创新性化学习题的设计，本文主要内容关键词为：习题论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
当前化学教学中，习题是培养学生创新意识和创新能力的主要手段。如何根据课程改革和高考改革的要求，编制高质量的创新性试题，是广大化学教师必须认真面对的重大研究课题。本文拟就创新性化学习题的编制做一些探讨。
一、创新性习题设计遵循的原则
1.开放性原则
开放性试题既有利于拓展学生的思路，充分发挥其想像力，又有利于调动学生参与问题解决的主动性，充分发挥其主体作用。而这二者是培养学生创新精神和实践能力的重要条件。化学试题的开放性体现在问题、方法、答案3个方面，可以分为不同层次（见表1）：
┌─────┬────┬──────┬────┐
│ 开放性 │问题│方法│答案│
├─────┼────┼──────┼────┤
│ 0水平
│已知│已知（唯一）│ 唯一 │
├─────┼────┼──────┼────┤
│ 水平1
│已知│未知（唯一）│ 唯一 │
├─────┼────┼──────┼────┤
│ 水平2
│已知│未知（多样）│ 唯一 │
├─────┼────┼──────┼────┤
│ 水平3
│已知│未知（多样）│ 多样 │
├─────┼────┼──────┼────┤
│ 水平4
│未知│未知（多样）│ 多样 │
└─────┴────┴──────┴────┘
鉴于目前中学化学教学实际和大多数学生能力水平，教学实践中建议较多使用“水平2”“水平3”的开放性试题，对“水平4”试题的编制一定特别注意问题与学生能力、心理、情感等相匹配，并在教学中恰当运用，以防开放性过强、过多给教学带来负面影响。
2.综合性原则
重视学生综合能力的考查，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力，这既是素质教育的要求，也是当前高考改革的需要。因此，创新性习题的设计必须充分体现综合性。习题的综合性主要体现在以下3个方面：
（1）在内容上，一要重视化学学科内不同类型知识的综合；二要加强不同学科知识间的综合；三要充分体现STS教育理念，加强科学、技术与社会的密切联系，培养学生关注和思考社会问题的意识，并逐步培养他们根据自己的知识经验做出相应决策的能力。
（2）在目标上，重视通过习题训练促进学生在知识与技能、过程与方法、情感态度价值观等方面的全面发展。在习题编制中要综合考虑，各有侧重，不能偏废任何一方。
（3）在方法上，力求通过习题训练，使学生能够从整体上分析和把握问题，并能综合运用各种方法解决实际问题，培养他们良好的科学素养。
3.适应性原则
习题内容一定具有多样性和选择性，尽量满足不同发展水平、具有不同兴趣爱好的学生的学习需求，使他们通过习题训练，都能各自得到最大程度的发展。因此，试题的编制要适应学生的心理发展水平和知识基础，尽可能从学生经验过的社会生活实际出发，设计真实的问题情境，力求起点高，落点低，防止出现因追求开放、新颖而走向“偏、难、怪”的极端。
二、创新性化学习题的主要类型举例
1.开放型试题
开放型化学试题主要有3类：
（1）条件开放型 解决问题的条件不足或多余，不足的要求学生自己补足，多余的要求学生经过思考剔除。
例1 计算下列问题时，除必须应用所有给出的数据外，还缺少1个数据，请指出该数据的名称（用a表示），并列出计算式。
在温度为t℃和压力p Pa的情况下，19.5g A与11.0g B可恰好完全反应，生成固体C和3.00 L的D气体，试计算生成的C的质量m（c）。
（1）缺少该状况下气体D的密度a（g/L）
m（C）=m（A）+m（B）-m（D）
=m（A）+m（B）-V（D）a=（30.5-a）g
（2）缺少D的质量a（g）
m（C）=（30.5-a）g
（3）缺少D的摩尔质量a（g/mol）。
m（D）=apV/RT=3ap/（273+t）R（g）
m（C）=30.5-m（D）
=[30.5-3ap/（273+t）R]（g）
例2 将m[，1]g锌加到m[，2]g 20％HCl溶液中，共放出了n L氢气（标准状况），被还原去的HCl的物质的量是（）mol
A.m[，1]/65
B.5m[，2]/36.5
C.m[，1]/36.5D.n/11.2
解析 仔细审题不难看出，m[，1]g锌与m[，2]g 20％的HCl溶液不一定恰好完全反应，即m[，1]、m[，2]不能用于计算，被还原的HCl的物质的量只能用放出氢气的量（n L）表示，答案为D。
（2）思维开放型 试题的求解过程可以沿着不同的思维路径展开，有利于学生提出独立见解和个人决断。思维的发散和开放是开放型问题的本质。
例3 请设计实验，用化学方法测定锌的相对原子质量。
解析 ①“用化学方法”测定锌的相对原子质量，学生容易想到根据化学方程式的计算可以达到求出锌的相对原子质量的目的。
②从化学反应的基本原理分析，锌与稀硫酸反应是学生容易想到的，根据：Zn+H[，2]SO[，4]=ZnSO[，4]+H[，2]↑可知，只要知道锌的质量和氢气的质量或体积，就可以计算出锌的相对原子质量。
③由以上分析，可设计实验装置（图略）。
④若学生能够设计出上述2种方案，或教师展示出学生的2种思路，他们自然会提出很多问题：a.二者在原理上有什么不同？各有什么优点？b.实际使用时，哪种方案好，为什么？c.每一种方案中，怎样才能减小测量误差？……
显然，试题给学生提供了广阔的思考空间和展现个人才能的机会。试题的解答能够有效地培养学生的综合分析能力和创新思维能力。
（3）结论开放型 对同一试题，学生因认知水平和能力的差异可以得出不同的答案，因而能够满足不同认知层次和能力水平的学生的需求，使不同层次和水平的学生均有机会在自己的能力范围内解决问题，并同样获得成功的乐趣，从而激发学生持久的学习兴趣。某同学做了如下实验：
第一步：将一定量的氧化铜粉末加入到稀硫酸中，微热，待氧化铜完全溶解，得到蓝色溶液；
第二步：向上述蓝色溶液中加入m g铁粉，充分反应后过滤，将所得固体进行干燥并称量，得质量为n g。
（1）若硫酸适量，m和n的大小关系为______；
（2）若硫酸过量（氧化铜完全反应后硫酸剩余），m和n的大小关系可能有_______种情况，关系式分别为______；
（3）在（2）题m和n的可能关系中，任选一种情况加以分析。
解析 题中涉及的反应有：
（1）硫酸适量时，只发生反应，固体质量增大，所以m＜n。
（2）当硫酸过量（氧化铜完全反应后硫酸剩余）时，加入的铁先发生反应，若有余还会发生反应。既可能发生质量增加的反应，也可能2个反应均发生。所以m和n大小关系可能有3种，即：m=n，m＞n，m＜n。
（3）①若m=n，答题时必须抓住反应的增重与反应的减重相等。答案有多种：a.硫酸过量，铁无剩余，且与硫酸反应的铁的质量正好铁与硫酸铜反应所增加的质量；b.铁剩余，n（CuSO[，4]）/n（H[，2]SO[，4]）=7/1[n（CuSO[，4]）表示参加反应①的硫酸铜的物质的量，n（H[，2]SO[，4]）表示参加反应②的硫酸的物质的量，下同]。此时，与硫酸反应的铁的质量正好等于铁与硫酸铜反应增加的质量。
②若m＞n，a.硫酸过量，铁无剩余，且与硫酸反应的铁的质量大于铁与硫酸铜反应所增加的质量；b.铁剩余，n（CuSO[，4]）/n（H[，2]SO[，4]）＜7/1（此时，与硫酸反应的铁的质量大于铁与硫酸铜反应所增加的质量）。
③若m＜n，a.若铁与硫酸铜反应没有剩余，此时只发生反应①，即只有增重无减重；b.若硫酸过量，铁无剩余，且与硫酸反应的铁的质量小于铁与硫酸铜反应所增加的质量；c.铁剩余，n（CuSO[，4]）/n（H[，2]SO[，4]）＞7/1（此时，与硫酸反应的铁的质量小于铁与硫酸铜反应所增加的质量）。
此题不定因素较多，如氧化铜溶于硫酸后所得溶液中硫酸铜和硫酸的相对量是不确定的，这就给解题留下较大余地，得出的结论可以有多种。特别是第3题，学生所选情况可以不同，结论自然就不同。即使选择了相同的情况，分析这种情况的角度和方式还可以是不同的，表达方式也会不同，从而为学生提供了广阔的思维空间。
2.情境型试题
试题提供一定的情境型背景材料，要求学生在充分占有背景材料的前提下，经过思考寻求解决问题的答案。这种试题在高考试题中早已出现，并被大家熟悉。值得注意的是，当前情境题向着“为学生提供独立发表个人见解的机会”方面发展。
例5 水的状态除了气、液和固态外，还有玻璃态。它是由液态水急速冷却到165K时形成的，玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构，且密度与普通水的密度相同，有关玻璃态水的叙述正确的是（）
A.水由液态变为玻璃态，体积减小
B.水由液态变为玻璃态，体积膨胀
C.玻璃态是水的一种特殊状态
D.玻璃态水是分子晶体
解析 玻璃态水是水的一种新的存在形态，根据题中条件“密度与普通水的密度相同”知，水由液态变为玻璃态，体积不变；“玻璃态的水无固定形状，不存在晶体结构”知，玻璃态水不是分子晶体，而是无定形体。答案为C。
例6 制冷剂是一种易压缩、液化的气体，液化后在管内循环，蒸发时吸收热量，使环境温度降低，达到制冷目的。人们曾利用过乙醚、氨气、CH[，3]Cl等作制冷剂，但它们不是有毒，就是易燃。于是科学家根据元素性质的递变规律来开发新的制冷剂。
据现有知识，元素化合物的易燃性、毒性变化趋势如下：
（1）氢化物的易燃性：
第二周期_____＞_____H[，2]O、HF；
第三周期SiH[，4]＞PH[，3]＞_____＞______。
（2）化合物的毒性：
于是科学家们开始把注意力集中在含F、Cl的化合物上。
（3）已知CCl[，4]的沸点为76.8℃，CF[，4]的沸点为-128℃，新制冷剂的沸点范围应介于其间。经过较长时间的反复试验，一种新的制冷剂氟里昂CF[，2]Cl[，2]终于诞生了，其他类似的还可以是______。
（4）然而，这种制冷剂造成了当今的某一环境问题是_________。但求助于周期表中元素及其化合物的_____变化趋势来开发制冷剂的科学思维方法是值得借鉴的（填写字母，多选扣分）
①毒性②沸点③易燃性④水溶性⑤颜色
A.①②③ B.②④⑤ C.②③④
解析 此题是一道运用元素周期律的知识开发新型制冷剂的情境性试题。知识本身并不难，但情境的设置对训练学生的科学思维和个人决断具有非常好的效果。答案为：（1）CH[，4]NH[，3]，H[，2]S HCl （2）＞，＞（3）CFCl[，3]（CF[，3]Cl） （4）使臭氧层出现空洞，A
3.综合级和评价级试题
按照布卢姆认知领域教育目标的分类，化学学科知识目标的学习水平分为识记、理解、应用、分析、综合、评价6个级别，其中只有“综合”和“评价”级的教学目标对学生有创新要求。综合试题往往要求学生提出解决问题的计划和方案，评价则要求学生提出判断事物价值的标准（特别是基于事物外部准则的标准）。化学教学中多使用综合级和评价级试题，必然会促进学生创新精神和创新思维的发展。
例7 实验室里有锌、氧化铜、稀硫酸，为制备等质量的铜，甲、乙2位同学设计了如下方案：
从反应原理、实验装置、操作难易等方面分析，哪种方案更合理？为什么？
解析 此题是一道按照化学学科知识内部准则进行方案可行性的评价的试题。从反应原理看，甲方案中，氢气与氧化铜反应时，因气体与固体在表面进行，氢气不能完全反应，所以制备等质量的铜，消耗锌的量多；从装置与操作分析，甲方案中制备氢气、氢气还原氧化铜的装置复杂，操作麻烦。因此乙方案更合理。
例8 有人建议C地建一个大型磷肥厂，并配套建一个大型硫酸厂。分析以下情况，判断此建议是否合理。
（1）C地是重要的农业区，需大量的肥料；
（2）C地有丰富的磷灰石矿藏，水源、能源充足，土地价格较低，土地供应充足，交通方便；
（3）磷肥是由磷灰石[有效成分是Ca[，3]（PO[，4]）[，2]]与硫酸作用制得的，制造磷肥需消耗大量硫酸；
（4）C地无磷肥厂和硫酸厂，在相邻的D地有丰富的黄铁矿资源。
解析 这是一道综合性很强的试题，侧重于考查学生的综合分析能力和决策能力。化工厂的选址是一个复杂问题，它涉及原料、水源、能源、土地供应、市场需求、交通运输和环境保护等多个因素。综合考虑，此建议是合理的。
4.研究性课题
研究性课题在高中化学课本中已经出现，主要是指学生在教师的指导下，自由选择与教学内容相关的的论题，通过调查、实验、查阅资料、辩论、撰写小论文等形式进行的研究性学习，这种试题给学生提供了发挥创造性才能、表达独立见解的更广阔的空间。随着课程改革的实施与深化，研究性课题必将日益受到教育界的重视，并逐步成为评价学生学业成就的一种重要依据。因此，理应引起广大化学教师的注意。