情境在高中化學必修教材習題中的作用水平研究

姚娟娟 王后雄

借助習題情境作用分析框架，從“化學問題表達”、“化學結果轉化”兩個維度對新人教版、魯科版、蘇教版必修教材中的章節習題情境作用水平開展研究，結果顯示：在“化學問題表達”上，三版教材習題情境作用在不同水平的比例大致相同；在“化學結果轉化”上，三版教材習題情境作用在不同水平上的占比有所差異；兩維度的綜合作用表現為三版教材低水平情境作用習題占比較多，中、高水平情境作用習題較少。根據研究結果嘗試提出教材情境習題編寫和教師習題使用建議。

化學教材；習題情境；化學問題表達；化學結果轉化

教材編寫要重視化學習題設計的創新，習題設計應具有情境性，應以學生已有經驗為基礎，創設合理生動的問題情境，提高學生運用知識解決實際問題的能力。這不僅對教材習題編制關聯實際情境提出要求，更闡述了將習題與情境關聯的價值意義。情境與習題的關聯，實質在于現實世界與化學世界的交融轉化，關聯水平的高低取決于現實情境在化學問題解決中的作用，淺層關聯體現在忽略情境也不影響化學問題的解決，解答結果與現實無關，即情境與習題只是簡單的外在形式組合；深度關聯體現在學生須領悟并運用情境才能解決化學問題，解答結果聯系實際，即情境與習題是內在深入融合。

以往對習題情境的研究主要集中在教材習題情境類別的統計、習題情境設計等，未關注到情境在化學問題解決中的作用，本文將開展該方面的研究。課程改革下，人教版、魯科版、蘇教版高中化學教材已編寫出版并投入使用，三版教材中章節習題與情境的關聯水平將影響學生化學學科核心素養的發展。本文以三版必修教材章節習題為研究素材，對比分析情境在習題解答中的作用水平情況，旨在幫助一線教師更好認識教材習題，并為今后修訂教材習題提供建議。

1.1 習題情境作用分析框架

分析情境在教材習題解決中的作用水平，能明確教材中習題關聯社會現實的有效性。情境與習題關聯越緊密，越有利于學生將知識作為解決問題的工具，并幫助學生建構“化學來源于生活，化學服務于社會”的理念。

情境在化學習題中的作用可從問題解決過程的兩方面考慮：一是習題中已給情境能否作為學生識題的前提和基礎，體現從生活走向化學；二是解題得到的化學答案是否與現實有關，體現由化學走向社會，以上兩方面分別對應問題解決的“化學問題表達”與“化學結果轉化”。據此，根據化學學科屬性構建“化學問題表達”與“化學結果轉化”兩維度三水平的習題情境作用分析框架（如表1）。對習題情境作用開展的“表達”與“轉化”水平分析是獨立的，僅取決于分析時與社會生活的聯系度。

根據表1，將“化學問題表達”與“化學結果轉化”兩維度三水平進行兩兩結合，得到9種組合：X0Y0、X0Y1、X0Y2、X1Y0、X1Y1、X1Y2、X2Y0、X2Y1、X2Y2，呈現情境在化學問題中“表達”與“轉化”的共同作用，也可劃分為3個水平。低水平（Z0）：“表達”與“轉化”至少一個處于低水平；中水平（Z1）：“表達”與“轉化”為中或高水平且非全為高水平；高水平（Z2）：“表達”與“轉化”均為高水平。用圖1表示，藍色部分屬于綜合作用的低水平；橘色部分屬于綜合作用的中水平；綠色部分屬于綜合作用的高水平，具體含義如表2。

1.2 習題情境分析框架應用示例

本文研究習題情境作用，關注習題“表達”與“轉化”是否與現實社會相關，基于這一思路，本文界定的情境習題是與生活實際、工業生產、生態環境、歷史演變、技術發展等有關，若題目中出現上述領域中的關鍵詞，即為情境習題，暫不考慮僅涉及化學學科知識的實驗情境和無情境習題。

例如，“在0.5mol NaSO₄中含有Na的數目約有（）個”是無情境習題；“某小組同學探究NaCO的性質，請你與他們一起完成，并回答問題。①觀察：描述NaCO的顏色、狀態”屬于僅有化學學科知識的實驗情境習題，以上類型均不被計為情境習題。

若一個具有情境的題目下包含不同的小題，則按小題進行計數研究。例如：高鐵酸鈉（NaFeO）是一種新型綠色消毒劑，主要用于飲用水處理。工業上制備高鐵酸鈉有多種方法，其中一種方法的化學原理可用離子方程式表示為：3ClO + 2Fe + 10OH = +3Cl + 5HO請分析上述反應中元素化合價的變化情況，指出氧化劑和還原劑。（2019年人教版必修第一冊第一章第三節練習與應用第12題）

該題目要求學生從化合價和電子轉移的角度分析氧化還原型的離子方程式，在理解氧化劑和還原劑概念的基礎上，應用概念對相應物質做出判斷與選擇。雖然問題以高鐵酸鈉在社會生活中的應用和工業生產中的制備為闡述背景，但忽略此情境信息，也不影響學生對于問題的理解，在表達上為低水平“X0”，另外學生得到化合價變化、氧化劑和還原劑結果時，即為最終答案，不需要轉化到現實世界，轉化上為低水平“Y0”，由此可知該題情境在表達和轉化上的綜合作用為低水平“Z0”。

又如：電子工業中，人們常用FeCl溶液腐蝕覆在絕緣板上的銅箔制造印刷電路板。用耐腐油墨把預先設計好的電路印刷在覆銅板上，然后把覆銅板放到FeCl溶液中，未被油墨覆蓋的銅被腐蝕掉，再將油墨清洗后就得到了電路板。（1）為什么用上述方法可以制造印刷電路板？（2019年魯科版必修第一冊第3章第1節練習與活動第12題第1小題）

該題目需要學生對已給情境進行閱讀和理解，獲取到印刷電路板中參與反應的化學物質，從而在情境分析中實現問題的化學表征，學生對這一問題情境的閱讀和理解是解題的關鍵，表達水平為中水平“X1”；在將情境表達轉為化學問題并解答后，需要將解答結果轉向現實生活，即學生得到印刷電路板中的化學物質轉化后，要根據化學方程式說明其能制造印刷電路板的原因，這一轉化是從化學到現實，轉化水平為中水平“Y1”，由此該題目中情境綜合作用為“X1Y1”，即中水平“Z1”。

再如：查閱資料或走訪環保部門，了解氮氧化物對環境的影響。你可與同學合作，在下列課題中選擇一個方面有重點地進行調查。（1）硝酸型酸雨的產生與危害。（2）光化學污染。（3）氮氧化物對臭氧層的破壞。將收集到的資料以“氮氧化物對環境的污染”為題寫一篇小論文，并與其他同學交流。（2020年蘇教版必修第二冊專題7第三單元綜合評價第8題）

該題目屬于開放性的現實情境問題，需要學生切實進行文獻信息等的查閱與調查，研究問題的確定需要學生根據實際情況進行選擇，表達上屬于高水平“X2”；確定研究問題后，學生要在相關資料中推理信息，明確論點，整理證據，形成論據，進而從化學學科角度得到“氮氧化物對環境污染”的理論性結論，同時需要根據自身所經歷的社會環境現狀對理論性結論進行解釋和分析，評判日常生活中如何減少“氮氧化物對環境的污染”，并在與同學討論中實現個人理解，轉化上為高水平“Y2”，二者的綜合作用為“X2Y2”的高水平“Z2”。

根據以上，分析思路是首先確保習題與社會現實情境有關，然后借助框架對習題進行具體分析，得出情境在習題解決中的作用水平。為提高研究可信度，分析習題兩次，比較兩次統計結果，得到“表達”一致性為0.872，“轉化”一致性為0.881，并與他人商榷，形成最終結果。

2.1 三版教材中情境習題數目的統計對比

教材中不是所有習題都以情境作為背景，統計具有情境的習題數目能在一定程度上了解情境在不同版本教材習題中的呈現度，結果如表3（注：統計的習題是章節習題，以小題數計量）。

由表3知，三版必修教材課后習題數目均在400道以上。人教版教材中具有情境的題目最多，共203道，蘇教版次之（151道），魯科版最少（102道），占比也是人教版、蘇教版、魯科版依次減少，說明三版教材中。人教版更加注重情境在習題中的呈現，另外兩版教材習題與情境的聯結較少。另可看出，三版教材中無情境習題占大多數，說明教材習題編制主要以獨立的化學學科知識為考查形式。

2.2 三版教材習題情境作用水平分析

為呈現三版教材課后習題情境的“表達”、“轉化”與綜合作用，進行情境作用水平統計，如圖2、圖3、圖4。進行維度分析可呈現“化學來源于生活，化學服務于社會”兩方面在習題中的表現，反映社會情境對化學世界的描述和化學結果對現實世界的解釋情況；進行綜合作用分析，既可明確兩維度情境作用水平是否存在相關性，又能表征情境在習題解決中的整體作用。

2.2.1 習題情境“表達”作用統計

由圖2知，三版教材習題情境在“表達”上具有較為一致的作用水平，表現為中水平作用占比最多，占比均在75%以上；低水平次之，占比均在15%左右；高水平最少，占比均在10%以下。說明三版教材中與已給情境無關的習題表達和開放性情境習題表達較少，大多數情境習題需要學生在已給情境中進行化學問題的抽提，強調學生對情境中所蘊含化學問題的理解，重視考查學生用化學語言表述現實情境的能力，考查學生能在情境中找到解題素材和條件。三版教材習題情境表達關注化學知識與現實社會的聯系性，注重發展學生的信息吸收、提取、整合能力，能夠幫助學生在閱讀習題時建立化學知識的社會性認知，提高學生分析實際問題的本領。

具體發現，三版教材在離子反應、氧化還原反應、元素周期律等內容的低水平情境作用習題表達相對較多，在鐵及其化合物、化學與社會可持續發展等內容的低水平情境作用習題表達較少，說明教材習題情境表達受內容本身特點的影響。相對于低水平作用的情境習題表述，中、高水平作用的文字表述對學生能力考查要求更高一些。

2.2.2 習題情境“轉化”作用統計

由圖3知，三版教材習題情境在“轉化”上的各作用水平占比特點相同，呈現特點是低水平作用占比最高，中水平占比次之，高水平占比最低。對比圖2，三版教材習題情境“表達”作用在各水平具體占比上較為相近，但在“轉化”上各水平占比有所差異，比如人教版習題情境低水平轉化作用占比低于魯科版和蘇教版；蘇教版中水平作用占比明顯低于人教版、魯科版；人教版高水平作用占比明顯高于魯科版和蘇教版，說明三版教材對情境習題是否將化學結果進行現實轉化或評價的呈現度不同。相對來說，人教版和魯科版更傾向于將化學結果向現實世界轉化。

另外，結合圖2發現，在“表達”上，情境作用中水平占比最高，在“轉化”上，低水平作用占比最高，說明情境習題“表達”與現實聯結較緊密，“轉化”與現實聯結較少，三版教材大多數情境習題只要求學生得到化學結果，較少考慮就結果與現實的聯系設置問題，在今后的情境習題編制時，某些情境習題的問答方式可適當改變，以便增加解答結果與現實的聯系性，適當提高情境的“轉化”作用水平。

2.2.3 習題情境綜合作用統計

為進一步明確兩維度情境作用水平是否存在相關性，運用表4統計三版教材綜合作用情境習題數目。

由表4知，當三版教材習題情境“表達”作用為低水平、中水平時，情境“轉化”作用更傾向于低水平，而當“表達”作用為高水平時，情境“轉化”作用更多表現為高水平，說明情境“表達”作用水平的高低對“轉化”作用有影響，一定程度上只有習題中情境“表達”水平較高時，才更易于出現“轉化”水平較高的情況。

為探討兩維度整合后的習題情境作用，繪制圖4?？芍?，三版教材情境習題的綜合作用表現為低水平占比最高，中水平次之，高水平最低。這一占比表明情境在問題解決過程中的作用水平差異較大，少數習題呈現了與情境的深入關聯。對比圖2、3、4會發現，“轉化”作用的數據特點與綜合作用的數據特點具有相似性，且“表達”上與情境無關的習題較少，說明綜合作用低水平占比較高的原因在于“轉化”的低水平作用占比較高。

具體而言，三版教材中，人教版習題情境與現實世界聯系相對比較緊密，其更注重學生對習題中情境的解讀，更重視學生能夠將化學結果轉向現實進行社會性的解釋或合理性評價，而魯科版和蘇教版相對較弱。三版教材中高水平作用情境習題較少，但出題形式比較新穎，大多是要求學生根據某一社會性問題進行資料查閱，開展自主調查，撰寫論文并與同學交流等，其體現當今教材習題對學生綜合性能力考查的關注。整體而言，教材應適當增加中、高水平作用的情境習題編制。

3.1 研究結論

在“化學問題表達”上，三版教材中情境習題均強調學生對情境中化學信息的提取與整理，大部分習題的解決無法脫離已給情境，要求學生能在問題閱讀中完成現實世界與化學世界的匹配，學會用化學語言實現對現實情境的轉述。不過，三版教材高水平作用的情境習題表達較少，該類水平的情境習題一般是在章節習題的最后呈現，習題情境表達的開放性占比有待提高。

在“化學結果轉化”上，整體而言，三版教材習題情境作用低水平占比均遠遠高于中水平和高水平，說明三版教材中的情境習題編制未太注意到化學結果與現實世界的聯系，未關注對化學結果的現實性解釋，這在一定程度上可能弱化了化學結果的社會價值，會對學生關于化學學科的深刻認知產生影響。

在情境的綜合作用方面，其水平是被“化學問題表達”與“化學結果轉化”兩維度共同影響的，分析發現三版教材習題情境綜合作用水平的結果主要是由“化學結果轉化”導致的。具體來說，三版教材習題情境綜合作用的低水平占比較高，高于中水平，且遠遠高于高水平，說明不同作用水平情境習題在三版教材中的編制有較大差異，需要在今后的教材習題編制中予以關注與完善，使得不同作用水平情境習題在教材中的呈現有所平衡，進而借助不同作用水平的情境習題開展教學，更好地發揮情境習題在學生知識遷移、問題解決中的價值。

3.2 研究反思

情境在教材習題中呈現符合化學新課程基本理念：重視開展素養為本的教學，倡導真實問題情境的創設。而關注教材情境習題的編制思路和有效使用是推動以上基本理念落足教學的關鍵點?；诖?，嘗試提出兩點反思。

3.2.1關注多重影響因素，調整各水平情境習題比例

教材中不同作用水平情境習題的編制應結合課程標準中規定的學業要求、學業質量、化學學科核心素養水平及課堂教學實際、學生認知特點等因素進行統籌安排。低水平作用情境習題不能太多，高水平作用情境習題也不能太少，當然也并不是低、中、高水平情境習題在教材中平均呈現即為最好，其應取決于三者的組合能夠達到好的教學效果，并能促進核心素養的發展。各作用水平情境習題比例還有待進一步深入研究，比如可以對當下教材中不同作用水平情境習題的使用效果開展實證研究，借助統計學明確各作用水平情境習題在教材中的占比，從而指導今后的教材情境習題編制。

3.2.2認識情境習題功能價值，靈活使用情境習題開展教學

作為教師，應清楚教材課后情境習題在實施教學、發展學生中的重要價值。對于只需得到化學結果的低水平作用情境習題，教師可在課前做好教學準備，課上有計劃地進行適當拓展，以問題形式提問學生化學結果在社會生活中有何意義，從而幫助學生認識到化學結果的實際價值；對于中、高水平作用的情境習題應適當向學生提供解決問題的素材和路徑，開拓學生的思維，促進學生在處理實際問題中認識思路和認識視角的形成與發展。具體對于高水平情境習題，比如在條件允許下引導學生運用數字化儀器等進行實際環境檢測，去往博物館、科技館觀看展覽等，通過實地學習利于學生理解知識、掌握認知方法，幫助學生學會元認知，提高學生科學論證能力，培養學生價值觀念等。

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