指向学业质量的试题命制、评价与建议*--以合肥市包河区教学检测第16题为例

刘亮荣 王 学 钱 锁

(1.合肥市第四十六中学 2.合肥市第六十五中学 3.合肥市第四十八中学滨湖校区 安徽合肥 230000)

一、试题与参考答案

(7分)空气是人类赖以生存的宝贵资源,某校化学兴趣小组以“探究空气的奥秘”为主题开展项目式学习。

[任务一]认识空气的组成

(1)在二百多年前,拉瓦锡用汞定量研究了空气的成分,该实验中选择汞的优点有。

A.生成物氧化汞是固体

B.不和空气中的其他物质发生反应

C.反应的生成物在加热条件下能重新反应生成金属汞和氧气

D.能几乎耗尽密闭装置中空气中的氧气成分

(2)现代可利用图1中的装置结合传感器测定空气中氧气的含量。实验过程中容器内气体温度和压强的变化趋势如图1所示,请回答下列问题。

图1 第(2)题图示

请解释刚开始反应时,装置内压强升高的原因:。

a时刻开始压强突然增大,实验操作是。

[任务二]保护空气

PM2.5是一种常见的空气污染物,请写出另一种空气污染物的化学符号。

图2是某地PM2.5来源分布图,下列选项中不能有效降低PM2.5浓度的是。

图2 任务二图示

图3 第(3)题图示

①减少机动车数量 ②利用太阳能、风能发电替换传统的通过燃烧煤来发电 ③工业中产生的工业污水一律经过处理达标后才允许排放

[任务三]探究空气中氧气的性质

(3)兴趣小组同学按照下图所示进行“铁丝在氧气中燃烧”的实验。为方便实验,氧气的收集方法应选择。

(4)为探究铁丝燃烧所需的氧气体积分数。某化学兴趣小组使用直径为0.38 mm的细铁丝,分别在不同体积分数的氧气中点燃,现象和数据记录如下表(表1):

表1 实验现象

[结论]根据题目信息可知,能保持0.38mm细铁丝燃烧的氧气最小体积分数M的取值范围是。

[注意:若答对下列(5)(6)小题奖励3分,化学试卷卷面总得分不超过40分。]

(5)上述实验中需要收集不同体积分数的氧气,若某同学先加入300 mL的水到容积为400 mL的集气瓶中,再盖紧玻璃片,倒放在水槽中,再向集气瓶中通入纯氧,收满后立即取出,则该同学收集到的氧气体积分数约为%(计算保留整数)。

(6)兴趣小组的同学猜想铁丝燃烧时火星四射的现象可能与铁丝含碳量多少有关。他们选择直径为0.20 mm、含碳量分别为0.1%、0.32%、0.52%的铁丝设计实验并证明猜想,请写出实验方案(其他有关用品可自行选用)。

[实验设计]。

参考答案:

[任务一](1)ABCD (2)红磷燃烧放热造成的压强增大幅度大于氧气减少造成的压强减小幅度;打开止水夹(或打开橡胶塞)

[任务二]SO2/NO2/O3/CO;③

[任务三](3)排水集气法 (4)55%

二、试题内容要求、学业质量水平、课程标准和素养水平分析

这是基于空气组成及氧气体积分数的综合性习题,考查点涉及测量空气中氧气含量的实验原理、排水集气法的计算及设计实验等。下面从内容要求、学业质量水平、课程标准和素养水平等多维度对其进行分析,具体如表2所示。

表2 试题多维度分析

三、试题分析

试题体现了新型的学习方式--项目式学习。项目式学习(Project Based Learning)是一种动态的学习方法,是学生在教师的引导下通过具体的学习项目,主动发现和探索生活中的问题与挑战。在项目式学习中,学生的学习目标明确,随着项目的深入,学生能加深对相关知识的印象,培养一定的生活和学习技能。从项目式学习的设计视角看,试题通过学科知识的内在逻辑,促成学科素养的内化和科学态度的生成。化学学科核心素养导向下的命题,以综合评价体系与课程标准为参考依据,以学科素养为导向,围绕有意义的陌生情境,以项目式学习的形式实施知识与能力的考查,科学合理地设置试题难度,具有不同复杂程度的问题任务及评价标准。

试题结合化学史,以拉瓦锡测量空气成分的实验为前提,以教材中改编后的实验为背景,从反应物选择、实验原理、实验操作、空气组成及如何减少污染方面,结合氧气的性质、如何收集氧气以及氧气浓度等其他因素对反应剧烈程度的影响进行一系列设问。此题以学生熟悉的基础实验为背景,但各个任务之间相互联系又相互独立。学生对于任务既熟悉又陌生(对于实验操作是熟悉的,但对于实验过程中的某些具体数值如压强大小、氧气浓度大小是陌生的)。围绕空气中的各种组成气体,既有熟悉的答题原型,例如选择反应物的原则、装置内压强随实验过程的变化、常见的空气污染物及处理方法等;又有原型的简单变式,如结合化学史拉瓦锡选择汞作反应物的原因,不仅需要考虑反应物可与氧气反应、只与氧气反应、生成物不能是气体,还需要考虑汞与氧气反应生成的氧化汞在加热条件下可再次分解得到氧气和汞,让拉瓦锡更加确定了空气中的氧气体积分数。在探究铁丝燃烧所需的最小氧气气体分数时套入数学模型,从而确认最小值的取值范围等。

该试题积极探索与中学化学教学的良性互动,积极发挥教学相长的作用,促进学生对化学知识的认识和理解。通过深入挖掘化学书本知识的内涵,重视学生对化学思想方法的常规训练和实际运用,将化学知识中的核心元素、核心概念、基本原理融会贯通,全面提升学生的化学学科核心素养。项目式学习能提升学生的实践能力,发展学生的动手能力,加强学生的综合分析能力,但项目式学习素材的选择需注意其综合性和复杂性。教师要积极帮助学生学会从陌生复杂的真实问题情境中挖掘学习的化学核心知识,培养学生多角度解决问题的认知能力,然后总结、点拨,再针对性地分析问题、解决问题,进而提升学生的思维品质。实际上,项目式学习中学生不仅要获得知识,培养学生学习化学的兴趣也很重要;项目式学习的结果是重要的,而学习过程中的学习体验和思考同样重要;项目式学习中教师的讲解是次要的,更重要的是教师与学生相互间的交流与讨论。正所谓兴趣重于知识,过程重于结果,体验重于说教。

从认知维度分析,前三问均是以记忆为主的问题,后三问是建立在理解水平上的问题。例如第(5)题,学生要理解排水集气法的原理,还需要通过计算算出排掉一部分水后集气瓶内气体的体积分数。瓶内水的体积会完全转化为氧气,瓶内空气内还含有21%的氧气,将二者中含有的氧气体积相加后再除以集气瓶的总体积才是瓶内氧气的体积分数。总体看来,这些问题以基础题和实验探究题为主,个别问题有一定的综合性。

检测与评价最后还是要服务于教学。这就要求教师必须认真研读初中化学的课程标准和教材,严格把握教什么、学什么,要做到心中有内容、教学有目标,并根据学生的反馈及时调整内容和方式,培养学生化学学科核心素养。

四、对试题命制的一些思考

该试题的命制,是以新型的项目式学习为背景的,改变原有科学探究题的固定模式,从空气主题出发,发散思维,不断深入。原有科学探究题是从某个角度出发,探究影响化学反应速率的因素--反应物浓度、反应温度和反应物之间的接触面积,对学生的能力要求较高,不仅考查学生记忆的知识,还要求学生有阅读资料、利用资料解决问题的能力,尤其是阅读图表得出相关结论的能力。而该试题从空气这一关键词出发,发散知识点,考查了教材上测空气组成的实验、化学与环境的影响与处理方法、铁丝在氧气中的燃烧与氧气体积分数的关系、用排水集气法收集固定体积分数气体等多个知识点,各个题目之间相互联系,引导学生的思维逐渐深入。

格兰特·威金斯和杰伊·麦克泰格在他们的《追求理解的教学设计》一书中提出了逆向设计的概念和方法,其中的一个理念是:良好的试题命制是最好的教学设计的一部分,是学习的逆过程,通过试题的诊断功能解决了为什么要考、要考什么、要怎么考等一系列的问题。这启发教师思考教学方式方法,从学科教学走向学科育人,在教学过程中重视命题开发研究、情景素材开发和试题结构研究,将试题中解决问题的思维模型及主题内容的研究方法迁移到教学实践中。教师和学生都需要知道知识背后所蕴含的学科能力、教育观念和学科素养,通过简化知识、提炼观念、理解转化来促成认知结构的再次发展和提升。

整体来说该试题创意足、优点多,但笔者认为还可以在一些细节上进行优化。比如(1)(2)(3)(4)小题知识素材内容偏多但考查问题偏少,可以进行比例的适当调整;并未考查化学方程式的书写,可以设计一个考查化学方程式的小题以凸显化学学科的显著特点。另外试题(1)中正确答案偏多,C选项和A、B、D选项思路跳跃性大,作答时学生非常不容易回答全面,可以调整选项思路、减少正确答案个数。