高三化学综合实验试题编制及效度研究

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  【摘要】编制综合实验试题的目的、作用和方法
  【关键词】试题编制;效度
  化学实验试题要源于教材,高于教材。它主要使学生对原有的知识、技能掌握得更牢固。特别是探究性实验,更能促进学生在探究问题的过程中自主地学习知识,从而逐步形成知识创新的意识和能力,同时培养科学的态度和人文精神。因此化学实验试题综合反映学生发展、社会发展和学科发展对化学的时代性、选择性要求,培养学生的创新精神和实践能力。
  实验试题的编制显示出其独特的作用:一是使教师,能充分理解教材,提高驾驭教材能力;也能与学生互动,通过试题了解学生,从中熟悉学生思维以及他们对问题的认识过程。二是使学生,能通过试题产生对实验、对化学的兴趣,产生求知欲,而最终培养学生严密思维、科学思维素养。
  一、编制方法
  编写实验试题,要根据中学所学实验基本知识,操作技能,基本装置,将实验问题进行分解、迁移转换、重组,才能设计出正确的实验装置、实验方案和回答提出的问题。设计实验的基本要求是:科学性、可行性、层次性。
  例1:某学生做Cu与浓H2SO4反应的实验
  (1)实验装置如图(铁架台略)
  (2)实验步骤:①检查装置的气密性 ②在试管中加入一小块Cu片,然后加入浓硫酸 ③加热Cu片和浓硫酸
  (3)实验现象:常温下,Cu遇浓硫酸无现象,加热后试管底部出现黑色物质,同时有气泡逸出,产生的气体能使品红溶液褪色,反应后的液体呈白色。
  回答下列问题:
  ① 该反应原理是 ?
  ② 开始出现的黑色物质可能是 ?
  ③ 反應后的液体呈白色的原因是?
  请用简单实验证明你所估计的白色液体物质?
  ④你认为该实验可得出的结论是?
  ⑤ 做完该实验后你的想法是?
  铜与浓硫酸反应的实验是研究浓硫酸强氧化性的重要实验之一。
  教材说“浓硫酸与铜加热时发生反应,放出能使紫色石蕊试液变红或使品红溶液褪色的气体,反应后生产物的水溶液显蓝色。”
  Cu 2H2SO4(浓)CuSO4 SO2↑ 2H2O
  但实际操作中同学们发现,常温下,Cu遇浓硫酸无现象,加热后试管底部出现黑色物质,同时有气泡逸出,产生的气体能使品红溶液褪色,反应后的液体呈白色。这要求同学们作深刻的思考讨论,大胆预测。
  题中设计了五个问题用教材中的已有知识情景为背景,第①个问题考查学生对课本知识的掌握,第②个问题考查学生的发散思维,铜与浓硫酸发生氧化还原反应,黑色物质可能是铜有关的化合物:CuO、CuS、Cu2S。第④、第⑤个问题更是考查到学生的独立处理实验能力,科学探究精神,由该实验得到什么结论,有什么想法,这都符合新课程标准的要求去设计题目,把思考还给学生。
  参考答案:①Cu 2H2SO4(浓)CuSO4 SO2↑ 2H2O;②CuO Cu2S CuS;③生成的CuSO4在较少的水中呈现白色;反应完毕并冷却后,将试管中的液体慢慢倒入盛有冷水的烧杯中,稀释后变成蓝色,证明白色液体为CuSO4.
  ④a.在加热时,浓H2SO4能与Cu反应,浓H2SO4具有强氧化性;b.反应过程出现黑色物质可能是CuO Cu2S CuS;⑤a继续探究浓H2SO4能否与Ag、Au等金属反应。 b金属与浓H2SO4反应与温度的关系。c探究黑色物质是什么物质。
  学生答题情况分析及效度
  1.得分统计
  ① ② ③ ④ ⑤ 得分率
  (重点中学) 2.0 1.5 3.2 1.2 1.0 0.74
  (城镇非重点中学) 1.8 1 2.2 0.9 0.5 0.53
  农村非重点中学) 1.6 0.6 2.0 0.6 0.4 0.42
  2.卷面分析:
  第①小题得分较高,大多数学生能正确写出Cu与浓硫酸反应的化学方程式,但也有少数学生表达不完整:不配平,不写反应条件,元素符号写错,导致失分。第②小题三种可能黑色物质全答对的比较少,多数同学答一种CuO,忽略硫元素被还原有可能会形成CuS、Cu2S。第③小题答生成CuSO4呈白色的同学较多,但解释原因及检验的原理的同学较少,或检验的具体操作错误,把水倒入反应后的溶液中。第④小题较多的答浓硫酸与铜反应,浓硫酸具有强氧化性,但反应条件和反应过程无法作答。第⑤小题较多同学能答继续探究浓硫酸是否与其它金属Pt、Au等反应,但与反应条件是否有关,反应过程出现什么物质无法继续探究。
  3.问卷调查:下面图表是经整理的问卷结果。
  高三级学生 重点中学学生 城镇非重点中学
  学生 农村中学
  学生
  ①你是怎样推想黑色物质? 从反应原理考虑,Cu化学价升高,硫化学价降低所以生成Cu2S、CuS 回忆老师讲过的黑色物质估计可能是CuO、CuS 从课本知道黑色物质是CuO、CuS
  ②你是怎样估计液体呈白色的原因? 从无水CuSO4为白色,浓H2SO4水少而想到 从浓H2SO4会脱水而想到无水CuSO4 从生产物得到CuSO4
  ③结论是怎样得到的? 由现象得到结论 从Cu是不活泼金属,所以浓H2SO4有强氧化性 回忆老师讲过浓硫酸具有强氧化性
  ④实验后的想法应从那几个方面考虑? 从特殊实验去考虑是否无规律,有无条件限制。从反应过程中所出现的问题是否要进一步去确认 从其它金属能否与浓硫酸反应去考虑 平常少做实验,无法考虑
  从得分统计和问卷调查分析,学生基本能按照出题者的设计思想去思考问题,首先是反应原理,这是考查学生对课本知识的熟悉程度,第②、③个问题考查学生实验观察能力。“开始出现的黑色物质可能是, 反应后的液体呈白色的原因” 第④⑤问题“你认为该实验可得出的结论是?做完该实验后你的想法是?这些问题结合课本知识,层层深入,由表及里,逐步引发学生的思维能力。   通过这道题,我们可知老师在教学过程中要善于诱导学生细心观察实验,遇到新问题要深入思考,有勇于探索的精神。
  通过本实验我们认识到编制实验习题要重点考虑以下几个方面:
  1.科学性
  铜与浓硫酸反应的实验是研究浓硫酸强氧化性的重要实验之一。安排在高一课本《浓硫酸》这一节,是以课本知识为基础,探究浓硫酸的强氧化性,实验具有科学性。
  教材说“浓硫酸与铜加热时发生反应,放出能使紫色石蕊试液变红或使品红溶液褪色的气体,反应生产物的水溶液显蓝色。”
  Cu 2H2SO4(浓)CuSO4 SO2↑ 2H2O
  但实际操作中同学们发现,常温下,Cu遇浓硫酸无现象,加热后试管底部出现黑色物质,同时有气泡逸出,产生的气体能使品红溶液褪色,反应后的液体呈白色。这要求同学们作深刻的思考讨论,大胆预测。
  2.学生认知过程及效度
  化学实验功能的体现,不仅仅在于获得所谓的“正确”实验结果,更重要的使学生经历和体验获得实验结果的探索过程,只有亲身经历了这样的过程,学生才能对什么是科学、什么是科学实验有较为深刻的理解,才能在这样的过程中形成科学的态度、情感和价值观。“不重视过程的实验等于把生动活泼的化学现象变成了静止的某个预期的‘结论’,何况这个‘结论’学生从教师的表演实验和书本上早已知道,引不起学生的积极思维,没有发现时的快乐,感受不到科学的魅力。同时由于结论和书本所叙的或理论所推测所预期的完全一致,教师无须为解释或探讨学生在实验过程中所发现的新的或未曾预料到的化学现象进行思考,因而失去了许多了解或理解化学的机会。”学生已认识到浓硫酸具有强氧化性,能把铜氧化成硫酸铜,同时被还原成二氧化硫,但本实验中所出现的黑色固体可能是什么?学生就会根据实验提供的试剂及实验反应思考得出:能出现黑色应该是铜的化合物——氧化铜,同时还有可能硫酸中的硫被还原,与铜生成硫化铜。
  综合实验试题编制必须面对全体学生。对学生发展所需要的最基础,最本质,最核心的内容——制备物质、检验物质的知识作为主体,并以此作为主线,将对学生解决问题的方法、能力等考核贯穿其中,既能强调了基础又突破了重点,让不同层次的学生拥有各自发挥的空间,能充分地表现自我。
  3.趣味性
  化学实验具有动机功能,可以激发学生的化学学习兴趣,这是人们的共识。在实际操作中,实验现象并不是我们所预测的。加热后试管底部出现黑色物质,同时有气泡逸出,产生的气体能使品红溶液褪色,反应后的液体呈白色。这就引起了学生探索问题的兴趣。
  4.学生的基础知识、思维能力、创新能力
  本实验以铜与浓硫酸在加热条件下反应为基础,在其中出现黑色固体和最后溶液呈白色为“鱼饵”引出一系列问题,让学生有更多的思考空间,让学生从陌生的情景中找出能够解决问题的已知因素,用已学过的方法解决问题,突出对学生分析和解决实际问题能力的考核,培养学生的思维能力、创新能力。
  5.激励学生探究能力
  对于这样的基础实验,也是我们所熟悉的实验,让学生自己在实验过程中发现问题,小组内分析问题,最后自己解决问题。实验后溶液呈白色,学生可根据CuSO4·5H2O显蓝色或CuSO4溶液呈蓝色,我们熟悉的无水硫酸铜呈白色,就可预测生成的CuSO4在较少的水中呈白色,那么我们又如何去证明自己的猜想?应该在反应完毕并冷却后,将试管中的液体慢慢倒入盛有冷水的烧杯中,稀释后变成蓝色,证明白色液体为CuSO4,这既鼓励了学生的主动探究科学,又使学生逐步形成科学的思维能力。
  6.体现实验严密逻辑思维
  新课程中科学探究实验是近年来中学比较热门的话题,科学探究包括提出问题、假设与猜想、制定计划、进行实验、收集证据、解释与讨论、反思与评价、表达与交流等要素,具有科学探究精神的实验题。这促使学生像科学家一样对未知进行探索,达到真正考查科学思维的目的。
  二、编写实验试题角度
  1. 直接以课本实验为题材,如例1。
  2. 综合课本实验,设计一个实验考查综合知识运用
  例2:从海水制NaOH路线如下:
  “从海水制NaOH”是根据高一教材第四章《卤素》的专题海水资源及其综合利用——制取粗盐,还有高三教材第四单元《电解原理及其应用》之电解饱和食盐水原理,这两方面相结合编写的一道实验题。考查了学生对整个高中化学知识的综合能力。
  3:以教材知识为基础,结合日常生活、工业、农业等。
  例3 工业为了除去Cr2O72-离子的酸性废水,采用以下处理方法。
  A是由元素x和元素y形成的化合物,x元素K层电子数与最外层电子数相差1,x、y质子数之和为28,最外层电子数之差为6。问题略。
  三、发挥试题最佳作用的策略
  1.利用日常生活作为题材,编制综合实验试题使学生感到生活中处处有化学,随时可发现化学问题,激发学生兴趣,激发求知欲。
  化学与生活紧密相关,生活处处与化学相联系。我们必须坚持以学科教学为主渠道,以课堂教学为主阵地,在“结合”和“渗透”上下功夫。面向21世纪的中学化学教育,不仅要提高学生的知识水平,而且要特别关注学生全面素质的培养,使他们“学会生存,学会学习”。让他们了解当今科技发展的动态,关心人类社会与化学的关系,如环保、资源、卫生健康、材料的运用与社会公德等。还要让学生了解人类当前无法解决的难题及努力的方向,这样才能使他们树立起更加明确的学习目的,紧紧跟上时代前进的步伐,使化学教育富有生命力、感染力和时代感。
  2.做完实验后编制一道综合实验试题给学生,让学生时时总结做实验得与失,通过实验了解自己已掌握了那些知识,还有哪些问题要进一步探究,从什么方向去探究,从而使学生的科学思维得到更好的培养。
  高三化学综合实验试题设置了设计实验、实验探究、实验评价、实验反思等方面的问题考查学生的实践能力,引导化学实验教学切实向培养学生实践能力、创新能力和科学探究能力,激发学生学习的积极性和主动性等方面发展。
  参考文献:
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