理科綜合背景下中考化學試題情境創設的路徑

王文軍

摘要：創設真實問題情境是初中學業水平考試命題的重要特征，理科綜合背景下的中考化學試題情境創設強調基礎性、突出應用性、體現創新性。試題情境創設可通過創設知識關聯情境，考查化學學科必備的知識和能力;創設生活實踐情境，考查解決實際問題的應用能力;創設史實探究情境，考查化學思維能力等路徑來實現。

關鍵詞：中考化學;試題命制;情境創設

核心素養視角下的化學試題命制，應立足于真實情境的創設。只有真實的試題情境才能甄別學生必備知識、關鍵能力和學科素養，也才能使測量和評價更加客觀、公正。真實的試題情境應做到原始問題與教材問題、實踐問題與學科問題、史實問題與方法問題的統一，立足于試題情境的原創，達到檢驗學生的化學學業水平和解決實際問題能力的目的。根據化學學科特點，從情境來源的角度分析，原創化學試題情境主要可分為三類：知識關聯情境、生活實踐情境和史實探究情境。本文以2021年初中學業水平考試中的真題為例，剖析綜合理科背景下的初中化學試題情境創設路徑。

一、創設知識關聯情境

初中化學具有知識點多、內容抽象、關聯性強等特征，要從學生應當掌握的化學用語、反應規律、物質結構、實驗技能、化學觀念、化學思維、學科融合等化學必備知識、基本能力和方法視角切入，創設化學試題情境，著力考查學生的必備知識和學習能力。

（一）從化學基礎知識整合視角創設試題情境，考查學習建構能力

初中化學是一門啟蒙性基礎學科，化學基本概念多、化學用語規范要求高、化學規律或原理表達嚴謹、前后內容之間關聯度緊密，學會對化學概念、化學用語和化學規律的有效整合是學生學好初中化學的重要學習建構能力之一。創設知識整合情境，能將看似無關的化學知識形成有效關聯，考查學生的化學建構能力。

【例1】價類圖是以化合價為縱坐標、物質類別為橫坐標繪制的圖像，它能將散亂的化學知識聯系在一起，有助于對化學問題的理解和整體認知。下圖是含氯元素的物質的價類圖，其中“→”表示物質間的轉化關系。請回答：

（1）A和氫氧化鉀反應得到D和水，則該反應屬于基本反應類型中的____________;

（2）物質C的化學式為____________;

（3）E在一定條件下得到D的化學方程式為____________。

【情境剖析】本題借助數學圖表將看似不相關的元素化合價和物質類別等建立聯系，創設了多角度呈現物質間轉化關系的試題情境，促進了學生對化學反應規律所需的元素化合價變化、物質組成、物質性質、物質類別知識以及化學物質之間反應形成整體性認知結構。本題以化合價和物質類別為坐標軸繪制的價類圖為載體，創設由淺入深的基本反應類型判斷、化合物中元素化合價確定和化學反應推斷及方程式書寫等思維層次逐漸提升的三個設問。通過情境創設考查學生對若干化學事實性知識、化學概念、化學規律進行概括和建構的能力，有助于學生學會化學推理、解決相對復雜問題、形成化學學習和研究視角。對于初中化學不同單元的知識、一些化學基本實驗，均可以從知識和能力關聯的視角創設試題情境，引導初中化學教學從單一知識走向知識綜合、從知識走向知識和能力并重，進而提升化學核心素養。

（二）從深化拓展教材內容視角創設試題情境，考查高階思維能力

初中化學教材為學生提供了知識和技能、實驗方法、解決化學問題的基本思路、方法和策略，但后續化學學習還需要學生具備化學學科的關鍵能力。因此，中考試題的命制應從基于教材又高于教材的視角去創設情境，對學習內容加以適當拓展或深化，用以檢測學生的高階思維能力。

【例2】鈣是生物體骨骼的重要組成元素。魚骨中含有碳酸鈣，現設計圖甲實驗測定魚骨中的碳酸鈣含量，并將測得的數據繪制成圖乙。（提示：食醋的主要成分是醋酸CH3COOH，醋酸和碳酸鈣反應的化學方程式為：2CH3COOH+CaCO3=Ca（CH3·COO）2+H2O+CO2↑，魚骨中其他成分與食醋反應生成的氣體可忽略不計）

（1）該實驗中濃硫酸的作用是____________;

（2）由圖乙中的AB曲線，可知錐形瓶中反應速率的變化情況是____________（填“變大”“變小”或“不變”）;

（3）根據圖中的數據計算魚骨中碳酸鈣的質量分數____________;

（4）生活中，用喝醋的方法除去卡在咽上的魚刺，這種做法是不科學的。請你結合實驗結果加以說明。

【例3】建構合理的思維模型，既能促進深度學習，又能提高思維品質。某同學建構了“兩組份混合物含量測定”的思維模型：

運用該模型對教材中“測定空氣中氧氣含量”的實驗進行了再探究：忽略含量很低的其他物質，空氣可以看成由氮氣和氧氣組成的兩組份混合物。

探究一：根據沸點低的組份先汽化的性質，測定混合物中某組份的含量。

（1）將空氣轉變為液態空氣，液氮先汽化。從建模角度分析，該操作屬于上述思維模型中的____________。

探究二：根據混合物中某組份發生化學反應，測定混合物中某組份的含量。

（2）按圖甲裝置測定空氣中氧氣含量時，止水夾最合理的打開時間是____________（填“反應剛結束時”或“冷卻到室溫時”）。

交流評價：

（3）已知：在氧氣不充足時，碳與氧氣反應生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不與堿反應。小科用足量木炭替換紅磷，等體積氫氧化鈉濃溶液替換集氣瓶中的水，規范操作后，測得的氧氣含量將____________

（填“偏大”“偏小”或“不變”）。

繼續探究：

（4）運用上述思維模型，某同學又設計了圖乙的實驗裝置，其“測定空氣中氧氣含量”的原理是____________。

【情境剖析】兩個例子的試題情境源于教材必做實驗基礎上的深化和拓展，在展示實驗推進演變過程中考查學生解決新問題的高階思維能力。例2情境源于教材的“碳酸鹽與酸反應”，借助電子秤將反應過程中的實測數據轉變為直觀圖像，將定性實驗轉化為定量探究實驗。試題在綜合濃硫酸吸水性、根據數據推測反應速率及依據化學方程式進行計算的基礎上，要求學生對魚刺卡咽的處理方法進行分析，試題借用閱讀非連續性文本和坐標曲線圖來考查學生的高階思維能力，達到從具體物質性質應用到知識遷移再到應用實驗數據分析解決實際問題的思維能力進階。例3以“兩組份混合物含量測定”思維模型為載體，將看不見的思維形象化，從識別操作步驟加深思維模型理解→復雜實驗情境選擇的具體操作→給定情境中判斷實驗測量誤差→運用模型闡述新實驗方案原理等四個階梯式設問，體現了問題設計和解決的有序性、綜合性和復雜性，實現了從低階思維到高階思維考查的進階。從知識橫向聯系、實驗方案優化、思維模型建構、科學探究凸顯等角度切入，創設試題情境，考查學生科學地解釋現象、設計和評價科學探究以及科學地解釋數據和證據等高階思維能力。

（三）從學科間融通視角創設試題情境，考查解決綜合問題能力

化學教學要促使學生理解統一的世界、整體的自然，培養學生綜合解決問題的能力。綜合理科背景下的化學試題情境創設，在關注學科內知識與能力整合的同時，還應關注學科間科學方法與科學思想的融通。創設基于統一原理和概念以及方法或主題的試題情境，既能考查涵蓋生物、化學、物理學科的知識整合，又有考查學科方法的綜合及解決實際問題的能力。

【例4】“加氫幾分鐘，暢行數百里”，這是2021年上海車展上為氫能源汽車打出的標語。氫能源汽車使用的是氫燃料電池（如下圖所示）。電池工作時在催化劑的作用下，氫原子失去電子形成氫離子，穿過電極A通過電解液移動到電極B與氧離子結合形成水分子;而電子M則從電極A經外部電路通過電動機到達電極B，形成電流。

（1）氫燃料電池工作時是將化學能直接轉化為____________能。

（2）氫氣是氫燃料電池的原料，可以在用電低谷時，利用電網多余電能電解水來制取。已知1.2千克氫氣大約可供某款氫能源汽車行駛100千米，請根據化學方程式計算，制取1.2千克氫氣至少需要電解多少質量的水。

（3）氫燃料電池工作時，通過電動機的電流方向是____________。

（4）世界能源組織提出：在制氫過程中基本上沒有碳排放而得到的氫氣稱為綠氫。下列方式可制得綠氫的是____________。

A.水力發電制氫 B.太陽能發電制氫

C.火力發電制氫 D.核能發電制氫

【情境剖析】本試題基于統一原理和概念以及方法（或主題），試題情境以主題為引領、跨學科核心概念為支撐，體現了學科融合的思想。例4以氫能源汽車使用的是氫燃料電池為主題，將電動機工作時的電流方向、電池工作時的能量轉化、新能源制備方式與化學基本計算等核心概念有機融合，使物理與化學知識在同一主題下得到融合。引導教師在化學教學中重視知識的系統化和結構化，從每一知識塊的整體去認知，深入理解化學知識本質，強化學科知識的融合和學科間科學方法與科學思想的融通。

二、創設生活實踐情境

化學是一門與社會、生活、科技緊密相連的自然科學，要注重化學與現實的對話，體現化學走向社會的課程意識。要從生活中的化學現象、化工生產中的實例、化學研究進展視角切入，展開試題情境原創，考查學生解決實際問題的能力。

（一）從生活變遷視角創設試題情境，考查分析問題能力

日常生活中的“開門七件事”（柴、米、油、鹽、醬、醋、茶）均與化學知識密切相關，化學已經滲透到我們生活的每個角落。圍繞其中的某一事件作為試題情境素材來源，可從不同角度來考查學生對化學現象的理解和化學問題的分析解決能力，有助于學生形成“化學源于生活又服務于生活”的理念，同時能激發熱愛家鄉的情感。

【例5】土灶是我國古代勞動人民智慧的結晶，它通常以木柴、秸稈為燃料。目前，我市農村仍有使用土灶做飯的習慣。小科和小思在爺爺家看到不能移動的土灶（如圖1），對土灶產生了好奇，了解到其內部結構如圖2所示：木柴添加通道與煙囪相連，通風道與木柴添加通道通過中間鐵柵連通。于是分別設計了移動式土灶（如圖3和4）。

（1）為使木柴充分燃燒，移動式土灶設計更合理的是____________（填“3”或“4”）;

（2）土灶設計煙囪的作用是____________;

（3）資料顯示：1千克干木柴在土灶中燃燒，能產生約12.5克固體粉塵。圍繞土灶的存在與廢止，產生了不同的觀點，選出你認同的一種觀點

（填字母）。

A.會產生粉塵污染，應禁止使用土灶

B.可利用木柴和秸稈做燃料，應大力推廣土灶

C.大氣有一定的自凈能力，少量使用土灶不會影響大氣質量

（4）干木柴的主要成分是纖維素[（C6H10O5）n]，纖維素在空氣中完全燃燒的化學方程式為：

（C6H10O5）n+6nO2 [點燃] 6nCO2+5nH2O。

若干木柴中纖維素的質量分數為40.5%，則4000克干木柴中的纖維素完全燃燒會產生二氧化碳多少克？

【情境剖析】本題情境來自于真實的生活實例，試題情境形式新穎，有利于引導學生關注生活中的化學，增強社會責任感。本題以農村還在使用的土灶為情境，試題設問體現了化學與物理學科的有機整合，將“方案選擇、原理解釋、觀點論證、化學方程式計算”四個方面結合在一起，將學科核心概念與日常生活的情境相融合，有助于學生關注生活的良好習慣養成。通過多角度展現日常生活與化學知識的廣泛聯系，引導學生參與包粽子、燒土灶的實踐活動，喚起對傳統文化的了解和認可，提高解決實際問題的能力，幫助學生提高熱愛生活、崇尚科學的意識。由于生活實際素材多來源于現實中的常識、經驗或網絡新聞報道，故使用這類情境材料命題時，要特別注意多方面核實材料的真實性和原理的科學性。

（二）從物質轉變視角創設試題情境，考查解決實際問題能力

工農業生產實踐中往往蘊含著豐富的化學知識和原理，是人類活動與自然現象的有機融合，是對真實人類活動的加工與改造，有助于提升化學核心素養。利用生產實際中的化學物質制取、提純、含量測定及相關環節創設試題情境，能夠考查學生對化學知識的掌握、應用和遷移能力。

【例6】北宋沈括在《夢溪筆談》中記載了用“苦泉水”制取銅的方法，其主要生產流程如圖所示。下列解釋合理的是（）

A.①通過蒸發溶劑可獲得晶體

B.②是通過復分解反應獲得銅

C.③所得硫酸銅溶液一定是飽和的

D.④說明鐵元素變成了銅元素

【例7】目前，全球平均氣溫較工業化前已上升了1.1 ℃，其主要原因是自然界中的碳平衡被破壞。2020年9月22日，我國政府承諾：中國將力爭于2030年前實現CO2排放達到峰值，2060年前實現碳中和，即通過各種方式抵消排放的CO2量，重新實現碳平衡。如圖是碳循環和碳中和策略的示意圖。

（1）在自然界的碳循環中，消耗二氧化碳的主要途徑是____________。

（2）人類進入工業化社會后，化石燃料的大量使用是碳平衡被破壞的主要原因之一。對此可采取的碳中和策略②有____________。

（3）要實現我國政府提出的目標，除圖中策略外，還可用化學方法人工捕獲，如將空氣通入氫氧化鉀溶液反應生成碳酸鉀和水。寫出用氫氧化鉀捕獲CO2的化學方程式____________。

（4）2020年12月下旬，我國部分地區出現多年未遇的極寒天氣，因此有人質疑：今年天氣這么冷，地球氣溫真的在上升嗎？對于這樣的質疑，你是否認同？并說明理由。

【情境剖析】兩道試題均以生產實際問題為背景展開情境創設，通過實際問題的解決達到考查學生學以致用的能力。例6以我國古代“苦泉水”制取銅的生產流程為載體，考查化學知識在該流程中的應用。例7以我國政府在應對氣候變化的承諾為背景，圍繞自然界“碳循環”與人類實踐活動“碳中和”展開情境創設，將化學和生物知識融為一體，將科學論證方法應用于解決氣候變化。試題將人類實施碳中和的策略嵌入到自然界碳循環之中，使得實踐活動應該順應大自然的變化規律，加深對科學本質的理解。

三、創設史實和實驗探究情境

試題情境的創設可以從化學發展歷程中的典型事件、科學家杰出貢獻、借助實驗手段獲取數據以及現代化學研究進展等視角切入，考查學生科學探究能力。

（一）從化學史實視角創設試題情境，考查論證推理能力

以化學發展史作為試題情境來源具有取材經典、邏輯縝密、科學性強的多重優點，可使學生在了解化學知識產生、發展、演變的過程中，得到科學研究精神和科學研究方法等方面的啟迪。圍繞化學發展過程中的核心概念、重要原理創設試題情境，有利于考查論證推理能力。

【例8】1783年，拉瓦錫利用如圖裝置探究水的組成：往A杯中滴加少量的水，水通過灼熱的鐵管時發生汽化，水蒸氣與灼熱的鐵反應，生成了一種黑色固體（Fe3O4）和“可燃空氣”，將氣體通過放在冷水中的銅管，在B裝置中收集到純凈的可燃空氣。最終，拉瓦錫證明了水是由兩種元素組成的。

（1）將氣體通過放在冷水中的銅管，目的是除去____________;

（2）將B裝置收集到的可燃空氣在氧氣中點燃，生成了水。可燃空氣的名稱是____________;

（3）若該實驗中生成的黑色固體質量為m1，可燃空氣的質量為m2，可燃空氣完全燃燒生成水的質量為m3，如果水是由“氧元素”和“可燃空氣元素”組成的，則m1、m2、m3三者應滿足的關系是____________。

【情境剖析】本題圍繞著化學發展過程中的某一重要事件展開情境創設，引導學生感受核心概念的演變過程和科學研究方法在推動化學學科發展中的作用，體會化學家在科學發展中的杰出貢獻。以拉瓦錫探究水的組成這一經典實驗為情境，將運用質量守恒定律解決問題的思維方法隱含其中，既考查了基礎知識，又凸顯了運用定量實驗研究化學問題的思想方法。這類試題情境的創設可以從三個方面展開：一是圍繞某位化學家在推動化學發展中所做出的某個業績創設情境，促進并加深對相關的重要化學概念、規律和理論的理解;二是圍繞一位或一組化學家發現或探究化學規律的過程創設情境，領會探究過程中的化學思想或方法，了解化學發展對社會、經濟和科技的影響;三是圍繞我國古代在化學方面的成就創設情境，增強學生的愛國熱情。

（二）從科技成果視角展開試題情境創設，考查遷移應用能力

要關注化學學科最新發展成就，圍繞化學學科在推動社會發展和科技進步中所取得的成就創設情境，增強學生對化學學科的學習興趣，加深對“科學技術是第一生產力”的認識，考查學生信息閱讀、理解和遷移應用能力。

【例9】2021年4月，我國科學家首次合成的鈾?214，是目前已知質量最小的鈾原子。其相對原子質量為214，質子數是92。則鈾?214原子的核外電子數為（）

A.92B.122 C.214 D.306

【例10】二氧化碳的資源化利用是實現碳減排的重要途徑。以下是一種實現二氧化碳轉化為重要原料二甲醚（化學式為C2H6O）的途徑：

（1）轉化①是二氧化碳與一種常見單質反應生成甲醇和水，這種單質的化學式為____________;

（2）轉化②是甲醇發生分解反應生成二甲醚和水，反應中生成二甲醚和水的分子數之比為____________

____________。

【情境剖析】例9以我國科學家鈾?214原子合成為試題情境，考查學生的原子結構知識。例10以“碳減排”中二氧化碳資源化利用為情境，引導學生分析該過程中的化學知識應用于解決實際問題的能力。這類試題情境的創設要著重選擇在化學發展歷程中起過重要作用或影響的我國當代化學家、化學發展的最新成就，并能與初中化學學習內容相銜接，著力激發學生學好化學的熱情，體會化學學科對社會發展的推動作用。

（三）從實驗設計視角創設試題情境，考查科學探究能力

以學生未知的實驗素材創設試題情境，考查學生的科學探究能力，有利于培養嚴謹的科學態度和勇于探索的科學精神。

【例11】鋼絲棉是一種由低碳鋼制成的細絲，直徑約0.0125 mm～0.0189 mm。小科利用鋼絲棉探究鐵制品銹蝕的條件，實驗如下：①取3個50 mL 活塞潤滑性良好的注射器，檢查氣密性后備用;②稱取3團等質量的鋼絲棉（每團體積約為6 cm3），A保持干燥，B用少量蒸餾水潤濕，C用少量食鹽水潤濕，分別放入甲、乙、丙注射器中;③移動活塞，使它們均處于46 mL刻度處，再用橡皮帽封住注射孔（如下圖所示）;④每隔一定時間，觀察到的實驗現象如下表。

[ 5分鐘 20分鐘 1小時 5小時 甲 無現象 無現象 無現象 無現象 乙 出現少許銹斑，活塞未明顯移動 出現明顯銹斑，活塞移動少許 銹斑增多，活塞移動明顯 銹蝕嚴重，活塞處于 39 mL刻度處 丙 出現明顯銹斑，活塞移動少許 銹斑增多，活塞移動明顯 銹蝕嚴重，活塞處于 39 mL刻度處 銹蝕嚴重，活塞處于 39 mL刻度處 ]

（1）檢查注射器氣密性：先用橡皮帽封住注射孔，用手向外拉動活塞，放手后觀察到____________，則氣密性良好;

（2）比較乙、丙實驗現象得到的結論是____________;

（3）鋼鐵生銹還需要氧氣，請你利用本實驗數據計算出空氣中氧氣的體積分數為____________。

【情境剖析】本題以學生不了解的鐵生銹探究過程為載體創設情境，將探究要素放在真實的實驗過程中考查。以鐵生銹探究過程中裝置的組裝、實驗結論的獲得以及探究空氣中氧氣含量的計算，考查了科學探究中的獲得結論和進行解釋等要素。

總之，只有將化學知識和基本概念和原理放在真實情境之中，立足于化學課標、學科特征和學科史實，緊密聯系生活實際、生產實踐、科技發展，創設富有挑戰性的真實試題情境，才能考查學生的高階思維能力，進而甄別初中化學必備知識、關鍵能力和學科素養的優劣。

參考文獻：

[1]王云生.化學試題的問題情境及其創設[J]. 化學教學，2020（9）.

[2]胡志剛.化學教學中問題情境的創設[J]. 中學教學參考，2014（8）.

（責任編輯：楊強）