A level课程中化学实验操作考试给我们的借鉴与启示
2022-06-08
摘要：重点介绍了英国剑桥高中课程中化学实验操作考试的考试方式与内容，并以2011年夏季卷为例介绍相关细节，希望通过改善评价机制来提高国内化学实验教学质量。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：Alevel课程；CIE考试；实验操作考试
文章编号：1005?6629（2014）7?0078?04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
剑桥国际高中课程（General Certificate of Education Advanced Level，简称A level）是英语世界最成熟的高中学历课程体系之一，是英国的全民课程体系，也是英国学生的大学入学考试课程。现在中国很多城市也开设了此课程，为中国学生进入国外大学提供了有效途径。该课程学制为两年，第一年称为AS水准，学生通常选择自己最擅长且最有兴趣的4门课学习，通过考试后获得AS证书。第二年称为A2水准，学生可选择AS水准中较优秀的3～4门课继续学习，通过考试后获得A-Level证书。这里提到的考试都是指CIE（University of Cambridge International Examinations），由剑桥大学考试委员会统一命制试卷，统一考试时间。在每年5、6月份进行，考试结束后，试卷将全部寄回，由剑桥大学国际考试委员会统一批改。考得不理想的考生在同年10、11月还有一次重考的机会，成绩以最好一次计算。
1 CIE化学考试简介
AS学年的CIE化学试卷分三部分：选择题、问答题、实验操作题。三部分试卷独立，分开考查，按百分比合成满分100。A2学年的化学试卷分两部分：问答题、实验设计和评价。其分值再与AS学年成绩合出最后CIE总成绩。
学生可以凭AS学年的CIE成绩在A2学年边学习边申请大学。预录取后部分高校会对A2成绩提出相应的具体要求，达到才会被最终录取。所以AS学年的CIE考试对学生来说是至关重要的，相当于国内高考。无论从分值还是考试时间，都体现出“化学实验”的重要性，而且AS、A2各有侧重点。本文主要关注AS阶段的实验操作考试。
2 CIE化学实验操作考试
因为CIE有化学实验操作考试，所以平时的教学中无论是教师还是学生对于实验从来不敢掉以轻心，实验课会占总化学课时的10%以上。为了让学生有较充裕的时间做完整的实验，全心体验实验的探究过程，每次实验课都是安排100分钟。国外的教科书也不是唯一的，一般由教师自己决定所用教材。每本书上都会有一些相关的实验装置图和实验现象的照片以及说明，但关于学生是否需要动手做此实验没有任何要求和建议，所以每次实验课内容的选择完全由教师自己决定。当然AS学年上学期实验的选择可以比较随意，下学期也会出于应试需要多做与考试相关的实验练习，实验课的次数也会适当增加，最多时每周一次。
2.1 考试形式
CIE的实验操作考试是真实的，灵活的。首先是实验内容的不确定性，和我们平时卷面考试一样，平时练习再多也不可能完全猜到考试的具体实验内容，所以这绝对不是一次简单的重复。每个考生必须像一个真正的研究者一样，先根据步骤做实验，再根据实验现象和一些必要的数据来计算得出结论，有时还需要设计一些小实验来验证所得结论。实验时每个考生一张实验桌，单独的一套实验仪器和药品。两小时内独立完成试卷上的2～3个实验并完成相关实验报告。一般一个实验室根据实验桌多少可安排20至30个考生，2个教师监考。每场实验考试只要实验室条件允许，可多个实验室同时进行。人数较多时可以申请分批在不同的时间考不同的试卷，考试委员会每一次考试都会准备5份难度相当的试卷。
2.2 考试内容
2.3 试卷批改
因为考试以定量实验为主，所以事先由教师为学生准备的溶液浓度是否精确就显得至关重要，这会直接影响到学生的最终答案。虽然考试前会有具体的配制要求发送到各考点，但在实际配制中是不可能做到各考点和配制要求完全一致的。所以每一场考试都会由一位资深化学教师用同一批配制的化学试剂与学生同时做实验，他的试卷也会和学生试卷一起寄回考试委员会。批改时会以这位教师的答案作为该考点这次实验考试的参考答案，来评定学生答案的精确度。
3 试题分析
为了更清楚地了解CIE实验操作考试，本文翻译了2011年夏季卷中的一份，受文章篇幅的限制，第3题离子检验省略。
3.1 试题案例
题1 许多固体盐存在水合物。一个例子就是洗涤碱――水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O。
请你用盐酸滴定的方法来测定Na2CO3?xH2O中x的数值。
FB1是水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O FB2是0.200 mol?dm-3盐酸，HCl甲基橙指示剂
水合碳酸钠与盐酸反应的化学方程式如下：Na2CO3?xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O（a）实验方法
?称量装有FB1水合碳酸钠的试管总质量，并记录在下面空白处。
?将所有FB1倒入一个250cm3烧杯，再称量试管和残余少量FB1的总质量，并记录在下面空白处。?计算并记录所用FB1的质量。
所用FB1的质量= g
?用50cm3量筒量取100cm3的蒸馏水倒入烧杯中。?用玻璃棒搅拌直到固体完全溶解。
?将溶液从烧杯倒入250cm3容量瓶中。
?用蒸馏水洗涤烧杯，将洗涤液也倒入容量瓶中。?加蒸馏水至刻度线。
?摇动容量瓶使FB1溶液混合均匀。
?用移液管移取25.0cm3 FB1溶液至一个锥形瓶。
?在锥形瓶中滴入几滴甲基橙指示剂，并把锥形瓶放在一块白板上。
?滴定管装满FB2盐酸。
?用盐酸滴定FB1直到滴定终点。 ?你应该先做一次粗略的滴定。
在下面空白处记录你这次粗略滴定的读数。
粗略滴定中消耗 mL
?进行多次你认为必要的精确滴定直至获得一致的结果。
?确定记录的结果能体现实际操作的精确度。
?用一个适当的表格记录每一次精确滴定中读到的数据和消耗FB2的体积。 [7]
（b）从你的滴定结果中，获得一个合适的数据用于你的计算。
清楚地呈现出你是如何获得这个数据的。
25.0 cm3的FB1溶液需要消耗 cm3的FB2。
[1]
（c）计算
写出计算过程，每一步计算中最后答案注意保留适当的有效数字。
（1）计算在（b）中消耗的这么多体积的FB2中有多少摩尔的盐酸。
（2）计算25.0 cm3 FB1溶液中有多少摩尔的Na2CO3?xH2O。
Na2CO3?xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O
（3）计算250 cm3 FB1溶液中有多少摩尔的Na2CO3?xH2O。
（4）用你称量出的FB1的质量计算出Na2CO3?xH2O的相对分子质量。
（5）计算Na2CO3?xH2O中x的数值[Ar：H，1.0；C，12.0；O，16.0；Na，23.0]。 [6]
（d）滴定管单次读数的误差是±0.05 cm3。
在（b）中滴定体积的误差百分率有多少？ [1]
[共15分]
题2 你需要确定水合碳酸钠Na2CO3?xH2O与盐酸反应的反应热。
该反应的化学方程式如下Na2CO3?xH2O（s）+ 2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l） FB3是水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O FB4是4.00 mol?dm-3盐酸，HCl（a）实验方法
?将一个塑料杯放入一个250 cm3烧杯中。?用量筒量取25 cm3 FB4倒入塑料杯。
?倾斜烧杯使得温度计的玻璃球浸入溶液。?测量并记录溶液温度。
?称量并记录装有FB3的试管总质量。
?小心地将试管中的水合碳酸钠全部倒入塑料杯中。
?反应会产生大量气泡，所以固体要少量加入同时持续用温度计搅拌。
?记录出现的最低温度。
?称量试管和残余少量FB3的总质量。
在下面空白处用适当的表格记录数据：
所有天平读数，
所有温度计读数，
实验中消耗的FB3的质量，
下降的温度。 [5]
（b）计算
写出计算过程，答案保留三位有效数字。
（1）计算该反应中的热量变化（你可以假设1.0 cm3溶液温度变化1.0℃时热量变化4.3J）。
（2）计算2（a）中所用Na2CO3?xH2O有多少摩尔。
你可以用1（c）（?）中计算出的相对分子质量。
如果你不确定1（c）中计算出的相对质量，可以假设它是259，但是这并不是正确值。
（3）计算下面反应的焓变，单位为kJ?mol-1。
Na2CO3?xH2O（s）+2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l），ΔH= kJ?mol-1
符号 数值 [4]
（c）通过实验测定焓变时，环境与反应体系的热量交换是产生误差的一个重要原因。这个问题可以通过提高绝热而得到改善。
除了这个改变可以减少传热，建议一个可行的改进仪器或实验过程的方法使焓变更准确。 [1]
[共10分]
3.2 整体分析
这两个定量实验均以Na2CO3?xH2O作为研究对象。第一个实验“结晶水合物中结晶水含量的测定”，国内教材中也有类似的实验，采用的实验方法是先加热至恒重，再通过计算其失重求出x。实验难点在于如何确定结晶水合物受热已完全失去结晶水，为此需要反复加热、冷却、称重，直至连续两次称量的质量差不超过0.1 g。因为需要自然冷却后才可称量，所以比较耗时。这个实验另辟蹊径，通过滴定的方法求出Na2CO3的物质的量再求出x。第二个实验是基本的反应热测定。从实验难度而言，在历年的实验操作题中这两个都属于相对比较简单的。实验除了考查学生最基本的实验技能①安全进行各项操作并完成实验②准确读取数据、记录数据并在获得的定量数据基础上进行计算和解释结果，还考查了更高层次的技能，如结合考虑实验数据的可靠性、精确性自行决定实验次数，并在每个实验的结尾部分都设有“反思”环节，引导学生关注实验过程中的各个方面，特别是定量实验中不可避免的误差产生原因，从仪器到操作各有侧重。
3.3 考试中相关细节分析
3.3.1 关于实验仪器
关于“滴定管”。A level课程所用教材中提及的都是一种二合一的滴定管。样式同传统酸式滴定管，但旋塞为聚四氟乙烯材质，所以不用担心因长期接触碱液而使玻璃粘连。而且旋塞左端有用于固定的聚四氟乙烯螺母。这样在使用中就不用担心因旋塞松动而造成漏液。所以教师不会强求学生用哪个手操作，考试题中更不会有这样的问题。
关于“简易量热计”。在题2的反应热测定实验中仪器简单得让人不敢相信，只要求在250 mL的烧杯中放入一个塑料杯，因为大小合适的塑料杯比较难找，所以实验时用一次性纸杯代替。没有盖子，更没有所谓的“环形玻璃搅拌棒”，学生被要求直接用温度计搅拌溶液，同时读数。可能因为内层是塑料或纸质的，搅拌时温度计与其接触不用担心会损坏。
3.3.2 关于实验操作
关于“配制一定物质的量浓度的溶液”的操作。题1中有“配制一定物质的量浓度的Na2CO3溶液”的要求。国内高中课程中相关实验有几个明确的步骤：①计算；②称量；③溶解；④转移；⑤定容。A level课程中省去了第③步最后的“冷却到室温”和第④步“轻轻振荡容量瓶”的要求。第⑤步定容只提出“向容量瓶中加蒸馏水至刻度线”，没有刻意要求使用胶头滴管。
关于转移溶液的操作。CIE实验中当遇到将试剂瓶中的溶液转移到滴定管或将烧杯中的溶液转移到容量瓶都是允许使用漏斗的。为了防止溶液间相互污染或清洗后潮湿的漏斗降低原溶液的浓度。实验时会根据需要发给学生多个洁净干燥的漏斗，确保不需要重复使用。
3.3.3 关于定量实验中的计算
CIE实验操作考试中的计算总是显得很“简单”，就像前两个实验题中（c）计算，分了几个连续的小题，环环相扣，将难度降到了最低。计分时每小题答对各得1分，每一题中答案保留3～4位有效数字，再得1分。所以如果学生的最后答案错误，主要原因多是出在实验操作上，而不是后续计算的问题。别以为CIE考试都是如此简单的，类似的计算如果出现在选择题试卷中也和国内考试题一样，是要求学生直接给出答案的。实验题中这样设置问题，只是为了体现重在考查学生动手操作能力以及对该实验数据的分析和评价能力。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：Alevel课程；CIE考试；实验操作考试
文章编号：1005?6629（2014）7?0078?04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
剑桥国际高中课程（General Certificate of Education Advanced Level，简称A level）是英语世界最成熟的高中学历课程体系之一，是英国的全民课程体系，也是英国学生的大学入学考试课程。现在中国很多城市也开设了此课程，为中国学生进入国外大学提供了有效途径。该课程学制为两年，第一年称为AS水准，学生通常选择自己最擅长且最有兴趣的4门课学习，通过考试后获得AS证书。第二年称为A2水准，学生可选择AS水准中较优秀的3～4门课继续学习，通过考试后获得A-Level证书。这里提到的考试都是指CIE（University of Cambridge International Examinations），由剑桥大学考试委员会统一命制试卷，统一考试时间。在每年5、6月份进行，考试结束后，试卷将全部寄回，由剑桥大学国际考试委员会统一批改。考得不理想的考生在同年10、11月还有一次重考的机会，成绩以最好一次计算。
1 CIE化学考试简介
AS学年的CIE化学试卷分三部分：选择题、问答题、实验操作题。三部分试卷独立，分开考查，按百分比合成满分100。A2学年的化学试卷分两部分：问答题、实验设计和评价。其分值再与AS学年成绩合出最后CIE总成绩。
学生可以凭AS学年的CIE成绩在A2学年边学习边申请大学。预录取后部分高校会对A2成绩提出相应的具体要求，达到才会被最终录取。所以AS学年的CIE考试对学生来说是至关重要的，相当于国内高考。无论从分值还是考试时间，都体现出“化学实验”的重要性，而且AS、A2各有侧重点。本文主要关注AS阶段的实验操作考试。
2 CIE化学实验操作考试
因为CIE有化学实验操作考试，所以平时的教学中无论是教师还是学生对于实验从来不敢掉以轻心，实验课会占总化学课时的10%以上。为了让学生有较充裕的时间做完整的实验，全心体验实验的探究过程，每次实验课都是安排100分钟。国外的教科书也不是唯一的，一般由教师自己决定所用教材。每本书上都会有一些相关的实验装置图和实验现象的照片以及说明，但关于学生是否需要动手做此实验没有任何要求和建议，所以每次实验课内容的选择完全由教师自己决定。当然AS学年上学期实验的选择可以比较随意，下学期也会出于应试需要多做与考试相关的实验练习，实验课的次数也会适当增加，最多时每周一次。
2.1 考试形式
CIE的实验操作考试是真实的，灵活的。首先是实验内容的不确定性，和我们平时卷面考试一样，平时练习再多也不可能完全猜到考试的具体实验内容，所以这绝对不是一次简单的重复。每个考生必须像一个真正的研究者一样，先根据步骤做实验，再根据实验现象和一些必要的数据来计算得出结论，有时还需要设计一些小实验来验证所得结论。实验时每个考生一张实验桌，单独的一套实验仪器和药品。两小时内独立完成试卷上的2～3个实验并完成相关实验报告。一般一个实验室根据实验桌多少可安排20至30个考生，2个教师监考。每场实验考试只要实验室条件允许，可多个实验室同时进行。人数较多时可以申请分批在不同的时间考不同的试卷，考试委员会每一次考试都会准备5份难度相当的试卷。
2.2 考试内容
2.3 试卷批改
因为考试以定量实验为主，所以事先由教师为学生准备的溶液浓度是否精确就显得至关重要，这会直接影响到学生的最终答案。虽然考试前会有具体的配制要求发送到各考点，但在实际配制中是不可能做到各考点和配制要求完全一致的。所以每一场考试都会由一位资深化学教师用同一批配制的化学试剂与学生同时做实验，他的试卷也会和学生试卷一起寄回考试委员会。批改时会以这位教师的答案作为该考点这次实验考试的参考答案，来评定学生答案的精确度。
3 试题分析
为了更清楚地了解CIE实验操作考试，本文翻译了2011年夏季卷中的一份，受文章篇幅的限制，第3题离子检验省略。
3.1 试题案例
题1 许多固体盐存在水合物。一个例子就是洗涤碱――水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O。
请你用盐酸滴定的方法来测定Na2CO3?xH2O中x的数值。
FB1是水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O FB2是0.200 mol?dm-3盐酸，HCl甲基橙指示剂
水合碳酸钠与盐酸反应的化学方程式如下：Na2CO3?xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O（a）实验方法
?称量装有FB1水合碳酸钠的试管总质量，并记录在下面空白处。
?将所有FB1倒入一个250cm3烧杯，再称量试管和残余少量FB1的总质量，并记录在下面空白处。?计算并记录所用FB1的质量。
所用FB1的质量= g
?用50cm3量筒量取100cm3的蒸馏水倒入烧杯中。?用玻璃棒搅拌直到固体完全溶解。
?将溶液从烧杯倒入250cm3容量瓶中。
?用蒸馏水洗涤烧杯，将洗涤液也倒入容量瓶中。?加蒸馏水至刻度线。
?摇动容量瓶使FB1溶液混合均匀。
?用移液管移取25.0cm3 FB1溶液至一个锥形瓶。
?在锥形瓶中滴入几滴甲基橙指示剂，并把锥形瓶放在一块白板上。
?滴定管装满FB2盐酸。
?用盐酸滴定FB1直到滴定终点。 ?你应该先做一次粗略的滴定。
在下面空白处记录你这次粗略滴定的读数。
粗略滴定中消耗 mL
?进行多次你认为必要的精确滴定直至获得一致的结果。
?确定记录的结果能体现实际操作的精确度。
?用一个适当的表格记录每一次精确滴定中读到的数据和消耗FB2的体积。 [7]
（b）从你的滴定结果中，获得一个合适的数据用于你的计算。
清楚地呈现出你是如何获得这个数据的。
25.0 cm3的FB1溶液需要消耗 cm3的FB2。
[1]
（c）计算
写出计算过程，每一步计算中最后答案注意保留适当的有效数字。
（1）计算在（b）中消耗的这么多体积的FB2中有多少摩尔的盐酸。
（2）计算25.0 cm3 FB1溶液中有多少摩尔的Na2CO3?xH2O。
Na2CO3?xH2O+2HCl→2NaCl+CO2+（x+1）H2O
（3）计算250 cm3 FB1溶液中有多少摩尔的Na2CO3?xH2O。
（4）用你称量出的FB1的质量计算出Na2CO3?xH2O的相对分子质量。
（5）计算Na2CO3?xH2O中x的数值[Ar：H，1.0；C，12.0；O，16.0；Na，23.0]。 [6]
（d）滴定管单次读数的误差是±0.05 cm3。
在（b）中滴定体积的误差百分率有多少？ [1]
[共15分]
题2 你需要确定水合碳酸钠Na2CO3?xH2O与盐酸反应的反应热。
该反应的化学方程式如下Na2CO3?xH2O（s）+ 2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l） FB3是水合碳酸钠，Na2CO3?xH2O FB4是4.00 mol?dm-3盐酸，HCl（a）实验方法
?将一个塑料杯放入一个250 cm3烧杯中。?用量筒量取25 cm3 FB4倒入塑料杯。
?倾斜烧杯使得温度计的玻璃球浸入溶液。?测量并记录溶液温度。
?称量并记录装有FB3的试管总质量。
?小心地将试管中的水合碳酸钠全部倒入塑料杯中。
?反应会产生大量气泡，所以固体要少量加入同时持续用温度计搅拌。
?记录出现的最低温度。
?称量试管和残余少量FB3的总质量。
在下面空白处用适当的表格记录数据：
所有天平读数，
所有温度计读数，
实验中消耗的FB3的质量，
下降的温度。 [5]
（b）计算
写出计算过程，答案保留三位有效数字。
（1）计算该反应中的热量变化（你可以假设1.0 cm3溶液温度变化1.0℃时热量变化4.3J）。
（2）计算2（a）中所用Na2CO3?xH2O有多少摩尔。
你可以用1（c）（?）中计算出的相对分子质量。
如果你不确定1（c）中计算出的相对质量，可以假设它是259，但是这并不是正确值。
（3）计算下面反应的焓变，单位为kJ?mol-1。
Na2CO3?xH2O（s）+2HCl（aq）→2NaCl（aq）+CO2（g）+（x+1）H2O（l），ΔH= kJ?mol-1
符号 数值 [4]
（c）通过实验测定焓变时，环境与反应体系的热量交换是产生误差的一个重要原因。这个问题可以通过提高绝热而得到改善。
除了这个改变可以减少传热，建议一个可行的改进仪器或实验过程的方法使焓变更准确。 [1]
[共10分]
3.2 整体分析
这两个定量实验均以Na2CO3?xH2O作为研究对象。第一个实验“结晶水合物中结晶水含量的测定”，国内教材中也有类似的实验，采用的实验方法是先加热至恒重，再通过计算其失重求出x。实验难点在于如何确定结晶水合物受热已完全失去结晶水，为此需要反复加热、冷却、称重，直至连续两次称量的质量差不超过0.1 g。因为需要自然冷却后才可称量，所以比较耗时。这个实验另辟蹊径，通过滴定的方法求出Na2CO3的物质的量再求出x。第二个实验是基本的反应热测定。从实验难度而言，在历年的实验操作题中这两个都属于相对比较简单的。实验除了考查学生最基本的实验技能①安全进行各项操作并完成实验②准确读取数据、记录数据并在获得的定量数据基础上进行计算和解释结果，还考查了更高层次的技能，如结合考虑实验数据的可靠性、精确性自行决定实验次数，并在每个实验的结尾部分都设有“反思”环节，引导学生关注实验过程中的各个方面，特别是定量实验中不可避免的误差产生原因，从仪器到操作各有侧重。
3.3 考试中相关细节分析
3.3.1 关于实验仪器
关于“滴定管”。A level课程所用教材中提及的都是一种二合一的滴定管。样式同传统酸式滴定管，但旋塞为聚四氟乙烯材质，所以不用担心因长期接触碱液而使玻璃粘连。而且旋塞左端有用于固定的聚四氟乙烯螺母。这样在使用中就不用担心因旋塞松动而造成漏液。所以教师不会强求学生用哪个手操作，考试题中更不会有这样的问题。
关于“简易量热计”。在题2的反应热测定实验中仪器简单得让人不敢相信，只要求在250 mL的烧杯中放入一个塑料杯，因为大小合适的塑料杯比较难找，所以实验时用一次性纸杯代替。没有盖子，更没有所谓的“环形玻璃搅拌棒”，学生被要求直接用温度计搅拌溶液，同时读数。可能因为内层是塑料或纸质的，搅拌时温度计与其接触不用担心会损坏。
3.3.2 关于实验操作
关于“配制一定物质的量浓度的溶液”的操作。题1中有“配制一定物质的量浓度的Na2CO3溶液”的要求。国内高中课程中相关实验有几个明确的步骤：①计算；②称量；③溶解；④转移；⑤定容。A level课程中省去了第③步最后的“冷却到室温”和第④步“轻轻振荡容量瓶”的要求。第⑤步定容只提出“向容量瓶中加蒸馏水至刻度线”，没有刻意要求使用胶头滴管。
关于转移溶液的操作。CIE实验中当遇到将试剂瓶中的溶液转移到滴定管或将烧杯中的溶液转移到容量瓶都是允许使用漏斗的。为了防止溶液间相互污染或清洗后潮湿的漏斗降低原溶液的浓度。实验时会根据需要发给学生多个洁净干燥的漏斗，确保不需要重复使用。
3.3.3 关于定量实验中的计算
CIE实验操作考试中的计算总是显得很“简单”，就像前两个实验题中（c）计算，分了几个连续的小题，环环相扣，将难度降到了最低。计分时每小题答对各得1分，每一题中答案保留3～4位有效数字，再得1分。所以如果学生的最后答案错误，主要原因多是出在实验操作上，而不是后续计算的问题。别以为CIE考试都是如此简单的，类似的计算如果出现在选择题试卷中也和国内考试题一样，是要求学生直接给出答案的。实验题中这样设置问题，只是为了体现重在考查学生动手操作能力以及对该实验数据的分析和评价能力。