基于課程標(biāo)準(zhǔn)的命題探索與實(shí)踐
——以化學(xué)反應(yīng)原理非選擇題為例

賴亞樓

(湖南省益陽(yáng)市第一中學(xué))

教育部出臺(tái)的《普通高中學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)指南》明確要求嚴(yán)格依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)作業(yè)和命制試題?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出,學(xué)業(yè)水平考試的主要目的是評(píng)價(jià)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展?fàn)顩r和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成程度。所謂化學(xué)核心素養(yǎng)測(cè)試,就是測(cè)評(píng)學(xué)生利用化學(xué)知識(shí)解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題的能力。那么在命題時(shí),如何將“情境” “問(wèn)題” “知識(shí)”三者緊密聯(lián)系融為一體以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的測(cè)評(píng)呢?筆者結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理高考真題進(jìn)行了研究探索與命題實(shí)踐。

1.探索命題策略

化學(xué)反應(yīng)原理旨在探索化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用,因此試題除考查“變化觀念與平衡思想”外,還應(yīng)通過(guò)具備“應(yīng)用性”和“創(chuàng)新性”的問(wèn)題重點(diǎn)考查“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

1.1 真實(shí)新穎的情境是命題的基石

中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系明確要求試題具有創(chuàng)新性,情境具有真實(shí)性。而創(chuàng)新性的第一表現(xiàn)就是新穎的(即學(xué)生陌生的)情境。筆者就近5年全國(guó)Ⅰ卷或乙卷中化學(xué)反應(yīng)原理非選擇題的素材情境進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(如表1所示)

表1 近5年全國(guó)Ⅰ卷或乙卷中化學(xué)反應(yīng)原理非選擇題素材情境統(tǒng)計(jì)

續(xù)表

從“表1”可知近5年的試題都選用了學(xué)生陌生的科研情境。而且選擇的科研情境大多都交代了來(lái)源,甚至說(shuō)明了是哪位學(xué)者的成果。此外,還有兩點(diǎn)值得注意:一是近5年的試題情境均包含多重平衡體系,特別是2021年的試題,整道試題涉及的連續(xù)反應(yīng)竟多達(dá)三對(duì);二是近3年的試題情境中均出現(xiàn)了數(shù)據(jù)曲線圖。

1.2 結(jié)構(gòu)不良的問(wèn)題是考查學(xué)科思想的有效途徑

人教版新教材特別增設(shè)了“方法導(dǎo)引”欄目(例如“變量控制” “圖像分析”和“化學(xué)方程式中的變化與守恒”),以增強(qiáng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思想。在試題命制時(shí),應(yīng)選取適度復(fù)雜的情境設(shè)置結(jié)構(gòu)不良的問(wèn)題,考查學(xué)生對(duì)學(xué)科思想的理解情況與應(yīng)用能力,嚴(yán)防“死記硬背”“機(jī)械刷題”。

圖1

曲線上v最大值所對(duì)應(yīng)溫度稱為該α′下反應(yīng)的最適宜溫度tm。ttm后,v逐漸下降。原因是__________________________________________________。

【答案】升高溫度,k增大使v逐漸提高,但α降低使v逐漸下降。ttm后,k增大對(duì)v的提高小于α引起的降低。

【分析】該試題以SO2催化氧化的反應(yīng)速率方程為情境,給出了一個(gè)完全陌生的公式以及相關(guān)解釋。試題結(jié)構(gòu)高度不良,沒(méi)有固定的解決途徑。學(xué)生需要先通過(guò)閱讀將題干信息內(nèi)化,從而推理出試題條件下n和α′為定值,v的大小由k和α來(lái)決定的結(jié)論。繼而利用變量控制的學(xué)科思想解釋曲線的變化趨勢(shì)。學(xué)生結(jié)合必備知識(shí)與學(xué)科思想自己分析問(wèn)題,制定解決方案,變知識(shí)接受者為問(wèn)題解決者。

1.3 學(xué)科的融合是素養(yǎng)測(cè)評(píng)的利器

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出應(yīng)綜合運(yùn)用化學(xué)和其他學(xué)科的知識(shí)分析解決有關(guān)問(wèn)題,發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系也提到:要求學(xué)生具備合理地組織、調(diào)動(dòng)不同學(xué)科的相關(guān)知識(shí)與能力,高質(zhì)量地應(yīng)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題情境。由此可見(jiàn),學(xué)科融合尤其是數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用,是化學(xué)反應(yīng)原理試題素養(yǎng)測(cè)評(píng)的利器。

【例2】(2021年全國(guó)乙卷,28題節(jié)選)McMorris測(cè)定和計(jì)算了在136～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。

圖2

①由圖可知,NOCl分解為NO和Cl2反應(yīng)的ΔH________(填“大于”或“小于”)0;

【分析】試題巧妙地將2個(gè)反應(yīng)平衡常數(shù)的對(duì)數(shù)與溫度的倒數(shù)繪制成線性關(guān)系圖,要求學(xué)生利用圖中數(shù)據(jù)信息歸納平衡常數(shù)與溫度內(nèi)在關(guān)系,并在此基礎(chǔ)上論證第三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系。其中①問(wèn)和②問(wèn)的第一小問(wèn)為后續(xù)的論證起到了鋪墊和引導(dǎo)作用,論證時(shí)需利用函數(shù)單調(diào)性的定義證明第三個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度T單調(diào)遞增,進(jìn)而證明該反應(yīng)的ΔH大于0。數(shù)學(xué)工具的運(yùn)用極大地豐富了對(duì)平衡思想考查的方式,并大大增加了對(duì)證據(jù)推理的考查力度。

2.命題實(shí)踐

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提供了以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的一般命題程序如圖3所示。根據(jù)探索得到的命題策略結(jié)合該命題程序筆者命制了如下試題。

圖3 命題程序

2.1 原創(chuàng)試題

載氧體化學(xué)鏈燃燒技術(shù)(CLC)是一種燃燒效率更高的新技術(shù)。以H2為燃料氣,CaSO4為載氧體的CLC體系的工作原理如圖4所示。

圖4

已知:“燃料反應(yīng)器”中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為

(1)該CLC體系每消耗1 mol H2,放出241.8 kJ的熱量,則“空氣反應(yīng)器”中發(fā)生反應(yīng)的熱化學(xué)方程式:__________________________________________________。

(2)隨著溫度的升高,“燃料反應(yīng)器”中還可能發(fā)生如下副反應(yīng):

武漢工程大學(xué)綠色化工過(guò)程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室利用HSC軟件繪制出1 mol CaSO4和1 mol H2在不同溫度下反應(yīng)的平衡體系中的物質(zhì)組成如圖5所示:

圖5

①ΔH2=________259.6 kJ/mol(填“+”或“-”),理由是__________________________________________________。

②該CLC體系工作時(shí),“燃料反應(yīng)器”中應(yīng)該采用________(填標(biāo)號(hào)),否則不但會(huì)影響燃燒效率而且會(huì)有污染物生成。

A.高溫高壓 B.高溫低壓

C.低溫高壓 D.低溫低壓

③“ΔH-TΔS=-RTlnK”是化學(xué)反應(yīng)等溫式的一種表達(dá)形式,其中ΔH、ΔS可以視為與溫度無(wú)關(guān)的定值,R是常數(shù)。我國(guó)研究人員根據(jù)化學(xué)反應(yīng)等溫式利用HSC軟件計(jì)算出不同溫度下,反應(yīng)1的平衡常數(shù)K1和反應(yīng)2的平衡常數(shù)K2如下:

溫度/℃60080010001200K16.6×1082.5×1081.0×1084.8×107K21.5×10-48.5×10-25.7×1001.1×102

ⅰ. 隨著溫度的升高K1的變化趨勢(shì)小于K2的原因是__________________________________________________。

ⅱ.1 000℃時(shí),平衡體系中H2和H2O的物質(zhì)的量分別為_(kāi)_______mol和________mol。

ⅲ.保持1 000℃不變,將“燃料反應(yīng)器”的容積壓縮,重新達(dá)到平衡后,H2、H2O、SO2的物質(zhì)的量的變化情況為:H2________(填“增大” “減小”或“不變”,下同)、H2O________、SO2________。

(2)①+ 隨著溫度的升高CaO(或SO2)的物質(zhì)的量增加,說(shuō)明升高溫度反應(yīng)2平衡正移,因此ΔH2>0(或較高溫度下才有CaO和SO2生成,說(shuō)明反應(yīng)2低溫下不自發(fā)而高溫下自發(fā),因此ΔH2>0)

2.2 命制思路

2.2.1 考試類別與測(cè)試目標(biāo)

首先本試題的定位為學(xué)業(yè)水平選擇性考試模擬試題,并以測(cè)評(píng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)。

2.2.2 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

為體現(xiàn)在立德樹(shù)人方面化學(xué)學(xué)科育人的核心價(jià)值,在實(shí)際命題中要精選與我國(guó)相關(guān)的素材作為試題情境。我國(guó)提出了將在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”、2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的目標(biāo),化學(xué)科學(xué)在實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰” “碳中和”中可以發(fā)揮重要作用。據(jù)此,筆者循著多重平衡和數(shù)據(jù)曲線等高考熱點(diǎn)問(wèn)題從節(jié)能、環(huán)保等方面選擇情境素材。通過(guò)知網(wǎng)下載、篩選核心期刊的相關(guān)文獻(xiàn)以保證情境的真實(shí)性和科學(xué)性。最終選取了白歆慰團(tuán)隊(duì)、任雪嬌團(tuán)隊(duì)和陳升團(tuán)隊(duì)的三篇文獻(xiàn)作為素材,在對(duì)素材進(jìn)行整合加工時(shí),以尊重文獻(xiàn)和注重情境信息的多樣化呈現(xiàn)為原則,創(chuàng)設(shè)了上述科研問(wèn)題情境。

2.2.3 設(shè)計(jì)測(cè)試任務(wù)

首先每一個(gè)測(cè)試任務(wù)都是在上述真實(shí)情境中自然產(chǎn)生的。除此以外還特別注重如下幾個(gè)方面:

一是問(wèn)題設(shè)置時(shí)特別注重情境的融入。即學(xué)生無(wú)法脫離情境信息,僅憑借必備知識(shí)解決問(wèn)題,而必須從情境中獲取各種呈現(xiàn)形式的信息,進(jìn)行分析推理解決問(wèn)題。例如:在(1)問(wèn)中需要學(xué)生先讀懂CLC體系的工作原理圖,再結(jié)合試題給出的反應(yīng)1的熱化學(xué)方程式和氫氣燃燒的數(shù)據(jù),利用蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式。在(2)②問(wèn)中需要學(xué)生綜合燃料反應(yīng)器中發(fā)生的兩個(gè)反應(yīng)的熱化學(xué)方程式,以及CLC體系的作用等信息進(jìn)行判斷,從而選擇有利于反應(yīng)1(放熱且無(wú)污染性氣體)平衡正移的條件,再利用影響化學(xué)平衡的因素得出答案。

二是注重設(shè)問(wèn)形式和信息呈現(xiàn)的多元化。例如:(2)①問(wèn)第一空,要求判斷反應(yīng)的吸放熱,不以傳統(tǒng)形式呈現(xiàn)而以“ΔH2=____259.6 kJ/mol(填“+”或“-”)”的方式呈現(xiàn),是為了在問(wèn)題中提供后續(xù)設(shè)問(wèn)所需要用到的數(shù)據(jù)信息。

三是設(shè)計(jì)了部分開(kāi)放性問(wèn)題,允許學(xué)生從多角度作答。例如:(2)①問(wèn)第二空學(xué)生可以從平衡移動(dòng)或者化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的方向兩方面作答?？疾閷W(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行圖像分析的能力。

四是創(chuàng)設(shè)多元互補(bǔ)的信息,考查學(xué)生解決跨學(xué)科問(wèn)題的能力。例如:(2)③問(wèn)ⅰ中給出了化學(xué)反應(yīng)等溫式以及與其相匹配的數(shù)據(jù)表,學(xué)生需要綜合給出的公式、表格以及(2)①問(wèn)第一空的數(shù)據(jù)三點(diǎn)信息,并現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用對(duì)它們加以內(nèi)化,最終利用函數(shù)思維通過(guò)數(shù)學(xué)推算解決問(wèn)題而不是簡(jiǎn)單的“套公式”。

2.2.4 梳理化學(xué)知識(shí)與方法

本試題不僅僅需要運(yùn)用已有的必備知識(shí),還需要從試題中領(lǐng)悟相關(guān)知識(shí),現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用解決問(wèn)題。具體涉及的知識(shí)和方法有:蓋斯定律、化學(xué)平衡的移動(dòng)、化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷、化學(xué)反應(yīng)等溫式、化學(xué)平衡常數(shù)的計(jì)算、原子守恒等。試題知識(shí)的覆蓋面大,實(shí)現(xiàn)了利用多種工具(化學(xué)知識(shí))對(duì)化學(xué)核心素養(yǎng)的多角度測(cè)評(píng)。

2.2.5 推敲修改定題

命制試題都不可能是一蹴而就的,本試題在命制過(guò)程中就有多處經(jīng)過(guò)了修改。推敲修改時(shí)除考慮試題的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性和學(xué)科核心素養(yǎng)考查的落實(shí)情況外,還應(yīng)特別關(guān)注如下兩點(diǎn)。

一是注重必備知識(shí)考查的全面性。例如:最初命制的試題沒(méi)有考查“影響化學(xué)平衡的因素”這一歷年高考均進(jìn)行了考查的重要必備知識(shí)。后經(jīng)反復(fù)思考結(jié)合試題情境增加了(2)②問(wèn)。

二是注重從作答者角度設(shè)問(wèn),以防出現(xiàn)歧義。例如:最初命制的試題(2)③問(wèn)ⅲ的設(shè)問(wèn)方式為“H2、H2O、SO2的物質(zhì)的量如何變化________?！眴?wèn)題的要求不夠明確,學(xué)生可能不知如何作答造成非智力性失分,也不利于閱卷。

3.命題建議

高考的核心功能之一是引導(dǎo)教學(xué),那么我們命制的模擬試題尤其是用于大型考試的模擬試題也應(yīng)該具備引導(dǎo)教學(xué)的功能。

3.1 命制具有科普價(jià)值的試題,落實(shí)以考促教

首先,高考評(píng)價(jià)體系指出要培養(yǎng)終身學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)人的持續(xù)發(fā)展。因此在試題命制時(shí)應(yīng)該選擇基于中學(xué)化學(xué)的科研素材,并使學(xué)生可以通過(guò)信息引導(dǎo)理解素材所涉及的前沿知識(shí)。在素養(yǎng)測(cè)評(píng)的同時(shí)開(kāi)闊學(xué)生的視野,鍛煉現(xiàn)學(xué)現(xiàn)用的能力。其次試題作為一種教學(xué)資源,其中所蘊(yùn)含的真實(shí)情境和解決問(wèn)題的方案,可以用于開(kāi)展情境化教學(xué),使得這些具備科普價(jià)值的試題不僅僅服務(wù)于考生也有利于廣大學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值,提升科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。

3.2 命制人性化試題,落實(shí)以考促學(xué)