化學高考試題中的劇本殺

摘要： 考察近幾年高考化學試題及模考試題，仔細研究了其中存在的“劇本殺”現象。結果表明，引入少量所謂的劇本殺元素，可以增強學生的證據推理能力，但是過度引入則會導致學生舍本逐末，忽視化學學科知識的學習，造成適得其反的后果。

關鍵詞： 劇本殺； 證據推理； 項目式學習； 高考化學； 試題分析

文章編號： 1005-6629（2024）06-0087-06＿＿＿＿中圖分類號： G633．8＿＿＿＿文獻標識碼： B

核心素養是經過學科學習所形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》將“證據推理”作為化學學科核心素養的重要組成部分［1，2］。“證據推理”是指在科學學習的情境下，獲取證據進行推理的認知活動［3，4］，要求學生從已有知識、問題情境中識別、轉換形成證據，通過多方收集證據、利用證據進行推理，從而獲得結論并解決問題［5］。由于項目式學習的每個環節都需要證據支撐，契合了培養學生“證據推理”這一核心素養的要求，如今成為一線教師培養學生核心素養的基本途徑［6，7］。

近年來，一種名為“劇本殺”的游戲在年輕人中廣泛流行。劇本殺誕生于英國，是在虛擬的情景中通過搜查線索找出幕后真兇的游戲［8］。一些教師將“劇本殺”形式與“項目式學習”的內核結合起來，將課堂知識改編成“劇本教案”［9］，這種方式為學生所喜聞樂見，引起他們的學習興趣，在娛樂中不知不覺地學到了化學知識。化學高考中也有“劇本殺”的現象，由于命題時大多是通過創設科學合理的問題情境，采用圖像、數據、表格等來考查學生在實際情境中分析和解決問題的能力。這些要求和劇本殺往往一一對應：題干的背景介紹就相當于故事情節（即仿真環境和劇本內容），給的一些數值、條件就相當于線索（即證據），每個小問題就相當于任務，完成題目的作答就意味著完成所有的任務（即游戲勝利）。

這種新型的命題形式在中學化學界產生了深遠的影響，關于“類似劇本殺的創新形式是否適用于考試試題的命制、此類形式上的考察對學生核心素養的培養是否有促進作用”這些話題在教學界引起了廣泛的討論，然而有關“劇本殺與高考命題關系”的相關研究卻未見報道。本文就近年來的高考試題及模擬試題對這個問題進行探討，并提出相關建議。

1 劇本殺的引入：2022年江蘇省高考試題14-1

1.1 原題重現

1.2 搜證推理

本題著重考查學生對影響化學反應平衡因素的理解。其中①②兩問答案簡單，難度不大，不需討論。

FeS表面帶正電（相當于劇本殺中的“線索”），會吸附帶負電的OH-和六價鉻［Cr（VI）］離子（相當于劇本殺中的“搜證推理”）。隨著堿性的增強，OH-濃度隨之增加，FeS吸附的OH-增多，導致其對帶負電的六價鉻［Cr（VI）］離子的吸附量減少，參加反應的六價鉻［Cr（VI）］也相應減少，因此去除水中Cr（VI）的速率變慢。這對應著③問答案的第一點。

此外，本題中給出六價鉻［Cr（VI）］的存在形式讓學生聯想到之前的學習過程中已經積累了有關鉻的知識：Cr2O2-7與CrO2-4可以發生如下的相互轉化，pH增大時，平衡向左移動，導致Cr2O2-7轉化為帶等量電荷的CrO2-4。

帶正電的FeS吸附CrO2-4后比Cr2O2-7的鉻總量少，由此導致反應速率變慢。這對應著③問答案的第二點。

最后，學生還需感知到，本題①②問和③問有著千絲萬縷的聯系（相當于劇本殺中的“隱含線索”，是獲取勝利的“密鑰”）：根據①問可以得知在弱堿性條件下，FeS與CrO2-4發生反應；根據②問可以得知FeS在弱酸性條件下溶解產生有較強還原性的Fe2+和HS-，能夠快速還原溶液中的六價鉻［Cr（VI）］。但是隨著堿性的增加，Fe2+和HS-溶出量會減少。反應速率也隨之減慢。這對應著③問答案的第三點。

1.3 劇本復盤

本題取材于生活中用硫鐵化物處理水體中六價鉻［Cr（VI）］的實例，對學生的學科核心素養提出較高要求，推陳出新，重點考查學生對元素鐵、硫、鉻的相關知識及化學平衡移動概念的理解。利用劇本殺中的情境創設、搜證推理、隱含線索等元素，培養了學生證據推理能力。

試題素材大概率來源于吉林大學陳娟的碩士論文“納米FeS對處理鉻污染地下水的研究”［10］，以及該課題組后續發表的一些文章［11，12］，結合其他相關文獻［13］得出其中的化學原理為：在pH≤3的條件下，FeS溶解產生的有強還原性的Fe2+和S2-，能夠快速還原溶液中的六價鉻［Cr（VI）］。但是在pH為4～7的條件下，FeS在水中的溶解度非常小，該去除反應是納米FeS在起主導作用。所以當pH越小時，溶出的Fe2+和S2-越多，去除六價鉻［Cr（VI）］的速率也加快。

文獻表明，反應過程中的吸附機理較為復雜，涉及到離子之間的靜電引力和斥力、等電點等問題，還有可能形成含Cr（Ⅲ）的膠體沉淀物。改編后直接認為FeS表面帶正電（原文并未涉及這點，詳見支撐文件），可以吸附帶負電的六價鉻［Cr（VI）］離子。同時認為FeS吸附了Cr2O2-7后，兩個Cr（VI）都參加了反應，將影響的主要因素簡化為正負電荷的相互吸引以及電荷量的問題，這相當于劇本殺中創設了情境，并且提供了指引線索，由此展開搜證推理。這些設想有一定的合理性，但是由于將實際情況過度簡化，忽視了化學反應復雜的情境，容易讓學生對真實的化學過程產生誤解，這樣的命題不能正確地引導學生獲取化學知識，培養學生科學探究能力。

不難發現，本題側重于讓學生根據題目所給的信息以及問題之間的聯系進行分析和解答，著重考查學生的證據推理能力，相對弱化了對化學知識本身的要求。例如本題的③問，答案都是從題目所給信息和①、 ②的答案推理得出：由FeS表面帶正電、Cr2O2-7與CrO2-4可以發生相互轉化、FeS在弱酸性條件下溶解產生有較強還原性的Fe2+和HS-這三點直接得到答案。

另外，在pH為4～7時，Cr（VI）的主要存在形態除了CrO2-4，還有HCrO-4［14］，因此只分析Cr2O2-7與CrO2-4的相互轉化不夠全面（詳見支撐文件）。

2 劇本殺的迷失：2022年江蘇省某市秋季學期高三期中考試試題14-2

2.1 原題節選

聚合硫酸鐵是一種應用廣泛的水處理劑，它的水解-聚合過程中部分反應如下：

① 水解-聚合過程中pH變化趨勢是：＿＿＿＿；

② 聚合的原理是：＿＿＿＿；

③ 聚合硫酸鐵凈水效果好的原因是：＿＿＿＿。

［參考答案］

① 變小；

② Fe3+和OH-中的O形成配位鍵；

③ 聚合硫酸鐵式量大，帶正電荷多，能有效吸引污水中帶負電荷的膠體顆粒，形成足以沉降的大顆粒。

2.2 推理復盤

本題構建于真實情境下的聚合硫酸鐵的制備，重點考察了“證據推理與模型認知”的核心素養。以凈水劑聚合硫酸鐵為主題（相當于創設了“劇本內容”），讓學生根據聚合硫酸鐵的水解聚合過程推斷問題，同時融合了配合物結構的知識，綜合考察了學生化學變化與平衡思想的知識點。圖中明顯的信息是Fe3+聚合過程PeiWP0PMd9WmJqKJ3pOdTtJ9SHWd3QWLoD12hPax5Z8=中顆粒不斷增大，所帶電荷量不斷增加，并釋放H+，同時Fe3+和OH-中的O形成配位鍵（對應于劇本殺中的各種線索和搜證推理），學生由此可以很容易推理出問題的答案。

此題主要來源于秦懷婷等人“聚合硫酸鐵的制備、改性及應用研究進展”一文［15］。聚合硫酸鐵有很強的吸附和絮凝能力，廣泛應用于生活污水、飲用水、工業廢水和海水等的處理，這些水體中常見的雜質有泥沙、金屬離子、細菌病毒、染料等等。早在1995年就已經出現了改性聚合硫酸鐵的相關研究［16］，如在摻入PO3-4改性后，可以形成帶更多正電荷的Fe3+聚合物，更易與帶負電的染料分子相結合，形成的絮狀物更大更致密、混凝性能更好。可以看出，本題呈現的是早期的化工知識，并沒有展示現代化工的最新成果（詳見支撐文件）。

2.3 劇本評論

從劇本殺的角度來看，本題根據線索進行推理的難度不大，但是尋找關鍵線索的難度卻非常大。題干中根本沒有出現正負電荷相關的文字，僅在圖中相關位置標上了電荷，這是一個容易讓人忽視的條件，但卻是解題的關鍵，即劇本殺中的“隱含線索”。劇本殺的精彩正在于此，找到“隱含線索”后加以分析推理，就能找到真相，獲得勝利。此題也啟發學生在進行證據推理時也要善于關注圖表信息，這往往隱藏著解題的關鍵線索。然而真實的化學過程較為復雜，不能僅僅考慮電荷對凈水效果的影響，使得思考方向“劇本化”。化學試題的目的是傳播科學而不是培養偵探，總是讓學生去關注那些不起眼的線索不利于科學知識的學習和傳播。

然而，由于2022年江蘇高考14題中存在“正負電荷相互吸引”這一關鍵考點，四個月后的模擬考卷出現了同樣的考點，很容易產生聯想后得到答案，導致此題難度大大下降。命題人在命題時意欲模仿此前高考試題的風格，未對文獻報道的內容加以修改，從中截取片段，忽視了對化學知識的考查。可是，正負電荷相互吸引不能解決化學學科的所有問題，雖然本題并無重大科學性錯誤，此類題目也確實可以考查學生部分的推理能力，但是總體上卻不能向學生傳輸最新的、正確的化學知識。江蘇學生和教師紛紛反映，“化學高考題好像變成了語文的閱讀理解”“只要會推理，不學好化學也能做題”，這不符合“證據推理”這一核心素養對化學學科育人的要求［17］。

3 劇本殺的貫通：2023年全國高考新課標理綜試題27（4）～（5）

3.1 原題重現

鉻和釩具有廣泛用途。鉻釩渣中鉻和釩以低價態含氧酸鹽形式存在，主要雜質為鐵、鋁、硅、磷等的化合物，從鉻釩渣中分離提取鉻和釩的一種流程如下圖所示：

已知：最高價鉻酸根在酸性介質中以Cr2O2-7存在，在堿性介質中以CrO2-4存在。

回答下列問題：

（4） “除硅磷”步驟中，使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，該步需要控制溶液的pH≈9以達到最好的除雜效果，若pH<9時，會導致＿＿＿＿；pH>9時，會導致＿＿＿＿。

（5） “分離釩”步驟中，將溶液pH調到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1時，溶解為VO+2或VO3+；在堿性條件下，溶解為VO-3或VO3-4，上述性質說明V2O5具有＿＿＿＿（填標號）。

A． 酸性 B． 堿性 C． 兩性

［參考答案］

（4） 磷酸根會與H+反應使其濃度降低，導致MgNH4PO4無法完全沉淀，同時可能產生硅酸膠狀沉淀不易處理；會導致鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，導致產品中混有雜質，同時溶液中銨根離子濃度降低導致MgNH4PO4無法完全沉淀；

（5） C。

注：教育部考試院官方給出的（4）的答案為“磷不能除凈（磷酸鹽會轉化為可溶性的酸式鹽）；硅不能除凈（生成氫氧化鎂，鎂離子被消耗）”。此答案雖然抓住了本質，但是由于表達過于簡潔，容易使部分對此知識理解不透徹的學生討巧得分。

3.2 推理復盤

本題是一道以真實的工業生產為背景的元素綜合題。本題來源于多篇文獻［18～23］，與“從高鉻型釩渣中分離提取釩鉻”［24］一文中流程設計最為接近。鉻釩渣在堿性條件下煅燒，用水浸取后過濾除去二氧化硅和氧化鐵。隨后調節溶液pH以除去氫氧化鋁，加入硫酸鎂、硫酸銨溶液將硅、磷元素轉化為MgSiO3和MgNH4PO4沉淀。最后再調節溶液pH，加入焦亞硫酸鈉溶液實現釩和鉻的分離。對比江蘇卷可以看出，江蘇高考對考生的基本知識要求較高，默認考前已經知道“鉻酸根在酸性介質中以Cr2O2-7存在，在堿性介質中以CrO2-4存在”。

（4） 題中給了一個導向條件，暗示本題只需要考慮與MgSiO3和MgNH4PO4沉淀相關的知識，就不用像燒腦劇本殺那樣鋪天蓋地地尋找線索，揪出真兇，降低了思考難度（相當于劇本殺中為推進游戲進度而向玩家提供的指引線索）。溶液pH<9時，H+濃度升高，會與PO3-4發生反應，致使MgNH4PO4無法完全沉淀（相當于劇本殺中的搜證推理），同時過多的H+可能與SiO2-3結合產生不易處理的硅酸膠狀沉淀；若溶液pH>9， OH-濃度升高，會使Mg2+生成Mg（OH）2沉淀，同時OH-與NH+4反應，致使MgNH4PO4無法完全沉淀，最后MgNH4PO4產品中會混有雜質。

（5）題的答案也容易推理得出。

本題主要涉及兩個元素：鉻和釩。這并不是課標和教材要求學習的元素，但是結合已經學過的原子結構以及鐵等金屬的性質，學生需要具有一定的類比推斷能力，從已知到未知，將知識實現遷移，進而解答。本題另一個關鍵點在于需要學生利用題目的信息進行推理。由于是陌生元素，題目給出了充分的已知條件和提示信息，讓學生有抓手，在化學知識的范疇內進行合理的推斷，如同在玩一盤簡易的入門劇本殺。與之相比，本文第1題中Cr2O2-7與CrO2-4的相互轉化的知識在課標和教材中都沒有涉及，不能視為必備知識，嚴格地說是屬于超標內容，如果考查需要提供相關信息，因為學生根據已有知識和經驗推理不出答案。因此，試題的命制需要強調必備知識源于課標和教材的理念，糾正“考過即視為已知”的錯誤說法。

此題完善地呈現了證據推理的基本內涵，深化了核心素養對學生品格和能力的要求。命題人將劇本殺的元素運用得恰到好處，沒有像第二題那樣，對此題的信息“使硅、磷分別以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀”“將溶液pH調到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1時，溶解為VO+2或VO3+；在堿性條件下，溶解為VO-3或VO3-4”加以隱藏，變化為更為隱蔽的“隱含線索”，使本題變為更加燒腦的劇本殺，因為那樣會使學生沉迷于推理游戲，不注重化學知識的學習。

4 劇本殺的思考：辨明“證據推理”的邊界

新課程考試評價以核心素養為測試宗旨，目前各類考試均在落實核心素養要求，以達到化學學科育人的目的［25，26］。在化學試題中摻入少量劇本殺的元素，確實能增強學生的證據推理能力，但是部分考卷在命題過程中缺乏經驗，沒有正確把握好證據推理的邊界，套用了劇本殺式的命題方式，過分強調了應用推理的模式而忽視了對化學知識本身的考察。這種對劇本殺的過度追求以致舍本逐末，讓學生只會一味地從題目中尋找線索來解決問題，而不是根據已掌握的知識綜合思考，推敲答案。這樣的試題不利于學生學習化學知識，高考試題更加不能按照這樣的方式去命制，應當通過高考試題推動學生學習科學知識，而不是讓他們熱衷于進行劇本殺式的推理。

新課標中提出要“整體規劃化學教學內容的深廣度”［27］，因此命題時可以在知識點、題型、難度或素養能力等方面對素材進行調整，讓學生在原有的知識基礎上，積極展開分析推理和探究思辨［28］；可以通過拓寬知識的層次來提高化學試題的難度，讓學生通過推理獲取深層知識來完成題目的解答。本文的第三題就是有效地做到了這一點：利用已學過的元素進行類比，推理出陌生元素的相關性質，實現了對知識的靈活運用，同時又聯系了實際化工生產，實現了基礎化學知識的延伸和遷移，達到了提高學生綜合思維能力的目的。

基于“真實情境”的命題思想是新高考的基本思路，新高考的試題命制往往以最新前沿的科研成果為素材，學生需要在真實情境下的化學過程中獲取相應的知識信息，將已學的化學知識進行重組建構，發揮他們的分析、推理、應用的綜合能力［29］，并且要從真實情境出發，分析物質的組成與變化，并構建化學過程的邏輯鏈。命題時不宜大量使用化工背景，因為工業生產條件的選擇更多是試驗結果和經驗積累，而中學化學主要學習的是基本化學原理，這樣的科學原理所對應的是理想模型。這樣更符合“具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽；建立觀點、結論和證據之的邏輯關系”［30］的要求。

高考試題在高中教學中具有權威性、代表性和導向性［31］，一旦高考題出現了一些新的思路，各地的高考模擬題必然將這種思考向深度和廣度進行挖掘。本文中的第一題和第二題就是如此關系。因此高考題必須擁有正確的“科學態度與社會責任”，積極地引領課堂教學，落實立德樹人的根本任務，引導學生自覺獲取科學知識、培養科學精神、增強科技自信、厚植家國情懷，全面提高學生的科學素養［32］。

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*南京師范大學化學與材料科學學院2022年研究生精品課程建設（181200002594）；無機化學教學網站建設（16122010432314）；在線開放課程（1812200050ZXKC2304）的研究成果。

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