江合佩 單旭峰

摘要： 根據(jù)課程標準和高考評價體系，提出指向化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的原創(chuàng)試題命制流程。重點闡釋通過明確試題功能確定考查目標;加強情境設計并注意情境的真實性、典型性、適切性、權威性、時代性;強化命題規(guī)范聚焦關鍵能力考查。以物質轉化及應用類試題為例，利用輝鉬礦制備多鉬酸銨為情境素材，設計兩道風格迥異的原創(chuàng)試題，闡釋命題應源于真實情境、服務選才，有利于引導中學教學實際;注重知識間的關聯(lián)，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。同時將命題視角引入教學實際，提出在幫助學生從類價二維進階到熱力學動力學、單一轉化進階到協(xié)同轉化、物質轉化向物質能量協(xié)同轉化、結構決定性質的視角認識物質轉化等四個方面下功夫。

關鍵詞： 核心素養(yǎng); 真實情境; 實際問題; 原創(chuàng)試題

文章編號： 10056629（2022）07007407

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 原創(chuàng)試題命制的原則、方法及流程

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》在“學業(yè)水平考試命題建議”中指出，命題原則應“以核心素養(yǎng)為測試宗旨，以真實情境為測試載體，以實際問題為測試任務，以化學知識為解決問題的工具”[1]。單旭峰則將“真實情境”具化為日常生活情境、生產(chǎn)環(huán)保情境、學術探索情境、實驗探究情境和化學史料情境;符合學生心理發(fā)展階段和認識發(fā)展水平的“實際問題”具化為基礎性、綜合性、應用性和創(chuàng)新性問題;“化學知識”進一步凝練為“必備知識”，具體包括化學語言與概念、反應變化與規(guī)律、物質轉化與應用、物質結構與性質和實驗原理與方法[2]。融合課程標準與中國高考評價體系指向化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的原創(chuàng)試題命制的基本步驟如圖1所示[3]。

首先，根據(jù)考試的類型明確試題的功能，確定考查的核心目標。命題應堅持立德樹人、五育并舉，挖掘和遴選體現(xiàn)化學學科作為21世紀中心學科地位的素材，彰顯化學學科在解決目前人類面臨的挑戰(zhàn)性問題及為未來發(fā)展賦能的價值。命題還應堅持有利于引導教學，通過試題的設問幫助學生建構學科知識體系，外顯研究物質性質的一般方法及程序的思維，通過設計不同層次、不同類型的設問考查學生提取信息解決問題的能力，實現(xiàn)“無價值，不入題”[4]。以物質轉化及應用類試題命制為例，通過精心設問，讓學生利用可持續(xù)發(fā)展意識和綠色化學觀念解決工業(yè)流程中涉及的物質循環(huán)利用再生等問題，真正實現(xiàn)培根鑄魂、啟智潤心的效果。

其次，精心遴選素材，加強情境設計。一是增強情境的真實性。切忌人為想象，主觀臆斷，一定要有科學文獻支撐。二是強化情境的典型性。情境要體現(xiàn)化學學科特色，體現(xiàn)時代性，涵蓋化學學科核心知識。三是關注情境的適切性。情境要關注中學教學實際，讓學生有遷移的抓手，不要淪為信息提取能力的考查。四是注意情境的權威性。情境素材一定要有足夠的文獻作支撐，切忌看到文獻有新點就直接使用，而要多篇文獻進行相互印證，形成可追溯的證據(jù)鏈。以物質轉化及應用類試題為例，通過呈現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)或環(huán)境保護中的涉及自然資源利用、生產(chǎn)條件優(yōu)化、廢物回收利用和毒害物質處理等生產(chǎn)環(huán)保情境，著重考查流程中涉及的物質轉化、物質分離與產(chǎn)品提純、條件控制與優(yōu)化、綠色化學等核心知識。為了避免學生辨識復述已學知識，一般選擇學生日常學習過程中尚未見過的物質作為素材背景，但是一般也遵循可遷移教材的原則，真正實現(xiàn)“無情境，不成題”[5]。

其三，聚焦關鍵能力考查，體現(xiàn)技術性、規(guī)范性命題原則。聚焦核心素養(yǎng)，強化關鍵能力考查，結合課標要求、教材闡述對情境素材進行深度解構，挖掘其中蘊含的育人價值、必備知識和關鍵能力。既要關注設問的靈活性與多樣性，也要關注設問能力層次的合理進階。既要有低階的理解與辨析能力的考查，也要有中階的分析與推測、歸納與論證能力的考查，還要有高階的探究與創(chuàng)新能力的考查，在能力層次上力求分布合理。進行問題設計的時候可通過單一角度、綜合角度、指定角度、提示角度來調(diào)控問題的難度，讓能力考查目標真正落實，避免無效題的出現(xiàn)，確保試題設問的科學性。以物質轉化及應用類試題為例，可通過真實的工業(yè)生產(chǎn)流程讓學生獲取有關轉化信息，回歸課標要求的鈉、氯、鐵、硫、氮五種熟悉的元素，利用基礎知識、基本概念對整個流程形成統(tǒng)攝性的認識，培養(yǎng)學生的理解與辨析能力。在分析具體流程中，根據(jù)物質的熔沸點數(shù)據(jù)可判斷物質結構、分析物質性質;根據(jù)價類二維推斷反應結果，預測反應現(xiàn)象，發(fā)展學生的分析與推測能力。在整體分析流程后，關注元素的進入與流出，識別有效證據(jù)，科學推理論證，利用提供的相關數(shù)據(jù)，處理并轉化數(shù)據(jù)，歸納并總結出合理的規(guī)律，發(fā)展學生的歸納與論證能力。流程中涉及物質的分離與提純，可根據(jù)體系組分的物理和化學性質設計方案，預測實驗現(xiàn)象，分析實驗數(shù)據(jù)，得出合理結論，發(fā)展學生的探究與創(chuàng)新能力，真正實現(xiàn)“無思維，不命題”[6]。

2 原創(chuàng)試題的命制實踐

2.1 試題呈現(xiàn)

物質轉化及應用類試題以真實的工業(yè)生產(chǎn)工藝為背景，考查學生根據(jù)元素流運用所學知識解決問題的能力?；谶m宜性、簡約性、科學性、進階性、規(guī)范性原則命制試題（已作為2021年廈門市高三期末試題）如下：

鉬及其化合物在航天航空工業(yè)等領域具有廣泛的用途。利用輝鉬礦（主要成分MoS2，雜質含有Fe、 Ca、 Cu等元素）經(jīng)氨浸、酸沉等步驟制備（NH4）2Mo4O13·2H2O工藝流程如下：

（1） “焙燒”過程主要是為了實現(xiàn)“MoS2→MoO3”的轉化，其化學方程式為，產(chǎn)生的廢氣常用NaOH溶液吸收獲得（填化學式）。

（2） “焙燒”過程中溫度會影響“氨浸”過程中鉬元素的浸出率，其具體關系如下圖所示，則最佳焙燒溫度為，溫度過高鉬元素浸出率下降的原因可能是（填“MoO3升華”或“氨水分解”）。

（3） “氨浸”過程產(chǎn)生的“浸出渣X”是[填“Fe（OH）2”或“Fe（OH）3”]。

（4） “凈化”過程是為了實現(xiàn)“[Me（NH3）4]（OH）2→MeS”的轉化，其中Me為Fe、 Cu元素，該過程的化學方程式為。

（5） “氧化”過程加入H2O2的目的是。

（6） “氧化”過程產(chǎn)生的濾液中含鉬微粒為（填離子符號），分析加入HNO3可以沉鉬的原因。

（7） 整個流程中可以循環(huán)使用的物質是（填化學式）。

本題以鉬精礦為原料，經(jīng)氨浸、酸沉等步驟制備（NH4）2Mo4O13·2H2O為真實情境，主要考慮到鉬元素位于元素周期表第5周期ⅥB族元素，與位于同一副族的鉻元素性質相似，雖然情境陌生度大，但是有可遷移的原型或樣本。通過對鉬酸銨氨浸、酸沉工藝[7]，氨堿聯(lián)合浸出酸沉工藝[8]、鉬焙砂預處理工藝[9]、氧壓煮分解鉬精礦[10]、高壓堿煮分解鉬精礦[11]、凈化和酸沉工藝[12]等文獻進行研究分析發(fā)現(xiàn)，氨浸酸沉工藝是目前最常用的工藝手段之一，其中蘊含的物質轉化、分離與提純、條件的控制、綠色化學與中學化學教學內(nèi)容相對接近且包容度大，因此采用該工藝作為命題的素材。在進行具體流程繪制的時候，將其中涉及的其他微量元素及其除雜和化學工程技術方面的素材進行簡化改編，使用目前教材上流程圖的繪制方法，框中為操作流，進出物質分別畫在框的正上方和正下方。在具體問題的設問上，注意合理設置問題的梯度。（1）主要是考查理解與辨析能力，從價類二維的視角來認識物質及其轉化，因此在考查氧化還原反應化學方程式書寫的時候，避免學生在反應物和產(chǎn)物及其核心元素化合價分析上浪費太多的時間，搭了“為了實現(xiàn)‘MoS2→MoO3的轉化”支架，有利于學生類比遷移“FeS2→Fe2O3”，實現(xiàn)難度的平穩(wěn)下降。（4）是通過多重平衡的競爭及相互轉化考查學生歸納與論證能力。為了使試題有一定的區(qū)分度和效度，特地搭建“[Me（NH3）4]（OH）2→MeS”支架，讓學生能夠根據(jù)始末物質來分析平衡，正確寫出化學方程式。在對HNO3“酸沉”步驟的設問產(chǎn)生疑惑時，二次查閱相關文獻，進行相互印證，確保設問的科學性和規(guī)范性。

2.2 參考答案

上述試題的參考答案如下：

（1） 2MoS2+7O2△2MoO3+4SO2;Na2SO3（或NaHSO3）;

（2） 600℃;MoO3升華; （3） Fe（OH）3;

（4） [Me（NH3）4]（OH）2+（NH4）2SMeS↓+6NH3↑+2H2O，

[Me（NH3）4]（OH）2+（NH4）2SMeS↓+4NH3↑+2NH3·H2O，

[Me（NH3）4]（OH）2+（NH4）2S+4H2OMeS↓+6NH3·H2O;

（5） 去除S2-; （6） MoO2-4;酸性條件下，MoO2-4轉化為Mo4O2-13， Mo4O2-13結合NH+4形成（NH4）2Mo4O13沉淀; （7） NH4NO3。

2.3 命制思路

2.3.1 源于真實情境，服務選才，有利于引導中學教學實際

本題以生產(chǎn)環(huán)保情境利用鉬精礦制備（NH4）2Mo4O13·2H2O的工藝流程作為切入

點，考點除了涉及必修部分的元素化合物、物質的分離與提純等部分知識外，還涉及選擇性必修部分的化學反應原理、沉淀溶解平衡及沉淀轉化等相關知識。在對試題設問時，科學、合理地調(diào)控各個小題的難度，遵循由易到難的原則，從基礎性→綜合性→應用性，逐漸向創(chuàng)新性有序進階。在能力考查方面，關注不同類型學生的習得，既有理解與辨析能力的考查，意在讓學生能夠辨識記憶起已學的知識并直接應用到新情境中去;也有要求根據(jù)流程元素流整體進行分析得出每個階段元素的進出情況，考查學生的分析與推測能力;也有要求基于整個流程綜合分析歸納并進行科學論證，得出合理結論，考查學生的歸納與論證能力;還有要求學生對整個流程進行創(chuàng)造性整合，將內(nèi)隱的硝酸銨挖掘出來，與酸洗步驟中的外加物質形成有效關聯(lián)，考查學生的探究與創(chuàng)新能力。整個能力考查基于流程、源于教材，突出考查學生在真實陌生情境中應用知識遠遷移的關鍵能力。試題在區(qū)域測試中難度值為0.55，區(qū)分度好，整個數(shù)據(jù)呈現(xiàn)正態(tài)分布，大部分學生得分聚集在7分左右，較好地達成了夯實基礎、聚焦能力、培育素養(yǎng)的考查目標?；诟呖荚u價體系分析本題涉及的考查情境、考查內(nèi)容與考查要求，如表1所示。

2.3.2 注重知識間的關聯(lián)，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)

化學學科核心素養(yǎng)是化學學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過化學學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，進而形成面對真實陌生復雜情境的時候能夠調(diào)用學科核心知識解決問題的能力。本題各小題設問涉及的知識內(nèi)容、認知能力水平、核心素養(yǎng)類型及相關水平描述、學業(yè)質量水平歸納如表2所示。

首先，在試題命制的過程中，需要關注知識間的關聯(lián)，幫助學生實現(xiàn)知識的結構化。如（2）問首先讓學生根據(jù)隨著焙燒溫度的升高鉬的浸出率的變化曲線找出最佳焙燒溫度為600℃，然后進行追問溫度過高為什么鉬元素浸出率會下降。其實這就是將不同模塊知識間進行有效關聯(lián)。氨水存在NH3·H2O

NH3+H2O，在常溫下就會分解，而MoO3（O電負性數(shù)據(jù)為3.44、Mo電負性數(shù)據(jù)為2.16）由于兩種元素電負性之差為1.28小于1.7，因此其作用力為共價鍵，為分子晶體，因此溫度過高時會發(fā)生升華現(xiàn)象。通過這道題的設問，有效地將《化學反應原理》中平衡的移動與《物質結構與性質》中電負性與晶體的類型關系兩個模塊的知識進行了有效關聯(lián)，實現(xiàn)了知識的結構化。

其次，在試題命制的過程中，需要關注認識思路的關聯(lián)，幫助學生實現(xiàn)認識思路的結構化。如（1）問的設計分別從氧化還原反應“價維”和物質的類屬通性“類維”幫助學生建立分析物質轉化及應用類試題的理想轉化的認識思路;（3）問的設計通過加入氨水調(diào)節(jié)溶液體系的pH達到沉淀Fe（OH）3實現(xiàn)分離提純的目的，形成實踐轉化的認識思路;（6）問的設計通過調(diào)控體系的pH實現(xiàn)“MoO2-4Mo4O2-13”的轉化，形成化學平衡移動的實際轉化的認識思路;（7）問的設計要求學生從元素守恒的視角分析前序反應中有加入氨水和（NH4）2S引入NH+4，“沉鉬”加入HNO3引入NO-3，因此濾液中一定存在NH4NO3，該物質可以循環(huán)利用到“酸洗”步驟，幫助學生形成工程轉化的認識思路。通過整道試題的命制及設問的精巧布置，幫助學生實現(xiàn)物質轉化及應用類試題認識思路的結構化，如圖2所示。

最后，在試題命制的過程中，需要利用大概念（觀念）進行統(tǒng)攝，幫助學生實現(xiàn)核心觀念的結構化。如（4）問整合絡合平衡和沉淀溶解平衡，要求學生在深刻理解“平衡”大概念視角下形成對問題的整體認識。無論何種平衡，都滿足逆、動、等、定、變的特征，都可以利用勒夏特列原理定性分析平衡移動，也可以計算Q與K的關系定量判斷平衡的移動方向。通過以“平衡”作為學科大概念進行統(tǒng)攝，幫助學生形成核心觀念的結構化，如圖3所示。

3 原創(chuàng)試題的不斷優(yōu)化

3.1 試題呈現(xiàn)

上述原創(chuàng)試題雖然可圈可點，但依然存在可以優(yōu)化并完善的地方。首先，雖然有綠色化學循環(huán)利用的意識，但是如何從物質轉化循環(huán)利用再生的單一視角進階到物質再生與能量綜合利用的關聯(lián)視角挖掘不夠;其次，雖然有通過控制實驗條件來調(diào)節(jié)平衡移動以實現(xiàn)目標離子的轉化或者去除，但只是從定性的視角進行研究，缺乏從定性到定量的進階;三是雖然重視從價類二維關注物質轉化，但更多的是從氧化還原反應的視角，對非氧化還原反應的關注不夠;四是考查的知識點雖然分布廣泛，但是對從化學反應原理視角來實現(xiàn)目標考查的力度還是略顯單薄?；诖?，繼續(xù)尋找新的情境素材[13，14]，在原有基礎上不斷地進行優(yōu)化，形成原創(chuàng)試題（并作為2022年廈門市高三期末試題）如下：

一種以輝鉬礦（主要成分為MoS2，含少量Ca、 Fe、 Cu等元素）為原料制備鉬酸銨生產(chǎn)工藝如下圖所示。

已知： 25℃時，幾種難溶物的溶度積如下表。

難溶物CaMoO4CaCO3CaSO4FeSCuS

Ksp4.1×10-32.8×10-95.1×10-56.3×10-181.3×10-36

K穩(wěn)[Cu（NH3）2+4]=c[Cu（NH3）2+4]c（Cu2+）·c4（NH3）=2.1×1013

（1） “氧化焙燒”過程：

① MoS2主要轉化為CaSO4、（填化學式）。

② 加入石灰石，有利于降低焙燒溫度;（從環(huán)保角度答題）。

（2） “鹽浸”過程，生成MoO2-4的離子方程式為。

（3） “鹽浸”過程，CuO轉化為Cu（NH3）2+4，“凈化”過程進一步轉化為CuS除去。計算反應Cu（NH3）2+4+S2-CuS+4NH3的K=。

（4） “酸沉”過程MoO2-4會發(fā)生聚合生成多鉬酸根。

① 生成（NH4）2Mo4O13·2H2O的離子方程式為。

② 可以從“濾液”中回收副產(chǎn)品（填化學式）。

（5） 可通過電滲析法制備八鉬酸銨[（NH4）4Mo8O26]，工作原理如圖。其中，陽膜和陰膜分別只允許陽離子、陰離子通過;雙極膜中間層中的水解離為H+和OH-，并在直流電場作用下分別向兩極遷移。

① 陽極發(fā)生的電極反應為。

② 分析酸化室可得到Mo8O4-26的原因。

3.2 參考答案

上述試題的參考答案如下：

（1） ① CaMoO4， ② 減小SO2污染性氣體產(chǎn)生;

（2） CaMoO4+CO2-3CaCO3+MoO2-4;

（3） 5×1022;

（4） ① 4MoO2-4+2 NH+4+6H+（NH4）2Mo4O13·2H2O↓+H2O， ② （NH4）2SO4;

（5） ① 4NH3·H2O-4e-O2↑+4 NH+4+2H2O或4OH--4e-O2↑+2H2O;

② 雙極膜中的H+遷移到酸化室可反應生成Mo8O4-26。

3.3 優(yōu)化思路

一是優(yōu)化后的試題以石灰石與輝鉬礦聯(lián)合氧化焙燒經(jīng)過一系列工藝流程制備

多鉬酸銨為情境素材，涉及的考點有物質轉化、綠色化學、沉淀轉化、多重平衡的定量計算、離子方程式的書寫、新型電化學裝置電極反應式書寫及原理分析。相較于2021年高三期末物質轉化及應用類試題考點涉及面更廣，對化學反應原理的考查力度更大，體現(xiàn)了對必備知識、關鍵能力的重點考查。

二是進一步拓寬了學生對綠色化學的理解。以往各種物質轉化類試題，涉及綠色化學循環(huán)利用類試題，一般都是僅僅局限于物質的再生，而本流程加入石灰石，除了可以減少SO2污染性氣體的產(chǎn)生并在“鹽浸”過程實現(xiàn)再生外，還可以降低“氧化焙燒”的溫度。雖然這個考點命題者是以已知的形式告知學生的，但是在學生考完這道題后一定會進一步加深從物質轉化和能量轉化雙重視角來認識物質轉化。

三是幫助學生從定性進階到定量的視角研究多重平衡的移動。無論是“酸洗”“氨浸”還是直接“鹽浸”都可將銅元素浸出轉化為Cu（NH3）2+4。無論是用硫化銨還是用硫化鈉“凈化”都是為了將絡離子轉化為CuS除去，因此從定量視角讓學生通過計算得出K值等于5×1022，自發(fā)趨勢大，將學生對該轉化的認識從定性提升到定量，有利于培養(yǎng)學生的高階思維。

四是呈現(xiàn)最新的電滲析專利技術，讓學生利用電化學認知模型分析該電化學裝置，利用宏觀微觀符號三重表征方法將電極反應式書寫出來，運用規(guī)范和富有邏輯性的語言進行表達，準確地運用化學用語表達抽象的過程，這樣的命題手法有利于學生進一步加深對物質轉化的理解。物質轉化除了通過設計化學反應實現(xiàn)目標轉化外，還可以通過設計電化學裝置實現(xiàn)目標物質的轉化。上述流程通過“酸沉”實現(xiàn)四鉬酸銨的轉化和電滲析法實現(xiàn)八鉬酸銨的轉化，其本質都是一樣的，不同的是使用電滲析法通過多室雙極膜調(diào)控離子的定向移動，有利于提高產(chǎn)品的純度和轉化效率。通過在同一道試題中呈現(xiàn)不同的制備方法，并通過提供新反應、新裝置，考查學生提取、加工、整合信息的能力，有利于形成自主學習、終身學習的意識和能力。

在日常的教學過程中，為應對物質轉化及應用類試題需要在以下四個方面下功夫： 一是幫助學生在從價類二維理想轉化進階到從熱力學、動力學實際轉化的結構化認識上下功夫，因此可讓學生自主建構各類元素及其化合物的價類二維圖。學生之間進行互評，然后教師進行點評優(yōu)化，幫助學生形成知識之間的有效關聯(lián)。從具體的物質轉化繼續(xù)進行追問，讓學生形成從熱力學、動力學綜合視角認識物質及其轉化。二是幫助學生在從單一轉化向協(xié)同轉化上下功夫。綠色化學的要義就是反應物、生成物、反應條件的綠色化，實現(xiàn)原子經(jīng)濟性，因此在設計物質轉化的時候要充分考慮副產(chǎn)物的再生循環(huán)問題。教師在講授SO2吸收問題的時候，可先讓學生從單一視角進行分析，這樣學生可以想到利用飽和石灰水吸收，吸收成本低但是吸收效率也低;也會有學生想到利用NaOH溶液吸收，吸收效率高但成本也高。如何發(fā)揮各自的優(yōu)勢又避免各自的劣勢，引導讓學生采取耦合協(xié)同的思路設計雙堿吸收法，既提高了SO2的吸收效率，又實現(xiàn)了NaOH的再生，還獲得了副產(chǎn)品石膏，一舉三得，這就是工業(yè)實際轉化的思路。三是幫助學生在從物質轉化向物質、能量協(xié)同轉化上下功夫。物質轉化有時是為了獲得目標物質，有時是為了獲得目標能量，因此可將兩者有效結合起來，不僅實現(xiàn)物質再生，也盡量實現(xiàn)能量的綜合利用。四是幫助學生從結構決定性質的視角認識物質轉化上下功夫。物質之間的轉化不是相互孤立的，而是由內(nèi)在的結構決定的。這兩道原創(chuàng)試題分別從MoO3晶體的類型和形成Cu（NH3）2+4兩個具體案例給我們呈現(xiàn)了利用物質的特殊結構所具有的特殊物理或化學性質進行物質分離提純的智慧，這樣的思路也可以遷移到日常的教學過程中。比如在分析教材海水提鎂工藝流程的時候，可以追問工業(yè)上為什么采用電解熔融的MgCl2而不采用電解熔融的MgO來制備Mg，這樣就可以引導學生從兩個晶體的熔沸點以及造成熔沸點不同的結構來進行分析，幫助學生從更加寬廣的視角來認識物質及其轉化。

《詩經(jīng)·衛(wèi)風·淇奧》有云“有匪君子，如切如磋，如琢如磨”，命題就是一個不斷精雕細琢，不斷超越自我的過程。指向化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的原創(chuàng)試題的命制應關注情境的真實性、問題設問的科學性、知識覆蓋的合理性，通過素材和設問的合理呈現(xiàn)、服務選才、引導教學，幫助學生實現(xiàn)從知識的結構化走向認識思路的結構化，最終進階到形成對核心觀念理解的結構化。

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