剖析拓展实验真题，提升科学探究能力——以2021年云南省初中学业水平考试化学试卷拓展实验题为例

颜世利, 孙应伦

(1.昆明市第二中学，云南 昆明 650000;2.昆明市教育科学研究院，云南 昆明 650031)

化学是一门以实验为基础的科学，实验是学生获取化学知识和方法的重要途径。实验题，作为初中化学学业水平考试的必考题型，主要以基础实验题和拓展实验题为主，考查学生的探究能力。本文中拓展实验题是以学生认知为起点，基于学科核心知识和教材基础实验，难度又略高于教材的一种应用探究题型。此类题目多以教材中基础实验改进装置，或多米诺效应实验装置为素材，从不同维度对知识理论和实验技能加以提升，来解决陌生情景下的问题。此类题目能有效地提升学生的知识迁移能力，体现“化学就在身边、学习化学有用”的课程理念[1]，具有很好的区分功能和选拔功能。

笔者有幸参加今年云南省学业水平考试化学拓展实验题的阅卷工作，通过研究、评阅试卷，发现学生在解题中存在一些共性问题，同时引发教学思考。

1 试题回顾

在2021年云南省学业水平考试化学试卷中，第26题第(5)小题属于拓展性实验题。题目是：

生活中常用草酸溶液除铁锈和瓷砖上的污渍。草酸晶体加热会发生如下反应：

① 实验中证明有水生成的现象是。

② 乙中澄清石灰水的作用是。

③ 要证明有CO生成，在不连接其他装置的情况下，可进行的操作是。

2 试题分析

本题以生活中常见的除污剂草酸为背景，通过“多米诺效应”实验装置对草酸晶体加热分解后的产物进行探究，以能力和素养考查立意，着重考查学生的科学素养和环保意识，综合性较强。

1)在考查方式上，本题需要在排除其他物质干扰的情况下对物质的存在进行一一检验，注重在新情境下考查学生对物质性质、实验现象、实验操作等方面的掌握情况。

2)在知识层面上，本题主要考查了初中化学常见物质如水蒸气、一氧化碳、二氧化碳和常见的碱溶液等物质性质及其变化，并且根据各物质的性质进行检验、除杂等综合性实验能力。

3)在素养培养上，本题涉及查阅资料寻找证据，通过实验结论反推实验现象，根据物质的性质推断其作用，培养学生的“证据推理”和“变化观念”素养；通过对一氧化碳检验方法的操作，体现了化学实验的绿色化，发展学生的“科学态度与社会责任”素养；通过对反应后多种产物中物质的检验顺序、除杂方法以及排除其他物质干扰等学科思想，形成了关于气体“检验先验水、除杂后除水”的有效思维模型，提升学生的“模型认知”素养；在上述实验过程中，学生通过实验目的、信息提取、装置作用、实验操作、实验现象和结论的分析，能够有效提升“科学探究与创新意识”素养。

3 本题参考答案及学生答题情况分析

本道试题的参考答案：① 甲中无水硫酸铜由白色变蓝色；② 检验二氧化碳；③ 在装置丁管口处点火。

第一个问题的常见错误有：药品位置指代不明，未指明“甲中药品”或“无水硫酸铜”；审题不清，将实验中证明有水生成的现象答成甲中无水硫酸铜是否变蓝，未作出肯定回答；实验原理不清，信息提取能力较弱，虽然在题目中已有信息提示，但还是出现有碱石灰变色或氢氧化钠变色等错误答案；另有部分同学由于对实验现象的理解和描述产生认知偏差出现无法观察和不易观察现象，如无水硫酸铜变潮、变湿、无水硫酸铜变为有水硫酸铜等错误答案。

第二个问题题干是学生非常熟悉的物质澄清石灰水，由于学生熟知澄清石灰水与二氧化碳的反应，正确率较高，但部分同学对实验目的或者对“检验”二字的理解出现问题，出现了除去或吸收二氧化碳、检验二氧化碳是否完全除尽，检验二氧化碳和一氧化碳等错误答案。

第三个问题得分率较低，错误答案表现为：不能对化学学习作出正确的价值判断，有同学根据一氧化碳的毒性提出在装置末端放活着的小动物，人呼吸看是否中毒等违背化学学科价值观的操作；对操作的前提(不连接其他装置的情况下)理解不够透彻，出现了用氧化铜或氧化铁粉末加热检验，装置末端加气球的错误操作；有的同学想到利用一氧化碳的可燃性进行操作，但操作描述不够全面，如装置末端加酒精灯而没有点燃操作；另有少数同学对装置每一步流程的作用理解不到位，出现了将原有的装置进行拆分检验，显然是不符合题意的；还有部分同学提出通过定量计算称量反应前后甲、乙、丙装置的质量，运用质量守恒判断一氧化碳的存在，但未想到一氧化碳的毒性会对空气造成污染，不符合绿色化学的理念。

4 对提升学生拓展实验探究能力的教学建议

4.1 全面掌握核心物质的基础知识是顺利完成拓展实验题的前提

化学学科的研究对象是物质，拓展实验是对物质及其各物质之间关系的综合性考查。在教学中可以首先从物质类别的角度对初中化学的核心物质进行分类，如单质(氧气、碳、铁等)、氧化物(二氧化碳、一氧化碳、氧化铁、氧化铜等)、两酸(盐酸和硫酸)两碱(氢氧化钠和氢氧化钙)四盐(氯化钠、碳酸钙、碳酸钠、碳酸氢钠)、有机物等，然后对核心物质从物质的组成、结构、性质和变化角度进行放射状的解析，还可以利用思维导图对不同物质的转化关系进行关联式的体系复习。总之，教师通过变换不同的呈现方式从不同的侧重点对同一内容进行巩固，从而使学生达到从熟知到真知再到熟练应用的层次，为拓展实验题的顺利解答提供有力的知识储备。

4.2 正确的解题思路和方法是是顺利完成拓展性实验题的保障

拓展实验题考查的是学生的综合能力，是知识的内化和升华，还需要对学生解决此类题目的思维路径上加以引导。首先引导学生解读实验目的或实验原理，明确操作流程和每一个实验装置的作用，当遇到无法与所学内容建立关联时，学会从题干中读取有价值的资料信息，相信资料必有用，最后在解决问题是注意问题间的逻辑关系，学会用规范的语言进行描述。

4.3 根据教材内容，对教材实验进行二次开发是解决拓展性实验题的有效途径

教师对课本实验再加工、再整合、再创造的拓展实验教学可以从以下几个方面着手[2]：① 引导学生将教材实验按照相似的实验方法进行归纳整理。如燃烧条件的探究、二氧化碳与水的反应探究及铁生锈条件的探究等实验中均利用了控制变量法，学生通过几组实验的对比分析，反思感悟这种实验方法在科学探究中的应用。② 对利用同一实验原理在探究相同问题的装置改进进行分析。例如，探究空气中氧气含量的实验时，可以改进为如图1所示的实验装置。③ 将物质的制备实验和性质实验相结合。例如，教师可将初中化学常见气体(氧气、氢气、一氧化碳、二氧化碳)等各物质的制备和性质实验设计成“多米诺效应”装置图的形式进行考查。

图1 空气中氧气含量测定的改进装置

4.4 对化学学科正确价值观的引导是进行拓展性实验的目的

化学学习的目的是为了应用化学知识使之更好的服务于人们的生产生活，无论过去或将来，化学都在环境保护、资源开发、化工生产等方面为推动人类进步和可持续发展起着不可替代的作用[3]。虽然在发展过程中可能带来双重影响，但“世界上没有垃圾，只有放错位置的宝藏”，教师要鼓励学生在不断的实践中让化学物质对人类的贡献发挥至极致，引导学生形成“绿色化学”观念，突出化学学科的正向价值。