指向化学学科核心素养发展的原创试题命制研究

江合佩 单旭峰

摘要： 根据课程标准和高考评价体系，提出指向化学学科核心素养发展的原创试题命制流程。重点阐释通过明确试题功能确定考查目标;加强情境设计并注意情境的真实性、典型性、适切性、权威性、时代性;强化命题规范聚焦关键能力考查。以物质转化及应用类试题为例，利用辉钼矿制备多钼酸铵为情境素材，设计两道风格迥异的原创试题，阐释命题应源于真实情境、服务选才，有利于引导中学教学实际;注重知识间的关联，发展学生的化学学科核心素养。同时将命题视角引入教学实际，提出在帮助学生从类价二维进阶到热力学动力学、单一转化进阶到协同转化、物质转化向物质能量协同转化、结构决定性质的视角认识物质转化等四个方面下功夫。

关键词： 核心素养; 真实情境; 实际问题; 原创试题

文章编号： 10056629（2022）07007407

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 原创试题命制的原则、方法及流程

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》在“学业水平考试命题建议”中指出，命题原则应“以核心素养为测试宗旨，以真实情境为测试载体，以实际问题为测试任务，以化学知识为解决问题的工具”[1]。單旭峰则将“真实情境”具化为日常生活情境、生产环保情境、学术探索情境、实验探究情境和化学史料情境;符合学生心理发展阶段和认识发展水平的“实际问题”具化为基础性、综合性、应用性和创新性问题;“化学知识”进一步凝练为“必备知识”，具体包括化学语言与概念、反应变化与规律、物质转化与应用、物质结构与性质和实验原理与方法[2]。融合课程标准与中国高考评价体系指向化学学科核心素养发展的原创试题命制的基本步骤如图1所示[3]。

首先，根据考试的类型明确试题的功能，确定考查的核心目标。命题应坚持立德树人、五育并举，挖掘和遴选体现化学学科作为21世纪中心学科地位的素材，彰显化学学科在解决目前人类面临的挑战性问题及为未来发展赋能的价值。命题还应坚持有利于引导教学，通过试题的设问帮助学生建构学科知识体系，外显研究物质性质的一般方法及程序的思维，通过设计不同层次、不同类型的设问考查学生提取信息解决问题的能力，实现“无价值，不入题”[4]。以物质转化及应用类试题命制为例，通过精心设问，让学生利用可持续发展意识和绿色化学观念解决工业流程中涉及的物质循环利用再生等问题，真正实现培根铸魂、启智润心的效果。

其次，精心遴选素材，加强情境设计。一是增强情境的真实性。切忌人为想象，主观臆断，一定要有科学文献支撑。二是强化情境的典型性。情境要体现化学学科特色，体现时代性，涵盖化学学科核心知识。三是关注情境的适切性。情境要关注中学教学实际，让学生有迁移的抓手，不要沦为信息提取能力的考查。四是注意情境的权威性。情境素材一定要有足够的文献作支撑，切忌看到文献有新点就直接使用，而要多篇文献进行相互印证，形成可追溯的证据链。以物质转化及应用类试题为例，通过呈现工业生产或环境保护中的涉及自然资源利用、生产条件优化、废物回收利用和毒害物质处理等生产环保情境，着重考查流程中涉及的物质转化、物质分离与产品提纯、条件控制与优化、绿色化学等核心知识。为了避免学生辨识复述已学知识，一般选择学生日常学习过程中尚未见过的物质作为素材背景，但是一般也遵循可迁移教材的原则，真正实现“无情境，不成题”[5]。

其三，聚焦关键能力考查，体现技术性、规范性命题原则。聚焦核心素养，强化关键能力考查，结合课标要求、教材阐述对情境素材进行深度解构，挖掘其中蕴含的育人价值、必备知识和关键能力。既要关注设问的灵活性与多样性，也要关注设问能力层次的合理进阶。既要有低阶的理解与辨析能力的考查，也要有中阶的分析与推测、归纳与论证能力的考查，还要有高阶的探究与创新能力的考查，在能力层次上力求分布合理。进行问题设计的时候可通过单一角度、综合角度、指定角度、提示角度来调控问题的难度，让能力考查目标真正落实，避免无效题的出现，确保试题设问的科学性。以物质转化及应用类试题为例，可通过真实的工业生产流程让学生获取有关转化信息，回归课标要求的钠、氯、铁、硫、氮五种熟悉的元素，利用基础知识、基本概念对整个流程形成统摄性的认识，培养学生的理解与辨析能力。在分析具体流程中，根据物质的熔沸点数据可判断物质结构、分析物质性质;根据价类二维推断反应结果，预测反应现象，发展学生的分析与推测能力。在整体分析流程后，关注元素的进入与流出，识别有效证据，科学推理论证，利用提供的相关数据，处理并转化数据，归纳并总结出合理的规律，发展学生的归纳与论证能力。流程中涉及物质的分离与提纯，可根据体系组分的物理和化学性质设计方案，预测实验现象，分析实验数据，得出合理结论，发展学生的探究与创新能力，真正实现“无思维，不命题”[6]。

2 原创试题的命制实践

2.1 试题呈现

物质转化及应用类试题以真实的工业生产工艺为背景，考查学生根据元素流运用所学知识解决问题的能力。基于适宜性、简约性、科学性、进阶性、规范性原则命制试题（已作为2021年厦门市高三期末试题）如下：

钼及其化合物在航天航空工业等领域具有广泛的用途。利用辉钼矿（主要成分MoS2，杂质含有Fe、 Ca、 Cu等元素）经氨浸、酸沉等步骤制备（NH4）2Mo4O13·2H2O工艺流程如下：

（1） “焙烧”过程主要是为了实现“MoS2→MoO3”的转化，其化学方程式为，产生的废气常用NaOH溶液吸收获得（填化学式）。

（2） “焙烧”过程中温度会影响“氨浸”过程中钼元素的浸出率，其具体关系如下图所示，则最佳焙烧温度为，温度过高钼元素浸出率下降的原因可能是（填“MoO3升华”或“氨水分解”）。

（3） “氨浸”过程产生的“浸出渣X”是[填“Fe（OH）2”或“Fe（OH）3”]。

（4） “净化”过程是为了实现“[Me（NH3）4]（OH）2→MeS”的转化，其中Me为Fe、 Cu元素，该过程的化学方程式为。

（5） “氧化”过程加入H2O2的目的是。

（6） “氧化”过程产生的滤液中含钼微粒为（填离子符号），分析加入HNO3可以沉钼的原因。

（7） 整个流程中可以循环使用的物质是（填化学式）。

本题以钼精矿为原料，经氨浸、酸沉等步骤制备（NH4）2Mo4O13·2H2O为真实情境，主要考虑到钼元素位于元素周期表第5周期ⅥB族元素，与位于同一副族的铬元素性质相似，虽然情境陌生度大，但是有可迁移的原型或样本。通过对钼酸铵氨浸、酸沉工艺[7]，氨碱联合浸出酸沉工艺[8]、钼焙砂预处理工艺[9]、氧压煮分解钼精矿[10]、高压碱煮分解钼精矿[11]、净化和酸沉工艺[12]等文献进行研究分析发现，氨浸酸沉工艺是目前最常用的工艺手段之一，其中蕴含的物质转化、分离与提纯、条件的控制、绿色化学与中学化学教学内容相对接近且包容度大，因此采用该工艺作为命题的素材。在进行具体流程绘制的时候，将其中涉及的其他微量元素及其除杂和化学工程技术方面的素材进行简化改编，使用目前教材上流程图的绘制方法，框中为操作流，进出物质分别画在框的正上方和正下方。在具体问题的设问上，注意合理设置问题的梯度。（1）主要是考查理解与辨析能力，从价类二维的视角来认识物质及其转化，因此在考查氧化还原反应化学方程式书写的时候，避免学生在反应物和产物及其核心元素化合价分析上浪费太多的时间，搭了“为了实现‘MoS2→MoO3的转化”支架，有利于学生类比迁移“FeS2→Fe2O3”，实现难度的平稳下降。（4）是通过多重平衡的竞争及相互转化考查学生归纳与论证能力。为了使试题有一定的区分度和效度，特地搭建“[Me（NH3）4]（OH）2→MeS”支架，让学生能够根据始末物质来分析平衡，正确写出化学方程式。在对HNO3“酸沉”步骤的设问产生疑惑时，二次查阅相关文献，进行相互印证，确保设问的科学性和规范性。

2.2 参考答案

上述试题的参考答案如下：

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

（2） 600℃;MoO3升华; （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;酸性条件下，MoO2-4转化为Mo4O2-13， Mo4O2-13结合NH+4形成（NH4）2Mo4O13沉淀; （7） NH4NO3。

2.3 命制思路

2.3.1 源于真实情境，服务选才，有利于引导中学教学实际

本题以生产环保情境利用钼精矿制备（NH4）2Mo4O13·2H2O的工艺流程作为切入

点，考点除了涉及必修部分的元素化合物、物质的分离与提纯等部分知识外，还涉及选择性必修部分的化学反应原理、沉淀溶解平衡及沉淀转化等相关知识。在对试题设问时，科学、合理地调控各个小题的难度，遵循由易到难的原则，从基础性→综合性→应用性，逐渐向创新性有序进阶。在能力考查方面，关注不同类型学生的习得，既有理解与辨析能力的考查，意在让学生能够辨识记忆起已学的知识并直接应用到新情境中去;也有要求根据流程元素流整体进行分析得出每个阶段元素的進出情况，考查学生的分析与推测能力;也有要求基于整个流程综合分析归纳并进行科学论证，得出合理结论，考查学生的归纳与论证能力;还有要求学生对整个流程进行创造性整合，将内隐的硝酸铵挖掘出来，与酸洗步骤中的外加物质形成有效关联，考查学生的探究与创新能力。整个能力考查基于流程、源于教材，突出考查学生在真实陌生情境中应用知识远迁移的关键能力。试题在区域测试中难度值为0.55，区分度好，整个数据呈现正态分布，大部分学生得分聚集在7分左右，较好地达成了夯实基础、聚焦能力、培育素养的考查目标。基于高考评价体系分析本题涉及的考查情境、考查内容与考查要求，如表1所示。

2.3.2 注重知识间的关联，发展学生的化学学科核心素养

化学学科核心素养是化学学科育人价值的集中体现，是学生通过化学学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，进而形成面对真实陌生复杂情境的时候能够调用学科核心知识解决问题的能力。本题各小题设问涉及的知识内容、认知能力水平、核心素养类型及相关水平描述、学业质量水平归纳如表2所示。

首先，在试题命制的过程中，需要关注知识间的关联，帮助学生实现知识的结构化。如（2）问首先让学生根据随着焙烧温度的升高钼的浸出率的变化曲线找出最佳焙烧温度为600℃，然后进行追问温度过高为什么钼元素浸出率会下降。其实这就是将不同模块知识间进行有效关联。氨水存在NH3·H2O

NH3+H2O，在常温下就会分解，而MoO3（O电负性数据为3.44、Mo电负性数据为2.16）由于两种元素电负性之差为1.28小于1.7，因此其作用力为共价键，为分子晶体，因此温度过高时会发生升华现象。通过这道题的设问，有效地将《化学反应原理》中平衡的移动与《物质结构与性质》中电负性与晶体的类型关系两个模块的知识进行了有效关联，实现了知识的结构化。

其次，在试题命制的过程中，需要关注认识思路的关联，帮助学生实现认识思路的结构化。如（1）问的设计分别从氧化还原反应“价维”和物质的类属通性“类维”帮助学生建立分析物质转化及应用类试题的理想转化的认识思路;（3）问的设计通过加入氨水调节溶液体系的pH达到沉淀Fe（OH）3实现分离提纯的目的，形成实践转化的认识思路;（6）问的设计通过调控体系的pH实现“MoO2-4Mo4O2-13”的转化，形成化学平衡移动的实际转化的认识思路;（7）问的设计要求学生从元素守恒的视角分析前序反应中有加入氨水和（NH4）2S引入NH+4，“沉钼”加入HNO3引入NO-3，因此滤液中一定存在NH4NO3，该物质可以循环利用到“酸洗”步骤，帮助学生形成工程转化的认识思路。通过整道试题的命制及设问的精巧布置，帮助学生实现物质转化及应用类试题认识思路的结构化，如图2所示。

最后，在试题命制的过程中，需要利用大概念（观念）进行统摄，帮助学生实现核心观念的结构化。如（4）问整合络合平衡和沉淀溶解平衡，要求学生在深刻理解“平衡”大概念视角下形成对问题的整体认识。无论何种平衡，都满足逆、动、等、定、变的特征，都可以利用勒夏特列原理定性分析平衡移动，也可以计算Q与K的关系定量判断平衡的移动方向。通过以“平衡”作为学科大概念进行统摄，帮助学生形成核心观念的结构化，如图3所示。

3 原创试题的不断优化

3.1 试题呈现

上述原创试题虽然可圈可点，但依然存在可以优化并完善的地方。首先，虽然有绿色化学循环利用的意识，但是如何从物质转化循环利用再生的单一视角进阶到物质再生与能量综合利用的关联视角挖掘不够;其次，虽然有通过控制实验条件来调节平衡移动以实现目标离子的转化或者去除，但只是从定性的视角进行研究，缺乏从定性到定量的进阶;三是虽然重视从价类二维关注物质转化，但更多的是从氧化还原反应的视角，对非氧化还原反应的关注不够;四是考查的知识点虽然分布广泛，但是对从化学反应原理视角来实现目标考查的力度还是略显单薄。基于此，继续寻找新的情境素材[13，14]，在原有基础上不断地进行优化，形成原创试题（并作为2022年厦门市高三期末试题）如下：

一种以辉钼矿（主要成分为MoS2，含少量Ca、 Fe、 Cu等元素）为原料制备钼酸铵生产工艺如下图所示。

已知： 25℃时，几种难溶物的溶度积如下表。

难溶物CaMoO4CaCO3CaSO4FeSCuS

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

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

（1） “氧化焙烧”过程：

① MoS2主要转化为CaSO4、（填化学式）。

② 加入石灰石，有利于降低焙烧温度;（从环保角度答题）。

（2） “盐浸”过程，生成MoO2-4的离子方程式为。

（3） “盐浸”过程，CuO转化为Cu（NH3）2+4，“净化”过程进一步转化为CuS除去。计算反应Cu（NH3）2+4+S2-CuS+4NH3的K=。

（4） “酸沉”过程MoO2-4会发生聚合生成多钼酸根。

① 生成（NH4）2Mo4O13·2H2O的离子方程式为。

② 可以从“滤液”中回收副产品（填化学式）。

（5） 可通过电渗析法制备八钼酸铵[（NH4）4Mo8O26]，工作原理如图。其中，阳膜和阴膜分别只允许阳离子、阴离子通过;双极膜中间层中的水解离为H+和OH-，并在直流电场作用下分别向两极迁移。

① 阳极发生的电极反应为。

② 分析酸化室可得到Mo8O4-26的原因。

3.2 参考答案

上述试题的参考答案如下：

（1） ① CaMoO4， ② 减小SO2污染性气体产生;

（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 双极膜中的H+迁移到酸化室可反应生成Mo8O4-26。

3.3 优化思路

一是优化后的试题以石灰石与辉钼矿联合氧化焙烧经过一系列工艺流程制备

多钼酸铵为情境素材，涉及的考点有物质转化、绿色化学、沉淀转化、多重平衡的定量计算、离子方程式的书写、新型电化学装置电极反应式书写及原理分析。相较于2021年高三期末物质转化及应用类试题考点涉及面更广，对化学反应原理的考查力度更大，体现了对必备知识、关键能力的重点考查。

二是进一步拓宽了学生对绿色化学的理解。以往各种物质转化类试题，涉及绿色化学循环利用类试题，一般都是仅仅局限于物质的再生，而本流程加入石灰石，除了可以减少SO2污染性气体的产生并在“盐浸”过程实现再生外，還可以降低“氧化焙烧”的温度。虽然这个考点命题者是以已知的形式告知学生的，但是在学生考完这道题后一定会进一步加深从物质转化和能量转化双重视角来认识物质转化。

三是帮助学生从定性进阶到定量的视角研究多重平衡的移动。无论是“酸洗”“氨浸”还是直接“盐浸”都可将铜元素浸出转化为Cu（NH3）2+4。无论是用硫化铵还是用硫化钠“净化”都是为了将络离子转化为CuS除去，因此从定量视角让学生通过计算得出K值等于5×1022，自发趋势大，将学生对该转化的认识从定性提升到定量，有利于培养学生的高阶思维。

四是呈现最新的电渗析专利技术，让学生利用电化学认知模型分析该电化学装置，利用宏观微观符号三重表征方法将电极反应式书写出来，运用规范和富有逻辑性的语言进行表达，准确地运用化学用语表达抽象的过程，这样的命题手法有利于学生进一步加深对物质转化的理解。物质转化除了通过设计化学反应实现目标转化外，还可以通过设计电化学装置实现目标物质的转化。上述流程通过“酸沉”实现四钼酸铵的转化和电渗析法实现八钼酸铵的转化，其本质都是一样的，不同的是使用电渗析法通过多室双极膜调控离子的定向移动，有利于提高产品的纯度和转化效率。通过在同一道试题中呈现不同的制备方法，并通过提供新反应、新装置，考查学生提取、加工、整合信息的能力，有利于形成自主学习、终身学习的意识和能力。

在日常的教学过程中，为应对物质转化及应用类试题需要在以下四个方面下功夫： 一是帮助学生在从价类二维理想转化进阶到从热力学、动力学实际转化的结构化认识上下功夫，因此可让学生自主建构各类元素及其化合物的价类二维图。学生之间进行互评，然后教师进行点评优化，帮助学生形成知识之间的有效关联。从具体的物质转化继续进行追问，让学生形成从热力学、动力学综合视角认识物质及其转化。二是帮助学生在从单一转化向协同转化上下功夫。绿色化学的要义就是反应物、生成物、反应条件的绿色化，实现原子经济性，因此在设计物质转化的时候要充分考虑副产物的再生循环问题。教师在讲授SO2吸收问题的时候，可先让学生从单一视角进行分析，这样学生可以想到利用饱和石灰水吸收，吸收成本低但是吸收效率也低;也会有学生想到利用NaOH溶液吸收，吸收效率高但成本也高。如何发挥各自的优势又避免各自的劣势，引导让学生采取耦合协同的思路设计双碱吸收法，既提高了SO2的吸收效率，又实现了NaOH的再生，还获得了副产品石膏，一举三得，这就是工业实际转化的思路。三是帮助学生在从物质转化向物质、能量协同转化上下功夫。物质转化有时是为了获得目标物质，有时是为了获得目标能量，因此可将两者有效结合起来，不仅实现物质再生，也尽量实现能量的综合利用。四是帮助学生从结构决定性质的视角认识物质转化上下功夫。物质之间的转化不是相互孤立的，而是由内在的结构决定的。这两道原创试题分别从MoO3晶体的类型和形成Cu（NH3）2+4两个具体案例给我们呈现了利用物质的特殊结构所具有的特殊物理或化学性质进行物质分离提纯的智慧，这样的思路也可以迁移到日常的教学过程中。比如在分析教材海水提镁工艺流程的时候，可以追问工业上为什么采用电解熔融的MgCl2而不采用电解熔融的MgO来制备Mg，这样就可以引导学生从两个晶体的熔沸点以及造成熔沸点不同的结构来进行分析，帮助学生从更加宽广的视角来认识物质及其转化。

《诗经·卫风·淇奥》有云“有匪君子，如切如磋，如琢如磨”，命题就是一个不断精雕细琢，不断超越自我的过程。指向化学学科核心素养发展的原创试题的命制应关注情境的真实性、问题设问的科学性、知识覆盖的合理性，通过素材和设问的合理呈现、服务选才、引导教学，帮助学生实现从知识的结构化走向认识思路的结构化，最终进阶到形成对核心观念理解的结构化。

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