基于真實情境的試題評析及教學(xué)建議
——以2022年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試實驗題為例

廣東 鐘國華

一、試題評析

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科。化學(xué)實驗是進(jìn)行科學(xué)探究、習(xí)得科學(xué)方法和培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度的重要陣地。作為每年高考化學(xué)的必考試題，實驗題內(nèi)涵豐富，包含化學(xué)儀器的認(rèn)識、實驗原理的描述、實驗裝置的連接、實驗操作的表達(dá)、實驗現(xiàn)象的分析、實驗數(shù)據(jù)的處理、實驗方案的設(shè)計、實驗結(jié)果的評價、物質(zhì)性質(zhì)的分析、未知事件的預(yù)測以及上述內(nèi)容的綜合，是化學(xué)學(xué)科知識、能力、方法、思想、情感與價值觀的統(tǒng)一。

1.高考真題呈現(xiàn)

(2022·廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試·17)食醋是烹飪美食的調(diào)味品，有效成分主要為醋酸(用HAc表示)。HAc的應(yīng)用與其電離平衡密切相關(guān)。25℃時，HAc的Ka=1.75×10-5=10-4.76。

(1)配制250 mL 0.1 mol·L-1的HAc溶液，需5 mol·L-1HAc溶液的體積為________mL。

A

(2)下列關(guān)于250 mL容量瓶的操作，正確的是________。

B

D

(3)某小組研究25℃下HAc電離平衡的影響因素。

提出假設(shè) 稀釋HAc溶液或改變Ac-濃度，HAc電離平衡會發(fā)生移動。

設(shè)計方案并完成實驗 用濃度均為0.1 mol·L-1的HAc和NaAc溶液，按表1配制總體積相同的系列溶液；測定pH，記錄數(shù)據(jù)。

表1

①根據(jù)表中信息，補充數(shù)據(jù)：a=________，b=________。

②由實驗Ⅰ和Ⅱ可知，稀釋HAc溶液，電離平衡________(填“正”或“逆”)向移動；結(jié)合表中數(shù)據(jù)，給岀判斷理由：____________________________________________。

③由實驗Ⅱ～Ⅷ可知，增大Ac-濃度，HAc電離平衡逆向移動。

實驗結(jié)論 假設(shè)成立。

對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，實驗Ⅷ中pH=4.65與資料數(shù)據(jù)Ka=10-4.76存在一定差異；推測可能由物質(zhì)濃度準(zhǔn)確程度不夠引起，故先準(zhǔn)確測定HAc溶液的濃度再驗證。

(ⅰ)移取20.00 mL HAc溶液，加入2滴酚酞溶液，用0.100 0 mol·L-1NaOH溶液滴定至終點，消耗體積為22.08 mL，則該HAc溶液的濃度為________mol·L-1。在答題卡虛線框中，畫出上述過程的滴定曲線示意圖并標(biāo)注滴定終點。

(ⅱ)用上述HAc溶液和0.100 0 mol·L-1NaOH溶液，配制等物質(zhì)的量的HAc與NaAc混合溶液，測定pH，結(jié)果與資料數(shù)據(jù)相符。

(5)小組進(jìn)一步提岀：如果只有濃度均約為0.1 mol·L-1的HAc和NaOH溶液，如何準(zhǔn)確測定HAc的Ka？小組同學(xué)設(shè)計方案并進(jìn)行實驗。請完成表2中Ⅱ的內(nèi)容。

表2

實驗總結(jié) 得到的結(jié)果與資料數(shù)據(jù)相符，方案可行。

(6)根據(jù)Ka可以判斷弱酸的酸性強弱。寫出一種無機弱酸及其用途____________________________________________。

2.內(nèi)容分析

醋酸(即乙酸)不僅是烹飪美食的調(diào)味品，在生產(chǎn)生活中有重要應(yīng)用。醋酸是最重要的有機酸之一，工業(yè)上主要用于生產(chǎn)乙酸酐、乙酸酯及乙酸纖維素等。聚乙酸乙烯酯可制成薄膜和粘合劑，也是合成纖維維綸的原料。乙酸纖維素可制造人造絲和電影膠片等。在食品行業(yè)中，乙酸用作酸化劑，增香劑和香料等。

本題以醋酸為知識線索串起一系列探究實驗，主要包括：一定物質(zhì)的量濃度溶液配制、電離平衡影響因素探究、酸堿中和滴定、電離平衡常數(shù)測定。本題回歸教材素材，設(shè)問由淺入深，難度適中區(qū)分度好。表3將從高考評價體系“一核四層四翼”的“四層”——必備知識、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價值進(jìn)行試題內(nèi)容分析。

表3 2022年廣東卷實驗題試題分析

為了與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》中的學(xué)科核心素養(yǎng)保持一致，也為了與中學(xué)教學(xué)銜接并給予指導(dǎo)，以下進(jìn)一步從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的視角對2022年廣東卷實驗題各空進(jìn)行評價，詳見表4。

表4 2022年廣東卷實驗題各小題核心素養(yǎng)表現(xiàn)與能力水平

續(xù)表

第(1)問考查溶液配制中的稀釋計算，主要考查學(xué)生對稀釋前后溶質(zhì)物質(zhì)的量不變的理解。

第(2)問考查配制溶液中涉及容量瓶的相關(guān)操作，主要考查學(xué)生的基本實驗素養(yǎng)。

第(3)問主要考查HAc電離平衡的影響因素。

①主要考查學(xué)生對控制變量思想的認(rèn)識，是對實驗觀的考查。本空考查難度不大，題目也有重要的提示“配制總體積相同的系列溶液”，從Ⅰ、Ⅱ、Ⅷ組數(shù)據(jù)都可知道溶液總體積為40.00 mL，而且從Ⅷ中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)可以調(diào)整V(NaAc)和V(H2O)，進(jìn)而控制n(NaAc)∶n(HAc)，同時要注意數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)。

第(4)問主要考查酸堿中和滴定實驗的相關(guān)內(nèi)容。

第一空主要考查基于關(guān)系式法(HAc～NaOH)的簡單計算。

第二空主要考查滴定曲線的繪制。酸堿中和滴定曲線是滴定過程中溶液pH隨滴定試劑體積變化的曲線圖。曲線中要體現(xiàn)在化學(xué)計量點前后的滴定突躍，同時還要標(biāo)注出滴定終點。化學(xué)計量點與滴定終點并不一樣，化學(xué)計量點是酸堿恰好完全反應(yīng)的理論反應(yīng)停止點，但是實驗過程中無法做到在化學(xué)計量點就立刻停止反應(yīng)，只能依靠指示劑變色來幫助判斷實際反應(yīng)的停止點。然而不同實驗者對顏色的感知不同，因此在使用酚酞的變色范圍內(nèi)(8.2～10.0)停下來都有可能，由此得出圖1的滴定曲線。

圖1 滴定曲線

第(6)問主要考查學(xué)生對無機弱酸的判斷及其用途的了解。例如使用HF刻蝕玻璃，利用HClO殺菌消毒、漂白等。

C

3.試題特點

試題情境是實現(xiàn)《中國高考評價體系》中“四層”和“四翼”的載體。2022年廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試實驗題重視試題情境的打磨，圍繞溶液配制裝置、文字信息、圖表數(shù)據(jù)、查閱資料等呈現(xiàn)試題信息的載體，考查和培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和化學(xué)核心素養(yǎng)。廣東省普通高中學(xué)業(yè)水平選擇性考試實驗題多以某個素材為核心串聯(lián)整道題目，一般涵蓋“情境”“問題”“知識”“素養(yǎng)”四個要素，其關(guān)系如圖2所示。2022年廣東卷實驗題四要素具體表現(xiàn)如圖3所示。

圖2 廣東卷實驗題的四要素關(guān)系

圖3 2022年廣東卷實驗題四要素具體表現(xiàn)

2022年廣東卷實驗題依托真實情境提出試題問題，在解決問題時凸顯化學(xué)實驗、物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)原理的三元整合，不僅考查考生的基本實驗功底，更是全面考查考生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)啟示

廣東卷實驗題在知識維度上的考查水平比全國卷有所降低，多以教材素材加工而成，但是實驗探究的水平要求很高，尤其基于真實情境的化學(xué)實驗、物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)原理的整合考查越發(fā)重要，分析與解決問題中高階水平考查比重增大，學(xué)科思想和核心素養(yǎng)的考查日趨明顯。尤其廣東進(jìn)入“3+1+2”高考模式，化學(xué)學(xué)科地位驟降，學(xué)年備考學(xué)時減少。因此高三備考時教師更要重視教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生主動調(diào)用知識，將記背學(xué)習(xí)的知識整合與活化。

高考化學(xué)實驗題以無機物、實驗基礎(chǔ)與探究、化學(xué)反應(yīng)原理作為主干考査內(nèi)容，注重考查化學(xué)觀念、思維方法、關(guān)鍵能力，滲透化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。而基于真實情境的三元整合教學(xué)是核心素養(yǎng)視角下實驗專題復(fù)習(xí)課的有效教學(xué)取向。對使用基于真實情境的三元整合教學(xué)構(gòu)思高三微專題課堂復(fù)習(xí)提出教學(xué)建議：(1)要將教材的各種實驗改編成不能用已有的知識經(jīng)驗直接加以處理的真實情境，積極創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，模仿高考命題素材“源于教材又高于教材”的特點；(2)改編情境時要注意各版塊知識的融合，深度挖掘問題情境，促使學(xué)生要自覺地從不同知識角度、從不同思維角度去分析問題和解決問題，貼近高考命題的思維角度；(3)課堂上充分調(diào)動學(xué)生根據(jù)已有知識、基本觀念、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行證據(jù)推理，最終形成問題解決的認(rèn)知模型。這種課堂，必定有利于形成解決問題的原理或規(guī)則，并成為認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的一個組成部分，對解決陌生情境下的高考實驗題有著重要意義。

本文系廣州市教育研究院2022年科研課題“基于真實情境的化學(xué)微專題教學(xué)研究”(課題編號：2022jxp11)和廣東省基礎(chǔ)教育高中化學(xué)學(xué)科廣州教研基地建設(shè)項目成果。