以“曾侯乙青銅編鐘”命制的原創試題及思考

趙晗蕾　黎泓波　艾小麗　姜建文

摘要： 以化學學科核心素養為導向，命制一道基于“曾侯乙青銅編鐘”化學史情境的原創高考化學模擬試題，闡述該試題的命題流程與思路，剖析該試題的測試水平與要素。重點關注化學史情境的選擇與處理，反思并總結以化學史素材作情境命題的經驗，為基于化學史情境的試題命制與研究提供一定的參考。

關鍵詞： 試題命制； 化學史情境； 核心素養； 曾侯乙青銅編鐘

文章編號： 10056629（2023）08008407中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題的提出

化學史作為重要的化學教育資源，蘊藏著豐富的科學思維與理論方法，發揮著價值引領作用。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）在課程理念、課程目標、課程內容等各方面都強調要重視化學史在教育實踐中的運用［1］。目前相關研究多聚焦于化學史情境在教學設計中的應用與教學資源的開發，而將其與試題命制結合的研究案例相對較少。本研究以“曾侯乙青銅編鐘”為化學史情境，探究命制了一道指向學生化學學科核心素養發展的原創高考模擬試題，對該原創試題的命制思路、試題考查的關鍵能力和學科知識等要素進行詳盡剖析，并對基于化學史情境的原創試題命制進行反思與總結。

2 基于化學史情境的原創試題命制實踐

2.1 試題素材概覽

曾侯乙編鐘是中國古代青銅器的典型代表（見圖1），一經出土便引發了海內外學者的關注，幾十年來對它的研究絡繹不絕。其主要研究方向如表1所示。

11 曾侯乙青銅編鐘全貌

12 青銅編鐘銅銹

2.2 試題呈現

曾侯乙青銅編鐘是我國舉世聞名的音樂文物，歷年來對它的相關研究絡繹不絕。

［資料1］曾侯乙編鐘具有極高的聲學價值，其音色與材料的硬度密切相關。采用現代技術對其化學組成進行分析，發現含錫量在12.0%～14.5%，含鉛量在1%～3%。

［資料2］曾侯乙編鐘的出土證明我國擁有悠長的冶銅歷史：夏商時期出現火法煉銅技術，西漢時期首創世界最早的濕法冶金技術——濕法煉銅。

［資料3］青銅編鐘受環境影響而產生不同程度的腐蝕。其中點蝕是指青銅器中的各金屬雜質間產生電化學銹蝕，進而逐步擴大為大面積銅銹的過程。

結合上述資料，回答下列問題：

（1） 控制曾侯乙編鐘中鉛錫含量的目的在于＿＿＿＿＿＿。

（2） 最早用于火法煉銅的礦石為孔雀石［Cu2（OH）2CO3］，礦石受熱分解后得到黑色固體，再經木炭高溫還原生成粗銅。該冶煉過程所發生的化學反應為＿＿＿＿＿＿。

（3） 由廢雜銅或冶煉廢渣組成的再生銅是重要的二次銅資源，其中銅主要以CuSiO3·H2O和CuO的形式存在（含有ZnO、 Fe2O3、 Fe3O4和少量SiO2等雜質）。利用濕法冶金工藝提取廢渣中的銅，同時實現其他金屬資源的回收利用。核心流程如下圖所示。

已知“中性浸出”實現了鋅銅鐵的分步分離，其中鐵以沉淀形式浸出；“氨浸”后，銅主要以四氨合銅（II）離子的形式存在。

① 中性浸出時加入稍過量H2O2溶液的作用是＿＿＿，濾渣2的主要成分為＿＿＿（填化學式）。

② 氨浸過程中，實驗溫度為40℃時，氨水濃度對銅浸出率的影響如右圖所示，則最佳氨水濃度為＿＿＿，濃度增大銅浸出率下降的原因為＿＿＿＿＿＿。

③ 電解硫酸銅溶液可制備單質銅，沉積銅后的電解液可返回＿＿＿工序重復使用。

④ 用碘量法測定銅含量，已知在一定條件下：

i. 取mg再生銅渣溶于250mL稀硫酸，取出25mL于錐形瓶中。加入過量碘化鉀溶液，取0.010mol/L Na2S2O3標準溶液滴定（淀粉溶液作指示劑）至藍色剛好退去為終點，共消耗Na2S2O3標準溶液V1mL。用25mL蒸餾水代替再生銅渣酸液重復上述步驟，終點時消耗Na2S2O3標準溶液V2mL。則該再生銅渣中銅元素的質量分數為＿＿＿×100%（用含m、 V1、 V2的代數式表示）。

ii. 為使結果更精確，一般在接近滴定終點時加入適量硫氰酸鉀，其原因是＿＿＿（結合離子方程式說明）。

（4） 曾侯乙編鐘發生點蝕的基本原理為：PbO+H2O+Sn+4Cl-Pb+2OH-+［SnCl4］2-。在該過程中，正極發生的電極反應為＿＿＿；Cl-的存在＿＿＿（增大/減小）了該反應的活化能。下列關于青銅器的保護與修復說法正確的是＿＿＿。

A. 保持干燥環境＿＿＿

B. 將青銅器置于鋁制容器中

C. 表面涂抹有機硅密封

D. 使用自來水沖洗青銅器表面

2.3 試題參考答案

該原創試題的參考答案如下：

（1） 適當改變青銅編鐘的硬度，調整其音色

ii. Cu2+與I-的反應為可逆反應，CuI會吸附I2使該反應不徹底。Ksp（CuSCN）

（4） PbO+H2O+2e-Pb+2OH-；減小；AC

2.4 試題命制思路剖析

2.4.1 以化學史作情境，以研究脈絡為主線串聯試題，整合學科知識內容

考慮到原創試題的公正性，以化學史為背景命制試題時，應選取有一定普適性的史料素材，同時有利于學科知識的遷移應用。我國的青銅文化歷史悠長，青銅資源遍布全國各地，如河南、陜西、四川、江西、廣西等地均出土有大量的青銅文物，學生對此情境并不完全陌生。該原創試題以我國最負盛名的曾侯乙青銅編鐘作化學史情境，有助于學生快速了解素材，定位學科知識，確保試題的真實性。以其研究脈絡作命題主線，有一定數量的科研文獻為支撐，抽提出對應的化學知識內容進行考查，確保試題的科學性。整體思路如圖2所示。

從所考查學科知識來看：本原創試題主要以銅及其化合物為考查對象，輔以與情境密切相關的化學反應速率、電化學等知識內容。問題設置涵蓋多個知識點，具有一定的梯度與層次性。其中第（3）問以濕法煉銅的科技論文為理論支撐，以工藝流程為展現形式，定性與定量研究相結合，主要考查其他元素化合物的性質與轉化。具體包括金屬氫氧化物沉淀、化學反應條件的控制、氧化還原反應的應用等內容。在第④小題中引用大學化學經典實驗——碘量法測定銅的含量，串聯氧化還原知識。通過簡化實驗過程，引導學生分析計算滴定過程中溶液濃度的變化情況，并結合沉淀溶解平衡分析特定實驗操作的原因，可有效考查學生的實驗探究與應用能力，發散學生的化學學科思維。第（4）問融合了原電池的基本原理、化學反應與能量、金屬的腐蝕與防護等知識內容，從多角度探析青銅器的腐蝕與防護過程，具備一定的綜合性與應用性。

2.4.2 科學分層設問，滿足學生化學學科核心素養與關鍵能力的考查要求

依據布魯姆教育目標分類學理論對問題的認知水平進行分析，能力水平則根據單旭峰對化學科考試關鍵能力的內涵劃分進行剖析［5］。厘清問題的測試水平，確定試題考查的核心素養及其水平，從而證明該原創試題與學業質量標準具有較好的一致性。具體分析統計結果如表2所示。由統計結果可以看出，設問遵循由易到難、循序漸進的原則把控難度梯度，認知水平與關鍵能力呈階梯式上升，較為全面地反映了學生不同層面的能力發展。而試題體現的化學學科核心素養水平基本屬于學業質量水平的第3層和第4層，這與課標中“學業質量標準水平4是化學學業等級性考試的命題依據”的規定相契合。

高考評價體系對深入理解高考的核心功能、準確把握高考的考查內容和考查要求、靈活運用試題情境有重要作用［6］。基于高考評價體系與SOLO分類理論詳析本原創試題涉及的考查情境、內容、要求與水平，如表3所示。由統計結果可見，該原創試題的各項要素均符合高考評價體系的要求。

2.4.3 規范語言表述，優化信息呈現，仔細打磨原創試題

試題命制并不是一蹴而就的，需要經過反復推敲與打磨方能定題。本原創試題的打磨思路與過程如下。

（1） 精簡題干信息。化學史情境蘊含的學科知識較多，跨度大，故初命制時筆者參考文科材料題的形式，以類似“資料1—問題1—資料2—問題2……”的方式組織題干與設問，意在強化情境與問題的關聯。但此種形式摻雜過多無效信息，影響學生答題的心態。修改后將分散的資料于試題開篇集中展現，精簡文字表述。另以“已知信息”的形式對工藝流程作簡要說明，大大減少了試題的閱讀量，有助于學生快速定位所需信息。

（2） 優化圖表呈現。圖表是重要的信息傳遞形式，根據設問方式和學生的理解水平，合理設計圖表的類型與數量，有助于突出學科知識的考查。如第（4）問以工藝流程圖展示現代濕法煉銅過程，初命制時所繪流程圖中涉及過多陌生信息。另外設問角度有失偏頗：擬通過“磁選”過程判斷磁選渣為Fe3O4，從而達到回收金屬鐵元素的工業目的。該推理過程只涉及鐵的氧化物的簡單轉化，考查不夠深入。筆者二次查閱文獻資料后發現，銅渣中的鐵元素主要以鐵橄欖石Fe2SiO4（2FeO·SiO2）的形式存在，一般通過氧化焙燒磁選（將FeO氧化為Fe3O4后篩出）和還原焙燒磁選（將FeO還原為Fe后篩出）的方式進行回收利用［7～9］。受工藝條件的影響，磁選之后的銅渣中往往殘留有反應未完全的Fe2O3和Fe3O4，并在后續的浸出步驟經化學手段篩出與回收。試題優化后，將上述內容適當處理整合為學生熟知的浸出、pH調節、過濾等實驗操作，引導學生從金屬氫氧化物沉淀與條件控制的角度分析反應過程，考查方式更具邏輯性與應用性［10］。同時一定程度地弱化萃取、反萃取與電解等復雜信息的呈現，但又保持工藝流程的完整性，更新后的工藝流程圖也更顯清晰明了。

（3） 規范問題表述。問題的表述須規范嚴謹，設問須有明確的指向性，防止產生歧義，保證試題的效度。如第（3）題②問意在促進學生思考氨水濃度對銅浸出率的影響，先設計最佳氨水濃度的信息提取作為引導性問題，后詳細分析濃度對浸出率的具體作用。初命制試題的表述為“最佳氨水濃度為＿＿＿，原因是＿＿＿”。該表述易產生歧義，學生將“原因”理解為“最佳氨水濃度為＿＿＿”的原因，容易出現如“該濃度下銅浸出率最高”的無效答案，降低了試題的效度，故將此問修改為“濃度增大銅浸出率下降的原因為＿＿＿”。這樣的表述直截了當，突出核心知識點的考查。

經修改打磨后的試題有較大的提升。在某校模擬測試后經數據分析，均分為9.34分（滿分設置17分），難度系數0.55。數據呈正態分布，大部分學生得分位于9～12之間，較好地達成了聚焦核心知識、提升學科素養的考查目標。

3 基于化學史情境的命題思考與啟示

化學史是兼具科學與歷史學科特性的教育資源，基于化學史情境命制試題不僅要符合命題流程與規范的要求，更要注重素材的選擇與處理。

3.1 選擇真實而有意義的化學史材料，提升學生的作答動機與能力素養

“真實”是指選取的化學史情境須是歷史上真實存在且有相關文獻可考的。查閱文獻時要關注資料的科學性與可互證性，多角度研究驗證史料素材的實用性。“有意義”即化學史情境既要蘊含學科問題（知識意義），又要弘揚學科價值（情感意義）。這樣的試題情境能使學生自覺調動已有知識經驗解答相似情境中的新問題，完成學科知識的遷移應用，從而充分發揮化學試題的育人作用。

3.2 融合中西方化學史素材的對比進行命題研究

從化學學科自身著眼，中西方的化學科學經歷了截然不同的發展，深入挖掘其在知識內容和思想方法等方面的異同點，以幫助學生辯證地分析科學的發展，提升師生對化學學科本質的理解［11］。例如我國古代“抽砂煉汞”技術與拉瓦錫分解氧化汞提出的“氧化學說”便是較好的史料對比素材。鑒于素材的特殊性與試題容量的考慮，本原創試題未能兼顧此研究思路，留有一絲遺憾。

3.3 深度挖掘化學史素材，主題式命題建立素材與試題之間的聯系

化學史素材的本質為蘊含一定化學學科知識的歷史資料，并非拿來就能使用的“試題庫”。命題者應當深入挖掘與組織化學史素材中的學科知識，以期建立其與試題之間的有機關系［12］。在題型與問題設計方面，基于不同的認識視角與研究路徑進行設問，有助于突破文獻資料的限制，豐富試題命制的思路。在化學史素材的呈現方面，要精簡文字表達，突出學科知識與能力素養的考查。

4 結語

高考改革推動著對試題命制的相關研究，命題情境作為試題的關鍵要素更不能忽視。化學史情境具備豐富的教育價值，不僅要在日常的教學實踐中充分運用，更應該將其與化學試題的命制有機結合，充分發揮其素材價值，實現高質量命題。作為化學教育工作者，需要在教學與命題工作的實踐中不斷挖掘化學史素材的教育功能，引導學生站在歷史發展的高度學習化學、運用化學，落實學科核心素養的形成與發展。

參考文獻：

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*國家自然科學基金資助項目（22164011）；江西省高等學校教學改革課題（JXJG21246）；江西省學位與研究生教育教學改革研究項目（JXYJG2022061）；江西省教育科學十四五規劃2022年度教育教學改革課題（22YB032）；江西省基礎教育研究課題（SZUSDHX20221034， SZUSDHX20221038）；江西師范大學教學改革研究重點課題（JXSDJG1709）；江西省教育廳研究生創新基金項目（YC2022s324）研究成果。