也谈“控制实验条件”的考核方式/张明昭
2010-07-04 16:11:06 阅读70 评论8 字号：大中小
2010年福建高考理综化学xx中，有一道选择题，涉及控制变量研究方法——
（2010年福建高考8）下列有关化学研究的正确说法是
A．同时改变两个变量来研究反应速率的变化，能更快得出有关规律
B．对于同一个化学反应，无论是一步完成还是分几步完成，其反应的焓变相同
C．依据丁达尔现象可将分散系分为溶液、胶体与浊液
D．从HF、HCl、HBr、HI酸性递增的事实，推出F、Cl、Br、I的非金属递增的规律
本题的选项A，考查考生对控制变量研究方法的认识。“控制变量法”是根据研究目的、运用一定手段（实验仪器、设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。在近年新课程高考中，脱颖而出，成为新高考xx的宠儿。本道xx在网络上引起了广泛的讨论，有人提出：“控制变量法按这样的方式考查是否合适？”
张某不惮浅薄，试就“控制实验条件”的命题与考核方式作一初步探讨，希望能起抛砖引玉之作用。根据能力之要求，张某谨把有关“控制变量法”考核方式分为三个层次，分述于下——
{dy}层次——在考纲中，属于“了解”层次（对化学化学知识有初步认识，能够正确复述、再现、辨认或直接使用）。这种考核方式一般以选择题形式出现，以识记的方式，考核学科思想与学科方法，多属于送分题，用于调剂xx难度，考核的力度不大。
以上2010年福建高考理综8题，即属于这一层次的xx。试再举两例——
【例1】（09年福建质检6）下列关于化学观或化学研究方法的叙述中，错误的是：
A．在化工生产中应遵循“绿色化学”的思想
B．控制实验条件可以改变化学反应的限度和速率
C．在元素周期表的金属和非金属分界线附近寻找半导体材料
D．根据元素周期律，由HClO4可以类推氟元素也存在{zg}价氧化物的水化物HFO4
【例2】（08年上海卷5）下列关于化学学习和研究的说法错误的是：
A．化学模型有助于解释一些化学现象
B．质量守恒定律是大量实验事实的总结
C．化学家提出的假设都能被实验证实
D．化学基本原理的应用是有一定条件的
【张明昭】以上两例中涉及的“绿色化学”、“控制实验条件”，“化学模型”等，都是化学学科的基本思想或研究方法，考法单纯，要求简单，学生只要了解有关知识，不难作答。但窃以为，这种xx自有其存在之合理性与必要性，不能因为只是“考名称”或“在脱离具体情境的情况下让学生来指认”就简单否定。高考，也必须适当考核识别记内容，如果所有的考题都来考能力，难度值控制就很成问题，效度、信度、区分度也会有很大问题，高考的选拔功能又如何体现呢？！
第二层次——在考纲中，属于“理解（掌握）”层次（领会所学化学知识的含义及其适用条件，能够正确判断、解释和说明有关化学现象和问题，即不仅“知其然”，还能“知其所以然”）。这种考核方式一般以图表信息呈现，给出实验数据，考核学科思想的应用；在考核学科思想的同时，还考核学生处理化学信息、分析问题和解决（解答）问题的能力。从能力要求来看，明显上了一个台阶。
【例3】（07年广东化学·22）“碘钟”实验中，3I－＋S2O42－的反应速率可以用I3－与加入的淀粉溶液显蓝色的时间t来度量，t越小，反应速率越大。某探究性学习小组在20℃进行实验，得到的数据如下表：
（1）该实验的目的是_______________________________________。
（2）显色时间t2＝_______________。
（3）温度对该反应的反应速率的影响符合一般规律，若在40℃下进行编号③对应浓度的实验，显色时间t2的范围为_______________（填字母）
A．<22.0s
B．22.0～44.0s
C．＞44.0s
D．数据不足，无法判断
（4）通过分析比较上表数据，得到的结论是_________________________。
【张明昭】本题考查的正是“控制变量法”在研究化学反应速率规律方面的应用，考查学生对图表的观察、分析以及处理实验数据归纳得出合理结论的能力。解题时，首先要对题中提供的数据进行仔细分析，由题目中表格数据①②可知c(I－)与显色时间成反比，又由表格数据②③可知c(S2O32-)与显色时间成反比，结合其它数据总结出规律：“反应速率与反应物起始浓度乘积成正比（或显色时间与反应物起始浓度乘积成反比）”；再把规律应用于求⑤的显色时间：t2＝88.0/3=29.3 s。
分析本题可以看出，控制变量法在实验探究中确是一种行之有效的科学方法，只要把握好变量与不变量，控制变量的数量为一个，通过分析对比，就会更快找出科学规律。试想一下，如果同时改变2个条件，又当如何？例如：剔除题中①③数据，以②④数据分析，能得出什么结论呢？能求出t2吗？这正是使用“控制变量法”在研究化学反应速率规律方面的优势，也是这种科学方法经久不衰的理由。
【例4】（09年福建理综·12）某探究小组利用丙酮的溴代反应（CH3COCH3＋Br2HClCH3COCH2Br＋HBr）来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：
分析实验数据所得出的结论不正确的是
A．增大c(CH3COCH3)， v(Br2)增大
B．实验②和③的v(Br2)相等
C．增大c(HCl)， v(Br2)增大
D．增大c(Br2)，v(Br2)增大
【张明昭】本题也是考查“控制变量法”在研究化学反应速率规律方面的应用，我曾从网络上看到一份似是而非的“全析全解”，此“全析全解”来源于某学科网站“名师”，以讹传讹，流传甚广。解析中说：“从表中数据看，①④两组实验中CH3COCH3、HCl的浓度是相同的，而④中Br2比①中的大，所以时间变长，速率变慢，D错误。其他选项正确。”殊不知，该解析也是大错特错——Br2浓度增大一倍，溴颜色消失所需时间也增大一倍，说明Br2浓度对反应速率没有影响（速率并没有“变慢”）！可见，此类题对能力的要求比较高，即使是所谓“名师”，也不免出错。
【例5】（2010全国卷Ⅰ27）在溶液中，反应A+2B C分别在三种不同实验条件下进行，它们的起始浓度均为c(A)=0.100mol/L、c(B)=0.200mol/L及c(C)=0 mol/L。反应物A的浓度随时间的变化如下图所示。
（1）与①比较，②和③分别仅改变一种反应条件。所改变的条件和判断的理由是：
②_____________________________________________；
③_____________________________________________；
（以下略）
【张明昭】本题以坐标图的形式，考查有关“控制变量条件下”的化学反应速率与化学平衡的有关知识，虽然考核的重点不是“控制变量”，也聊备一格。
在新课标高考中，xx越来越重视对化学基本方法、基本思想和化学观的考查，类似的考题很多，如07年海南17题、07年宁夏理综·31A题等等，恕不一一枚举。
第三层次——在考纲中，属于“综合应用”层次（在理解所学各部分化学知识的本质区别与内在联系的基础上，运用所掌握的知识进行必要的分析、类推或计算，解释、论证一些具体化学问题）。这种xx的命制一般以化学综合题的形式出现，或与化学原理联姻，或与工业流程组合，或通过实验方案的设计，考核学科思想的应用。
这里，我要隆重推出一道“控制变量”思想与化学实验整合的xx。
【例6】（2010年福建质检25）无水氯化镁是制备某种催化剂的中间体。某研究性学习小组设计实验方案进行制取无水氯化镁等实验。请填写下列空白。
【实验一】利用下图实验装置(夹持和加热装置省略)，在HCl气流中小心加热MgCl2·6H2O晶体制取无水氯化镁(无水氯化镁易吸水)。烧瓶中发生的反应为：NaCl + H2SO4 (浓) = NaHSO4 + HCl↑
（1）试剂X是_________________。
（2）该实验装置存在的一个缺陷是________________________。
【实验二】通过下列步骤，测定实验一所得产物中氯元素含量以确定产物是否含有结晶水：
①称取m1g样品置于烧杯中，充分溶解;
②加入足量硝酸银溶液，充分反应后，过滤;
③洗涤沉淀，干燥至恒重，称得沉淀质量为m2 g。
（3）若步骤③的操作中未洗涤沉淀，将导致测得的氯元素含量_________(填“偏高”或“偏低”)。
（4）若测得m1 =10.40 , m2 = 28.70，则所得产品MgCl2·nH2O中n的值为____。
【实验三】一定条件下，氯化镁与四氯化钛的混合物可作烯烃聚合反应的催化剂。为了探究温度、氯化镁固体的含水量以及粉碎方式对该催化剂催化效果的影响，设计如下对比实验：
注：催化效果用单位时间内每克催化剂得到产品的质量来表示
(5)表中ω =________。
(6)从实验1、2可以得出的结论是______________________________。
(7)设计实验2、3的目的是____________________________________。
【张明昭】2010年福建质检的实验题仍然延续近年来福建质检与高考的命题传统，以实验探究为基础，xx考生思维敏捷性、缜密性、统摄性、灵活性和创造性，从三个维度将经典实验、定量实验和探究实验有机融合，体现了福建化学实验题的大气与高度。实验一要求学生明确实验目的、理解实验原理、识别实验仪器装置图、选择实验试剂并对实验设计作出评价；实验二考查学生运用守恒观分析处理实验数据和分析误差的能力；特别值得一提的是实验三，首次将“控制变量”的因素融入实验题中，要求学生通过图表的观察，准确提取有效信息，明确实验目的和实验过程的变量控制，考查设计、评价探究实验方案的能力和综合运用知识的能力。
化学实验一直是高考中考查的“重头戏”。长期以来，高考实验题总是以实验操作、实验现象、实验仪器的辨认、使用与组合为考核重点，对实验设计中的学科思想较少涉及。所幸的是随着新课程理念的逐步深入人心，越来越多的老师在命题中注重于挖掘化学实验中的学科思想，这将是高考命题的一个新动向，值得高度重视。
【例7】（2010课标全国卷28）某同学在用稀硫酸与锌制取氢气的实验中，发现加入少量硫酸铜溶液可加快氢气的生成速率。请回答下列问题：
（1）—（4）略
（5）为了进一步研究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响，该同学设计了如下一系列实验。将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中，收集产生的气体，记录获得相同体积的气体所需时间。
①请完成此实验设计，其中：V1=_________，V6=________，V9=________；
②反应一段时间后，实验A中的金属呈_____色，实验E中的金属呈______ 色；
③该同学{zh1}得出的结论为：当加入少量CuSO4溶液时，生成氢气的速率会大大提高。但当加入的CuSO4溶液超过一定量时，生成氢气的速率反而会下降。请分析氢气生成速率下降的主要原因_____________________________。
【张明昭】本题为杨老师博文《对“了解控制实验条件的方法”考查的粗浅看法》所强力推荐，确实是一道好题。可惜，不知是否笔误，杨老师提供的答案有一个数据是错误的。
“在硫酸与锌的反应中加入少量硫酸铜溶液，可以加快反应速率”，这是传统考题中经常涉及的内容。本题妙在另辟蹊径，为研究“硫酸铜的量对氢气生成速率的影响”而进行探究性实验设计，这就对考生提出了更高要求，不仅要求学生能正确分析与解读表中数据，并进一步要求学生设计出“控制实验”的适当条件。这是一种建立在理解、掌握、融会贯通基础上的创新思维。
首先，必须保证各次实验中硫酸浓度保持一致，最方便的做法是：使所使用硫酸的浓度与体积相等，同时使每次实验的混合溶液总体积相等。即V1== V2== V3== V4== V5==30；VCuSO4+VH2O=20。了解了这一点，图表中的V便呼之欲出了。
值得一提的是：此题又一次体现了“控制变量法”在化学实验中的魅力！
近年，新高考中出现的类似题型的有08年广东化学·20题（1）小题、09年安徽理综·28题（1）小题、09年浙江理综·27题（5）小题等，有兴趣的朋友可自行查找浏览。
{zh1}，为避免本文被误读，特别郑重声明如下：以上三个层次之划分，并非xx优劣之评判，更不能因此来确定考查的方式之“是否合适”。窃以为，命题本应该提倡“百花齐放、百家xx”，岂能以“一家之尺子，量尽天下之长短”？而作为高考xx，选拔与区分功能是最重要的，三个层次的xx在甄别功能上“尺有所长，寸有所短”。如何以知识为依托，以能力为重点，以发展为目标，统筹安排，有机融合，使之符合普通高中课程改革实验的实际情况，使难度、信度、效度、区分度达到{zj0}，方为正事。那种“专家叫好、考生叫惨、老师叫骂”之考题，张某以为断断不可为也！
以上看法，纯属个人拙见，欢迎批评指正。
