趙晗蕾　黎泓波　艾小麗　姜建文

摘要： 以化學學科核心素養(yǎng)為導向，命制一道基于“曾侯乙青銅編鐘”化學史情境的原創(chuàng)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(guān)注化學史情境的選擇與處理，反思并總結(jié)以化學史素材作情境命題的經(jīng)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(guān)鍵詞： 試題命制； 化學史情境； 核心素養(yǎng)； 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(fā)揮著價值引領作用?！镀胀ǜ咧谢瘜W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(nèi)容等各方面都強調(diào)要重視化學史在教育實踐中的運用［1］。目前相關(guān)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(fā)，而將其與試題命制結(jié)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?qū)W生化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的原創(chuàng)高考模擬試題，對該原創(chuàng)試題的命制思路、試題考查的關(guān)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(chuàng)試題命制進行反思與總結(jié)。

2 基于化學史情境的原創(chuàng)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(jīng)出土便引發(fā)了海內(nèi)外學者的關(guān)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(xiàn)

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(guān)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(guān)。采用現(xiàn)代技術(shù)對其化學組成進行分析，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)火法煉銅技術(shù)，西漢時期首創(chuàng)世界最早的濕法冶金技術(shù)——濕法煉銅。

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

結(jié)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(jīng)木炭高溫還原生成粗銅。該冶煉過程所發(fā)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(zhì)）。利用濕法冶金工藝提取廢渣中的銅，同時實現(xiàn)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)量分數(shù)為＿＿＿×100%（用含m、 V1、 V2的代數(shù)式表示）。

ii. 為使結(jié)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(jié)合離子方程式說明）。

（4） 曾侯乙編鐘發(fā)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(fā)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(guān)于青銅器的保護與修復說法正確的是＿＿＿。

A. 保持干燥環(huán)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(chuàng)試題的參考答案如下：

（1） 適當改變青銅編鐘的硬度，調(diào)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(lián)試題，整合學科知識內(nèi)容

考慮到原創(chuàng)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(chuàng)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(shù)量的科研文獻為支撐，抽提出對應的化學知識內(nèi)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(chuàng)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(guān)的化學反應速率、電化學等知識內(nèi)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(xiàn)形式，定性與定量研究相結(jié)合，主要考查其他元素化合物的性質(zhì)與轉(zhuǎn)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(nèi)容。在第④小題中引用大學化學經(jīng)典實驗——碘量法測定銅的含量，串聯(lián)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(jié)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(fā)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(nèi)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(yǎng)與關(guān)鍵能力的考查要求

依據(jù)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(jù)單旭峰對化學科考試關(guān)鍵能力的內(nèi)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(yǎng)及其水平，從而證明該原創(chuàng)試題與學業(yè)質(zhì)量標準具有較好的一致性。具體分析統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。由統(tǒng)計結(jié)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(guān)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(fā)展。而試題體現(xiàn)的化學學科核心素養(yǎng)水平基本屬于學業(yè)質(zhì)量水平的第3層和第4層，這與課標中“學業(yè)質(zhì)量標準水平4是化學學業(yè)等級性考試的命題依據(jù)”的規(guī)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(nèi)容和考查要求、靈活運用試題情境有重要作用［6］?；诟呖荚u價體系與SOLO分類理論詳析本原創(chuàng)試題涉及的考查情境、內(nèi)容、要求與水平，如表3所示。由統(tǒng)計結(jié)果可見，該原創(chuàng)試題的各項要素均符合高考評價體系的要求。

2.4.3 規(guī)范語言表述，優(yōu)化信息呈現(xiàn)，仔細打磨原創(chuàng)試題

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

（1） 精簡題干信息?；瘜W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(guān)聯(lián)。但此種形式摻雜過多無效信息，影響學生答題的心態(tài)。修改后將分散的資料于試題開篇集中展現(xiàn)，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(yōu)化圖表呈現(xiàn)。圖表是重要的信息傳遞形式，根據(jù)設問方式和學生的理解水平，合理設計圖表的類型與數(shù)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(xiàn)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(yè)目的。該推理過程只涉及鐵的氧化物的簡單轉(zhuǎn)化，考查不夠深入。筆者二次查閱文獻資料后發(fā)現(xiàn)，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(xù)的浸出步驟經(jīng)化學手段篩出與回收。試題優(yōu)化后，將上述內(nèi)容適當處理整合為學生熟知的浸出、pH調(diào)節(jié)、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(xiàn)，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(guī)范問題表述。問題的表述須規(guī)范嚴謹，設問須有明確的指向性，防止產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(jīng)修改打磨后的試題有較大的提升。在某校模擬測試后經(jīng)數(shù)據(jù)分析，均分為9.34分（滿分設置17分），難度系數(shù)0.55。數(shù)據(jù)呈正態(tài)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(yǎng)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(guī)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(yǎng)

“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(guān)文獻可考的。查閱文獻時要關(guān)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(diào)動已有知識經(jīng)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(fā)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(jīng)歷了截然不同的發(fā)展，深入挖掘其在知識內(nèi)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(fā)展，提升師生對化學學科本質(zhì)的理解［11］。例如我國古代“抽砂煉汞”技術(shù)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(chuàng)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(lián)系

化學史素材的本質(zhì)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(guān)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(xiàn)方面，要精簡文字表達，突出學科知識與能力素養(yǎng)的考查。

4 結(jié)語

高考改革推動著對試題命制的相關(guān)研究，命題情境作為試題的關(guān)鍵要素更不能忽視?；瘜W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(jié)合，充分發(fā)揮其素材價值，實現(xiàn)高質(zhì)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(fā)展的高度學習化學、運用化學，落實學科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。

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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(guī)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(chuàng)新基金項目（YC2022s324）研究成果。