情境化高考化学试题的特点分析

黄剑锋 汤希雁

【摘 要】文章以2022年高考全国甲卷理综化学试题为例，基于情境化高考试题的特点进行分析。情境化高考化学试题以真实情境为测试载体，融知识于真实情境中，以真实情境考查关键能力，考查化学学科核心素养。对高考试题的分析了解，既有利于课堂教学改革，也有利于高考备考的精准开展，更有利于提高教学效率。

【关键词】真实情境；测试载体；关键能力；化学学科核心素养

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》和《中国高考评价体系》都强调，真实情境是高考试题中的测试载体。2022年全国高考化学试题的命制正是体现了试题的情境性。笔者以2022年高考全国甲卷理综化学试题（以下简称全国甲卷化学试题）为例进行分析，探讨高考化学试题如何通过试题情境承载核心价值、学科素养、关键能力、必备知识的考查内容，实现考查要求，使教师了解与把握高考化学试题命制的特点、考查侧重点，以便为日常教学、高考备考提供参考。

一、试题的真实情境分析

《中国高考评价体系》指出，高考命题应合理创设情境，设置新颖的试题呈现方式和设问方式，促进学生主动思考，发现新问题，找到新规律，得出新结论［1］。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中呈现的以化学学科核心素养为导向的命题框架［2］，要求情境和知识同时服务于问题的提出与解决，问题、情境、知识之间存在密切联系。分析发现，全国甲卷化学试题命制的显著特点就是情境化，其试题情境包括学习探索情境、生活实践情境、学术探索情境三种类型。学习探索情境是指以化学学科专业语言与符号为表现形式，按照学科逻辑呈现的情境；生活实践情境是指根据生活中的化学现象及其变化的内在逻辑呈现的真实情境；学术探索情境是指以化学科学研究问题为背景，按照学术研究的一般路径呈现的真实情境［3］。笔者对全国甲卷化学试题情境进行分析，整理如下（见表1）。

由表1可以发现，全国甲卷化学试题情境以学习探索情境为主，以化学用语、阿伏加德罗常数、实验现象及结论、物质制备与纯化等为背景。学习探索情境试题主要用于检测知识复述与再现，体现试题的基础性。生活实践情境试题以日常生活中常见物质的使用、环境污染、工业生产流程、新型材料为背景，主要用于检测知识迁移与应用，体现试题的综合性与应用性。学术探索情境试题以新型电池原理、物质转化方法、最新合成方法等为背景，主要检测学生的真实问题解决能力，体现试题的综合性与创新性。

二、基于真实情境的关键能力考查分析

情境化试题主要包括目的、背景、问题和知识4个基本要素，其本质特征是将目的、问题和知识融合在一定的背景之中，［4］考查学生的化学学科关键能力——理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力、探究与创新能力。经分析，全国甲卷化学试题对理解与辨析能力进行有针对性的考查，对归纳与论证能力适度考查，重点考查分析与推测能力。

（一）理解与辨析能力的考查

高考化学试题对学生理解与辨析能力的考查，侧重于学生复述再现能力的考查。例如，考查学生对物质颜色的记忆、基本反应类型、主要化学组成成分、主要化学性质及教材原型实验的复述再现等。

例1 （全国甲卷化学试题第8题）辅酶Q10具有预防动脉硬化的功效，其结构简式如图1。下列有关辅酶Q10的说法正确的是（  ）

A.分子式为C60H90O4

B.分子中含有14个甲基

C.分子中的四个氧原子不在同一平面

D.可发生加成反应，不能发生取代反应

本题情境背景是辅酶Q10结构简式的键线式。基于此背景的测试任务是让学生运用物质微观结构图式，分析有机物的结构特点，判断其在一定条件下可能发生的化学反应。考查学生对有机反应类型、甲基、共平面等基本概念的理解能力。全国甲卷化学试题中的第8、第9、第11、第12、第13、第27题都是关于理解与辨析能力的考查。

（二）归纳与论证能力的考查

高考化学试题对学生归纳与论证能力的考查，主要通过将关键信息隐含于题干、图表数据中，让学生结合已有核心主干知识，提取、整合、归纳、整理关键信息，进行逻辑推理，得出相应结论。此类试题的问题通常有解释为什么、分析原因、选择措施等，从而考查学生从不同信息呈现形式中准确提取有效信息的能力。

例2 （全国甲卷化学试题第28题）金属钛（Ti）在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石（TiO2）转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：

（1）TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：

（ⅰ）直接氯化：TiO2（s）+2Cl2（g）=TiCl4（g）+O2（g）  [Δ]H1=172kJ·mol-1，Kp1=1.0×10-2；

（ⅱ）碳氯化：TiO2（s）+2Cl2（g）+2C（s）=TiCl4（g）+2CO（g） [Δ] H2=-51kJ·mol-1，Kp2=1.2×1012Pa；

①反应2C（s）+O2（g）=2CO（g）的[ΔH]为

kJ·mol-1，Kp=    Pa。

②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，其原因是      。

③對于碳氯化反应：增大压强，平衡

移动（填“向左”“向右”或“不”）；温度升高，平衡转化率         （填“变大” “变小” 或 “不变”）。

（2）在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2（g）以物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的理论计算结果如图2所示。

①反应C（s）+CO2（g）=2CO（g）的平衡常数Kp（1400℃）=    Pa。

②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是       。

（3）TiO2碳氯化是一个“气—固—固”反应，有利于TiO2—C“固—固”接触的措施是    。

本题情境背景是TiO2转化为TiCl4的两种方法：直接氯化法和碳氯化法。一是考查学生能够从信息中提取碳氯化反应和直接氯化反应的特点，进行分析归纳，根据熵变[Δ]S、焓变[Δ]H进行判断得出结论，判断改变温度、压强平衡移动的情况。二是考查学生从题目提供碳氯化反应体系中气体平衡组成比例（物质的量分数）随温度变化的数据，分析计算Kp（1400℃），阐释实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，推论实际反应温度远高于200℃的原因，以及有利于“固—固”接触应该采取的措施。

（三）分析与推测能力的考查

高考化学试题对学生分析与推测能力的考查，主要通过融合在化学反应原理、实验原理与方法、物质结构与性质的试题中进行考查，以考查学生分析解释、推论预测及从抽象理论到具体应用的能力。

例3 （全国甲卷化学试题第35题节选）2008年北京奥运会的“水立方”，在2022年冬奥会上华丽转身为“冰立方”，实现了奥运场馆的再利用，其美丽的透光气囊材料由乙烯（CH2=CH2）与四氟乙烯（CF2=CF2）的共聚物（ETFE）制成。回答下列问题：

图3、图4、图5分别表示C、N、O和F的逐级电离能I变化趋势（纵坐标的标度不同）。第一电离能的变化图是    （填标号），判断的根据是    ；第三电离能的变化图是    （填标号）。

学生解答本题需要具备从原子结构推测性质的能力，从N原子的2p能级为半充满状态分析，判断N元素的第一电离能比C、O两种元素高。C原子在失去2个电子后的2s能级为全充满状态，由此判断C元素的第三电离能稍高，得出答案。

三、融合在真实情境中的知识分析

情境化试题的本质是将目的、问题和知识融合在一定的背景之中，以实现检测学生应对各种复杂现实情境所必需的相关素养的目的。因此，试题情境的背景中蕴含着许多学科知识。例1选取了辅酶Q10结构简式的键线式作为背景，这一背景中除4个选项所对应的知识外，还包括结构中各碳原子的杂化类型、含碳碳双键数、与Br2加成需要Br2的物质的量、核磁共振氢谱图中峰的个数与面积比等其他相关知识。不同的背景蕴含不同知识，结合近年来高考化学试题的实际情况，可将情境化高考试题的背景分为STSE、学科知识、科学实验、化工生产等。

（一）以STSE为背景

背景中通常包含化学与资源、能源、材料、技术、社会、生活、环境、中华优秀文化传统等相关化学知识，例如全国甲卷化学试题第7题以化学与生活为背景，所包含的化学知识有次氯酸钙与盐酸反应，酸雨的主要物质，棉花、麻和蚕丝的组成，干冰用途。

（二）以学科知识为背景

背景中包含中学化学课程标准范畴的化学知识，即化学学科必备知识。如化学语言与概念（化学用语）、物质结构与性质（原子结构、分子结构与晶体结构）、反应变化与规律（热力学、动力学、电化学、电解质溶液）、物质转化与应用（无机物和有机物的性质及转化）、实验原理与方法（定性与定量、分离与提纯、条件与控制）等核心知识。

例4 （全国甲卷化学试题第12题）Q、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素，其最外层电子数之和为19。Q与X、Y、Z位于不同周期，X、Y相邻，Y原子最外层电子数是Q原子内层电子数的2倍。下列说法正确的是（  ）

A.非金属性：X＞Q

B.单质的熔点：X＞Y

C.简单氢化物的沸点：Z＞Q

D.最高价含氧酸的酸性：Z＞Y

本题以物质结构知识为背景，包括元素在周期表中的位置，元素原子结构特点，元素的非金属性强弱，物质熔、沸点高低比较，酸性强弱比较等知识。

（三）以科学实验为背景

此类试题经常以实验装置图、实验操作、实验现象及图表的实验数据等形式呈现背景要素。全国甲卷化学试题第13题以中学化学课程标准范畴中的基本实验为背景，包括实验测定比较CH3COO-和HCO3-的水解常数，检验铁锈中是否含有二价铁，探究氢离子浓度对CrO42-、Cr2O72-相互转化的影响，检验乙醇中是否含有水的基本实验知识。全国甲卷化学试题第27题以工业生产硫化钠并进行纯化实验装置为背景，其中包括完成该实验的基本原理、基本操作、操作注意事项、原因分析等基本实验知识。

（四）以化工生产为背景

此类试题通常以化学工艺流程、有机合成路线、生产过程和生产条件等相关的图像和数据为背景。全国甲卷化学试题第26题以硫酸锌制备工艺流程为背景，融合Zn、Ca、Mg、Fe、Cu等化合物的基本知识，物质转化中涉及溶液pH的调整、氧化还原反应、复分解反应、水解反应，流程中涉及沉淀溶解平衡原理的应用、常见物质的分离及实验操作等知识。全国甲卷化学试题第36题以多环化合物的合成路线为背景，融合物质的化学名称、反应类型、反应产物的结构简式、官能团名称、有机物结构简式、手性碳原子等知识。

四、以情境考查化学学科核心素养

情境化试题考查学生的学科知识、学科能力和学科素养，而零碎化的化学知识与技能无法考查化学学科核心素养，只有围绕在某一情境的背景中，将知识、能力、素养融合在一起，才能进行有效考查。

例5 （全国甲卷化学试题第10题）一种水性电解液Zn-MnO2离子选择双隔膜电池如图6所示（KOH溶液中，Zn2+以Zn（OH）42-存在）。电池放电时，下列叙述错误的是（  ）

A.Ⅱ区的K+通过隔膜向Ⅲ区迁移

B.Ⅰ区的SO42-通过隔膜向Ⅱ区迁移

C. MnO2电极反应：MnO2+2e-+4H+=Mn2++2H2O

D.电池总反应：Zn+4OH-+MnO2+4H+=Zn（OH）42-+

Mn2++2H2O

本题以双隔膜电池为情境背景，有效考查了化学学科核心素养（见表2）。

由此分析发现，化学学科核心素养在情境化高考试题中体现得“淋漓尽致”，高考试题不只是测试学生所掌握的基础知识和技能，还是重点考查学生运用知识解决真实背景下问题的能力，在解决问题过程中全面展现学生的化学学科核心素养。

综上所述，情境化试题的特点是以真实情境为测试载体，基于真实情境考查关键能力，将知识融于真实情境中，围绕情境考查学生的化学学科核心素养。对试题的研究无论是对于日常课堂教学，还是把握高考方向、精准备考等都具有重要的意义，能有效提高教学质量。

参考文献：

［1］教育部考試中心.中国高考评价体系［M］.北京：人民教育出版社，2019.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］江合佩，单旭峰.基于高考评价体系的化学试题研究：以2019年考考化学试题为例［J］.教育测量与评价，2020（2）：11-19.

［4］陆军.情境化试题的基本要素、背景类型与品质追求：以2019年高考全国Ⅰ卷理科综合化学试题为例［J］.化学教学，2019（12）：76-81.

（责任编辑：罗小荧）