基于教學(xué)問題再思考的化學(xué)原創(chuàng)試題的命制

陸庭鑾

摘要： ?基于教學(xué)問題的再思考，對(duì)“二氧化碳在碳酸氫鈉溶液中的溶解度比水小”的教學(xué)結(jié)論產(chǎn)生質(zhì)疑與反思。

從需要解決的問題入手，收集和篩選素材，加工形成原創(chuàng)試題情境，精心設(shè)計(jì)試題問題，明確知識(shí)點(diǎn)、考查立意及命題思路，不斷踐行以提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞： ?原創(chuàng)試題; 試題命制; 試題情境

文章編號(hào)： ?1005 6629（2022）08 00898 04

中圖分類號(hào)： ?G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?B

化學(xué)原創(chuàng)試題的命制是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及到對(duì)教學(xué)問題的思考、情境素材的選擇、試題情境的形成（情境素材加工成試題情境）、問題的設(shè)置、試題的打磨（修改與調(diào)整）、答案和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定等。本文圍繞在教學(xué)過程中遇到的一個(gè)常見問題的再思考展開試題的命制，以評(píng)促教，以評(píng)促學(xué)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

1 試題命制的環(huán)節(jié)構(gòu)想

1.1 教學(xué)問題的再思考

教學(xué)中對(duì)一些化學(xué)的程序性知識(shí)的處理往往是習(xí)得性處理方式，已有的認(rèn)知或認(rèn)知的模型已形成了固化的思維或程序化的思維，這種簡(jiǎn)化和線性的思維不利于學(xué)生思維的發(fā)展。例如在學(xué)習(xí)二氧化碳凈化與收集知識(shí)時(shí)，收集程序中常會(huì)將二氧化碳通入到飽和碳酸氫鈉溶液中，教師引導(dǎo)學(xué)生思考的點(diǎn)有兩個(gè)： 為什么飽和？用碳酸氫鈉溶液目的何在？最終學(xué)生會(huì)在教師引導(dǎo)下得出二氧化碳在飽和碳酸氫鈉溶液的溶解度較小且碳酸氫鈉溶液易與氯化氫氣體反應(yīng)轉(zhuǎn)化為二氧化碳?xì)怏w，得以凈化和收集之鵠的，達(dá)到了某種教學(xué)效果。從未想過此結(jié)論得出的可信度究竟如何？教學(xué)時(shí)這樣處理知識(shí)總感覺結(jié)論的得出缺少些什么，但也未曾去進(jìn)行深度思考。前段時(shí)期，偶然發(fā)現(xiàn)一篇文章“排水法與排飽和碳酸氫鈉溶液法收集二氧化碳實(shí)驗(yàn)比較”[1]，由此對(duì)曾教的結(jié)論產(chǎn)生了質(zhì)疑與反思： 二氧化碳真的在碳酸氫鈉溶液中的溶解度相對(duì)較小嗎？水與碳酸氫鈉溶液吸收二氧化碳?xì)怏w的效果究竟哪一個(gè)更好？通過查詢相關(guān)資料和文獻(xiàn)，特別是2019年全國(guó)數(shù)字化學(xué)比賽相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究提供的實(shí)證，于是萌發(fā)了通過試題的命制達(dá)到以評(píng)促教、以評(píng)促學(xué)的想法，讓學(xué)生在分析解決問題的過程中，重新認(rèn)識(shí)問題的本原，重構(gòu)問題的認(rèn)識(shí)視角與思路，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、尊重實(shí)證的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感的核心素養(yǎng)。

1.2 素材的選擇與加工、試題情境的形成

素材的選擇與加工、試題情境的形成總的指導(dǎo)思想應(yīng)是以提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，以學(xué)科知識(shí)為工具，以問題為載體，貫穿科學(xué)方法的運(yùn)用和滲透。選擇的立意點(diǎn)應(yīng)是基于對(duì)真實(shí)問題的解決。尋找較為權(quán)威的實(shí)驗(yàn)素材，實(shí)證二氧化碳在水或碳酸氫鈉溶液中溶解度大小及 水或碳酸氫鈉溶液吸收二氧化碳?xì)怏w的效果，試題情境采用設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)和控制變量法的科學(xué)方法。

情境選擇與加工是在原始素材的基礎(chǔ)上，充分考慮背景因素和活動(dòng)因素加工而成。背景往往出于反思性教與學(xué)的需要，結(jié)論性知識(shí)的原因與結(jié)果是否有內(nèi)在的邏輯關(guān)聯(lián)？假設(shè)性理論與實(shí)證性證據(jù)是否吻合？基于反思性思考，對(duì)于教學(xué)中的某問題進(jìn)行深度思考很有必要，多產(chǎn)生一些本原性問題展開研究。對(duì)于二氧化碳的收集背景下的本原性問題： 二氧化碳真的在碳酸氫鈉溶液中溶解度相對(duì)較小嗎？水與碳酸氫鈉溶液吸收二氧化碳?xì)怏w的效果究竟哪一個(gè)更好？基于此問題的解決是指向知識(shí)間邏輯關(guān)聯(lián)和意義取向的，故情境選擇與加工還應(yīng)考慮活動(dòng)因素。通過展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的過程，體驗(yàn)操作、觀察、討論等活動(dòng)的關(guān)鍵因素，體現(xiàn)情境是社會(huì)活動(dòng)的一部分，其真實(shí)性通過活動(dòng)因素來體現(xiàn)。

1.3 試題問題的設(shè)置

試題情境中的問題設(shè)置，是學(xué)生通過顯性閱讀、內(nèi)化與遷移，挖掘試題中的相關(guān)信息，調(diào)動(dòng)一切思維，解決相關(guān)問題。應(yīng)從多角度理解與認(rèn)識(shí)問題的設(shè)置，從科學(xué)性、規(guī)范性等角度看問題的設(shè)置。問題的設(shè)置應(yīng)是表達(dá)上無歧義、層次上有進(jìn)階、關(guān)系上無牽連、指向上有目標(biāo);從問題的思維含量看，問題設(shè)置應(yīng)是低階思維與高階思維含量的協(xié)調(diào)，符合既定的難度系數(shù)的總體要求; 從問題的結(jié)構(gòu)要素考慮，問題設(shè)置成單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)還是抽象拓展結(jié)構(gòu)層次水平等，做到心中有數(shù)、整體安排。

2 命制的原創(chuàng)試題

題目： 實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳時(shí)常用石灰石與稀鹽酸，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式： ?????。欲收集純凈的二氧化碳，常將二氧化碳通入飽和碳酸氫鈉溶液中，一方面利用碳酸氫鈉能除去二氧化碳中混有的雜質(zhì)氣體，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ????，另一方面，有認(rèn)為在飽和的碳酸氫鈉中，二氧化碳溶解度較 ????，有利于收集二氧化碳。但有同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)現(xiàn)了“異?！保F(xiàn)通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以系統(tǒng)研究。

問題1： 碳酸氫鈉溶液與水吸收氯化氫氣體的效果比較。

實(shí)驗(yàn)1 ?用26%的濃鹽酸制取二氧化碳，分別用向上排空氣集氣法、排水法和排飽和碳酸氫鈉溶液法收集250mL二氧化碳，再各自加入20mL 10%氫氧化鈉溶液吸收，用氯離子傳感器測(cè)定氯離子含量，數(shù)據(jù)如圖1所示， 由圖分析從而比較吸收氯化氫氣體的效果[2]。

（1） 二氧化碳可用向上排空氣法收集的依據(jù)是： ?????。

（2） ?氫氧化鈉吸收二氧化碳的化學(xué)方程式： ?????。

（3） 由實(shí)驗(yàn)1數(shù)據(jù)可獲得的結(jié)論： ?????。

問題2： 二氧化碳在水和飽和碳酸氫鈉溶液中溶解情況比較。

實(shí)驗(yàn)2 在18℃下，用碳酸鈉粉末與稀硫酸反應(yīng)制取兩瓶250mL二氧化碳，分別加入50mL水和飽和碳酸氫鈉溶液，振蕩，用壓強(qiáng)傳感器分三次測(cè)定裝置內(nèi)壓強(qiáng)的變化，數(shù)據(jù)如圖2所示[4]。

（1） 選用稀硫酸而不用稀鹽酸的原因是 ????。

（2） 由實(shí)驗(yàn)2數(shù)據(jù)可獲得的結(jié)論： ?????。

（3） 由實(shí)驗(yàn)2的圖像對(duì)比分析，對(duì)“二氧化碳?xì)怏w能用排水法收集”的證據(jù)簡(jiǎn)述過程： ?????。

反思： 結(jié)合碳酸氫鈉溶液酸堿性，對(duì)（2）結(jié)論產(chǎn)生的原因作出猜想： ?????。

為了驗(yàn)證，又補(bǔ)做了實(shí)驗(yàn)3： 在18℃下，用碳酸鈉粉末與稀硫酸反應(yīng)制取兩瓶250mL二氧化碳，分別加入50mL水和稀鹽酸溶液，振蕩，用壓強(qiáng)傳感器分三次測(cè)定裝置內(nèi)壓強(qiáng)的變化，數(shù)據(jù)如圖3所示。

（1） 由實(shí)驗(yàn)3并結(jié)合實(shí)驗(yàn)2可得出： 酸性溶液對(duì)二氧化碳的溶解有 ????作用，堿性溶液對(duì)二氧化碳的溶解有 ????作用。

（2） 圍繞制備二氧化碳時(shí)通入飽和碳酸氫鈉溶液一系列探究實(shí)驗(yàn)，下列說法正確的是 ????（多項(xiàng)選擇）。

A. 二氧化碳和氯化氫氣體在水中溶解能力相差不大

B. 將二氧化碳通入稀硫酸溶液可增大其在水中的溶解度

C. 氣體在某溶液中的溶解能力受多種因素影響

D. 實(shí)驗(yàn)探究，尊重實(shí)證是得出結(jié)論的重要途徑

[參考答案]

題目： CaCO3+2HCl CaCl2+H2O+CO2↑ NaHCO3+HCl NaCl+H2O+CO2↑ 小

問題1： （1） 二氧化碳的密度大于空氣

（2） 2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O

（3） 排水法與排飽和碳酸氫鈉溶液法都能較好除去二氧化碳中的氯化氫氣體（或兩者吸收氯化氫的效果差不多），而排空氣法收集的二氧化碳中含有較多的氯化氫氣體（其他合理答案也可）

問題2： （1） 稀硫酸沒有揮發(fā)性，避免二氧化碳中混有氯化氫氣體，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論造成影響（其他合理答案也可）

（2） 在相同條件下，二氧化碳在飽和碳酸氫鈉溶液中比水中溶解得更多

（3） 有，二氧化碳溶于水達(dá)到飽和后即可通過排水法收集

反思： （1） 抑制（減弱） 促進(jìn)（加強(qiáng)） （2） CD

3 命制試題設(shè)計(jì)的思路分析

3.1 前引問題的命題思路

前引試題應(yīng)關(guān)聯(lián)學(xué)生已有的基礎(chǔ)知識(shí)。前引問題涉及實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳的原理、碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)、物質(zhì)溶解度的影響因素等。問題設(shè)置意圖為： 二氧化碳制備原理主要考查學(xué)生對(duì)原理的理解與符號(hào)表征，涉及記憶和符號(hào)表征水平，屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次水平;利用碳酸氫鈉溶液除去氯化氫則是考查學(xué)生正確理解和運(yùn)用除雜的一些方法和原則，此落點(diǎn)較為簡(jiǎn)單，屬于記憶思維，是單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次;第3空則是通過問題，暴露與反思教與學(xué)過程中存在的問題，為進(jìn)一步探究與學(xué)習(xí)作鋪墊，進(jìn)一步引導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)與能力、素養(yǎng)之間的轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生的思維能力。

3.2 實(shí)驗(yàn)1問題的命題思路

實(shí)驗(yàn)1問題涉及二氧化碳收集方法及收集的依據(jù)，二氧化碳吸收原理與符號(hào)表征，數(shù)據(jù)的對(duì)比、處理及分析。問題的設(shè)置意圖： 通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)從不同層次對(duì)核心知識(shí)的理解與掌握，對(duì)化學(xué)知識(shí)符號(hào)表征的實(shí)踐以及對(duì)化學(xué)信息接受、吸收、整合能力等進(jìn)行考查。第（1）問屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次水平，在理解二氧化碳性質(zhì)與收集方式的邏輯關(guān)系基礎(chǔ)上加以運(yùn)用;第（2）問屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)層次水平，在宏觀認(rèn)識(shí)二氧化碳用堿吸收并能描述的基礎(chǔ)上學(xué)會(huì)用化學(xué)方程式等符號(hào)表征;第（3）問屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次水平，在分析基礎(chǔ)上概括與抽提排水法與排飽和碳酸氫鈉溶液法都能較好除去二氧化碳中的氯化氫氣體（或兩者吸收氯化氫的效果差不多），而排空氣法收集的二氧化碳中含有較多的氯化氫氣體。此結(jié)論得出，是一個(gè)差異區(qū)分及同質(zhì)聚合的整合過程[7]，思維含量較高。

3.3 實(shí)驗(yàn)2問題的命題思路

實(shí)驗(yàn)2問題涉及稀硫酸與鹽酸的性質(zhì)（揮發(fā)性）異同辨析并加以運(yùn)用，數(shù)據(jù)的對(duì)比、處理及分析，對(duì)結(jié)論的反思、分析與評(píng)價(jià)。問題的設(shè)置意圖為： 運(yùn)用對(duì)比實(shí)驗(yàn)手段通過一系列的不同層次思維含量的問題，不斷抽提與凝練認(rèn)識(shí)視角與思路，優(yōu)化認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與認(rèn)識(shí)方式，形成辯證思維。第（1）問屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)層次水平。不僅需要學(xué)生在已有知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上梳理酸的性質(zhì)，還應(yīng)從中抽提出稀硫酸與稀鹽酸的不同性質(zhì)，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)的需要，控制變量，排除干擾原因。由于稀硫酸沒有揮性性，避免了二氧化碳中混有氯化氫氣體，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論造成影響。解答此問題需要學(xué)生具備一定的提取與篩選能力，思維含量較高;第（2）問屬于抽象拓展層次水平。在圖像表征下，通過對(duì)比、分析、整合得出： 在相同條件下，二氧化碳在飽和碳酸氫鈉溶液中比水中溶解得更多，需要學(xué)生在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上否定、修正原有結(jié)論，對(duì)批判性思維和創(chuàng)新思維有較高的要求;第（3）問屬于抽象拓展層次水平。需要學(xué)生用批判性視角看問題，運(yùn)用證據(jù)推理手段強(qiáng)化分析，凝練認(rèn)識(shí)氣體收集的新視角與新思路。從圖像中分析得知，二氧化碳溶于水會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，通過與溶于碳酸氫鈉溶液的壓強(qiáng)的對(duì)比，證明二氧化碳溶于水有一個(gè)限度;另一方面從理論上分析，雖其溶解度為1∶1較大，但由于二氧化碳在水中的溶解速率較小，所以這也是能用排水法收集的主要原因。構(gòu)建新的認(rèn)識(shí)視角： 用數(shù)字化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段為排水法收集二氧化碳提供了有力的證據(jù)支持，此問能很好地培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。

3.4 反思問題的命題思路

反思問題涉及科學(xué)探究的要素運(yùn)用，數(shù)據(jù)的對(duì)比、分析與評(píng)價(jià)，科學(xué)方法及科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。設(shè)置意圖為： 進(jìn)一步培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任心等核心素養(yǎng)。第（1）問屬于抽象拓展層次水平，從具體物質(zhì)認(rèn)識(shí)到具體物質(zhì)研究再到類別物質(zhì)研究的螺旋式上升的“心理構(gòu)造”認(rèn)識(shí)水平的提升[8]，形成結(jié)構(gòu)性的知識(shí)： 酸性溶液對(duì)二氧化碳的溶解有抑制作用，堿性溶液對(duì)二氧化碳的溶解有促進(jìn)作用，從感性（圖像）證據(jù)推理形成理性認(rèn)識(shí)新思路;第（2）問屬于抽象拓展層次水平，對(duì)分析、推理、評(píng)價(jià)等高階思維水平要求較高。 A的解答需要分析圖像，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析得出兩者溶解度的差異;B則是需要學(xué)生從分析到整合歸納得結(jié)論，再運(yùn)用結(jié)論演繹推理解決問題，酸有抑制作用，而硫酸屬于酸;CD的解答則是運(yùn)用系統(tǒng)的全面的視角看問題，既要整體分析，又要細(xì)節(jié)分析，樹立實(shí)證觀、系統(tǒng)觀多因素影響等觀念，切實(shí)提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

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