顏世利, 孫應(yīng)倫

(1.昆明市第二中學(xué)，云南 昆明 650000;2.昆明市教育科學(xué)研究院，云南 昆明 650031)

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，實驗是學(xué)生獲取化學(xué)知識和方法的重要途徑。實驗題，作為初中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試的必考題型，主要以基礎(chǔ)實驗題和拓展實驗題為主，考查學(xué)生的探究能力。本文中拓展實驗題是以學(xué)生認知為起點，基于學(xué)科核心知識和教材基礎(chǔ)實驗，難度又略高于教材的一種應(yīng)用探究題型。此類題目多以教材中基礎(chǔ)實驗改進裝置，或多米諾效應(yīng)實驗裝置為素材，從不同維度對知識理論和實驗技能加以提升，來解決陌生情景下的問題。此類題目能有效地提升學(xué)生的知識遷移能力，體現(xiàn)“化學(xué)就在身邊、學(xué)習(xí)化學(xué)有用”的課程理念[1]，具有很好的區(qū)分功能和選拔功能。

筆者有幸參加今年云南省學(xué)業(yè)水平考試化學(xué)拓展實驗題的閱卷工作，通過研究、評閱試卷，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在解題中存在一些共性問題，同時引發(fā)教學(xué)思考。

1 試題回顧

在2021年云南省學(xué)業(yè)水平考試化學(xué)試卷中，第26題第(5)小題屬于拓展性實驗題。題目是：

生活中常用草酸溶液除鐵銹和瓷磚上的污漬。草酸晶體加熱會發(fā)生如下反應(yīng)：

① 實驗中證明有水生成的現(xiàn)象是。

② 乙中澄清石灰水的作用是。

③ 要證明有CO生成，在不連接其他裝置的情況下，可進行的操作是。

2 試題分析

本題以生活中常見的除污劑草酸為背景，通過“多米諾效應(yīng)”實驗裝置對草酸晶體加熱分解后的產(chǎn)物進行探究，以能力和素養(yǎng)考查立意，著重考查學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)保意識，綜合性較強。

1)在考查方式上，本題需要在排除其他物質(zhì)干擾的情況下對物質(zhì)的存在進行一一檢驗，注重在新情境下考查學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)、實驗現(xiàn)象、實驗操作等方面的掌握情況。

2)在知識層面上，本題主要考查了初中化學(xué)常見物質(zhì)如水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和常見的堿溶液等物質(zhì)性質(zhì)及其變化，并且根據(jù)各物質(zhì)的性質(zhì)進行檢驗、除雜等綜合性實驗?zāi)芰Α?/p>

3)在素養(yǎng)培養(yǎng)上，本題涉及查閱資料尋找證據(jù)，通過實驗結(jié)論反推實驗現(xiàn)象，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)推斷其作用，培養(yǎng)學(xué)生的“證據(jù)推理”和“變化觀念”素養(yǎng)；通過對一氧化碳檢驗方法的操作，體現(xiàn)了化學(xué)實驗的綠色化，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”素養(yǎng)；通過對反應(yīng)后多種產(chǎn)物中物質(zhì)的檢驗順序、除雜方法以及排除其他物質(zhì)干擾等學(xué)科思想，形成了關(guān)于氣體“檢驗先驗水、除雜后除水”的有效思維模型，提升學(xué)生的“模型認知”素養(yǎng)；在上述實驗過程中，學(xué)生通過實驗?zāi)康?、信息提取、裝置作用、實驗操作、實驗現(xiàn)象和結(jié)論的分析，能夠有效提升“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)。

3 本題參考答案及學(xué)生答題情況分析

本道試題的參考答案：① 甲中無水硫酸銅由白色變藍色；② 檢驗二氧化碳；③ 在裝置丁管口處點火。

第一個問題的常見錯誤有：藥品位置指代不明，未指明“甲中藥品”或“無水硫酸銅”；審題不清，將實驗中證明有水生成的現(xiàn)象答成甲中無水硫酸銅是否變藍，未作出肯定回答；實驗原理不清，信息提取能力較弱，雖然在題目中已有信息提示，但還是出現(xiàn)有堿石灰變色或氫氧化鈉變色等錯誤答案；另有部分同學(xué)由于對實驗現(xiàn)象的理解和描述產(chǎn)生認知偏差出現(xiàn)無法觀察和不易觀察現(xiàn)象，如無水硫酸銅變潮、變濕、無水硫酸銅變?yōu)橛兴蛩徙~等錯誤答案。

第二個問題題干是學(xué)生非常熟悉的物質(zhì)澄清石灰水，由于學(xué)生熟知澄清石灰水與二氧化碳的反應(yīng)，正確率較高，但部分同學(xué)對實驗?zāi)康幕蛘邔Α皺z驗”二字的理解出現(xiàn)問題，出現(xiàn)了除去或吸收二氧化碳、檢驗二氧化碳是否完全除盡，檢驗二氧化碳和一氧化碳等錯誤答案。

第三個問題得分率較低，錯誤答案表現(xiàn)為：不能對化學(xué)學(xué)習(xí)作出正確的價值判斷，有同學(xué)根據(jù)一氧化碳的毒性提出在裝置末端放活著的小動物，人呼吸看是否中毒等違背化學(xué)學(xué)科價值觀的操作；對操作的前提(不連接其他裝置的情況下)理解不夠透徹，出現(xiàn)了用氧化銅或氧化鐵粉末加熱檢驗，裝置末端加氣球的錯誤操作；有的同學(xué)想到利用一氧化碳的可燃性進行操作，但操作描述不夠全面，如裝置末端加酒精燈而沒有點燃操作；另有少數(shù)同學(xué)對裝置每一步流程的作用理解不到位，出現(xiàn)了將原有的裝置進行拆分檢驗，顯然是不符合題意的；還有部分同學(xué)提出通過定量計算稱量反應(yīng)前后甲、乙、丙裝置的質(zhì)量，運用質(zhì)量守恒判斷一氧化碳的存在，但未想到一氧化碳的毒性會對空氣造成污染，不符合綠色化學(xué)的理念。

4 對提升學(xué)生拓展實驗探究能力的教學(xué)建議

4.1 全面掌握核心物質(zhì)的基礎(chǔ)知識是順利完成拓展實驗題的前提

化學(xué)學(xué)科的研究對象是物質(zhì)，拓展實驗是對物質(zhì)及其各物質(zhì)之間關(guān)系的綜合性考查。在教學(xué)中可以首先從物質(zhì)類別的角度對初中化學(xué)的核心物質(zhì)進行分類，如單質(zhì)(氧氣、碳、鐵等)、氧化物(二氧化碳、一氧化碳、氧化鐵、氧化銅等)、兩酸(鹽酸和硫酸)兩堿(氫氧化鈉和氫氧化鈣)四鹽(氯化鈉、碳酸鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉)、有機物等，然后對核心物質(zhì)從物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化角度進行放射狀的解析，還可以利用思維導(dǎo)圖對不同物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系進行關(guān)聯(lián)式的體系復(fù)習(xí)。總之，教師通過變換不同的呈現(xiàn)方式從不同的側(cè)重點對同一內(nèi)容進行鞏固，從而使學(xué)生達到從熟知到真知再到熟練應(yīng)用的層次，為拓展實驗題的順利解答提供有力的知識儲備。

4.2 正確的解題思路和方法是是順利完成拓展性實驗題的保障

拓展實驗題考查的是學(xué)生的綜合能力，是知識的內(nèi)化和升華，還需要對學(xué)生解決此類題目的思維路徑上加以引導(dǎo)。首先引導(dǎo)學(xué)生解讀實驗?zāi)康幕驅(qū)嶒炘恚鞔_操作流程和每一個實驗裝置的作用，當(dāng)遇到無法與所學(xué)內(nèi)容建立關(guān)聯(lián)時，學(xué)會從題干中讀取有價值的資料信息，相信資料必有用，最后在解決問題是注意問題間的邏輯關(guān)系，學(xué)會用規(guī)范的語言進行描述。

4.3 根據(jù)教材內(nèi)容，對教材實驗進行二次開發(fā)是解決拓展性實驗題的有效途徑

教師對課本實驗再加工、再整合、再創(chuàng)造的拓展實驗教學(xué)可以從以下幾個方面著手[2]：① 引導(dǎo)學(xué)生將教材實驗按照相似的實驗方法進行歸納整理。如燃燒條件的探究、二氧化碳與水的反應(yīng)探究及鐵生銹條件的探究等實驗中均利用了控制變量法，學(xué)生通過幾組實驗的對比分析，反思感悟這種實驗方法在科學(xué)探究中的應(yīng)用。② 對利用同一實驗原理在探究相同問題的裝置改進進行分析。例如，探究空氣中氧氣含量的實驗時，可以改進為如圖1所示的實驗裝置。③ 將物質(zhì)的制備實驗和性質(zhì)實驗相結(jié)合。例如，教師可將初中化學(xué)常見氣體(氧氣、氫氣、一氧化碳、二氧化碳)等各物質(zhì)的制備和性質(zhì)實驗設(shè)計成“多米諾效應(yīng)”裝置圖的形式進行考查。

圖1 空氣中氧氣含量測定的改進裝置

4.4 對化學(xué)學(xué)科正確價值觀的引導(dǎo)是進行拓展性實驗的目的

化學(xué)學(xué)習(xí)的目的是為了應(yīng)用化學(xué)知識使之更好的服務(wù)于人們的生產(chǎn)生活，無論過去或?qū)恚瘜W(xué)都在環(huán)境保護、資源開發(fā)、化工生產(chǎn)等方面為推動人類進步和可持續(xù)發(fā)展起著不可替代的作用[3]。雖然在發(fā)展過程中可能帶來雙重影響，但“世界上沒有垃圾，只有放錯位置的寶藏”，教師要鼓勵學(xué)生在不斷的實踐中讓化學(xué)物質(zhì)對人類的貢獻發(fā)揮至極致，引導(dǎo)學(xué)生形成“綠色化學(xué)”觀念，突出化學(xué)學(xué)科的正向價值。