在高中阶段，针对化学实验的必备知识、关键能力和正确价值观念的考查，目前绝大部分地区以纸笔测试为主，包括普通高等学校招生全国统一考试（以下简称“高考”）以及学校在不同时段组织的纸笔测试。对于实践性很强的化学实验的考查，采取纸笔测试的结果势必造成一部分教师以“黑板实验”和机械刷题的形式开展实验教学。高考评价体系作为我国重要的选拔人才的依据和机制，其中涉及高考综合实验的考查。为此，笔者分析近10年全国各地高考试卷中的高考化学实验综合题，发现此类综合题常以新物质的制备为背景进行命题，或者以探究物质的性质为背景来创新试题呈现形式，有时也通过物质的组成和含量设计问题，将化学实验与化学计算有机结合
［1］。高考化学实验综合题，充分考查了学生发散思维能力和分析解决真实问题的能力，很好地考查了学生的化学实验素养，能够避免高中化学实验教学“机械刷题”的不良倾向，促使教师注重在实验教学中培养学生的好奇心、探究欲和创造力。
基于此，笔者尝试在高中开展化学实验研究性学习，并将其作为纸笔测试实验试题命制的素材，即将研究性学习实验案例转化为真实的化学实验试题，让学生将真实的化学实验与纸笔测试联系起来，提高其对化学实验考查内涵的理解，从而提升学生的化学实验综合素养和纸笔测试成绩。
1 研究性学习的内涵与价值
研究性学习，是一种以学生自主探索学习为主的学习模式，是紧密联系真实情境的一种师生互动的学习活动方式
［2］。研究性学习是基于真实情境的学习，情境越陌生，对学生获取和处理新信息能力的挑战越大。研究性学习是学生自主探索的学习，学生在自主探索的过程中，问题意识和探究能力会不断得到培养。研究性学习是在教师启发与指导下的师生互动的学习活动方式，保证了学习是有效率、有组织、高水平的活动。高水平研究性学习的开展，对培养学生科学探究和创新意识具有至关重要的作用。研究性学习一般包括发现问题、提出问题、查阅资料、设计实验、实验实施与改进、实验方案评价与分享等步骤
［1］，学生完成这样一个完整的高水平的研究性学习活动后，其化学实验素养必然有所提升。
2 化学实验研究性学习的案例分析
高水平研究性学习的开展，对发展学生的特长和全面提升学生的化学学科素养具有特别重要的意义，尤其是在科学探究和创新意识的培养方面发挥着至关重要的作用
［1］。教师要善于发现学生的困惑点和兴趣点，创设条件让学生积极参与化学实验研究性学习活动，如将学生在上课过程中发现的异常实验现象转化为研究性学习的载体，借此开展各种课内外探究活动。近几年，笔者开展了一系列研究性活动，如“铜与浓硝酸反应溶液变绿的原因探析”“镁与硫酸铜溶液反应的原理探析”“咖啡因的制备”“氢化钠的制备和检验”“利用手持技术测定碳酸钠和碳酸氢钠混合溶液的浓度”等课题，促使学生产生浓厚的探究热情，他们常常利用休息时间积极参与相关探究活动。笔者特以“氢化钠的制备、检验和测定”研究性学习为例，对相关教学进行简要说明。
2.1 发现问题，确定研究性学习课题
学生在高中化学教材中未遇到氢化钠这种物质，却在习题练习中经常遇到，于是提出了各种关于氢化钠的问题：组成该物质的元素价态是什么？氢化钠化学性质活泼吗？有什么样的性质？如何制备、检验和测定？学生的好奇心引发了笔者的思考——可否设计关于氢化钠的研究性学习活动？因为氢化钠实验涵盖气体的制备（含气密性检查问题、操作先后顺序问题、气体验纯问题）、氢化钠的检验（反应是否真实发生）和氢化钠的测定（样品中氢化钠的纯度），所以它是一个综合性实验，将其作为研究课题，既可以复习化学实验基础知识，又可以让学生对化学实验有系统性认识。于是，笔者组织学生共同开展了氢化钠的制备、检验和测定的研究性学习活动。
2.2 查阅资料，设计实验探究方案
氢化钠（NaH）是由Na
+和H
-组成的盐类氢化物，化学反应活性很高，在潮湿空气中能自燃。受热或与湿气、酸类物质接触，会立即放出热量和氢气，并引发燃烧和爆炸。与氧化剂接触能发生强烈反应，引发燃烧或爆炸。遇湿气和水接触能生成氢氧化物，腐蚀性很强。纯的氢化钠是无色的，然而一般制得的氢化钠会带一些灰色。氢化钠可由氢气和钠在高温下化合而成，但是温度超过425 ℃又会分解
［3］。根据氢化钠的性质，分析了4个具体的研究问题：①如何制备氢气；②如何排除空气和水蒸气的干扰；③如何选择氢化钠的制备装置；④如何保证实验安全；⑤如何证明生成物含有氢化钠。
学生围绕反应物的选择、发生装置、除杂干燥装置、收集装置、尾气处理和实验安全等方面展开讨论，在笔者的引导下，确定了制备和检验的实验方案：制氢气的反应物为锌粒和硫酸，采用简易发生装置；简易发生装置后部连接含干燥剂的装置，目的是消除水蒸气；通过氢气验纯，可避免出现安全问题；采用点燃除去氢气尾气的方法；制备氢化钠的装置主体为硬质玻璃管；为证明生成物含有氢化钠，需借助氢化钠与水反应的产物进行判断。学生根据实验方案设计的制备装置如
图1所示。
2.3 实施实验，评价实验探究过程
在化学实验室，学生依次开展实验：组装制备装置—气密性检查—制备氢气—验纯氢气—制备氢化钠—尾气处理—氢化钠检验。待实验结束后，大部分学生都能制得灰白色物质。最后，学生为了检验产物是否为氢化钠，对灰白色物质进行以下检验：先向试管中加入一定量的水，再向其中滴加酚酞，最后加入适量灰白色固体，检验试管内产生的气体是否为氢气，并观察试管内液体颜色的变化。
通过上述实验，学生完整体验了有气体参与反应的物质制备和检验的系列实验过程，深刻理解了实验的先后操作顺序保证了气体的纯净和实验的安全性，相对“黑板实验”更能让学生形成制备实验的系统思维。但是，该实验无法做到钠与氢气的充分接触，制得的氢化钠可能混有较多杂质，导致氢化钠的检验方法存在争议
［4］。另外，氢化钠的化学性质过于活泼，限于中学实验室条件以及安全方面的考虑，测定氢化钠样品的纯度未在该研究性学习活动中得以延续。
3 化学实验纸笔测试题的命制
3.1 将研究性学习素材转化为纸笔测试题的必要性
（1） 有利于培养学生的化学学科核心素养。
高中化学学科包含五大核心素养
［5］，每项素养的培养都蕴含着化学实验在其中所发挥的作用。比如：化学实验的宏观现象，能为探析微观世界和化学变化提供证据；化学实验可培养学生的证据搜集能力，增强其批判性思维意识，进而助其建构探究物质化学性质的认知模型；化学实验方案的设计和实施，能培养学生的科学探究与创新意识；化学实验能培养学生的安全意识、严谨求实的科学态度以及社会责任。
（2） 有利于学生迅速适应高考的考查要求。
统计近3年（2022—2024）21份全国各地高考试卷中的实验综合题发现（
表1），实验综合题通常以较陌生的情境为载体，呈现一些不能被直接提取而需要二次加工的关键信息，围绕物质的制备、组成与性质的探究进行考查，需要学生在关联旧知识的同时整合新知识，侧重于诊断学生的信息加工能力、远迁移能力
［6］，而研究性学习恰恰是应对高考考查的有效路径。
3.2 将研究性学习素材转化为纸笔测试题的可行性
《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出学业水平考试的命题原则：以核心素养为测试宗旨，以真实情境为测试载体，以实际问题为测试任务，以化学知识为解决问题的工具
［5］。其中，实际问题的复杂程度决定了“情境”加工与“知识”输出的复杂程度，而学生在解决复杂程度不同的问题时所具备的关键能力，又是其学科核心素养发展水平的具体表现
［6］。因此，对研究性学习素材的深度挖掘与考查，恰恰是测试学生学科核心素养发展水平的有效路径。
3.3 将研究性学习素材转化为纸笔测试题的案例分析
学生经历了氢化钠制备和检验的研究性学习后，以该实验的真实情境为测试载体，以实际操作过程中遇到的问题为测试任务，如针对实验试剂和装置的选择、实验操作的先后顺序、干燥、除杂、气体验纯、物质检验和实验安全等问题，即可通过测试了解学生用化学知识与技能解决真实问题的能力，测试学生是否能建构物质的制备和检验的认知思维模型，最终测试学生的化学实验素养，从而为后续实验教学奠定基础。
【试题命制】NaH是有机合成中的重要还原剂，某兴趣小组设计实验制备NaH并探究固体产物的组成。
已知NaH遇水剧烈反应，受热或与湿气、酸类物质接触即放出热量和氢气，引发燃烧和爆炸。其问题如下。
I.NaH的制备
（1） 按
图2所示装置组装仪器（夹持装置已略去）。
仪器b的名称是，加入的试剂是。
（2） 实验中部分操作如下：
a.反应前，进行装置的气密性检查；b.打开止水夹k；c.关闭止水夹k；d.收集硬质玻璃管的导气管出口的气体，检验纯度；e.点燃酒精灯，加热；f.反应后，称量硬质玻璃管中固体质量；g.熄灭酒精灯，待装置冷却；h.加入盐酸。
正确的操作顺序为：a→→f。（填标号）
（3） 实验评价可围绕实验原理、实验装置、实验操作、实验记录及分析等多方面展开，请你评价此制备方案的不足之处：
。
II.探究固体产物的组成
实验结束后，取出硬质玻璃管内的固体，呈现灰白色。甲同学先向1支试管里加入2 mL的水，再滴入2滴酚酞溶液；将收集好的少量固体投入该试管中，用拇指堵住试管口，振荡，反应结束后将试管口靠近酒精灯火焰；松开拇指，听到尖锐的爆鸣声，溶液变红。
甲同学得出结论：固体是NaH。
乙同学反对甲同学的看法，认为只凭这两个现象无法证明制得的固体一定是NaH。
（4） 请你按照乙同学的思路，推测固体可能的成分。
猜想一：只有NaH；猜想二：；猜想三：。
（5） 丙同学提出，可以通过测定生成的H
2的体积来判断猜想一是否正确，装置如
图3所示（夹持器具已略去）。
检查完装置的气密性之后，在Y形管两侧分别添加固体产物1.2 g和适量的水，使两者混合的操作是。假设操作过程无失误，若得到的气体体积为0.81 L（已折算为标况下），则猜想一。（填“正确”或“错误”）
【答案】（1） 球形干燥管；除去氯化氢和水蒸气。
（2） b→h→d→e→g→c。
（3） 酒精灯无法控制反应温度；无法保证钠与氢气完全反应；硬质玻璃管后未连接干燥装置等（答案合理即可）。
（4） NaH和Na；NaH和Na2O。说明：答案合理即可。
（5） 倾斜Y形管，将水倒入左侧固体中；错误。
【试题分析】此道化学原创实验题，包含了化学实验基础知识如基本仪器、基本操作和试剂选择，体现了试题的基础性和应用性，试题包含了实验方案评价和猜想产物的可能组成并设计方案进行测定，体现了试题的综合性和创新性。其中，“操作顺序”是学生的迷思考点，要求学生对实验有系统性和整体性的认识；试题（3）设计了实验方案评价，考查学生的批判性思维和反思能力；试题（4）和试题（5）要求学生具有发散性思维和创新精神。整道试题的纸笔测试结果是对研究性学习成果的检验。
4 教学反思
高考化学实验题要求学生具有较强的现场学习、信息提取、分析、判断、推理和归纳等综合能力，较强的模块间知识融合能力，较强的实验设计、评价和创新能力，以及准确的语言表达能力。
以实验为核心内容的研究性学习，恰好在培养学生上述能力方面具有以下优势：实验任务具有真实性、挑战性和复杂性，学生必须经历“问题凝练—提出猜想—设计方案—进行实验—搜集证据—分析现象—推理得出结论”的完整科学探究过程。
将研究性学习的素材转化为命题素材，教师可以借此检测学生的研究性学习成果，有利于学生理解实验题命制的考查特点和内在逻辑，从而提高实验题纸笔测试成绩。从教师发展的角度看，研究性学习与实验题命制相融合，有利于提高教师对化学实验题命题意图的理解和命题能力的提升。
厦门市高中“提质增效”专项专家型教师课题“基于项目式学习的高中化学实验综合题命制研究”(XMZJ2023035)
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