需要说明的是,直接法和间接法所涉及的反应判断都是在化学动力学允许的范围内。对于间接法,媒介物质的选择很重要,若C的还原性太强,则将A和B全部还原,若C的还原性太弱,A和B都不能还原,

14、无法评价A与B的氧化性相对强弱,必须要选择一个恰当的媒介。2009年的考题选用NO作为媒介来区分浓、稀硝酸的氧化性强弱。对于直接法,直接明显易懂,应用较多。当直接法无法实现或无法检测时,间接法是适当的补充,可以为实验提供多种途径。直接法和间接法虽然没有作为考点直接出现,但是,学生对于方法的了解会有助于答题。对直接法和间接法的不同作用的了解,会让学生从不同角度去认识氧化还原反应,有助于对相关知识的理解,同时,对实验方法的选择有更深的认识,开拓学生的思路。2 对中学化学实验教学的启示这2年的实验试题在保持实验素材来源于教材和展现实验全貌的基础上做了一定微观调整,更加注重挖掘实验内隐的知识和方法。但

15、从学生作答情况看,平时的实验教学存在一定问题,如:简单重复教材实验,不去体会知识和实验中所蕴含的化学思想和方法;纸上谈兵多于实践活动,拔苗助长不顾及学生实际能力;做大量的实验试题,用身体的辛劳取代大脑的思维等等,这些做法既降低学生学习化学实验的积极性,又难以提升学生的实验能力和探究能力,更不利于学生科学素养的全面发展。从实验试题潜在的导向看,实验试题的创新点正是实验教学的内隐功能,重视教材实验的内容和实验教学的内隐功能尤为重要,因为教材中的化学实验具有一定的系统性、连贯性和计划性,合理挖掘教材实验的内隐知识,通过3年循序渐进的认知,就能够帮助学生逐渐形成科学、合理的化学实验系列结构;搭建通过实

16、验解决化学问题的基本思路与方法;以及潜移默化地领悟化学实验思维与提高探究能力。2.1 深入分析和挖掘教材中的实验内容2.1.1 多维度分析教材中的实验类型,使实验教学有规划性教师应将初高中化学教材中的有关实验从操作实验、原理实验;或物质性质实验、物质制备实验、物质分离实验、物质检验实验;或定性实验、定量实验;或方法实验、设计实验等进行多维度分类整理,再从横向归纳属性一致的实验,提炼规律和方法,如:通过O2的制备和CO2的制备归纳出气体制备实验的基本思路;从纵向归纳延伸发展的实验,挖掘发展点和变化点,如:初中的粗盐提纯实验和高中的粗盐提纯实验,虽然都是围绕粗盐提纯实验展开,但初中只研究粗盐中难溶

17、性杂质的去除方法和固液分离方法,而高中在巩固初中知识和实验的基础上扩展延伸到研究可溶性杂质的去除方法。除掌握中学化学实验的基本类型和把握中学化学实验的基本脉络及发展深度外,还需按照分类目标制定合理的实施计划,做到有目的、系统化、螺旋上升式地构建化学实验系列结构和各类型实验的基本思路与方法。2.1.2 深层次开发教材实验中的内隐条件和思想方法实验课教学除了一般的原理操作外,还要关注实验方法,包括定性和定量的关系、实验条件和试剂用量,干扰因素的排除、以及一些常见的对照法和控制变量法等。采用合适的实验方法才能完成实验和得到正确的结果。比如2010年实验题通过装置B和C的颜色对比来确认C中无氯气,20

18、09年实验题通过装置3和4的颜色对比,确认浓硝酸氧化了一氧化氮而稀硝酸没有氧化一氧化氮。通过对比法完成了对实验的检测和结果的确定。教材中的实验内容蕴含相关的方法,也含有完成实验必须的条件以及影响实验结果的相关因素,教师应深层次开发这些,在教学中应该让学生明白一些条件和方法的必要性,让学生了解如何选择这样的条件和方法,让学生体验方法和条件对完成实验的重要性。那么,在实验教学过程中学生就会自然地关注条件和方法,并且会根据实验目的来确定适当的条件和方法,有利于学生实验能力的提高。2.2 注重化学实验能力的培养实验课在学生认识化学学科特点、掌握化学知识和养成化学素养的过程中有至关重要的作用,更是对学生

19、潜在的化学研究能力培养的关键因素。但现在的中学实验教学都是围绕高考转,没有考虑学生真正应该具有什么能力和什么素养,忽略了实验教学的真正功能。实验教学更多关注的是现象,关注的是如何为理论课教学增加形象上的认识,强化了实验课的附属辅助功能,弱化了对学生实验能力的培养。2003年颁布的普通高中化学课程标准,对实验能力有具体的描述,也对实验探究能力进行了阐述,在此基础上,北京市2009年和2010年的高考实验试题对学生的化学实验能力进行了全面地考查。这些实验能力主要指如下几个方面:(1)了解常用仪器装置的用途和使用方法,并结合实验目的正确使用。(2)根据要求能完成相关实验操作,得出正确结果。(3)能够

20、根据实验目的去设计实验:包括实验原理,仪器组装,反应和检验,以及为某个目的而采用的特殊装置等。(4)根据设计完成实验,包括采取正确的步骤、恰当的顺序、合适的条件、以及得到正确的实验结果(现象,产物,数据等)。(5)预知干扰因素并能采取合适措施进行排除(如,2009年实验试题中的O2,2010年实验试题中的Cl2)(6)防止有毒有害气体的泄漏,废液的安全排放,体现绿色化学思想(如,2009年实验试题中的NO和NO2,2010年实验试题中的Cl2尾气吸收)。(7)根据实验现象和结果,归纳总结得出正确的结论。(8)对实验进行反思,包括对现象和结果的解释、推理,对实验设计的改进和步骤的调整,并能够设计实验来验证自己的分析和结论。(9)与实验相关的原理、步骤、现象、结论、解释、以及简单讨论等的文字表述能力。(1)和(2)对应的是基本实验技能;(3)(9)涉及的是中等的实验能力;其中(8)的要求还要更高,不仅要有一般的实验能力,还要求知识的组合和综合运用的能力,以及思辨能力和创新精神,这些体现了一定的科学素养和科研能力。(9)要求的是更加全面的能力,是构建在(1)(8)的基础上的逻辑思维和文字表达能力。(8)和(9)是当前学生最薄弱的环节,也是中学教学中被