基于教学问题再思考的化学原创试题的命制

陆庭銮

摘要：  基于教学问题的再思考，对“二氧化碳在碳酸氢钠溶液中的溶解度比水小”的教学结论产生质疑与反思。

从需要解决的问题入手，收集和筛选素材，加工形成原创试题情境，精心设计试题问题，明确知识点、考查立意及命题思路，不断践行以提升学生的化学学科核心素养水平。

关键词：  原创试题; 试题命制; 试题情境

文章编号：  1005 6629（2022）08 00898 04

中图分类号：  G633.8

文献标识码：  B

化学原创试题的命制是一个系统工程，涉及到对教学问题的思考、情境素材的选择、试题情境的形成（情境素材加工成试题情境）、问题的设置、试题的打磨（修改与调整）、答案和评价标准的确定等。本文围绕在教学过程中遇到的一个常见问题的再思考展开试题的命制，以评促教，以评促学，促进学生化学学科核心素养的提升。

1 试题命制的环节构想

1.1 教学问题的再思考

教学中对一些化学的程序性知识的处理往往是习得性处理方式，已有的认知或认知的模型已形成了固化的思维或程序化的思维，这种简化和线性的思维不利于学生思维的发展。例如在学习二氧化碳净化与收集知识时，收集程序中常会将二氧化碳通入到饱和碳酸氢钠溶液中，教师引导学生思考的点有两个： 为什么饱和？用碳酸氢钠溶液目的何在？最终学生会在教师引导下得出二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液的溶解度较小且碳酸氢钠溶液易与氯化氢气体反应转化为二氧化碳气体，得以净化和收集之鹄的，达到了某种教学效果。从未想过此结论得出的可信度究竟如何？教学时这样处理知识总感觉结论的得出缺少些什么，但也未曾去进行深度思考。前段时期，偶然发现一篇文章“排水法与排饱和碳酸氢钠溶液法收集二氧化碳实验比较”[1]，由此对曾教的结论产生了质疑与反思： 二氧化碳真的在碳酸氢钠溶液中的溶解度相对较小吗？水与碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳氣体的效果究竟哪一个更好？通过查询相关资料和文献，特别是2019年全国数字化学比赛相关的实验研究提供的实证，于是萌发了通过试题的命制达到以评促教、以评促学的想法，让学生在分析解决问题的过程中，重新认识问题的本原，重构问题的认识视角与思路，培养严谨求实、尊重实证的科学态度与社会责任感的核心素养。

1.2 素材的选择与加工、试题情境的形成

素材的选择与加工、试题情境的形成总的指导思想应是以提高学生学科核心素养为宗旨，以学科知识为工具，以问题为载体，贯穿科学方法的运用和渗透。选择的立意点应是基于对真实问题的解决。寻找较为权威的实验素材，实证二氧化碳在水或碳酸氢钠溶液中溶解度大小及 水或碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳气体的效果，试题情境采用设计对比实验和控制变量法的科学方法。

情境选择与加工是在原始素材的基础上，充分考虑背景因素和活动因素加工而成。背景往往出于反思性教与学的需要，结论性知识的原因与结果是否有内在的逻辑关联？假设性理论与实证性证据是否吻合？基于反思性思考，对于教学中的某问题进行深度思考很有必要，多产生一些本原性问题展开研究。对于二氧化碳的收集背景下的本原性问题： 二氧化碳真的在碳酸氢钠溶液中溶解度相对较小吗？水与碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳气体的效果究竟哪一个更好？基于此问题的解决是指向知识间逻辑关联和意义取向的，故情境选择与加工还应考虑活动因素。通过展现实验的过程，体验操作、观察、讨论等活动的关键因素，体现情境是社会活动的一部分，其真实性通过活动因素来体现。

1.3 试题问题的设置

试题情境中的问题设置，是学生通过显性阅读、内化与迁移，挖掘试题中的相关信息，调动一切思维，解决相关问题。应从多角度理解与认识问题的设置，从科学性、规范性等角度看问题的设置。问题的设置应是表达上无歧义、层次上有进阶、关系上无牵连、指向上有目标;从问题的思维含量看，问题设置应是低阶思维与高阶思维含量的协调，符合既定的难度系数的总体要求; 从问题的结构要素考虑，问题设置成单点结构、多点结构、关联结构还是抽象拓展结构层次水平等，做到心中有数、整体安排。

2 命制的原创试题

题目： 实验室制取二氧化碳时常用石灰石与稀盐酸，写出反应的化学方程式：      。欲收集纯净的二氧化碳，常将二氧化碳通入饱和碳酸氢钠溶液中，一方面利用碳酸氢钠能除去二氧化碳中混有的杂质气体，发生反应的化学方程式为     ，另一方面，有认为在饱和的碳酸氢钠中，二氧化碳溶解度较     ，有利于收集二氧化碳。但有同学们通过实验探究，发现了“异常”，现通过设计实验加以系统研究。

问题1： 碳酸氢钠溶液与水吸收氯化氢气体的效果比较。

实验1  用26%的浓盐酸制取二氧化碳，分别用向上排空气集气法、排水法和排饱和碳酸氢钠溶液法收集250mL二氧化碳，再各自加入20mL 10%氢氧化钠溶液吸收，用氯离子传感器测定氯离子含量，数据如图1所示， 由图分析从而比较吸收氯化氢气体的效果[2]。

（1） 二氧化碳可用向上排空气法收集的依据是：      。

（2）  氢氧化钠吸收二氧化碳的化学方程式：      。

（3） 由实验1数据可获得的结论：      。

问题2： 二氧化碳在水和饱和碳酸氢钠溶液中溶解情况比较。

实验2 在18℃下，用碳酸钠粉末与稀硫酸反应制取两瓶250mL二氧化碳，分别加入50mL水和饱和碳酸氢钠溶液，振荡，用压强传感器分三次测定装置内压强的变化，数据如图2所示[4]。

（1） 选用稀硫酸而不用稀盐酸的原因是     。

（2） 由实验2数据可获得的结论：      。

（3） 由实验2的图像对比分析，对“二氧化碳气体能用排水法收集”的证据简述过程：      。

反思： 结合碳酸氢钠溶液酸碱性，对（2）结论产生的原因作出猜想：      。

为了验证，又补做了实验3： 在18℃下，用碳酸钠粉末与稀硫酸反应制取两瓶250mL二氧化碳，分别加入50mL水和稀盐酸溶液，振荡，用压强传感器分三次测定装置内压强的变化，数据如图3所示。

（1） 由实验3并结合实验2可得出： 酸性溶液对二氧化碳的溶解有     作用，碱性溶液对二氧化碳的溶解有     作用。

（2） 围绕制备二氧化碳时通入饱和碳酸氢钠溶液一系列探究实验，下列说法正确的是     （多项选择）。

A. 二氧化碳和氯化氢气体在水中溶解能力相差不大

B. 将二氧化碳通入稀硫酸溶液可增大其在水中的溶解度

C. 气体在某溶液中的溶解能力受多种因素影响

D. 实验探究，尊重实证是得出结论的重要途径

[参考答案]

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

问题1： （1） 二氧化碳的密度大于空气

（2） 2NaOH+CO2 Na2CO3+H2O

（3） 排水法与排饱和碳酸氢钠溶液法都能较好除去二氧化碳中的氯化氢气体（或两者吸收氯化氢的效果差不多），而排空气法收集的二氧化碳中含有较多的氯化氢气体（其他合理答案也可）

问题2： （1） 稀硫酸没有挥发性，避免二氧化碳中混有氯化氢气体，对实验结论造成影响（其他合理答案也可）

（2） 在相同条件下，二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中比水中溶解得更多

（3） 有，二氧化碳溶于水达到饱和后即可通过排水法收集

反思： （1） 抑制（減弱） 促进（加强） （2） CD

3 命制试题设计的思路分析

3.1 前引问题的命题思路

前引试题应关联学生已有的基础知识。前引问题涉及实验室制备二氧化碳的原理、碳酸氢钠的化学性质、物质溶解度的影响因素等。问题设置意图为： 二氧化碳制备原理主要考查学生对原理的理解与符号表征，涉及记忆和符号表征水平，属于单点结构层次水平;利用碳酸氢钠溶液除去氯化氢则是考查学生正确理解和运用除杂的一些方法和原则，此落点较为简单，属于记忆思维，是单点结构层次;第3空则是通过问题，暴露与反思教与学过程中存在的问题，为进一步探究与学习作铺垫，进一步引导经验与能力、素养之间的转化，提高学生的思维能力。

3.2 实验1问题的命题思路

实验1问题涉及二氧化碳收集方法及收集的依据，二氧化碳吸收原理与符号表征，数据的对比、处理及分析。问题的设置意图： 通过对比实验从不同层次对核心知识的理解与掌握，对化学知识符号表征的实践以及对化学信息接受、吸收、整合能力等进行考查。第（1）问属于单点结构层次水平，在理解二氧化碳性质与收集方式的逻辑关系基础上加以运用;第（2）问属于单点结构层次水平，在宏观认识二氧化碳用碱吸收并能描述的基础上学会用化学方程式等符号表征;第（3）问属于关联结构层次水平，在分析基础上概括与抽提排水法与排饱和碳酸氢钠溶液法都能较好除去二氧化碳中的氯化氢气体（或两者吸收氯化氢的效果差不多），而排空气法收集的二氧化碳中含有较多的氯化氢气体。此结论得出，是一个差异区分及同质聚合的整合过程[7]，思维含量较高。

3.3 实验2问题的命题思路

实验2问题涉及稀硫酸与盐酸的性质（挥发性）异同辨析并加以运用，数据的对比、处理及分析，对结论的反思、分析与评价。问题的设置意图为： 运用对比实验手段通过一系列的不同层次思维含量的问题，不断抽提与凝练认识视角与思路，优化认识结构与认识方式，形成辩证思维。第（1）问属于关联结构层次水平。不仅需要学生在已有知识结构的基础上梳理酸的性质，还应从中抽提出稀硫酸与稀盐酸的不同性质，结合本实验的需要，控制变量，排除干扰原因。由于稀硫酸没有挥性性，避免了二氧化碳中混有氯化氢气体，对实验结论造成影响。解答此问题需要学生具备一定的提取与筛选能力，思维含量较高;第（2）问属于抽象拓展层次水平。在图像表征下，通过对比、分析、整合得出： 在相同条件下，二氧化碳在饱和碳酸氢钠溶液中比水中溶解得更多，需要学生在经验基础上否定、修正原有结论，对批判性思维和创新思维有较高的要求;第（3）问属于抽象拓展层次水平。需要学生用批判性视角看问题，运用证据推理手段强化分析，凝练认识气体收集的新视角与新思路。从图像中分析得知，二氧化碳溶于水会达到饱和状态，通过与溶于碳酸氢钠溶液的压强的对比，证明二氧化碳溶于水有一个限度;另一方面从理论上分析，虽其溶解度为1∶1较大，但由于二氧化碳在水中的溶解速率较小，所以这也是能用排水法收集的主要原因。构建新的认识视角： 用数字化学实验手段为排水法收集二氧化碳提供了有力的证据支持，此问能很好地培养学生的证据推理能力。

3.4 反思问题的命题思路

反思问题涉及科学探究的要素运用，数据的对比、分析与评价，科学方法及科学态度与社会责任等化学核心素养。设置意图为： 进一步培养证据推理与模型认知、科学思维、科学态度与责任心等核心素养。第（1）问属于抽象拓展层次水平，从具体物质认识到具体物质研究再到类别物质研究的螺旋式上升的“心理构造”认识水平的提升[8]，形成结构性的知识： 酸性溶液对二氧化碳的溶解有抑制作用，碱性溶液对二氧化碳的溶解有促进作用，从感性（图像）证据推理形成理性认识新思路;第（2）问属于抽象拓展层次水平，对分析、推理、评价等高阶思维水平要求较高。 A的解答需要分析图像，从实验目的、实验的数据分析得出两者溶解度的差异;B则是需要学生从分析到整合归纳得结论，再运用结论演绎推理解决问题，酸有抑制作用，而硫酸属于酸;CD的解答则是运用系统的全面的视角看问题，既要整体分析，又要细节分析，树立实证观、系统观多因素影响等观念，切实提高学生的化学学科核心素养水平。

参考文献：

[ 1 ][ 2 ][ 3 ][ 4 ][ 5 ] 卞阳阳等. 排水法与排饱和碳酸氢钠溶液法收集二氧化碳实验比较[J]. 化学教学， 2021， （6）： 80.

[ 6 ] 卞阳阳等. 影响二氧化碳溶解因素的实验探究. 第七届全国中小学实验教学比赛视频.

[ 7 ] 李沁等. 课堂深度教学实践的困境与突围[J]. 教学与管理， 2022， （3）： 10.

[ 8 ] 唐云波. 核心素养为本的单元教学设计与实施[J]. 化学教育， 2019， （3）： 52.