理科综合背景下中考化学试题情境创设的路径

王文军

（浙江省丽水市教育教学研究院）

核心素养视角下的化学试题命制，应立足于真实情境的创设。只有真实的试题情境才能甄别学生必备知识、关键能力和学科素养，也才能使测量和评价更加客观、公正。真实的试题情境应做到原始问题与教材问题、实践问题与学科问题、史实问题与方法问题的统一，立足于试题情境的原创，达到检验学生的化学学业水平和解决实际问题能力的目的。根据化学学科特点，从情境来源的角度分析，原创化学试题情境主要可分为三类：知识关联情境、生活实践情境和史实探究情境。本文以2021年初中学业水平考试中的真题为例，剖析综合理科背景下的初中化学试题情境创设路径。

一、创设知识关联情境

初中化学具有知识点多、内容抽象、关联性强等特征，要从学生应当掌握的化学用语、反应规律、物质结构、实验技能、化学观念、化学思维、学科融合等化学必备知识、基本能力和方法视角切入，创设化学试题情境，着力考查学生的必备知识和学习能力。

（一）从化学基础知识整合视角创设试题情境，考查学习建构能力

初中化学是一门启蒙性基础学科，化学基本概念多、化学用语规范要求高、化学规律或原理表达严谨、前后内容之间关联度紧密，学会对化学概念、化学用语和化学规律的有效整合是学生学好初中化学的重要学习建构能力之一。创设知识整合情境，能将看似无关的化学知识形成有效关联，考查学生的化学建构能力。

【例1】价类图是以化合价为纵坐标、物质类别为横坐标绘制的图像，它能将散乱的化学知识联系在一起，有助于对化学问题的理解和整体认知。下图是含氯元素的物质的价类图，其中“→”表示物质间的转化关系。请回答：

（1）A和氢氧化钾反应得到D和水，则该反应属于基本反应类型中的________；

（2）物质C的化学式为________；

（3）E在一定条件下得到D的化学方程式为__。

【情境剖析】本题借助数学图表将看似不相关的元素化合价和物质类别等建立联系，创设了多角度呈现物质间转化关系的试题情境，促进了学生对化学反应规律所需的元素化合价变化、物质组成、物质性质、物质类别知识以及化学物质之间反应形成整体性认知结构。本题以化合价和物质类别为坐标轴绘制的价类图为载体，创设由浅入深的基本反应类型判断、化合物中元素化合价确定和化学反应推断及方程式书写等思维层次逐渐提升的三个设问。通过情境创设考查学生对若干化学事实性知识、化学概念、化学规律进行概括和建构的能力，有助于学生学会化学推理、解决相对复杂问题、形成化学学习和研究视角。对于初中化学不同单元的知识、一些化学基本实验，均可以从知识和能力关联的视角创设试题情境，引导初中化学教学从单一知识走向知识综合、从知识走向知识和能力并重，进而提升化学核心素养。

（二）从深化拓展教材内容视角创设试题情境，考查高阶思维能力

初中化学教材为学生提供了知识和技能、实验方法、解决化学问题的基本思路、方法和策略，但后续化学学习还需要学生具备化学学科的关键能力。因此，中考试题的命制应从基于教材又高于教材的视角去创设情境，对学习内容加以适当拓展或深化，用以检测学生的高阶思维能力。

【例2】钙是生物体骨骼的重要组成元素。鱼骨中含有碳酸钙，现设计图甲实验测定鱼骨中的碳酸钙含量，并将测得的数据绘制成图乙。（提示：食醋的主要成分是醋酸CH3COOH，醋酸和碳酸钙反应的化 学 方 程 式为：2CH3COOH+CaCO3=Ca（CH3·COO）2+H2O+CO2↑，鱼骨中其他成分与食醋反应生成的气体可忽略不计）

（1）该实验中浓硫酸的作用是________；

（2）由图乙中的AB曲线，可知锥形瓶中反应速率的变化情况是________（填“变大”“变小”或“不变”）；

（3）根据图中的数据计算鱼骨中碳酸钙的质量分数________；

（4）生活中，用喝醋的方法除去卡在咽上的鱼刺，这种做法是不科学的。请你结合实验结果加以说明。

【例3】建构合理的思维模型，既能促进深度学习，又能提高思维品质。某同学建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型：

运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其他物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组份混合物。

探究一：根据沸点低的组份先汽化的性质，测定混合物中某组份的含量。

（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的______。

探究二：根据混合物中某组份发生化学反应，测定混合物中某组份的含量。

（2）按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是________（填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”）。

交流评价：

（3）已知：在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，规范操作后，测得的氧气含量将____（填“偏大”“偏小”或“不变”）。

继续探究：

（4）运用上述思维模型，某同学又设计了图乙的实验装置，其“测定空气中氧气含量”的原理是____。

【情境剖析】两个例子的试题情境源于教材必做实验基础上的深化和拓展，在展示实验推进演变过程中考查学生解决新问题的高阶思维能力。例2情境源于教材的“碳酸盐与酸反应”，借助电子秤将反应过程中的实测数据转变为直观图像，将定性实验转化为定量探究实验。试题在综合浓硫酸吸水性、根据数据推测反应速率及依据化学方程式进行计算的基础上，要求学生对鱼刺卡咽的处理方法进行分析，试题借用阅读非连续性文本和坐标曲线图来考查学生的高阶思维能力，达到从具体物质性质应用到知识迁移再到应用实验数据分析解决实际问题的思维能力进阶。例3以“两组份混合物含量测定”思维模型为载体，将看不见的思维形象化，从识别操作步骤加深思维模型理解→复杂实验情境选择的具体操作→给定情境中判断实验测量误差→运用模型阐述新实验方案原理等四个阶梯式设问，体现了问题设计和解决的有序性、综合性和复杂性，实现了从低阶思维到高阶思维考查的进阶。从知识横向联系、实验方案优化、思维模型建构、科学探究凸显等角度切入，创设试题情境，考查学生科学地解释现象、设计和评价科学探究以及科学地解释数据和证据等高阶思维能力。

（三）从学科间融通视角创设试题情境，考查解决综合问题能力

化学教学要促使学生理解统一的世界、整体的自然，培养学生综合解决问题的能力。综合理科背景下的化学试题情境创设，在关注学科内知识与能力整合的同时，还应关注学科间科学方法与科学思想的融通。创设基于统一原理和概念以及方法或主题的试题情境，既能考查涵盖生物、化学、物理学科的知识整合，又有考查学科方法的综合及解决实际问题的能力。

【例4】“加氢几分钟，畅行数百里”，这是2021年上海车展上为氢能源汽车打出的标语。氢能源汽车使用的是氢燃料电池（如下图所示）。电池工作时在催化剂的作用下，氢原子失去电子形成氢离子，穿过电极A通过电解液移动到电极B与氧离子结合形成水分子；而电子M则从电极A经外部电路通过电动机到达电极B，形成电流。

（1）氢燃料电池工作时是将化学能直接转化为________能。

（2）氢气是氢燃料电池的原料，可以在用电低谷时，利用电网多余电能电解水来制取。已知1．2千克氢气大约可供某款氢能源汽车行驶100千米，请根据化学方程式计算，制取1．2千克氢气至少需要电解多少质量的水。

（3）氢燃料电池工作时，通过电动机的电流方向是________。（4）世界能源组织提出：在制氢过程中基本上没有碳排放而得到的氢气称为绿氢。下列方式可制得绿氢的是________。

A．水力发电制氢 B．太阳能发电制氢

C．火力发电制氢 D．核能发电制氢

【情境剖析】本试题基于统一原理和概念以及方法（或主题），试题情境以主题为引领、跨学科核心概念为支撑，体现了学科融合的思想。例4以氢能源汽车使用的是氢燃料电池为主题，将电动机工作时的电流方向、电池工作时的能量转化、新能源制备方式与化学基本计算等核心概念有机融合，使物理与化学知识在同一主题下得到融合。引导教师在化学教学中重视知识的系统化和结构化，从每一知识块的整体去认知，深入理解化学知识本质，强化学科知识的融合和学科间科学方法与科学思想的融通。

二、创设生活实践情境

化学是一门与社会、生活、科技紧密相连的自然科学，要注重化学与现实的对话，体现化学走向社会的课程意识。要从生活中的化学现象、化工生产中的实例、化学研究进展视角切入，展开试题情境原创，考查学生解决实际问题的能力。

（一）从生活变迁视角创设试题情境，考查分析问题能力

日常生活中的“开门七件事”（柴、米、油、盐、酱、醋、茶）均与化学知识密切相关，化学已经渗透到我们生活的每个角落。围绕其中的某一事件作为试题情境素材来源，可从不同角度来考查学生对化学现象的理解和化学问题的分析解决能力，有助于学生形成“化学源于生活又服务于生活”的理念，同时能激发热爱家乡的情感。

【例5】土灶是我国古代劳动人民智慧的结晶，它通常以木柴、秸秆为燃料。目前，我市农村仍有使用土灶做饭的习惯。小科和小思在爷爷家看到不能移动的土灶（如图1），对土灶产生了好奇，了解到其内部结构如图2所示：木柴添加通道与烟囱相连，通风道与木柴添加通道通过中间铁栅连通。于是分别设计了移动式土灶（如图3和4）。

图1

图2

（1）为使木柴充分燃烧，移动式土灶设计更合理的是________（填“3”或“4”）；

（2）土灶设计烟囱的作用是________；

（3）资料显示：1千克干木柴在土灶中燃烧，能产生约12．5克固体粉尘。围绕土灶的存在与废止，产生了不同的观点，选出你认同的一种观点_________（填字母）。

A．会产生粉尘污染，应禁止使用土灶

B．可利用木柴和秸秆做燃料，应大力推广土灶

C．大气有一定的自净能力，少量使用土灶不会影响大气质量

（4）干木柴的主要成分是纤维素[(C6H10O5)n]，纤维素在空气中完全燃烧的化学方程式为：

若干木柴中纤维素的质量分数为40．5%，则4000克干木柴中的纤维素完全燃烧会产生二氧化碳多少克？

【情境剖析】本题情境来自于真实的生活实例，试题情境形式新颖，有利于引导学生关注生活中的化学，增强社会责任感。本题以农村还在使用的土灶为情境，试题设问体现了化学与物理学科的有机整合，将“方案选择、原理解释、观点论证、化学方程式计算”四个方面结合在一起，将学科核心概念与日常生活的情境相融合，有助于学生关注生活的良好习惯养成。通过多角度展现日常生活与化学知识的广泛联系，引导学生参与包粽子、烧土灶的实践活动，唤起对传统文化的了解和认可，提高解决实际问题的能力，帮助学生提高热爱生活、崇尚科学的意识。由于生活实际素材多来源于现实中的常识、经验或网络新闻报道，故使用这类情境材料命题时，要特别注意多方面核实材料的真实性和原理的科学性。

（二）从物质转变视角创设试题情境，考查解决实际问题能力

工农业生产实践中往往蕴含着丰富的化学知识和原理，是人类活动与自然现象的有机融合，是对真实人类活动的加工与改造，有助于提升化学核心素养。利用生产实际中的化学物质制取、提纯、含量测定及相关环节创设试题情境，能够考查学生对化学知识的掌握、应用和迁移能力。

【例6】北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载了用“苦泉水”制取铜的方法，其主要生产流程如图所示。下列解释合理的是（ ）

A．①通过蒸发溶剂可获得晶体

B．②是通过复分解反应获得铜

C．③所得硫酸铜溶液一定是饱和的

D．④说明铁元素变成了铜元素

【例7】目前，全球平均气温较工业化前已上升了1．1℃，其主要原因是自然界中的碳平衡被破坏。2020年9月22日，我国政府承诺：中国将力争于2030年前实现CO2排放达到峰值，2060年前实现碳中和，即通过各种方式抵消排放的CO2量，重新实现碳平衡。如图是碳循环和碳中和策略的示意图。

（1）在自然界的碳循环中，消耗二氧化碳的主要途径是________。

（2）人类进入工业化社会后，化石燃料的大量使用是碳平衡被破坏的主要原因之一。对此可采取的碳中和策略②有________。

（3）要实现我国政府提出的目标，除图中策略外，还可用化学方法人工捕获，如将空气通入氢氧化钾溶液反应生成碳酸钾和水。写出用氢氧化钾捕获CO2的化学方程式________。

（4）2020年12月下旬，我国部分地区出现多年未遇的极寒天气，因此有人质疑：今年天气这么冷，地球气温真的在上升吗？对于这样的质疑，你是否认同？并说明理由。

【情境剖析】两道试题均以生产实际问题为背景展开情境创设，通过实际问题的解决达到考查学生学以致用的能力。例6以我国古代“苦泉水”制取铜的生产流程为载体，考查化学知识在该流程中的应用。例7以我国政府在应对气候变化的承诺为背景，围绕自然界“碳循环”与人类实践活动“碳中和”展开情境创设，将化学和生物知识融为一体，将科学论证方法应用于解决气候变化。试题将人类实施碳中和的策略嵌入到自然界碳循环之中，使得实践活动应该顺应大自然的变化规律，加深对科学本质的理解。

三、创设史实和实验探究情境

试题情境的创设可以从化学发展历程中的典型事件、科学家杰出贡献、借助实验手段获取数据以及现代化学研究进展等视角切入，考查学生科学探究能力。

（一）从化学史实视角创设试题情境，考查论证推理能力

以化学发展史作为试题情境来源具有取材经典、逻辑缜密、科学性强的多重优点，可使学生在了解化学知识产生、发展、演变的过程中，得到科学研究精神和科学研究方法等方面的启迪。围绕化学发展过程中的核心概念、重要原理创设试题情境，有利于考查论证推理能力。

【例8】1783年，拉瓦锡利用如图装置探究水的组成：往A杯中滴加少量的水，水通过灼热的铁管时发生汽化，水蒸气与灼热的铁反应，生成了一种黑色固体（Fe3O4）和“可燃空气”，将气体通过放在冷水中的铜管，在B装置中收集到纯净的可燃空气。最终，拉瓦锡证明了水是由两种元素组成的。

（1）将气体通过放在冷水中的铜管，目的是除去________；

（2）将B装置收集到的可燃空气在氧气中点燃，生成了水。可燃空气的名称是________；

（3）若该实验中生成的黑色固体质量为m1，可燃空气的质量为m2，可燃空气完全燃烧生成水的质量为m3，如果水是由“氧元素”和“可燃空气元素”组成的，则m1、m2、m3三者应满足的关系是________。

【情境剖析】本题围绕着化学发展过程中的某一重要事件展开情境创设，引导学生感受核心概念的演变过程和科学研究方法在推动化学学科发展中的作用，体会化学家在科学发展中的杰出贡献。以拉瓦锡探究水的组成这一经典实验为情境，将运用质量守恒定律解决问题的思维方法隐含其中，既考查了基础知识，又凸显了运用定量实验研究化学问题的思想方法。这类试题情境的创设可以从三个方面展开：一是围绕某位化学家在推动化学发展中所做出的某个业绩创设情境，促进并加深对相关的重要化学概念、规律和理论的理解；二是围绕一位或一组化学家发现或探究化学规律的过程创设情境，领会探究过程中的化学思想或方法，了解化学发展对社会、经济和科技的影响；三是围绕我国古代在化学方面的成就创设情境，增强学生的爱国热情。

（二）从科技成果视角展开试题情境创设，考查迁移应用能力

要关注化学学科最新发展成就，围绕化学学科在推动社会发展和科技进步中所取得的成就创设情境，增强学生对化学学科的学习兴趣，加深对“科学技术是第一生产力”的认识，考查学生信息阅读、理解和迁移应用能力。

【例9】2021年4月，我国科学家首次合成的铀-214，是目前已知质量最小的铀原子。其相对原子质量为214，质子数是92。则铀-214原子的核外电子数为（ ）

A．92 B．122 C．214 D．306

【例10】二氧化碳的资源化利用是实现碳减排的重要途径。以下是一种实现二氧化碳转化为重要原料二甲醚（化学式为C2H6O）的途径：

（1）转化①是二氧化碳与一种常见单质反应生成甲醇和水，这种单质的化学式为________；

（2）转化②是甲醇发生分解反应生成二甲醚和水，反应中生成二甲醚和水的分子数之比为___________。

【情境剖析】例9以我国科学家铀-214原子合成为试题情境，考查学生的原子结构知识。例10以“碳减排”中二氧化碳资源化利用为情境，引导学生分析该过程中的化学知识应用于解决实际问题的能力。这类试题情境的创设要着重选择在化学发展历程中起过重要作用或影响的我国当代化学家、化学发展的最新成就，并能与初中化学学习内容相衔接，着力激发学生学好化学的热情，体会化学学科对社会发展的推动作用。

（三）从实验设计视角创设试题情境，考查科学探究能力

以学生未知的实验素材创设试题情境，考查学生的科学探究能力，有利于培养严谨的科学态度和勇于探索的科学精神。

【例11】钢丝棉是一种由低碳钢制成的细丝，直径约0．0125 mm～0．0189 mm。小科利用钢丝棉探究铁制品锈蚀的条件，实验如下：①取3个50 mL活塞润滑性良好的注射器，检查气密性后备用；②称取3团等质量的钢丝棉（每团体积约为6 cm3），A保持干燥，B用少量蒸馏水润湿，C用少量食盐水润湿，分别放入甲、乙、丙注射器中；③移动活塞，使它们均处于46 mL刻度处，再用橡皮帽封住注射孔(如下图所示)；④每隔一定时间，观察到的实验现象如下表。

甲乙丙5分钟无现象出现少许锈斑，活塞未明显移动出现明显锈斑，活塞移动少许20分钟无现象出现明显锈斑，活塞移动少许锈斑增多，活塞移动明显1小时无现象锈斑增多，活塞移动明显锈蚀严重，活塞处于39 mL刻度处5小时无现象锈蚀严重，活塞处于39 mL刻度处锈蚀严重，活塞处于39 mL刻度处

（1）检查注射器气密性：先用橡皮帽封住注射孔，用手向外拉动活塞，放手后观察到________，则气密性良好；

（2）比较乙、丙实验现象得到的结论是________；

（3）钢铁生锈还需要氧气，请你利用本实验数据计算出空气中氧气的体积分数为________。

【情境剖析】本题以学生不了解的铁生锈探究过程为载体创设情境，将探究要素放在真实的实验过程中考查。以铁生锈探究过程中装置的组装、实验结论的获得以及探究空气中氧气含量的计算，考查了科学探究中的获得结论和进行解释等要素。

总之，只有将化学知识和基本概念和原理放在真实情境之中，立足于化学课标、学科特征和学科史实，紧密联系生活实际、生产实践、科技发展，创设富有挑战性的真实试题情境，才能考查学生的高阶思维能力，进而甄别初中化学必备知识、关键能力和学科素养的优劣。