盧雨辰 何文 英華 王歡

摘要： 真實的問題情境是學科核心素養(yǎng)測評的重要載體。天津市2023年學業(yè)水平等級性考試化學試卷以“銅變‘銀，‘銀變‘金”實驗作為問題情境設計了一道實驗題，結合《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》和《中國高考評價體系》，對試題的素材選擇、情境創(chuàng)設、考查元素等設計維度加以評析，提出試題命制要通過情境的豐富意蘊實現(xiàn)價值引領，適切地融入所需考查的核心素養(yǎng)、必備知識和關鍵能力，同時試題設計要注重提質增效，引導中學教學夯實學科基礎，進而促進化學實驗教學質量的提升。

關鍵詞： 情境化； 實驗題； 試題命制； 學業(yè)水平

文章編號： 10056629（2024）01008405

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

情境化試題已經(jīng)成為當下國內(nèi)外評價學生能力和素養(yǎng)的常見方式?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）在“學業(yè)水平考試命題建議”中明確要求學業(yè)水平等級性考試的命題應創(chuàng)設真實的、有意義的測試情境，并在此情境的基礎上設計符合學生認知水平的測試任務［1］?！吨袊呖荚u價體系》（以下簡稱“評價體系”）提出以情境承載考查內(nèi)容，實現(xiàn)考查要求［2］。情境化試題不僅可以實現(xiàn)對學生的關鍵能力和學科素養(yǎng)發(fā)展情況的診斷，還可以通過情境的意蘊實現(xiàn)對學生的價值引領［3］。

天津市2023年普通高中學業(yè)水平等級性考試化學試卷第15題以“銅變‘銀，‘銀變‘金”實驗［4］為素材命制了一道實驗題?，F(xiàn)將該實驗以及以此為基礎編制的試題呈現(xiàn)給讀者，并結合“課程標準”和“評價體系”，將試題做一評析以供讀者參考。

1 試題素材和試題呈現(xiàn)

1.1 實驗試題的素材

［實驗名稱］銅變“銀”，“銀”變“金”

［實驗儀器及藥品］

鐵架臺、蒸發(fā)皿、酒精燈、藥匙、坩堝鉗、100mL燒杯；鋅粉、銅幣、3mol/L氫氧化鈉溶液

［實驗操作］

（1） 銅變“銀”。

在蒸發(fā)皿里放入一藥匙鋅粉，然后倒入3mol/L的氫氧化鈉溶液，使之浸沒鋅粉。將蒸發(fā)皿置于酒精燈上加熱至沸騰，撤去酒精燈，待混合液稍稍冷卻，用坩堝鉗夾持一塊潔凈的銅幣，浸入熱溶液中，立刻看到銅幣表面呈現(xiàn)銀白色，并有極少量的無色氣體從溶液中逸出。片刻后，取出將它置于盛水的燒杯中洗凈、擦干。此時，銅幣就變?yōu)椤般y幣”了。

（2） “銀”變“金”。

將實驗得到的“銀幣”，用坩堝鉗夾持其邊緣，在酒精燈的外焰上加熱。片刻后，“銀幣”由銀白色變?yōu)辄S色，立刻遠離火焰，將它置于有水的燒杯中冷卻，以防止黃銅的進一步氧化。然后洗凈，用干布擦亮，此時“銀幣”又變成“金幣”了。觀察并比較銅幣、“銀幣”、“金幣”顏色上的差異。

［實驗原理剖析］

電極表面材料的不同，會導致電極電位差異，若陰極產(chǎn)物不是純金屬而是合金，則有利于還原反應的實現(xiàn)［5］。李南方等［6］認為，銅表面的析氫過電位較低，反應過程中在銅表面有一定量的氫原子的積累，可將溶液中的［Zn（OH）4］2-還原為金屬鋅而沉積在銅的表面。Szczepankiewicz等［7］對本實驗所涉及電化學過程進行了研究，指出在實驗過程中鋅在銅表面析出并向銅晶胞內(nèi)擴散生成了銅鋅合金，其通過電化學方法測量出當Cu做正極、Zn做負極，電解質溶液為Na2［Zn（OH）4］溶液時，二者電極電位的差值為1.1V｛即E（［Zn（OH）4］2-/ZnCu）－E（［Zn（OH）4］2-/ZnZn）=1.1V｝。

本實驗所涉及的電極反應如下：

負極：ZnZn-2e-+4OH-［Zn（OH）4］2-；

正極：［Zn（OH）4］2-+2e-ZnCu+4OH-，2H2O+2e-2OH-+H2↑；

（ZnZn：代表鋅電極表面的Zn；ZnCu：代表銅電極表面的Zn）

鋅的熔點為419.5℃，銅的熔點為1083.4℃，后續(xù)的加熱過程使銅表面的鍍層發(fā)生了相變，生成了外觀與黃金相似的α黃銅合金。

1.2 實驗試題的全貌

某化學興趣小組的同學查閱文獻后，設計了如下實驗，揭示古代煉金術由廉價金屬“煉制貴金屬”的本質。

［實驗Ⅰ］銅片包“銀”

用3mol/L的NaOH溶液浸沒鋅粉，加熱至沸，其實驗裝置如右圖所示。反應一段時間后，撤去酒精燈，鋅粉有剩余。溶液稍冷后，將潔凈的銅片浸沒其中與鋅粉接觸，觀察到銅片表面逐漸覆蓋一層銀白色金屬，同時有少量氣體逸出。

已知：Zn能與NaOH溶液發(fā)生反應：

Zn+2NaOH+2H2ONa2［Zn（OH）4］+H2↑

Na2［Zn（OH）4］的電離方程式：

Na2［Zn（OH）4］2Na++［Zn（OH）4］2-；

［Zn（OH）4］2-Zn2++4OH-

［實驗Ⅱ］灼“銀”成“金”

將包“銀”的銅片置于酒精燈上灼燒，待銀白色變成黃色時，立即將其置于水中冷卻，取出并用布擦干，“銀”變成了“金”。

（1） 儀器a的名稱是??? 。為了防止加熱過程中液體飛濺，應當采用的操作是??? 。

（2） Na2［Zn（OH）4］中的化學鍵有??? （填序號）。

a. 離子鍵 b. 極性共價鍵 c. 非極性共價鍵 d. 配位鍵

（3） 寫出Zn與NaOH溶液反應的離子方程式????????? 。

（4） 根據(jù)實驗Ⅰ的現(xiàn)象，寫出相關的電極反應式：負極????? ；正極????? 、????? 。

（5） 實驗Ⅱ中“立即將其置于水中冷卻”的目的是???????? 。灼“銀”成“金”實際上是銅表面生成了與黃金外觀相似的合金——黃銅。為區(qū)分黃銅和黃金，可向二者表面分別滴加硝酸，寫出實驗現(xiàn)象和結論 。

（6） 取Zn與NaOH溶液反應后的上層清液，將另一潔凈銅片浸沒其中，是否能將此銅片包上“銀”層？回答并說明理由????????????? 。

1.3 試題的參考答案

（1） 蒸發(fā)皿，攪拌；（2）a、 b、 d；（3）Zn+2OH-+2H2O［Zn（OH）4］2-+H2↑；

（4） 負極：Zn-2e-+4OH-［Zn（OH）4］2-；

正極：［Zn（OH）4］2-+2e-Zn+4OH-， 2H2O+2e-2OH-+H2↑；

（5） 防止表面金屬被氧化；表面有氣泡生成的是黃銅，無明顯現(xiàn)象的是黃金；

（6） 不能，銅不能置換出鋅。

2 試題命制思路與評析

2.1 依據(jù)課程標準，架構整體命題思路

隨著教育改革的不斷深化，2019年國務院發(fā)文要求“實施普通高中新課程的省份不再制定考試大綱”［8］，旨在扭轉以考定教、弱化課程標準的現(xiàn)象，自此課程標準成為學業(yè)水平等級性考試命題的核心依據(jù)。于考試命題而言，課程標準的學業(yè)質量要求提出了對學科知識、能力、素養(yǎng)的考查總體要求，但需要根據(jù)試題題型、主題進行分解、細化。我們可以結合評價體系對考查內(nèi)容的要求，借鑒PAD（Principled Assessment Design）設計模式規(guī)劃命題思路［9］，確定本實驗試題的設計要素。試題整體設計和分析見表1，其中典型特征是指區(qū)別于元素、有機物、反應原理等其他主題的特征，用以引發(fā)學生調用相關知識、能力和素養(yǎng)解答問題；可變化特征是指題目材料可改變的部分用以調控試題的難度和測評的相關知識、能力和素養(yǎng)。

2.2 適度改編素材，創(chuàng)設真實問題情境

真實、有意義是情境化試題的內(nèi)在要求。真實主要指向化學在科學研究、生產(chǎn)、生活中的真實需求和實際問題；有意義主要指向喚起學生積極的情感體驗，促進對化學學科的認知和理解。試題在題干中明確提及了古代煉金術中的廉價金屬“煉制貴金屬”，旨在讓學生從化學史的角度了解古代煉金術的“物質嬗變”［10］本質，即由廉價金屬轉化成“貴金屬”所涉及的化學原理，體現(xiàn)“科學態(tài)度與社會責任”素養(yǎng)，并用實驗中“貴金屬”的制備激發(fā)學生的好奇心，凸顯“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)。

“銅變‘銀，‘銀變‘金”實驗作為問題情境，除了所涉及的實驗基本操作外，還可將實驗素材與中學化學教學契合的內(nèi)容進行關聯(lián)與整合，一是銅變“銀”過程中的電化學原理，二是“銀”變“金”過程所涉及的合金相關知識，前者可作為問題情境的考查重點。為了更好地發(fā)揮試題對學生能力和素養(yǎng)的測評功能，題干表述明確指出了探究實驗揭示了煉金術的本質，暗示學生從化學反應原理的角度思考實驗。由于課程標準對鋅及其化合物的內(nèi)容要求部分有所調整，鋅元素的性質是幫助學生認識化學原理的載體，而非識記要求。試題題干將“Zn與NaOH濃溶液反應的方程式、Na2［Zn（OH）4］的電離方程式、［Zn（OH）4］2-的解離平衡的方程式”等作為支持信息給予學生。

2.3 創(chuàng)設問題任務，綜合設計考查元素

由于紙筆測試的自身限制，試題需要根據(jù)所選擇實驗素材篩選出適切的、與課程標準內(nèi)容要求相符合的考查要素。結合課程標準和單旭峰提出的考試內(nèi)容改革實施路徑［11］，對2023年等級考化學天津卷實驗題的試題考查要素分析如表2所示。

試題所考查的內(nèi)容涉及了“化學科學與實驗探究”“化學反應與能量”“物質結構基礎及化學反應規(guī)律”“常見的無機物及其應用”等多個主題的內(nèi)容。試題除了考查實驗的基本操作之外，還關聯(lián)考查了選擇性必修1化學反應原理中的電化學原理、必修中的銅等金屬與硝酸的反應、選擇性必修2物質結構與性質中的化學鍵等內(nèi)容，這既實現(xiàn)了知識的結構化水平診斷，又可以引導中學化學教學重視實驗教學。

第（1）小題考查化學實驗中常見儀器的識別、實驗基本操作以及實驗安全意識。第（2）小題考查配位化合物中的化學鍵類型。第（3）小題考查考生能否判斷陌生電解質的強弱，并將化學方程式改寫為離子方程式。第（4）小題考查考生能否由宏觀現(xiàn)象探析微觀本質，正確書寫電極反應式。第（5）小題考查“立即將其置于水中冷卻”的操作目的，以及考生能否從無機物的性質角度區(qū)分黃金與黃銅。第（6）小題考查考生是否準確掌握原電池原理。

在必備知識方面，試題主要考查了化學語言與概念、實驗原理與方法和反應變化與規(guī)律。在關鍵能力方面，試題主要考查了分析與推測、歸納與論證能力。在學科素養(yǎng)方面，試題主要考查了化學觀念和思維方法。題目設問設計對應學業(yè)質量水平1～3，思維進階由低階向高階提升。試題著重強調課本知識和題目所給信息的綜合應用，利用真實的情境從實驗裝置、反應原理、問題任務等方面，考查學生知識的結構化，而不是生硬地考查學科知識內(nèi)容。

2.4 適度開放探究，考查學生綜合素養(yǎng)

本試題所涉及的實驗中，電極表面材料的不同，導致電池電極的電位差異，使銅表面鍍上“銀”成為現(xiàn)實。但考慮到此部分的原理分析超出高中化學課標要求。鑒于此，題目并未在此處設計探究性問題，僅要求學生依據(jù)實驗現(xiàn)象答出相關的電極反應式。試題第（6）小題結合題目信息設計了一個探究性、開放性的問題，即探究在無鋅粉剩余的上清液中能否讓銅片鍍上鋅層。學生需要仔細思考、推敲每一步驟的操作流程背后所涉及的化學原理，方可判斷出正確答案。該題的設計旨在讓學生在實驗過程中，更加注重實驗操作涉及的化學反應原理，能基于實驗條件和反應原理做出合理的推斷。參考答案只給出了不能實現(xiàn)包“銀”的理由的一種表述，作為開放性試題，理由還可有多種表述方式，如體系中缺少鋅作負極，不再能形成原電池，因此銅片不能包上“銀”層；Cu不如Zn活潑，不能與Zn2+｛或［Zn（OH）4］2-｝反應產(chǎn)生Zn等。

由于試題出現(xiàn)在等級性考試中，受限于紙筆考試的形式和時間限制，為了保證學生的作答有一定的限制性和操作性，確保測試的效果，并未對實驗進行深入擴展。實際上，該情境還可以衍生出更多問題，比如，能否使用電鍍的方式使銅片包上“銀”層，應該如何設計，同樣是鍍層，用原電池方式和電鍍方式生成的鍍層是否有明顯的差異，不同的鍍層溶液以及不同的濃度會對本實驗產(chǎn)生怎樣的影響，何種條件下才能制出更好的鍍層？當然，作為實驗試題所發(fā)揮的測評學生能力和素養(yǎng)水平的功能終究是有限的，但是題目所給出的實驗何嘗不是一個探究性學習的真實問題情境。

3 思考與建議

3.1 情境化的實驗試題，應充分發(fā)揮情境的育人價值

立德樹人是教育的根本任務。作為自然科學之一的化學應結合學科特點，借助化學史培育科學精神，促進學生對科學本質的理解［12］。本次實驗試題選擇煉金術中的以廉價金屬“煉制貴金屬”作為情境的切入點，力圖創(chuàng)設真實的、有意義的問題情境，引起學生對實驗現(xiàn)象探索的興趣，弘揚科學精神。

因此，在試題情境創(chuàng)設時，可以從化學發(fā)展史中遴選素材創(chuàng)設真實、有意義的問題情境，如古代化學中煉丹術、造紙術、煉金術，近代化學道爾頓原子學說、元素周期律，現(xiàn)代化學的合成氨工業(yè)、侯氏制堿法，在情境中讓學生體會化學科學的價值和功能，進而發(fā)揮好情境的育人價值。

3.2 情境化的實驗試題，應促進“雙減”政策理念落實

相比于以往的減負措施，“雙減”更顯全局性和戰(zhàn)略性，并對考試評價提出了更高要求。終結性評價的等級考對日常教學評價與階段性評價的內(nèi)容、難度及方式存在著導向作用。相較于采用選擇題考查電化學原理的方式，本試題以化學實驗作為載體，將涉及的化學實驗、電化學、元素化學知識進行關聯(lián)和整合，在避免套路化的同時，增強了試題的整合性，學生需要分析出實驗現(xiàn)象背后的化學原理才能全面、準確地回答問題。

同時，試題也能引導教師在日?？荚囋u價中設計適切的問題情境以激發(fā)學生對化學的興趣，并幫助學生正確認識現(xiàn)象背后所涉及的化學原理，將碎片化的知識加以整合，有助于實現(xiàn)認知結構化的升級，即從知識關聯(lián)的結構化到認識思路的結構化再到化學觀念的結構化。

3.3 情境化的實驗試題，應對實驗教學有正面導向

考試是促進教學改進的重要手段［13］。實驗是培養(yǎng)和提高學生核心素養(yǎng)的重要途徑，但現(xiàn)實情況是實驗教學的開展方式、次數(shù)、規(guī)模均未達到課程標準的要求［14］。

若是試題所涉及的實驗過于復雜、危險，難以在教學中演示和重復，那么教師在教學中更傾向于用文字講述而非實驗演示的方式講解化學實驗試題，這對學生實驗能力的提升不利，化學教學的“化學味”不濃。本實驗試題選擇在教學中相對容易重復的實驗作為素材情境，便是希望中學教學進一步重視實驗教學的開展，教師可以在結合必做實驗“化學能轉化成電能”“簡單配合物的制備”“簡單的電鍍實驗”的基礎上，以本試題所涉及的實驗作為探究性學習的情境，幫助學生認識到電極反應、電極材料、離子導體、電子導體是電化學體系的基本要素，提高學生對電化學本質的認識。

4 結語

實驗題是化學試卷中極具亮點和學科特色的試題，也是測評學生必備知識和關鍵能力、診斷學生核心素養(yǎng)水平的重要載體。新時代背景下，深化教育評價改革、推進考試內(nèi)容改革，是時代交給教育評價工作者的必答題。命題人員需要深入理解和掌握課程標準、評價體系、學科知識、化學史以及化學學科的發(fā)展前沿和發(fā)展趨勢，命制具有探究性、開放性、綜合性的高質量的實驗試題，充分發(fā)揮考試價值的引領作用，綜合考查學生的能力和素養(yǎng)。

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