基于证据推理的物质检验和实验方案的设计与探究——对一道高中合格考模拟探究题的分析与思考

湖北 刘四方

2019年12月，湖北省首次对高二年级学生进行了合格考测试。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)界定了学业质量水平与考试评价的关系，明确指出“学业质量水平是考试与评价的依据。学业质量水平2是高中毕业生在本学科应该达到的合格要求，是化学学业水平合格性考试的命题依据。”基于《课程标准》对合格性考试的命题要求，笔者以新课标人教版必修第一册(2019年6月版)第一章第30页第13题作为原型，命制了一道合格考探究题，作为学生考前的模拟训练题，以期对老师们命制合格考训练题有所帮助和启迪。

一、试题呈现

(13分)设计方案是实验探究的保证，感悟方法是探究的根本目的。某合作学习小组开展了如下探究。

实验一：检验氢氧化钠溶液中是否含有氢氧化钙。

【设计方案并实验】

实验操作现象结论方案一取少量待测溶液于试管中,通入CO2出现白色沉淀方案二取少量待测溶液于试管中,滴加溶液出现白色沉淀氢氧化钠溶液中含有氢氧化钙

写出上述方案二中反应的离子方程式________________________。

【方法感悟】在检验物质时，要分析物质的________和________，据此选择加入恰当的试剂，最后根据不同现象得出结论。

实验二：某白色粉末可能含有NaCl、NaOH、Na2CO3、Na2SO4和Ba(NO3)2中的一种或几种，为探究其组成，某合作学习小组设计方案并进行了如下实验：

(1)上述实验中，过滤操作用到的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和________。

(2)小晶同学通过上述实验推知：白色固体样品中一定不含有________。

(3)为确定白色固体样品中可能存在的物质，小燕对沉淀C进行实验。

实验操作现象结论取少量沉淀C于试管中,加入过量有气泡产生,沉淀全部消失白色固体样品中一定含有

(4)小虎同学认为白色固体中还有物质不能确认其是否存在，理由是(用离子方程式表示)：________________________。

如要确认，只需将上述实验方案中所加的一种试剂改为________即可。

【方法感悟】若其他物质的存在对所检验的物质有干扰时，可先将干扰物质转化，再选择加入恰当的试剂，最后根据不同现象得出结论。

【答案】实验一：

OH-K2CO3[或Na2CO3或(NH4)2CO3]

组成 (化学)性质

实验二：

(1)漏斗

(2)Ba(NO3)2

(3)稀HCl(或稀HNO3) Na2CO3

Ba(NO3)2溶液

二、命题分析

1.命题意图

本题考查检验物质的一般过程和方法，考查学生证据推理与模型认知核心素养；考查学生常见酸、碱、盐的性质及复分解反应发生的条件；考查探究实验方案的设计、评价和优化。

2.试题评价分析

对照课程标准中合格考要求，合格考层次的模拟训练题问题的呈现应充分考虑问题所考查的必备知识、关键能力和学科核心素养，因而问题设计应具有一定思维容量、思维深度和思维广度。表1列出了试题问题的评价指标及合格考要求。

表1 试题问题的评价指标及合格考要求

三、学生答题分析

表2 纸笔测试评价要点

续表

四、试题价值分析

1.聚焦物质组成和性质的分类方法

认识和识别物质是化学的基本任务，并在此基础上研究和发现物质间存在本质差异的内涵和外在因素，从而使之成为分离、鉴别、合成(制备)和设计新物质的基础。物质的检验需要根据物质特有的反应，选择适当的试剂，达到反应现象明显、操作简单、结论可靠的效果。其核心重在“定”，即根据物质的某一特性，用化学方法来确定它是不是这种物质或含不含有某种成分。物质的检验重在考查学生的“演绎推理能力”，“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的重要内容，也是科学探究的一种重要方法。合格考的试题应检验考生依据探究目的设计探究实验方案，或优化原有的实验方案，完成实验基本操作，考查考生思维的深度和具备创新意识的程度；能初步学会收集各种证据，筛选有用证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设，考查考生证据意识的缜密程度。

2.彰显基于证据推理的学科思维

本题设置了两个既相对独立又相互关联的实验，以具体“物质的检验”为载体来设计探究实验，从【成分分析】、【方案设计】和【方法感悟】三个层次上逐步展开。从考查的知识内容看，实验一仅涉及两种常见的碱及其性质，实验二涉及几种常见的碱和盐及其性质；从解题的方案来看，实验一仅涉及阳离子的不同(Na+和Ca2+)，因而需要利用这一点选择恰当的试剂；实验二由于涉及多个不同的典型的阳离子和阴离子，特别是阴离子，则需要根据其特征反应的现象来判断物质的存在；从方法的感悟来看，实验一带有铺垫性的总结：依据物质的组成相同，可判断其性质相似；依据物质的组成不同，寻找特殊的反应；依据不同的现象得出结论。实验二在实验一的基础上，增加了干扰物质的排除这一问题，无论是思维的深度还是思维的广度都更进一层，特别是第(4)问第1空的回答，考生要能从原流程图中看出加入过量BaCl2溶液后，与Na2CO3反应生成的NaCl与未反应的BaCl2同时干扰原固体中NaCl的检验，此时不能确定原固体中NaCl存在的理由即是生成新的NaCl的反应或原有过量的BaCl2与AgNO3的反应。对此问的正确解答考查了考生思维的缜密性和证据推理的严密性，这也正是从事科学探究的必备能力。【方法感悟】是考查学生反思感悟归纳总结物质检验、分离时的核心思路和基本方法。

3.内隐物质检验的一般思维模型

两次探究，两次感悟，将原本物质检验的内隐方法外显于试题之中，让学生在探究的同时获取物质检验的基本思路，形成如下物质检验的一般思维模型：