情境化試題的基本要素、背景類型與品質追求

摘要： 由于核心素養可以看作是個體應對各種復雜多變現實情境時所需要的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，因此，情境化試題便成為基于學科核心素養評價的熱點題型。綜合有關情境化試題基本要素的已有論述，以及“情境”是具有“待完成性”和“召喚力結構”的場景的辯證認識，可以認為情境化試題主要包括目的、背景、問題和知識4個相互關聯的基本要素。其中，“背景”是情境化試題的本質特征，用新課程標準中的高頻詞進行描述，主要有STSE、學科知識、科學實驗、化工生產等幾種不同來源。從“背景”要素的角度看，真實性以及與其他要素的高度融合是情境化試題的品質追求。

關鍵詞： 情境化試題; 核心素養; 高考化學; 試題分析

文章編號： 1005-6629（2019）12-0076-06? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： B

自2016年9月“中國學生發展核心素養”基本框架及2018年1月普通高中課程方案和各學科課程標準（2017年版）頒布以來，在“核心素養”成為討論熱點的同時，“情境”也成為了高頻關鍵詞。就化學學科而言，在《普通高中化學課程標準（實驗）》（2003年版）中，“情境”和“情景”共出現6次，其中“情境”只有1次。由于“情境”的時空范圍比“情景”大，往往比“情景”包含更多的情形。因此，《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱新課程標準）統一使用的是“情境”，詞頻也大幅度增加。除了在必修課程和選擇性必修課程14個主題下都設有“情境素材建議”欄目以外，“情境”還以“真實情境”“問題情境”等詞組的形式出現了49次。

“情境”成為高頻關鍵詞與“核心素養”的涵義密切相關。《中國學生發展核心素養》基本框架指出，學生發展核心素養主要是指學生應具備的能夠適應終身發展和社會發展需要的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。由于在個體發展或社會發展的進程中可能出現多種復雜的、不確定性的現實情境，所以，核心素養也可以看作是個體應對各種復雜多變現實情境時所需要的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。從本質上看，“素養是個體后天習得的、能夠適應和改造環境的可能性”[1]。為此，學校教育應該幫助學生形成應對各種復雜現實情境，合理解決其中有關問題的觀念、品格和能力。同時，基于學科核心素養的評價，也必須“以真實情境為測試載體”。

自2014年上海、浙江和2017年北京等省市啟動高考改革以來，隨著2017年版普通高中課程方案和各科課程標準的實施，2019年4月又有河北、江蘇等8省份公布了新高考方案，全國各地高考化學等試卷中情境化試題的比例和品質也有了進一步的提升。本文擬以2019年高考全國Ⅰ卷理科綜合中的化學試題（以下直接標注試題序號）為例，探討情境化試題的基本要素、背景類型與品質追求。

1? 情境化試題的基本要素

《普通高中化學課程標準（實驗）》曾在“評價建議”中指出，紙筆測驗“應注意選擇具有真實情景的綜合性、開放性的問題，而不宜孤立地對基礎知識和基本技能進行測試”[2]（其中的“真實情景”與新課程標準中的“真實情境”相對應）。自此，全國各地以高考為代表的試題研制工作就開啟了對問題“真實情境”的追求和探索。筆者曾以2010年江蘇高考化學試題為例，對化工流程試題的背景與化工文獻進行對比分析，以探尋選擇與加工化工生產類背景的依據和策略[3]。

關于情境化試題，新課程標準給出了由素養、情境、問題和知識4個要素組成的以化學學科核心素養為導向的命題框架（如圖1所示）[4]。同時強調，4個要素中的“情境”和“知識”必須同時服務于“問題”的提出與解決;問題、情境、知識三者之間要有一定程度的密切聯系;“情境”的設計、“知識”的運用、“問題”的提出與解決都要有利于實現對學生“素養”的測試。

圖1? 新課程標準中以核心素養為導向的命題框架

陳進前認為，情境化試題包括立意、情境、設問三個要素[5]。其中，立意主要是指考查目的和考查內容，立意應該體現在情境和設問之中，而設問又應該建立在情境基礎之上。情境化試題的研制過程，一般是先確定命題立意，然后選擇背景材料設置試題情境，最后確定設問。試題情境的設置既要體現命題立意，又要為設問留下線索和接口。

巫陽朔則認為，情境化試題“由試題立意、背景材料和情境任務三個要素構成”[6]。其中，“試題立意”體現試題設計的考查目標，是整個試題設計的指導思想，是“背景材料”選取和“情境任務”設置的共同主題;“背景材料”是構建“情境任務”，以及學生綜合運用知識和技能完成“情境任務”的基礎;“情境任務”是在“背景材料”潛在的多樣挑戰中根據“試題立意”為學生設置的有待解決的問題，“情境任務”既體現“試題立意”，又能使“背景材料”的潛在挑戰明晰化。

比較以上三種情境化試題基本要素的觀點可以發現，后兩個三要素的觀點基本相同，而四要素的觀點比三要素多一個“知識”要素;同時，三個基本相同的要素還存在表述上的差異，如核心素養、立意與試題立意，真實情境、情境與背景材料，實際問題、設問與情境任務。另外，張齊華認為，“一個真正意義上的情境應該能激發學生樂于參與、關注和活動的‘情，并引導學生沉浸于探索、思維和發現之‘境”。也就是說，“情境”本身就是具有“待完成性”和“召喚力結構”的場景[7]。因此，在教育學意義的“情境”中，既有激發學生的“背景”，也有使學生沉浸的“問題”，當然還涉及用于解決“問題”的相關學科“知識”。綜合上述有關情境化試題基本要素的已有論述，以及對“情境”涵義的辯證認識可以認為，情境化試題應該包括目的、背景、問題和知識4個基本要素，而且目的統攝背景、問題和知識，從而使4者相互關聯構成整體（如圖2所示）。

圖2? 情境化試題的基本要素及其相互關系

例1? （第8題）關于化合物2-苯基丙烯（），下列說法正確的是

A. 不能使稀高錳酸鉀溶液褪色

B. 可以發生加成聚合反應

C. 分子中所有原子共平面

D. 易溶于水及甲苯

例1的“目的”主要是從有機化合物的角度考查學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養;“背景”是化合物2-苯基丙烯及其結構的鍵線式;“問題”是有關2-苯基丙烯的結構與性質的正誤判斷;“知識”包括苯環側鏈烴基與高錳酸鉀溶液的反應、碳碳雙鍵的加聚反應、分子中原子共平面的條件、烴類的有關物理性質等。為了實現從有機化合物的角度測試“宏觀辨識與微觀探析”素養的目的，例1選取了一個具體結構的有機物作為“背景”。這一“背景”蘊含了許多學科知識，除了4個選項所對應的“知識”以外，還包括判斷分子中碳碳雙鍵與HBr等加成反應的可能產物、室溫下與Br2加成產物中手性碳原子的數目、核磁共振氫譜圖中峰的個數與面積比等其他相關“知識”，所以“背景”中與“知識”對應的潛在“問題”要比試題所表述的豐富，是試題設置的具體“問題”限制了“背景”中潛在的其他挑戰。

因此，在情境化試題的目的、背景、問題和知識4個基本要素中，“目的”決定試題的測試內容，統攝試題的其他要素，雖然其他背景以及相應的問題和知識也可能實現同樣的“目的”，但受“目的”統攝的背景、問題和知識必須同時服務于“目的”;“背景”所涉及的“知識”具有相對的豐富性，甚至可能跨越多個學科，所以“背景”往往潛在著多于需要的可能“問題”;圍繞目的、背景以及學生已有知識所設置的問題，能限制“背景”潛在的其他挑戰，更好地實現相應的測試“目的”。

2? 情境化試題的背景類型

基于情境化試題的基本要素，可以從目的、背景、問題和知識等不同角度對情境化試題的特點進行分析。洪良騰就曾從檢測“目的”的角度，將2018年高考全國Ⅰ卷理科綜合化學試題分為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等5個不同檢測重點[8]。由于情境化試題的本質特征是將目的、問題和知識融合在一定的背景之中，以實現檢測學生應對各種復雜現實情境所必需的相關素養的“目的”，同時促進學校教育把培育和發展學生的核心素養作為教學改革的出發點與歸宿。因此，本文選擇情境化試題中的“背景”要素，從“背景”素材來源的角度探討高考化學情境化試題的有關性質。

關于高考化學情境化試題中“背景”素材的來源，也曾有多種不同的觀點。趙雪認為主要來源于社會與生活、學科知識、化學實驗、化學模型及數據圖表4個方面[9];陳進前認為“以有機合成轉化關系圖、實驗報告、化工生產工藝流程圖、科研文獻等”為主[10];鄒國華等認為主要有“生產工藝類、生活實踐類和科學研究類”，并且“以生產工藝類和科學研究類”為主[11]。其實，“化學模型及數據圖表”與“學科知識”“化學實驗”，以及“有機合成轉化關系圖”“化工生產工藝流程圖”與“科研文獻”之間似有包含或交叉關系。因此，有必要重新厘清“背景”素材的來源，并進行更為合理的分類。此前，陳凱等曾利用NLPIR工具對新課程標準進行文本挖掘，以通過詞頻探尋其關注的熱點以及對“中國學生發展核心素養”的呈現情況[12]。為此，筆者結合近年來高考化學試題的實際情況，并選擇新課程標準中的高頻詞語，將2019年高考全國Ⅰ卷理科綜合化學試題中的“背景”分為STSE、學科知識、科學實驗、化工生產等幾種主要來源。

2.1? STSE

STSE是科學（Science）、技術（Technology）、社會（Society）、環境（Environment）的英文縮寫。新課程標準非常重視STSE教育，以促進學生理解“化學不僅與經濟發展、社會文明的關系密切，也是材料科學、生命科學、環境科學、能源科學和信息科學等現代科學技術的重要基礎”，因而STSE在新課程標準中出現的詞頻達11次之多。

例2? （第7題）陶瓷是火與土的結晶，是中華文明的象征之一，其形成、性質與化學有著密切的關系。下列說法錯誤的是

A. “雨過天晴云破處”所描述的瓷器青色，來自氧化鐵

B. 聞名世界的秦兵馬俑是陶制品，由黏土經高溫燒結而成

C. 陶瓷是應用較早的人造材料，主要化學成分是硅酸鹽

D. 陶瓷化學性質穩定，具有耐酸堿侵蝕、抗氧化等優點

基于STSE背景的情境化試題通常是以化學與技術、社會、環境相關的事件引出問題，例2以象征中華文明的陶瓷制造為背景考查硅酸鹽等物質的物理或化學性質，利用中華優秀傳統文化中的化學知識（“雨過天晴云破處”）考查學生對常見化合物性質的掌握情況，充分體現中華優秀科技成果或傳統文化在促進人類發展和社會進步等方面的貢獻，也屬于STSE范疇的背景。

2.2? 學科知識

學科有廣義和狹義的雙重涵義，其中廣義的學科是指“相對獨立的知識體系”，狹義的學科是指“學校教學的科目”。這里的學科知識對應狹義的學科，主要是指中學化學課程標準范疇的全部化學知識。雖然不同知識的教育價值不完全相同，但學生核心素養的培育都必須以相應的學科知識為載體。

例3? （第13題）科學家合成出了一種新化合物W+

，其中W、 X、 Y、 Z為同一短周期元素，Z核外最外層電子數是X核外電子數的一半。下列敘述正確的是

A. WZ的水溶液呈堿性

B. 元素非金屬性的順序為X>Y>Z

C. Y的最高價氧化物的水化物是中強酸

D. 該新化合物中Y不滿足8電子穩定結構

例1選取一個具體結構的有機物作為背景，有機物的具體結構聯系著豐富的學科知識。例3雖有“科學家合成出了一種新化合物”的敘述，真正的背景除了新化合物結構圖以外，還包括“W、 X、 Y、 Z為同一短周期元素，Z核外最外層電子數是X核外電子數的一半”，這些都對應著元素周期表和物質結構等方面的初步知識。

2.3? 科學實驗

實驗是推動化學科學發展的重要手段，實驗在新課程標準中的總詞頻更是多達304次。情境化試題中的科學實驗，有中學化學課程標準范疇的實驗基本操作以及有關物質制備和性質實驗的改進方案，也有用中學化學知識能夠解釋的有關物質性質或制備以及化學反應原理的探究實驗。科學實驗在情境化試題中經常以實驗裝置圖、實驗操作、實驗現象以及圖表中的實驗數據等形式呈現背景要素。

例4? （第9題）實驗室制備溴苯的反應裝置如圖3所示，關于實驗操作或敘述錯誤的是

圖3? 實驗室制備溴苯的反應裝置

A. 向圓底燒瓶中滴加苯和溴的混合液前需先打開K

B. 實驗中裝置b中的液體逐漸變為淺紅色

C. 裝置c中的碳酸鈉溶液的作用是吸收溴化氫

D. 反應后的混合液經稀堿溶液洗滌、結晶，得到溴苯

例5? （第28題）水煤氣變換[CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）]是重要的化工過程，主要用于合成氨、制氫以及合成氣加工等工業領域中。回答下列問題：

（1） Shibata曾做過下列實驗： ①使純H2緩慢地通過處于721℃下的過量氧化鈷CoO（s），氧化鈷部分被還原為金屬鈷（Co），平衡后氣體中H2的物質的量分數為0.0250。②在同一溫度下用CO還原CoO（s），平衡后氣體中CO的物質的量分數為0.0192。

根據上述實驗結果判斷，還原CoO（s）為Co（s）的傾向是CO? ? ? ? H2（填“大于”或“小于”）。

（2） 721℃時，在密閉容器中將等物質的量的CO（g）和H2O（g）混合，采用適當的催化劑進行反應，則平衡時體系中H2的物質的量分數為? ? ? ? （填標號）。

A. <0.25? ? B. 0.25? ? C. 0.25～0.50

D. 0.50? ? ? E. >0.50

（3） 我國學者結合實驗與計算機模擬結果，研究了在金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程（如圖4所示），其中吸附在金催化劑表面上的物種用*標注。

圖4? 金催化劑表面上水煤氣變換的反應歷程

可知水煤氣變換的ΔH? ? ? ? 0（填“大于”“等于”或“小于”），該歷程中最大能壘（活化能）E正=? ? ? ? eV，寫出該步驟的化學方程式? ? ? ? 。

（4） Shoichi研究了467℃、 489℃時水煤氣變換中CO和H2分壓隨時間變化關系（如圖5所示），催化劑為氧化鐵，實驗初始時體系中的pH2O和pCO相等、pCO2和pH2相等。

圖5? 水煤氣變換中CO和H2分壓隨時間變化關系

計算曲線a的反應在30～90min內的平均速率v（a）=? ? ? ? kPa·min-1。467℃時pH2和pCO隨時間變化關系的曲線分別是? ? ? 、? ? ? 。489℃時pH2和pCO隨時間變化關系的曲線分別是? ? ? 、? ? ? 。

溴苯的制備實驗，是上世紀及本世紀初“一綱一本”教科書中的演示實驗，在新世紀“一標多本”教科書政策之下，基于“綠色”化學理念的考慮，有些版本的教科書回避了該實驗，例4是基于中學化學課程標準的范疇，改進了教科書中的原有裝置，以探究溴苯制備的相關問題。例5則是以中外學者針對水煤氣變換的科學實驗為背景，雖然實驗本身不是課程標準所要求的，但學生能夠利用化學反應原理的有關知識，根據學者的實驗數據及關系圖表，分析反應的限度和能量變化，判斷反應的歷程和可能機理，推測溫度等因素對反應速率和平衡移動的影響，從而在問題解決的過程中，外顯自身所具有的“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等核心素養。

2.4? 化工生產

化工生產是化學學科實現社會價值的主要途徑，化工生產在新課程標準中的總詞頻也多達17次。從近年來高考化學真題或模擬題來看，化工生產文獻是情境化試題“背景”的主要來源[13]。化工生產類“背景”在情境化試題中的呈現形式主要有化學工藝流程、有機合成路線以及與生產過程、生產條件等相關的圖像和數據等。

例6? （第26題）硼酸（H3BO3）是一種重要的化工原料，廣泛應用于玻璃、醫藥、肥料等工藝。一種以硼鎂礦（含Mg2B2O5·H2O、 SiO2及少量Fe2O3、 Al2O3）為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程如圖6所示。

圖6? 以硼鎂礦為原料生產硼酸及輕質氧化鎂的工藝流程

回答下列問題：

（1） 在95℃“溶浸”硼鎂礦粉，產生的氣體在“吸收”中反應的化學方程式為? ? ? ? 。

（2） “濾渣1”的主要成分有? ? ? ? 。為檢驗“過濾1”后的濾液中是否含有Fe3+離子，可選用的化學試劑是? ? ? ? 。

（3） 根據H3BO3的解離反應： H3BO3+H2O

H++B（OH）? -4， Ka=5.81×10-10，可判斷H3BO3是? ? ? ? 酸;在“過濾2”前，將溶液pH調節至3.5，目的是? ? ? ? 。

（4） 在“沉鎂”中生成Mg（OH）2·MgCO3沉淀的離子方程式為? ? ? ? ，母液經加熱后可返回? ? ? ? 工序循環使用。由堿式碳酸鎂制備輕質氧化鎂的方法是? ? ? ? 。

以硼鎂礦為原料生產硼酸的工藝已經非常成熟。“中國知網”中有許多由硼鎂礦為原料生產硼酸以及氧化鎂、硫酸鎂或碳酸鎂等含鎂化合物的文獻，例6的背景就來自化工生產的實例，其中的問題也是學生用已有知識能夠解決的化工生產中的實際問題。

3? 情境化試題的品質追求

由于情境化試題的本質特征是將“目的”“問題”和“知識”融合在一定的“背景”之中，使“背景”成為情境化試題的核心，對“目的”“問題”和“知識”等要素起承載作用。所以，“背景”也是觀察情境化試題品質追求的獨特視角。

3.1? 背景的真實性

對背景真實性的追求，主要源于培育和發展學生應對各種復雜多變現實情境時所需核心素養的根本任務。早在2010年，筆者以江蘇高考化學試題為例分析化工流程試題研制策略時，幾乎從中國知網中找到了所有對應的文獻來源，所以，當年的江蘇高考化工流程試題為追求“背景”的真實性樹立了榜樣。隨著2019年全國高考理科綜合測試的結束，教育部考試中心命題專家組解密了有關試題的背景來源。如Ⅰ卷中的第12題“以頂級化學期刊上發表的新型合成氨生物燃料電池為載體”，第13題以Science雜志報道的“一種新化合物——雙（三氯甲基）磷陰離子”為素材背景，第28題第（3）問的背景“來源于我國化學工作者發表在頂級期刊Science中的文章”，第35題“以我國科學家在頂級刊物Nature發表的‘雙相納米高強度鎂合金的方法”為背景等等[14]。可見，無論試題是否說明，其背景都是真實的，而且涉及了許多世界領先的最新科技成果。這不僅能讓學生通過試題背景認識化學學科價值，更能通過真實問題檢測學生的核心素養。

3.2? 背景的融合性

情境化試題中“背景”與“目的”“問題”“知識”等要素的融合程度是“背景”的另一個分類角度。按照趙雪等人的觀點，“背景”與其他要素的融合程度可以分為A、B、C三個層級[15]。A層級——背景與其他要素關聯度不大，可以避開背景直接識別問題，運用已有知識解決問題;B層級——考查內容與背景互相融合，需從背景中獲取已知條件或問題信息，再運用已有知識解決問題;C層級——需將背景信息進行內化，并與已有知識進行重組形成新的知識，才能實現問題解決。縱觀2019年全國高考Ⅰ卷理科綜合化學試題中的7個選擇題，以及非選擇題中的3個必考題和2個選考題，其中背景與其他要素的融合程度基本都處于B、 C兩個層級，需要學生從試題背景中獲取關鍵信息，或將背景信息在內化的基礎上與已有知識進行重組，才能獲得問題的順利解決。這樣對試題背景融合性的追求，能夠控制關聯度不大的信息，減少不必要的“穿靴戴帽”現象，從而提高試題考查學生解決實際問題能力的功能價值。

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