综合探究题在江苏高考中的评价功能及其问题解决策略*

经志俊

摘要： 以2019年江苏高考化学卷第20题为例，剖析综合探究题的命题特点和评价功能。通过思维模型建构从“问题聚焦”“信息匹配”“证据推理”“规范表达”4个环节优化问题解决策略，并借助

“建构模型，明晰问题解决路径”“功能分类，明确图像解读要领”“工具匹配，活用证据推理方法”“句式示范，规范文字表达要求”

等针对性指导，通过真实情境的实际问题解决促进学生化学学科核心素养的发展。

关键词： 综合探究题; 命题特点; 评价功能; 思维建模; 问题解决策略

文章编号： 10056629（2020）08008005

中图分类号： G633 8

文献标识码： B

化学学业水平考试的主要目的是评价学生化学学科核心素养的发展状况和学业质量水平的达成程度。根据学业水平考试的目的，化学学业水平考试命题必须坚持以化学学科核心素养为导向，准确把握“素养”“问题”“情境”和“知识”四个要素在命题中的定位及相互联系，做到“情境”和“知识”同时服务于“问题”的提出与解决;“问题”“情境”“知识”三者之间存在着密切的联系;情境的设计、知识的运用、问题的提出与解决均应有利于实现对学生核心素养的测试[1]。

回溯江苏高考化学卷，可以发现在非选择题命题领域江苏省已经就“问题”“情境”“知识”在命题中的定位及相互联系进行了多年的探索实践，其中以综合探究为主题的第20题（以下简称“综合探究题”），更是在高考命题中独树一帜。该题围绕《化学反应原理》模块主题，采用生产、科研中的真实情境设置实际问题，通过图像解读、数据处理、符号表征、条件控制、事实归因等维度的综合探究，评价学生在运用化学核心知识解决实际问题中表现出的必备品格和关键能力（见表1），对新课程背景下的高中化学学业水平等级性考试的命题实践具有较高的参考价值。

鉴于情境陌生度高、内容理论性强、素养水平要求高等特点，综合探究题的问题解决对学生具有较大的挑战性，学生在问题解决中的表现对于选拔优秀化学人才具备很好的参考价值，问题解决的认知过程和策略优化对学生化学学科核心素养高水平发展具有很好的促进作用。

为把握综合探究题的评价规律，突破综合探究题的问题解决瓶颈，促进学生在综合探究过程中提升化学学科核心素养水平，笔者基于《普通高中化学课程标准（2017版）》中高中化学学业水平考试的命题原则，对2019年江苏高考综合探究题的命题特点、评价功能进行剖析，并基于学生在问题解决中的困惑对问题解决的策略进行优化。

1  综合探究题命题特点与评价功能

该题的命制遵循《普通高中化学课程标准（2017版）》命题原则，依托真实情境创设测试载体，基于真实问题设置测试任务，聚焦核心概念解决实际问题。

1.1  依托真实情境创设实际问题

紧密联系学生学习和生活实际（如资源与环境的热点话题“CO2的资源化利用”），创设体现科学、技术、社会与环境发展的成果，具有不同陌生度、丰富而生动的测试载体。通过实际问题，突出化学核心概念与观念，形成具有不同复杂程度和结构合理的测试任务[2]（见表1）。

序号测试载体测试任务

（1）CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。CaC2O4·H2O热分解可制备CaO， CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化见题20图1。

题20图1① 写出400～600℃范围内分解反应的化学方程式：   ▲  。

② 与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是  ▲  。

（2）电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图见题20图2。

题20图2① 写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式：   ▲  。

② 电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是  ▲  。

序号测试载体测试任务

（3）CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ： CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）

ΔH=41.2kJ·mol-1

反應Ⅱ： 2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化见题20图3。其中： CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量反应的CO2的物质的量×100%

题20图3① 温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是  ▲  。

② 220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有  ▲  。

1.2  聚焦化学反应原理解决实际问题

根据测试任务、情境的需要，系统梳理解决问题所要运用的化学知识与方法，以化学反应原理所涵盖的核心概念、图像解读、数据分析、符号表征、演绎推理、辩证分析等认知策略为问题解决的主要工具，注重考查学生灵活运用结构化知识解决实际问题的能力[4]（见表2）。

序号参考答案问题解决工具

（1）① CaC2O4400～600℃CaCO3+CO↑

② CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的CaO更加疏松多孔① 核心概念： 摩尔质量与物质组成的关系;固体表面积与气体吸附量的关系

② 认知策略： 实验数据分析，图像解读，溯因推理，符号表征

（2）① CO2+H++2e-HCOO-

或CO2+HCO-3+2e-HCOO-+CO2-3

② 阳极产生O2，pH减小，HCO-3浓度降低;K+部分迁移至阴极区① 核心概念： 电极反应与电极反应式;离子反应与离子迁移

② 认知策略： 图像解读，符号表征，演绎推理

（3）① 反应Ⅰ的ΔH>0，反应Ⅱ的ΔH<0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度

② 增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂① 核心概念： 平衡移动与勒夏特列原理;影响反应速率和平衡移动的外界条件

② 认知策略： 图像解读，演绎推理，辩证分析

1.3  依据学业质量水平评价学科核心素养发展

综合探究题选用源于生产与科研的真实现象、数据、流程、图像等化学事实，设计指向数据处理、符号表征、条件控制、究因分析等实际问题，通过学业质量水平3、 4相关要求的达成情况评价学生化学学科核心素养的发展状况（见表3）。

序号（1）（2）（3）

学业质量水平相关要求能基于现象和数据进行分析推理得出合理结论（33）能分析化学能与电能相互转化的原理及在生产和生活中的应用（32），能根据化学反应原理预测物质转化的产物（42）能从调控反应速率、提高反应转化率等方面综合分析反应的条件，提出有效控制反应条件的措施（42）

能运用宏观、微观、符号等方式描述、说明物质转化的本质和规律（32）;能运用化学原理和方法解释或解决生产、生活中与化学相关的一些实际问题（34）;能在物质及其变化的情境中，依据需要选择不同方法，从不同角度对物质及其变化进行分析和推断（41）;能选择简明、合理的表征方式描述和说明化学变化的本质和规律（42）

2  综合探究题问题解决与策略优化

综合探究题涉及化学原理的应用、元素化合物性质的理解、科学探究结果的分析等方面。全面研读题给信息，将从题目中获得的信息与已有知识相融合，运用科学思维方法（分析比较、归纳综合、证据推理、建构模型等）解决问题，是有效解答这类试题的方法[6]。

由于综合探究题情境陌生、探究性强，导致学生缺乏解决问题的自信，产生畏难情绪

和逃避心理，也有学生因为以B等级作为备考目标，策略性放弃对该题的探究，从而错失不少化学学科核心素养发展和学业质量水平提升的机会。这种教学现状需要教师针对学生问题解决的主要瓶颈具体优化相应的问题解决的策略。

2.1  建构模型，明晰问题解决路径

解题思路不清晰是学生解决综合探究题的首要瓶颈。笔者在教学实践中通过“问题聚焦”“信息匹配”“证据推理”“形成结论”4个环节优化问题解决的程序，建构问题解决的思维模型（见图1），引导学生把握问题解决的思维路径，对瓶颈的突破效果显著。

（1） 问题聚焦： 明确测试任务要解决的具体问题，

划出设问中的关键字词，从化学图像中提取与测试任务相关的关键信息。

（2） 信息匹配： 基于测试任务中呈现的化学事实，从物质转化规律、化学反应原理、数据处理方法、符号表征要求等方面，在知识储备和情境信息中筛选与问题解决匹配的化学知识。

（3） 证据推理： 以物质转化规律、化学反应原理、数据处理结果为证据，对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过合情推理、演绎推理、溯因推理等手段加以证实或证伪，建立观点、结论和证据间的逻辑关系[7]。

（4） 形成结论： 依据证据推理结果，结合符号表征的规范要求、事实归因的表达句式，聚焦“表征陌生反应的本质、控制物质转化的条件、揭示化学事实的成因”等具体问题，规范表达问题解决的结果。

2.2  功能分类，明确图像解读要领

图像解读无章法是学生审题阶段的主要瓶颈。化学图像是真实情境呈现的重要方式，来源于生产、科研反映化学事实的原理示意图、数据曲线图等由于命题者赋予其不同的功能，在问题解决中发挥着不同的作用。在图像功能分类的基础上，掌握不同类型图像的解读要领（见表4），是有效提取和加工信息的重要前提。

CaC2O4·H2O热重分析曲线独立呈现化學事实，完整表征情境信息建立固体残留率与相关物质摩尔质量的关系

题20图2： 电解CO2制HCOOH的原理协同呈现化学事实，补充关键情境信息把握物质变化、电极类型、电极反应、离子迁移的内在关系

题20图3： CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度变化关系重复呈现化学事实，直观强化情境信息明确纵坐标和横坐标的意义，依据曲线斜率判断反应速率的快慢

2.3  工具匹配，活用证据推理方法

工具匹配无目标是学生在分析问题阶段的主要瓶颈。基于化学事实和测试任务匹配问题解决的工具，有效提取反映化学事实本质的物质转化规律、化学反应原理等核心知识，合理选择合情推理、演绎推理、溯因推理等证据推理的基本方法（见表5），是突破瓶颈的关键能力。

化学事实知识匹配证据推理

热重曲线图定量分析：

固体残留率与摩尔质量化学式CaC2O4·H2OCaC2O4CaCO3CaOM/g·mol-114612810056

溯因推理： 依据物质转化规律，猜想CaC2O4·H2O分解可历经生成CaC2O4、 CaCO3、 CaO等3个阶段，结合相应物质的摩尔质量和400～600℃范围内，固体残留率从128/146逐步过渡到100/146的事实，论证该阶段的固体物质由CaC2O4转化为CaCO3。

电解后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低电解原理： 电极反应，离子反应与离子迁移演绎推理： 基于电解原理，分析阳极反应、离子迁移。从阳极产生气体，推理得出电极反应为2H2O-4e-O2↑+4H+;依据HCO-3+H+CO2↑+H2O推理得出阳极区c（HCO-3）降低;依据装置中的阳离子交换膜和离子迁移规律，推理得部分K+迁移至阴极区导致阳极区c（K+）降低。

综合分析： c（HCO-3）降低和c（K+）降低共同导致阳极区c（KHCO3）降低。

高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升化学平衡： 勒夏特列原理演绎推理： 依据热化学方程式和勒夏特列原理，推出温度升高反应Ⅰ

CO2平衡转化率升高、反应Ⅱ CO2平衡转化率降低。

辩证分析： 依据“高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升”的事实，推理得出高于300℃，反应Ⅰ平衡移动是决定CO2平衡转化率的主要方面。

2.4  句式示范，规范文字表达要求

文字表达不规范是学生在答题阶段的主要瓶颈。规范表达是事实归因分析的临门一脚，鉴于形成问题原因有单一因素和双重因素等2种常见形式，而双重因素的影响中又存在双因互补与双因对立等2种情况，制订不同的句式示范（见表6）引导学生简洁、全面、规范地表达思想，是帮助学生突破瓶颈、训练学生逻辑思维的重要策略。

化学事实事实归因句式示范

与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能CaO与CO2的接触面积，单因致果原因： ……，影响： ……。

CaC2O4·H2O热分解放出更多的气体，制得的CaO更加疏松多孔。

电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低c（HCO-3）、 c（K+）变化，且双因互补原因1： ……，影响1： ……;原因2： ……，影响2： ……。

阳极生成O2，溶液pH降低，导致阳极区c（HCO-3）降低;K+向阴极迁移，导致阳极区c（K+）降低。

温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升反应Ⅰ、反应Ⅱ平衡移动，且雙因对立原因： ……，影响1： ……，影响2： ……，影响力比较： ……。

升高温度，反应Ⅰ CO2平衡转化率升高，反应Ⅱ CO2平衡转化率降低;温度高于300℃，反应Ⅰ CO2平衡转化率升高幅度大于反应Ⅱ CO2平衡转化率降低幅度。

综合探究题既是高水平评价学生学科核心素养发展状况和学业质量水平达成情况的有效工具，同时也是促进学生学科核心素养发展和学业质量水平达成的重要资源。教学实践中，一线教师在重视综合探究题评价功能的同时，须充分发掘其蕴藏的知识、方法、能力与素养等方面的教学资源，全面发挥其承载的反馈、导向与激励等维度的教学功能[8]。