素养考查导向下，基于学生必做实验的综合实验题的命制

基金项目：本文系江苏省中小学教学研究第十四期课题“基于深度学习的化学结构化教学设计的研究（2021JY14-L276）的阶段性研究成果。

摘" 要：本文以中学生必做实验“硫酸四氨合铜”为素材背景，通过查阅文献，将原料处理、产品制备及产品处理的整个过程作为试题情境，进行综合实验题的命制，完整阐述了如何将学生必做实验改编成以素养考查为导向的综合实验题的命题策略。

关键词：素养考查；硫酸四氨合铜；命题策略

文章编号：

1008-0546（2024）14-0076-03

中图分类号：

G632.41

文献标识码：

B

一、问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版2020修订）》（以下简称《高中新课标》）在教学与评价建议中指出，以实验为基础是化学学科的重要特征之一，化学实验对于全面发展学生的化学学科核心素养有着极为重要的作用。教师应认真组织学生完成本标准中要求的必做实验；有效组织和实施实验探究教学，增进学生对科学探究的理解，发展科学探究能力。［1］在现实教学中，很多的试题对必做实验的考查要求不高，使得教师在进行必做实验教学时创新意识不够，知识化教学倾向比较严重，机械化地进行实验教学，有的甚至不真正开展实验，让学生直接记忆实验操作过程和实验结果，偏离了实验教学本源。大多数教师对实验内容的功能开发、补充和扩展方面的认识或落实力度是不够的［2］，相应的很多实验的习题与学生素养发展也是不太吻合的。基于以上原因，以学生必做实验为试题背景进行实验综合题的改编是非常必要的，将改编后的试题纳入期末或高三调研考试中，引导教师深入研究教材中的必做实验内容，将必做实验教学深度化，有助于学生学科核心素养的形成。

二、试题素材来源

1. 主题情境的选择

试题背景选取人教版高中化学选择性必修2第三章中必做实验“简单配合物的形成”［3］，教材中通过硫酸四氨合铜晶体及银氨溶液的制备让学生认识配合物的形成过程，选择硫酸四氨合铜晶体制备作为主题情境的理由如下：①晶体制备涉及更多基本实验操作，如结晶的途径、晶体的净化等。②硫酸四氨合铜晶体制备过程中涉及乙醇的使用和回收，可以渗透相关有机实验的考查。③硫酸四氨合铜晶体制备的原料硫酸铜是中学化学中常见的重要化合物，可以将重要的元素知识及结构相关的内容渗透于试题中。④硫酸四氨合铜晶体常用作杀虫剂，是一种光谱杀菌剂，另外在电镀及人造丝行业也有着广泛的用途。

2. 文献的查阅

试题确定以前期主要原料硫酸铜溶液的获取及硫酸四氨合铜晶体制备为主题情境，初步设计综合实验的考点及方向如表1所示。以核心素养测试为宗旨的命题应以真实情境为载体，关注情境的真实性和呈现的科学性，从日常生活、学术探索、实验探究等不同类型的素材中遴选情境，通过情境调控试题的复杂度、陌生度和开放度。［4］依据试题初步设计方向及核心素养测试宗旨，进行了有针对性的文献查阅。经查阅筛选后，笔者以《硫酸四氨合铜制备实验的改进与探究》［5］《硫酸四氨合铜组成测定的方法改进》［6］《优化实验制备方案 培养科学探究素养 ——以高三‘硫酸铜的制备方案探究与评价’为例》［7］三篇文献作为试题情境材料的来源。

三、试题命制

例题：一水硫酸四氨合铜［Cu（NH3）4SO4·H2O］是一种易溶于水的晶体，可作高效安全的广谱杀菌剂及电镀行业的原料。

Ⅰ. 利用硫酸铜溶液制备少量一水硫酸四氨合铜晶体并回收乙醇，实验步骤如下。

步骤1：向硫酸铜溶液中滴加1mol/L氨水至产生蓝色絮状沉淀。

步骤2：向“步骤1”所得沉淀中继续滴加氨水至转化成深蓝色溶液。

步骤3：向“步骤2”所得溶液中加入稍过量的乙醇，析出深蓝色晶体，过滤。

步骤4：向“步骤3”所得滤液中加入稀硫酸调节溶液的pH至5左右后蒸馏。

（1）画出 ［Cu（H2O）4］2＋的结构式：" 。

（2）“步骤2”中主要反应的离子方程式为" 。

（3）“步骤4”中蒸馏所需的玻璃仪器除酒精灯、蒸馏烧瓶、锥形瓶外，还有" 。蒸馏前用稀硫酸调节溶液pH的目的是" 。

Ⅱ. 工业上常用Fe3＋、铜粉来制备硫酸铜溶液。

（4）补充完整制取硫酸铜溶液的实验方案：将一定量的铜粉浸泡在稀硫酸和" 的混合溶液中，铜粉完全溶解后，" ，得硫酸铜溶液。（实验中可选用的药品：FeCl3溶液、Fe2（SO4）3溶液、O2、 CuO粉末）

已知：一定浓度的Fe3＋、Cu2＋、Fe2＋形成氢氧化物沉淀的pH范围如表2所示。

（5）该方法与铜与浓硫酸直接反应制备硫酸铜溶液相比，优点除不产生污染性气体外，还有" 。

上述试题开始简单介绍了一水硫酸四氨合铜的工业用途，意图引导学生解决基于真实情境的“真”问题，通过解决真实化学问题，学生可以更好地认识化学对于社会和环境的影响，从而更好地关注社会和环境问题，增强社会责任感。通过将真实情境与实际问题相结合，引导学生从化学视角看待和解决实际问题。

设计第（1）问的目的是通过画出［Cu（H2O）4］2＋的结构式，学生可以了解配合物的组成和结构特点，掌握配合物中配体与中心金属离子的相互作用方式和排列规律，另外也可以帮助学生区分结构式及结构简式。第（2）问设计书写向氢氧化铜沉淀中继续滴加氨水转化成深蓝色溶液的离子方程式，旨在考查学生通过观察实验现象来推导化学反应的过程并用化学语言描述整个过程的能力。书写该离子方程式时需要学生从宏观角度判断反应物与生成物，从微观角度理解离子反应的本质，从符号的角度表达该反应。离子方程式的书写，是对化学学科基本素养的考查，需要从宏观、微观和符号三个层面进行表征，考查了学生的学科思维和基本的学科素养。第（3）问第一空，蒸馏实验装置的考查是让学生了解蒸馏的基本原理，掌握蒸馏的操作方法，考查学生的实践能力和实验技能。第（3）问第二空，乙醇需要通过蒸馏的途径获得，但通过分析实验情境，可知在反应后的溶液中还含有氨水，该物质在加热的条件下也会挥发分解产生氨气，从而导致回收的乙醇不纯，所以在蒸馏前需对溶液中其他沸点较低的物质进行处理。一般而言，溶液中的盐受热不易从溶液中挥发，所以需要调节溶液的pH，将溶液中的氨转化为铵盐，就能达到实验目的。在真实的实验情境中，运用化学基础知识、基本技能来解决问题，即考查学生的学科素养。第（4）问是一个开放性的实验设计问题，需要结合试题中给出的实验药品来设计制备硫酸铜溶液的方案。通过阅读题干条件可知该题中利用Fe3＋氧化铜粉，然后再利用氧气将溶液中的Fe2＋氧化，通过CuO调节溶液的pH使Fe3＋转化为Fe（OH）3沉淀与硫酸铜溶液分离，从而获得较纯的硫酸铜溶液。制备物质的过程中应尽可能减少杂质离子的引入，故试题中需要在FeCl3溶液与Fe2（SO4）3溶液中选择一种作为氧化剂。这种开放性的问题注重考查学生的思维过程，通过增加试题的开放程度，鼓励学生多角度、多层次地运用发散性思维来分析和解决问题，以培养学生的学科关键能力。［8］这种拓展能够促使学生不仅仅停留在表面的知识记忆和简单应用上，而是深入思考问题的本质和内在联系，培养他们的批判性思维、创造性思维和问题解决的能力。第（5）问是关于两种硫酸铜制备实验方案的评价，依据两者实验的过程，描述利用Fe3＋催化氧化铜粉来制备硫酸铜溶液有着不产生污染性气体、无需加热、生成等量的硫酸铜溶液所需的硫酸少等优点。通过两种实验方案的比较，学生可以更深入地理解硫酸铜溶液的制备原理，包括反应物、反应条件、反应过程等，学生也能更深入地理解化学反应规律，注重考查了学生的批判性思维。

四、基于学生必做实验的综合实验题的命制策略

1. 坚持素养考查的命题导向

试题的命制一定是在《高中新课标》学业水平命题框架下进行的，即坚持化学学科核心素养为导向，准确把握“素养”“情境”“问题”“知识”四个要素在命题中的定位和相互联系。素养考查为导向的实验综合试题需要关注以下四个维度：①考查学生是否具备扎实的化学基础知识，是否能够准确理解和应用相关概念和原理，如本题考查了［Cu（H2O）4］2＋结构式的书写、硫酸四氨合铜制备过程中离子方程式的书写、氨气与铵盐的转化、三价铁与二价铁的转化等。②考查学生是否掌握基本的实验操作技能，如本题中考查蒸馏的基本实验操作、蒸馏过程中共沸物的分离处理。③考查学生是否具备创新思维和解决问题的能力，是否能够在给定的问题情境下，设计出合理的实验方案，并能够从实验数据中得出科学的结论，如本题中给定条件下硫酸铜溶液制备方案的设计。④考查学生是否具备科学态度和精神，能够以科学的眼光看待问题，并能够以科学的思维解决问题，如本题中需要对两种制备硫酸铜溶液的方案从科学的角度进行评价。

2. 寻找具有包容性的实验情境素材

在选择真实的实验情境的过程中，教师必须明确情境素材是为核心素养测试的目标服务的。因此，要挑选具有广泛包容性的情境，能够涵盖教材中涉及的多领域的知识和技能。同时，情境的延展性和开放性也必须充分考虑。这有助于学生在应用知识、技能解决问题时，充分展示他们的核心素养水平。包容性的特征之一是可以整合其他知识点，在改编过程中，我们可以将其他相关的知识点整合到题目中，以增加题目的综合性。例如，可以结合元素化合物相关知识，可以用结构相关的知识解释问题，可以要求学生分析化学反应的机理，或者要求学生计算某些参数（如物质的量浓度、转化率等）。包容性的特征之二是可以增加实际应用背景，为了使题目更具现实意义，我们可以给题目增加一些实际应用背景。例如，在本题中可以增加工业生产硫酸四氨合铜的优化设计，还可以对硫酸四氨合铜分离提纯进行进一步的分析。

3. 命题角度可以前伸和后延

教材上提供的学生实验情境材料核心知识点涉及较少，步骤也简单，与综合性的实验题设计情境不相符，所以教师就需要把命题角度放得更宽一些，关注实验的前伸和后延。前伸是指在实验开始之前，对实验的原料、环境、设备、操作方式等进行全面细致的考查和研究。实验的后延是指在实验结束后，对实验产品进行处理，对结果进行分析和总结。例如，本题就以制备硫酸四氨合铜的原料之一硫酸铜溶液的制备进行了实验方案的设计和评价，从而使整个实验题对学生思维及能力的考查上升了一个台阶。

通过将必做实验进行综合实验题的改编，可以更好地促进学生理解和掌握化学知识，提高学生对化学知识的综合运用能力。同时，还可以培养学生的探究精神和创新意识。在题目的设计过程中，教师需要认真思考和探讨如何将多个知识点融合在一起，同时还需要考虑到学生的实际水平和操作能力，将化学必做实验改编成综合实验题还有助于促进教师教学水平的提高。

参考文献

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［4］单旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径［J］.中国考试，2019（12）：45-52．

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