结合实例浅谈化学实验课笔试命题新思路

许海 刘晓冬 王宝珍

(吉林大学化学学院 吉林长春 130012)

教学研究与改革

结合实例浅谈化学实验课笔试命题新思路

许海 刘晓冬 王宝珍

(吉林大学化学学院 吉林长春 130012)

摘要结合无机化学实验与物理化学实验考试的两个实际题目，讨论化学实验课笔试命题设计的新思路。实验笔试命题的设计主要考查学生对实验原理的理解程度和运用所学实验技能解决实际问题的能力。

关键词无机化学实验 物理化学实验 笔试 命题 素质教育

化学实验是高等教育化学化工及相关专业学生的必修课程。目前，很多高校已经把化学学科的各专业实验单独设课，单独进行成绩评定。通常，实验课的考核评价办法可分为操作考试、命题笔试，以及二者结合评价等几种类别[1-6]。为了能够基本实现实验课成绩反映学生综合实验技能与实验理论知识掌握水平的目的，我们设计了一套全面兼顾的考核评价体系[7-8]。其中，作为考核评价的一部分，实验课笔试的命题内容应该能够准确反映学生对所学知识的掌握程度。我们为此适量选取了应用所学知识设计实验的题目，以考查学生解决实际问题的能力。对学生成绩分析的结果显示，我们的预期目标基本得以实现。可见这种命题改革的思路基本可行，值得推广。下面以两个实际考题为例，谈谈我们在设计化学实验课笔试命题过程中的一点体会，与同行共享交流。

1 化学实验课笔试的命题原则

化学实验课的教学目的是培养学生善于观察记录、综合分析数据、正确得出结论的能力，同时还能加深学生对理论知识的理解和掌握。除此之外，我们还特别强调要通过实际动手操作培养学生设计可行方案解决具体问题的能力[9-10]。为此，我们在实验课笔试命题时，加入了一定比例的综合应用所学实验手段去设计解决实际问题的题目。考虑到目前我们的实验课考核评价体系正处于起步阶段，教师和学生对适应这一改革都需要有循序渐进、逐步摸索完善的过程，因此我们在设计综合应用类题目时不但注意控制其数量和比例，而且还相应控制了难度，可以针对不同层次的学生选择不同的题型和侧重点。

2 实验课笔试综合应用题实例

2.1 无机化学实验考试实例

无机化学实验是本科生入校后的第一门化学实验课，此时学生的动手能力和知识结构都比较薄弱。针对这一特点，我们的命题主要以客观试题为主。例如我校2011级医学7年制学生的无机化学实验考试有如下一道综合设计实验题：

“假定某营养药物的主要成分包括：① 碳酸钙；② 硬脂酸铁(橙黄色粉末，难溶于水，遇强酸分解为铁盐和硬脂酸，硬脂酸不溶于水)；③ 乳酸锌(白色粉末，易溶于热水，在冷水中溶解度较小，遇强酸分解为锌盐和乳酸，乳酸溶于热水，在冷水中溶解度较小)；④ 亚硒酸钠(白色粉末，易溶于水，与盐酸反应生成单质硒沉淀)等，其余成分暂且忽略不计。请用所学知识设计实验过程测定该营养药物中钙、铁、锌的含量。(请将题后正确选项的序号填入相应的空白处，每个选项可重复多次填入，每个空白亦可填入多个选项。)

铁的质量分数为：

Ⅰ.蒸馏水；Ⅱ.盐酸；Ⅲ.NaOH溶液；Ⅳ.EDTA二钠盐标准溶液(浓度为c(EDTA))；Ⅴ.氨水；Ⅵ.HAc-NaAc缓冲溶液(pH=4.3)；Ⅶ.NH3-NH4Cl缓冲溶液(pH=10)；Ⅷ.甲基橙；Ⅸ.酚酞；Ⅹ.PAN；Ⅺ.铬黑T；Ⅻ.室温常压过滤；.冰水冷却减压过滤；.趁热减压过滤；ⅩⅤ.红色；ⅩⅥ.橙色；ⅩⅦ.黄色；ⅩⅧ.绿色；ⅩⅨ.蓝色；ⅩⅩ.蓝紫色；ⅩⅪ. 紫红色；ⅩⅫ.无色；Ⅹ.Fe(OH)3；ⅩⅩⅣ.Ca(OH)2；ⅩⅩⅤ.Zn(OH)2；ⅩⅩⅥ.Fe3+；ⅩⅩⅦ.Ca2+；ⅩⅩⅧ.Zn2+；ⅩⅩⅨ.[Fe(NH3)6]3+；ⅩⅩⅩ.[Ca(NH3)6]2+；ⅩⅩⅪ.[Zn(NH3)4]2+。”

下面对此题的设计、解答思路进行简要分析。首先，从题目的设计初衷看，是考查学生在熟练掌握几种常见电解质的基本性质和减压过滤、配位滴定等基本实验技术原理的基础上，分析、解决实际问题的能力。其次，从题目的设计过程看，是通过一定新知识的介绍与提示，从简单易求的结果入手，逐渐把学生的解题思路引到实际操作步骤中，并且给出了每一步的计算公式，用以进一步提示和验证学生的解题过程是否正确。

样品中的4种主要成分在水和盐酸中的性质见表1。从表1可以看出4种主要成分在热水中可分成两组，一组是难溶物(碳酸钙和硬脂酸铁)，质量为m2；另一组是可溶物(乳酸锌和亚硒酸钠)，即滤液。由题意可知第一步为测定Zn的含量，根据葡萄糖酸锌片中葡萄糖酸锌含量测定实验的基本原理可知，在溶液pH=7～11，铬黑T为指示剂时，用EDTA(乙二胺四乙酸)二钠盐的标准溶液可以准确滴定Zn2+的含量;在化学计量点，溶液的颜色由紫红色变为蓝色。这样就很容易通过EDTA二钠盐的消耗量计算锌含量(题中已给出)。

表1 样品中主要成分在水和盐酸中的性质

直接测定钙和铁的含量比较困难，因此题中给出了标定的过程和最终的计算结果。第二步应先选择加盐酸处理，形成Ca2+、Fe3+、Zn2+溶液(硒沉淀、乳酸与硬脂酸被分液和过滤除去)。之后向滤液中加入过量的氨水，使Fe3+全部转化为Fe(OH)3沉淀;此时Ca2+则会有一部分形成Ca(OH)2(在水中溶解度较小)沉淀，另一部分仍以Ca2+形式留在滤液中;而Zn2+则会全部转化为[Zn(NH3)4]2+留在滤液中。调节pH后，用EDTA二钠盐标准溶液滴定[Zn(NH3)4]2+与部分溶解的Ca2+的混合溶液，指示剂及实验现象与前一步骤相同。最后，由滴定液的消耗量及第一步的相关数据，可最终计算出钙和铁的含量(原题中已给出结果)，其简要计算过程如下：

(1)

m4=m(Ca(OH)2)沉淀部分+m(Fe(OH)3)=m(Ca(OH)2)全部-m(Ca(OH)2)溶解部分+m(Fe(OH)3)=

(2)

联立式(1)和式(2)可解出：

进而可得：

此题每空1分，共10分，占总实验课笔试成绩的20%，占实验总成绩的10%。据统计，平时认真预习、细致操作、勤于思考、经常与教师和同学讨论的学生本题普遍得分在6分以上，而其余学生此题的得分多数在5分以下，基本反映了学生对这部分知识的掌握和灵活运用能力。

2.2 物理化学实验考试实例

物理化学实验是化学及其相关学科的重要课程，学生学习时不但要加深对理论知识的理解，更重要的是掌握应用实验原理与技能解决实际问题的能力。为此，我们设计了一些比较灵活的试题，以便于学生自由发挥。例如我校2009级药学专业物理化学实验考试给出了如下一道综合设计实验题：

“已知在水溶液中，右旋碘化甲基乙基丙基铵可与氢氧化钾发生如下消旋化反应：

试通过所学知识，设计两种实验方法，测定该反应的速率常数。分别写出这两种实验方法所使用的主要仪器和监测反应进程的物理量，并分析反应过程中该物理量的变化趋势及原因。”

下面对此题的设计及解答思路进行简要分析。此题是应用化学动力学理论的相关知识，设计物理法测定化学反应速率常数的问题。物理法测定反应速率常数是先测定体系的某个与反应组分浓度变化呈单值函数关系的物理量随时间的变化，再根据此函数关系通过作图等方法计算反应速率常数的过程。根据题中提示及相关化学知识可知，该反应进行过程中，有如下几个明显的变化：手性物质浓度降低、离子总浓度降低、溶液碱性降低。为此，可以选择相应仪器检测反应系统溶液的旋光性质、电导率性质和酸性，再根据其随时间的变化趋势与反应组分浓度的关系推导并作图，即可计算反应的速率常数(具体推导过程不作为考核要求，此处略)。

最终，我们给出的参考答案为：

方法一：旋光法。主要仪器：自动旋光仪；监测物理量：旋光度α。由于反应物是右旋物质，旋光度为正数，产物为非旋光性物质，旋光度为0;因此在整个反应过程中，旋光度数值由一较大的正数逐渐减小。对于加热条件下的加速反应，当反应结束(t=∞)时，旋光度α为0。

方法二：电导率法。主要仪器：电导率仪；监测物理量：电导率L。由于反应前后溶液中I-和K+的浓度没有变化(忽略产物生成的微量水)，但是反应前的季铵正离子和OH-随着反应进行逐渐生成不导电的叔胺分子和H2O，使溶液的离子总数明显减少；因此溶液整体的电导率逐渐减小。加热条件下的加速反应结束(t=∞)时，溶液的导电性质仅由KI提供，电导率最小。

方法三：酸度法。主要仪器：酸度计；监测物理量：溶液pH。由于在反应过程中，OH-浓度逐渐降低，而产物中叔胺分子的碱性又很弱，因此溶液整体的pH将逐渐减小。加热条件下的加速反应结束(t=∞)时，溶液的pH最小。

此题满分为10分，占总实验课笔试成绩的20%，占实验总成绩的10%。学生只需在以上3种方法中任选两种作答，并回答完整，阐述准确，即可得满分。据统计，大多数学生此题得分在6～9分之间，可见经过一定时期的训练之后，学生解决实际问题的能力有所提高。

3 结语

与化学理论课教学相比，化学实验课教学更注重的是培养学生通过动脑分析解决实际问题的能力，而并非是对现有知识的简单记忆。因此，我们在对学生进行考核评价时，也着重突出考察学生对实验原理的理解程度和实际应用水平。实践表明，在这种思想指导下，我们的命题从结构到内容都体现了改革与创新，达到了最初设定的成绩反映能力的评价目标。

参 考 文 献

[1] 张存兰.化工高等教育,2008(3):38

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[5] 范崇光,黄丹.实验室研究与探索,2000(5):36

[6] 周旭章.大学化学,1998,13(2):21

[7] 许海,丁长江,刘晓冬.湖南师范大学自然科学学报,2011,34(学术专刊):286

[8] 许海,路航,刘晓冬.广州化工,2011,39(13):176

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[10] 张礼伟.陕西教育,2009(7):86

国家自然科学基金项目(No.21174050、21173101)；吉林大学基本科研业务费(No.450060445028、450060481405)

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