北京高考化学实验题对中学化学实验教学的启示
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北京高考化学实验题对中学化学实验教学的启示
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,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。
2NaOH+2NO2=NaNO3+NaNO2+H2O
(1)实验应避免有害气体排放到空气中,装置
③、④、⑥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①中发生反应的化学方程式是。
(4)装置②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①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:
Ⅰ.打开弹簧夹,打开活塞a,滴加浓盐酸。
Ⅱ.当B和C中的溶液都变为黄色时,夹紧弹簧夹。
Ⅲ.当B中溶液由黄色变为棕红色时,关闭活塞a。
Ⅳ.……
(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Ⅳ的操作和现象是 。
(5)过程Ⅲ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Ⅱ、
Ⅲ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。