指向化学学科核心素养的高三原创试题命制

张莉娜 贺 新 陈健伟

(1.北京教育学院数学与科学教育评价研究中心 2.中国人民大学附属中学)

随着考试大纲的取消,新课程的高考要依据«普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)»(以下简称“课程标准”),实施素养导向的考试评价.课程标准基于学科本质,凝练了化学学科核心素养,包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”,并明确指出,高中化学课程的教学和考试评价都要以发展化学学科核心素养为主旨,开展“素养为本”的教学,倡导基于化学核心素养的评价,即依据化学学业质量标准,评价学生化学核心素养的达成情况.我们以原创试题“嫦娥五号上的国旗”为例,介绍命制指向化学学科核心素养的高三原创试题的思路以及试题的使用.

1 “嫦娥五号上的国旗”试题命制依据

化学学科核心素养的高三试题命制旨在依据课程标准检测学生素养的达成情况,为改进教学,促进学生发展服务.因此试题应以课程标准为依据,以化学学科核心素养为导向,准确把握“素养”“情境”“问题”和“知识”这4个要素在命题中的定位及相互联系,构建以化学学科核心素养为导向的命题框架,如图1所示.

图1

上述框架表明,“情境”和“知识”同时服务于“问题”的提出与解决;“问题”指向评价关键能力的达成程度,例如“理解”“应用”等;“知识”指向具有促进学生形成化学核心素养价值的重要概念,例如“物质结构”“化学反应”等;“情境”是表现问题的素材和载体,承载供给信息等作用.“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化学核心素养的评价.

2 “嫦娥五号上的国旗”试题命制思路

依据上述框架,呈现原创试题“嫦娥五号上的国旗”及其解析.

【试题】北京时间2020年12月17日1时59分,嫦娥五号返回器在内蒙古四子王旗着陆场安全着陆,这标志着探月工程嫦娥五号任务取得圆满成功.嫦娥五号任务不仅标志着中国航天向前迈出了重大一步,也将为深化人类对月球成因和太阳系演化历史的科学认知作出贡献.嫦娥五号上的国旗科技含量十足,能够耐高、低温,防静电,防月球尘埃,在月球表面极端恶劣的环境下,依然可以不褪色、不串色、不变形.这面国旗以国产高性能芳纶纤维材料为原料,包含多项高科技技术:利用“高效短流程嵌入式复合纺纱技术”,国旗面料攻克了高模量差异纤维高品质纱线制备的技术难题,利用“优质天然高分子材料的超细粉体化及其高附加值的再利用技术”制备了微纳米蚕丝粉体;利用小分子调控技术实现了芳纶纤维的结构调控及颜色构建,并在此基础上实现了极端紫外条件下优良的耐日晒牢度;利用其与颜料粒子的协同作用,从本质上解决了极端条件下颜料热升华及热迁移牢度问题.

通过这些高科技技术,最终实现了嫦娥五号在月球上展现的那一抹“中国红”.芳纶MPIA 的合成路线如图2所示.

图2

(1)嫦娥五号上的国旗具有的科技含量有_________(填序号).

①耐高、低温

②防月球静电、尘埃

③极端恶劣的环境下,可能会褪色、串色或变形

(2)A 是一种芳香烃,其名称为________;反应条件a为________.

(3)B到C的反应类型为________.

(4)下列关于D 的说法正确的是________(填序号).

①与A 互为同系物

②同分异构体共有2种

③可直接与酸性高锰酸钾反应生成F

④一氯取代产物有3种

(5)Ce4＋可将D 氧化为E,生成Ce3＋,反应过程中D 和Ce4＋的物质的量之比为_________.

(6)下列关于高性能芳纶纤维材料的叙述正确的是_________(填序号).

①是有机高分子材料

②主要成分是纤维素

③小分子调控芳纶是化学变化

④利用芳纶与颜料粒子的协同作用,能促进颜料的升华

(7)请写出G 的结构简式:_______.

(1)①②.

(2)苯;浓硫酸、浓硝酸、加热.

(3)还原反应.

(4)①③.

【试题分析】关于本试题设计的分析.

1)测试对象(学生水平)

本试题的测试对象为高中三年级的学生,这部分学生是在完成必修和选择性必修化学学习的基础上,选择化学作为计入高校招生录取总成绩的学业水平考试科目.

2)测试宗旨(核心素养)

2.1.3 冠幅 冠幅表示植株的盖度。2015年4种种植模式油用牡丹的冠幅表现为：油用牡丹-碧桃套种>油用牡丹-核桃套种>油用牡丹单一种植>油用牡丹-香椿套种；2016年油用牡丹的冠幅表现为：油用牡丹-香椿套种>油用牡丹-碧桃套种>油用牡丹-核桃套种>油用牡丹单一种植。油用牡丹-香椿套种在2015冠幅最低，而2016年冠幅最大，说明，该模式油用牡丹的长势最明显，其次是油用牡丹-碧桃套种模式的生长较好。

本题测试宗旨主要是“证据推理与模型认知”的化学学科核心素养,涉及“宏观辨识与微观探析”和“科学态度与社会责任”核心素养的考查.要求学生能从原子、分子水平认识物质的组成、结构、变化,能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题;具有证据意识,能基于证据对物质组成、结构及变化提出可能的假设,通过分析推理加以证实或证伪;建立观点、结论和证据之间的逻辑关系,并能运用模型解释化学现象.

3)测试载体(真实情境)

本试题以我国探月工程嫦娥五号返回器着陆的新闻等为背景,创设了真实、有意义的测试情境:研究芳纶MPIA 的合成路线.结合中学的教学实际,设计出该试题的测试任务,有利于考查学生从微观(官能团)视角分析有机物的性质及反应,同时也能促进学生思考、推理和判断分析水平的发展,有利于测试学生“证据推理与模型认知”核心素养的达成水平.

4)测试任务(实际问题)

课程标准要求学生“能写出烃及其衍生物的官能团、简单代表物的结构简式和名称”“能描述和分析各类有机化合物的典型代表物的重要反应”“能综合应用有关知识完成推断有机化合物、检验官能团、设计有机合成路线等任务”“能对单体和高分子进行相互推断,能分析高分子的合成路线”.本题依据测试宗旨和目标,基于真实、有意义的测试情境向学生提出了7个实际问题,涉及物质的组成、结构、性质,物质转化,定量分析等方面,同时考查了学生依据情境信息分析推断得出结论的能力.试题依托合成路线图,将化学知识与前沿科学技术融合在其中,要求学生在理解合成路线的基础上,能依据情境信息进行分析推断,判断反应类型,书写苯等典型有机物,并根据高中阶段重要的有机反应等知识推断有机化合物、分析有机合成路线,对单体和高分子进行相互推断.

试题充分体现了测试任务与真实情境之间的紧密联系,符合当下的素养考查趋势.

第(1)问和第(6)问要求学生从情境信息中分析出嫦娥五号上的国旗具有的科技含量,并得出高性能芳纶纤维材料的相关推断结论,测试学生“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”素养(学业质量水平3:能说明官能团对物质性质的影响;能结合实际问题情境认识有机化合物转化和合成在社会经济可持续发展、提高生活质量等方面的重要贡献)是否达成.

第(2)问和第(3)问要求学生掌握典型有机物苯的名称及其重要反应、有机反应类型等知识,测试学生“证据推理与模型认知”素养(学业质量水平4:要求学生能在物质及其变化的情境中对物质及其变化进行分析和推断)是否达成.

第(4)问具有一定综合性,需要学生认真理解有机合成路线图中物质转化关系,综合运用同系物、同分异构体和有机反应的相关知识,并能对单体和高分子进行相互推断,能分析高分子的合成路线,测试学生“证据推理与模型认知”素养(学业质量水平4)是否达成.

第(5)问要求学生在综合运用氧化还原相关知识的基础上进行定量分析,推出合理的结论,测试学生“证据推理与模型认知”素养(学业质量水平3)是否达成.

第(7)问需要学生分析有机合成路线图中的物质转化关系,对单体和高分子进行相互推断,能分析高分子的合成路线,测试学生“证据推理与模型认知”素养(学业质量水平4)是否达成.

5)解决问题的工具(化学知识)

本试题要求学生运用已有的知识及从试题中领悟到的相关知识来解决所提出的问题,这些知识包括:掌握典型有机物的组成、结构与反应[第(2)(3)(6)问];通过定性和定量分析得出氧化还原反应中氧化剂和还原剂的比例[第(5)问];对有机物以及有机合成路线进行分析和推断[第(4)(7)问].

3 “嫦娥五号上的国旗”试题应用及反思

“嫦娥五号上的国旗”是高三化学检测题,用于有机化学的学习和复习检测,帮助学生巩固和活化知识.试题根据课程标准,从科技前沿的实际问题入手,以文字叙述和有机合成路线图的形式将物质组成、结构、性质与转化、定量分析等相关知识包装起来,创设真实、有价值、有较高思维要求的问题情境,不仅引导学生关注了科技前沿问题,而且考查了学生对化学基础知识和理论的理解,并迁移应用到真实问题的分析和解决的过程中,该试题能有效地评价学生在陌生的情境中,能否将知识融会贯通,能否基于“证据推理与模型认知”和“宏观辨识与微观探析”推理得出有机物的合成路线.