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新课程标准下化学学业考试实验评价和设计题的解题策略及启示 湖北省宜昌市教育教学研究中心 刘四方 实验评价和设计题已成分为化学学业考试中的一种必考题型，它具有难度最大、综合性最强、能力要求最高、区分度最显著的特点，能有效地考查学生的观察分析能力、信息迁移能力和概括总结能力。特别是评价试题的出现，解题过程中发散性思维和批判性思维的大量使用，使它已经成为近年来化学学业考试命题的热点和压轴试题，应该引起我们足够的重视，平时要加强有针对性的训练。 一、重点热点梳理——胸中有数 依据《教育部关于基础教育课程改革实验区初中毕业考试与普通高中招生制度改革的指导意见》和《2004年国家基础教育课程改革实验区初中毕业生化学学科学业考试命题指导》的精神，2005年化学学业考试试题编制要求做到紧扣《化学课程标准》，认真做到“四依据”——命题范围依据“课标”规定的内容主题；测试目标依据“课标”规定的三维目标；测试标准依据“课标”规定的学习水平；测试试题依据“真实问题情境”。所以，研究课标，梳理重点，把握热点，才能使平常的教学和复习具有很强的针对性和时效性。笔者分析2005年课改实验区新课程卷，对照《化学课程标准》，从中梳理出涉及到的重要、典型的实验探究内容如下：
二、知识体系构建——方法领悟  三、明确二个核心——有的放矢 1、核心知识：根据题给信息确定实验原理；选择实验仪器并组合成实验装置；设计实验步骤；评价实验方案的科学性、合理性和可行性。 2、核心能力：提出有探究价值问题的能力；增进对科学的情感，理解科学的本质，学习科学的方法，初步形成科学探究能力。 四、中考经典回眸——掌握策略 1、“绿色化学”与实验设计 绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上、操作上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程。 [例1]（2005·江西课改卷）“绿色化学”强调实验设计应采取有效措施，节约能源、防止对环境的破坏和污染。  （1）右图A是小欣同学设计的一氧化碳还原氧化铁的实验。该实验符合“绿色化学”要求，体现在：为了防止污染，通过燃烧除去未反应完的___________，并充分利用其燃烧产生热量，节约能源；（2）写出右图B中发生反应的化学方程式__________,该实验不符合“绿色化学”要求，这是因为反应产物会逸散而污染空气，请你就此实验设计一个消除或减小污染的方法____________________。 [解题策略] 本题是一道评价型实验设计题，要求在评价的基础上对实验方案作出改进或优化，考查了学生的创新能力及严谨的科学态度。CO还原Fe2O3是教材中一个重要的演示实验，沿着教材中CO还原Fe2O3的实验中关于尾气处方案设计展开的讨论可以继续下去，装置A将尾气中有毒的CO通过燃烧转化为无毒的CO2，防止CO排入空气中污染大气。装置B中硫燃烧生成的有毒气体SO2会污染教室空气，影响师生健康，故可采用直接吸收法除去，即在B瓶中事先装入少量的NaOH溶液（或其它碱液），发生如下反应：SO2+2NaOH==Na2SO3+H2O。 值得注意的是装置A的优点是省去了一个酒精灯，简化了装置；却存在一个明显的缺点：无法结束实验。 [参考答案] （1）一氧化碳（或CO） （2）S+O2  SO2 预先在集气瓶中加入少量氢氧化钠溶液（可溶性碱溶液均可）[启示] 对化学实验过程中将要产生的污染物可以从以下两方面消除或减轻：一是从源头上消除，即重新选择不同的化学原理以避免产生污染物；二是将产生的污染物除去，如对可燃性有毒气体可采用燃烧法，对酸性气体可采用碱液吸收法。 2、物质制备方案的优化 物质的制备中往往涉及到多个物质之间的相互转化，从起始物质到最终产物的实现可能存在多种途径，如何从这几种途径中选择最佳方案？关键是对制备原理的选择，此选择是以原料和产物的性质为基础，操作过程的简捷与可操作性为前提，以原料的利用率和产物的产率为终极目标。 [例2] （2005·天津市）如果以碳酸钙、碳酸钠、水为原料制取氢氧化钠，可设计如下反应过程： 碳酸钙  氧化钙 氢氧化钙 氢氧化钠如果以锌、稀硫酸和氧化铜为原料制取单质铜，可有两种设计方案，请你按照上面的设计格式，完成以下设计方案。 方案一：   方案二：   在以上两个设计方案中，你认为方案 操作更合理、更简便。 [解题策略] 本题具有较强的开放性。通过对实验方案的评价较好地考查学生的实验设计，操作和综合分析、归纳能力。此题要求对物质的性质、反应条件、实验的可行性和安全性等相关知识有较好的理解。方案一中隐含的信息：H2还原CuO需加热，反应过程中H2需过量以排尽空气和防止生成的Cu被氧化，因而原材料H2SO4和Fe消耗的较多。 B方案先加稀硫酸至黑色固体消失，生成硫酸铜，再与锌发生置换反应，所需仪器较少，装置简单，不需加热，也基本没有原材料的浪费。 [参考答案]    二 [启示] 制备实验方案制定的一般思路： 可能途径——→ 优化选择——→拟定流程——→具体方案 （科学合理） （综合评价） （周密严谨） （全面细致） 针对一个实验，可以设计出多种方案，要会得对每个方案进行科学的评价，评价可从以下几个方面进行：①理论上要科学。②操作上要简单可行。③原料用量要节约。④要环保，符合绿色化学原则。 3、以高科技为背景考查方案的设计与评价 关注科学发展的前沿信息，让学生了解科学发展的历程，同时让学生循着问题的思路，理解知识产生的过程、科学研究的思想和方法及科学家工作的思路，激发学生创新思维，从而培养和提高学生综合创新应用能力，增强时代感和责任感。 [例3] （2003·杭州市）随着我国航天科技水平的迅速发展，探测火星已成为我国航天科技发展的远景目标，但要把人类送上火星，还有许多航天技术问题需要解决，如：如何提供在往返路程中宇航员呼吸所需要的氧气和消除呼吸过程中产生的二氧化碳就是一个值得研究的问题。已知一个成年人平均每年要呼吸空气6570000升左右，而目前的飞船飞往火星来回一趟需二年的时间，如果在飞船发射时携带全部所需的氧气，则数量很大，将大大提高发射的成本和难度。 (1)若飞船上有三名宇航员，请计算来回火星一趟，理论上需要氧气__________ kg。(氧气的密度是1.43 g／L，答案取整数) (2)有人提出在飞船上供氧的两个方案： ①通过太阳能电池产生的电流来电解水 ②通过下列化学反应产生氧气2Na2O2+2CO2==2Na2CO3+O2 从减轻飞船发射重量和消除呼吸过程中产生的二氧化碳的角度请你评价这两个方案最主要的优缺点(各写一点)
(3)也有科学家提出研究使宇航员人工冬眠的技术或加快飞船速度，缩短航行时间来 减少氧气的携带量。你是否有较好的方案，请举一例_______________； 你提出该方案的简要理由是________________________________________。 [解题策略] 飞船中的氧气制备要求具有反应条件低、原料易得、不污染环境、不消耗能源等特点。方法①要耗电；方法②既可用人呼出的二氧化碳做反应物，又净化了飞船内的环境，又生成了需要的氧气。所以从CO2的循环处理来看，方案②要好于方案①，通过化学方程式计算可知，要得到相同质量的O2，方案②消耗原料质量大，发射成本相应要高，从此点看，方案①又要优于方案②。植物的光合作用与人的呼吸作用过程恰好相反，可以实现CO2与O2之间的循环利用。 [参考答案] (1)11 838（按氧气体积分数为21%计算）或11 274（按氧气体积分数为20%计算） （2）
（3）在飞船内种植光合作用效率高的植物；二氧化碳和氧气循环利用，既能减轻飞船发射时的质量又能同时消除呼吸过程产生的二氧化碳 [启示] 2005年我国神州六号载人航天飞船的成功发射，极大地鼓舞了同学们的爱国热情和学习热情。围绕这一热点事件，我们有必要全方位扫描飞船涉及到的化学知识：如飞船中氧气的产生与二氧化碳的处理、水的循环、燃料的供应、高科技材料的使用等， 4、影响可燃物燃烧剧烈程度因素的探究设计 从学生熟悉的身边物质和现象入手，引导他们发现问题、展开探究以获得有关的知识和经验。中考命题中十分注重结合学生的生活实际，设置过程情景，以突出对方法的考查，使他们感受身边的化学物质和化学变化，增强学习的兴趣，加深他们对化学知识在生活实际中应用的认识。 [例4]（2005·青岛市课改实验区）小侯同学在学习了燃烧与燃料的有关知识后，观察到家庭用的燃煤通常加工成蜂窝状，这样会燃烧得更充分。由此她联想到细铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中能剧烈燃烧。于是引发了思考：哪些因素能影响可燃物燃烧的剧烈程度呢？她做出两种猜想并进行了实验探究。请你回答有关问题： （1）她提出的两种猜想是： ① ；② 。 （2）请选择其中的一种猜想，设计实验加以探究（你所选择的猜想序号是 ）：
（3）为了使燃料能够得到充分利用，节约能源，请你结合燃料使用的实际，提出一条具体建议： [解题策略] 本题是对影响可燃物燃烧剧烈程度因素的探究。根据题干提供的信息，把煤做成蜂窝状，蜂窝煤的表面积要增大，与空气接触的表面积也就大，为充分燃烧提供更多的氧气。说明可燃物燃烧的剧烈程度与氧气的接触面积有关。而根据“细铁丝在空气中不能燃烧，而在氧气中能剧烈燃烧”的信息，此时变化的只有氧气含量的不同。说明氧气的浓度也会影响燃烧的剧烈程度。应该说明的是在设计实验方案时，要注意采用对比实验的方法。 [参考答案]（1）①氧气的浓度；②可燃物与氧气的接触面积。 （2）若选①：
若选②：
（3）将煤或其他燃料加工成粉末状（或燃料燃烧时不断鼓入空气）。 [启示] 此题处处洋溢着浓郁的生活气息，让学生从走进考场踏上探究之旅的那一刻起，就能感受到化学的无处不在——生活处处皆化学。留意生活，细心观察，发现多多，一定会收获多多。 5、身边化学——食品干燥剂生石灰的探究 “从生活中来，到生活中去，学以致用”永远是化学的重要功能之一。试题中新情景材料的广泛应用，使得试题更加贴近生活和生产，充分体现了知识的应用性以及自然科学与人文科学的结合，引导学生逐步树立起把所学的知识和实际生活广泛联系起来的意识，从化学的视角去解决生活中的实际问题，真正做到学以致用。 [例5] （2005·泰州市新课程卷）甲同学在某食品包装袋内，发现有一个装有白色颗粒状固体A的小纸袋，上面写着“生石灰干燥剂，请勿食用”。甲同学随手将小纸袋拿出来放在空气中，经过一段时间后，发现纸袋内的白色颗粒粘在一起成为块状固体B。请你与甲同学一起对块状固体B进行探究。 （1）猜想一：块状固体B中除氧化钙外还可能有： 、 。 写出白色颗粒状固体A在空气中转化为块状固体B的化学反应方程式： 。 （2）猜想二：块状固体B溶于水可能有 现象（填“放热”或“吸热”）。请设计实验方案验证你的这一猜想（至少写出两种方案）： ① ； ② ； ③ 。 （3）取适量块状固体B加入盛有一定量水的试管中，振荡、静置、过滤，得到少量白色固体C。就白色固体C的成分，甲同学与乙同学进行讨论，一起猜想。 甲同学认为，白色固体C可能是：氢氧化钙；乙同学认为，白色固体C可能是：碳酸钙； 你认为，白色固体C还可能是： 。 请设计实验证明你的猜想（填写下表）：
[解题策略] 此题以“旺旺雪饼”等生活中常见食品包装袋内小纸袋上的说明文字为题干内容，设置问题情景，可谓真实亲切。本题考查要点有：氧化钙与水反应的化学方程式及反应时放出热量的实验现象；氢氧化钙与二氧化碳反应的化学方程式；碳酸钙与酸反应的产生二氧化碳气体的实验事实；碱溶液的性质及具备基本的分析问题的能力。 根据生石灰（CaO）在吸水的同时还与水反应的事实写出氧化钙与水反应的化学方程式；由CaO＋H2O ＝ Ca(OH)2及CO2 + Ca(OH)2 == CaCO3 ↓+ H2O的事实可知，生石灰放置一段时间后会有不同程度的变质；根据氧化钙与水反应生成氢氧化钙的同时放出大量的热量，可以设计出许多实验来判断温度的上升，如用手触摸栋壁，感到发热；也可直接用温度计来测量温度的变化；或利用气体热胀冷缩的性质，将反应容器密封后，通过观察到明显的实验现象，判断气压的上升，从而得出温度的升高。根据白色颗粒粘在一起成为块状固体的事实，可推知纸袋中的物质已变成氢氧化钙或碳酸钙或二者的混合物，根据题意要证明变质后的固体是氢氧化钙和碳酸钙的混合物，由于氢氧化钙微溶于水，不能用溶解的方法得出结论。利用碳酸盐与酸反应放出二氧化碳气体的原理来证明碳酸钙的存在，利用碱能使酚酞溶液变红的性质来证明氢氧化钙的存在。 [参考答案] ⑴Ca(OH)2；CaCO3 CaO+H2O=Ca(OH)2；Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O ⑵放热； ①取适量块状固体B放入烧杯中，加入少量水，用手触摸烧杯外壁。 ②取适量块状固体B放入烧杯中，加入少量水，立即用温度计测定溶液温度的变化。 ③在试管中加入适量块状固体B，加入少量水，立即塞上带导管的单孔橡皮塞，同时将导管的另一端放入盛水的水槽中，观察导管口是否有气泡放出。 ④在试管中加入适量块状固体B，加入少量水，立即在试管口套上一只瘪气球，观察气球体积的变化。（只要写出其中的正确答案或其他合理答案即可） （3）Ca(OH)2 和CaCO3的混合物；
[启示] 此题是新课标人教版九年级化学下册P58习题4的改编题。充分说明了要活用教材。教师要对现有教材中的习题进行改造、重组，重视课后习题的创新和再生利用，在重视基础的同时，要设计一些开放题和实践题，以培养学生的创新精神和实践能力。活用教材不是死啃教材，而是多次对教材的“开发和利用”，以达到充分利用现有教材有限资源的目的。特别是过程开放或结论开放的习题更能形成学生积极探究的问题情景，教师大胆地鼓励学生多角度、多侧面、多层次地思考问题，只有这样，才能充分调动学生的潜在能力，才能盘活思维，灵活创新。 6、学科融合——CO2与NaOH溶液反应的探究 在自然科学中，问题往往带有一定的综合性。化学问题中往往涉及物理等其它学科知识，解题时不能孤立地用化学知识，还应综合运用自然科学的基础知识去分析、创造性地解决问题。这类题型在近二年中考试题中频频亮相，它们借鉴了高考理科综合试题的特点，打破学科界限，采取学科间相互渗透、相互交叉、相互融合的方式，突出地考查了学生的创新精神、综合素质和思维能力，不能不引起理科教师的高度重视。  [例6]（2005·江苏宿迁市新课程卷）化学反应往往伴随着一些现象发生，但CO2与NaOH溶液的反应没有明显的现象。为了通过一些现象说明CO2与NaOH发生了反应，某班同学分两组作了如下探究实验：（1）第一组同学把一支收集有CO2的试管倒立在装有饱和NaOH溶液的烧杯中（如右图所示），看到试管内液面上升。这种现象是因为试管内外产生（ ） A．温度差 B．重力差 C．压强差 D．浮力差 （2）第二组同学从中得到启发，也设计了如下实验装置进行探究：  A现象为 ，B现象为 ， C现象为 。你认为以上设计能达到实验要求的是 （填序号）。 （3）同学们经过分析讨论，认为第一组的实验中产生液面上升现象的原因可能有两种。一种是因为CO2与溶液中的NaOH反应，消耗了CO2，你认为另一种原因是 。 （4）为了进一步证实CO2与NaOH溶液已经发生了反应,他们设计了如下方案：取上述实验后的溶液,第一组同学滴加 ,现象为 ； 第二组同学滴加 ，现象为 。他们虽然看到的现象不同,但都可以证实CO2与NaOH溶液已经发生了反应。 [解题策略] 本题是一道开放性实验探究题。考查二氧化碳与氢氧化钠的性质，同时注意了学科间渗透——压强与化学反应。是一道综合性很强的试题。此考点为必考知识点。要证明二氧化碳确实与氢氧化钠发生化学反应，可以从反应物二氧化碳量的减少或生成物碳酸钠的存在来设计实验。 前者必须在密闭的体系里实验，通过压强变化来判断，后者通过典型的化学反应特征——碳酸盐的检验即可判断。从图示可以看出，上述设计都是在一个密闭的体系里设法消耗CO2，使得气体压强减少，从而观察到明显现象；但NaOH溶液中有水，CO2又能溶于水，究竟是CO2溶于水使气压减小的结果？还是CO2与NaOH反应使气压减小的结果？所以进一步的实验设计就是对CO32-的检验。 [参考答案]（1）C （2）A现象：塑料瓶变瘪了（合理描述均给分,下同），B现象：鸡蛋进入(或部分进入)瓶中,C现象：气球胀大。（3）CO2溶于水（或与水反应），消耗了CO2 （4）稀酸，冒气泡；CaCl2溶液（含Ca2+或Ba2+的溶液均正确），产生白色沉淀。（两种方法不分先后） [启示] 对于无明显现象的化学反应，可以通过改变实验装置，创设新的情景来观察到明显的反应现象判断反应的发生；对于无明显现象的化学反应，也可从检验生成物的存在来判断反应的发生。值得注意的是在设计实验过程中，对比实验是学习化学，开展探究的有效方法。 五、培养两种意识——解后反思 在实验探究中要培养学生的问题意识和批判意识。化学实验是化学学习活动的重要组成部分，实验技能依然是今年考查的重要内容，也是区分考生综合能力强弱的一个方面。从阅卷中反映出实验教学仍是薄弱环节。反映出在平时的教学中主要存在以下行为：做演示实验时，先是“教师做，学生看”，后是“教师讲；学生听”，而忽视了学生的思维和实践能力的培养，缺少实验后的反思与归纳这一重要环节；②学生实验停留在学生跟在教师后边一步一趋，做完即万事大吉，学生缺少的是问题意识和批判意识。不迷信教材，教师要引导学生关注课本实验的开放性探究以及创新实验方案的评价。对典型的探究实验要作深入的探讨和对比分析，使学生的“疑问”潜能尽可能得到开发和挖掘。③在黑板、纸上做实验，教师做，学生背、记、默实验（步骤、现象和结论）。一旦题目改变，仍然照“背”宣科，势必造成答不对题。凡此种种，还有待我们今后在教学中加以改进。 积极开展科学探究活动，对于变革学生的学习方式和教师的教学模式具有重要意义。化学实验既是获取知识的一个重要途径，又是进行科学探究的主要方式，它的功能是其它教学手段无法替代的。实验教学有利于启迪学生的科学思维，揭示化学现象的本质。在平时的教学中，教师要注意改进传统的实验教学，要变学生被动地听讲为动手、动脑的主动参与过程，变学生的接受式学习为探究性学习，变验证性实验为探究性实验，教学中要广泛地应用探究教学、问题解决、情景教学、开放教学、合作教学和实践教学等行之有效的教学模式，促使学生主动地学习，逐步学会探究。所以，以实验为载体，充分调动学生的探究积极性，培养和提高学生的探究兴趣，对学生进行科学方法的教育就显得尤为重要。只有这样，才能引导学生主动发现和提出问题，并通过积极的探究解决问题。 六、命题趋势前瞻——登高远眺 随着新课程改革的不断深入，中考命题越来越注重创设问题的真实情景，将核心知识和核心能力置于生产、生活和一些现代科技发展前沿的情景中进行考查，注重学生灵活运用基础知识的能力，特别是科学探究能力和实验能力。中考试题中常用实验设计题和研究性试题来评价学生的科学探究能力和实践能力。强化对实验设计题、实验评价题及实验探究题的答题思路、方法的理解和掌握，强化用实验解决实际问题的科学方法的运用，在实验评价与实验设计的考查中将更加突出问题意识和批判意识，试题的开放性和创造性思维将得到进一步体现。 原载《教学仪器与实验》2006年第7期 (责任编辑：admin) |