指向學業質量的試題命制、評價與建議*
--以合肥市包河區教學檢測第16題為例

劉亮榮 王 學 錢 鎖

(1.合肥市第四十六中學 2.合肥市第六十五中學 3.合肥市第四十八中學濱湖校區 安徽合肥 230000)

一、試題與參考答案

(7分)空氣是人類賴以生存的寶貴資源,某校化學興趣小組以“探究空氣的奧秘”為主題開展項目式學習。

[任務一]認識空氣的組成

(1)在二百多年前,拉瓦錫用汞定量研究了空氣的成分,該實驗中選擇汞的優點有。

A.生成物氧化汞是固體

B.不和空氣中的其他物質發生反應

C.反應的生成物在加熱條件下能重新反應生成金屬汞和氧氣

D.能幾乎耗盡密閉裝置中空氣中的氧氣成分

(2)現代可利用圖1中的裝置結合傳感器測定空氣中氧氣的含量。實驗過程中容器內氣體溫度和壓強的變化趨勢如圖1所示,請回答下列問題。

圖1 第(2)題圖示

請解釋剛開始反應時,裝置內壓強升高的原因:。

a時刻開始壓強突然增大,實驗操作是。

[任務二]保護空氣

PM2.5是一種常見的空氣污染物,請寫出另一種空氣污染物的化學符號。

圖2是某地PM2.5來源分布圖,下列選項中不能有效降低PM2.5濃度的是。

圖2 任務二圖示

圖3 第(3)題圖示

①減少機動車數量 ②利用太陽能、風能發電替換傳統的通過燃燒煤來發電 ③工業中產生的工業污水一律經過處理達標后才允許排放

[任務三]探究空氣中氧氣的性質

(3)興趣小組同學按照下圖所示進行“鐵絲在氧氣中燃燒”的實驗。為方便實驗,氧氣的收集方法應選擇。

(4)為探究鐵絲燃燒所需的氧氣體積分數。某化學興趣小組使用直徑為0.38 mm的細鐵絲,分別在不同體積分數的氧氣中點燃,現象和數據記錄如下表(表1):

表1 實驗現象

[結論]根據題目信息可知,能保持0.38mm細鐵絲燃燒的氧氣最小體積分數M的取值范圍是。

[注意:若答對下列(5)(6)小題獎勵3分,化學試卷卷面總得分不超過40分。]

(5)上述實驗中需要收集不同體積分數的氧氣,若某同學先加入300 mL的水到容積為400 mL的集氣瓶中,再蓋緊玻璃片,倒放在水槽中,再向集氣瓶中通入純氧,收滿后立即取出,則該同學收集到的氧氣體積分數約為%(計算保留整數)。

(6)興趣小組的同學猜想鐵絲燃燒時火星四射的現象可能與鐵絲含碳量多少有關。他們選擇直徑為0.20 mm、含碳量分別為0.1%、0.32%、0.52%的鐵絲設計實驗并證明猜想,請寫出實驗方案(其他有關用品可自行選用)。

[實驗設計]。

參考答案:

[任務一](1)ABCD (2)紅磷燃燒放熱造成的壓強增大幅度大于氧氣減少造成的壓強減小幅度;打開止水夾(或打開橡膠塞)

[任務二]SO2/NO2/O3/CO;③

[任務三](3)排水集氣法 (4)55%

二、試題內容要求、學業質量水平、課程標準和素養水平分析

這是基于空氣組成及氧氣體積分數的綜合性習題,考查點涉及測量空氣中氧氣含量的實驗原理、排水集氣法的計算及設計實驗等。下面從內容要求、學業質量水平、課程標準和素養水平等多維度對其進行分析,具體如表2所示。

表2 試題多維度分析

三、試題分析

試題體現了新型的學習方式--項目式學習。項目式學習(Project Based Learning)是一種動態的學習方法,是學生在教師的引導下通過具體的學習項目,主動發現和探索生活中的問題與挑戰。在項目式學習中,學生的學習目標明確,隨著項目的深入,學生能加深對相關知識的印象,培養一定的生活和學習技能。從項目式學習的設計視角看,試題通過學科知識的內在邏輯,促成學科素養的內化和科學態度的生成。化學學科核心素養導向下的命題,以綜合評價體系與課程標準為參考依據,以學科素養為導向,圍繞有意義的陌生情境,以項目式學習的形式實施知識與能力的考查,科學合理地設置試題難度,具有不同復雜程度的問題任務及評價標準。

試題結合化學史,以拉瓦錫測量空氣成分的實驗為前提,以教材中改編后的實驗為背景,從反應物選擇、實驗原理、實驗操作、空氣組成及如何減少污染方面,結合氧氣的性質、如何收集氧氣以及氧氣濃度等其他因素對反應劇烈程度的影響進行一系列設問。此題以學生熟悉的基礎實驗為背景,但各個任務之間相互聯系又相互獨立。學生對于任務既熟悉又陌生(對于實驗操作是熟悉的,但對于實驗過程中的某些具體數值如壓強大小、氧氣濃度大小是陌生的)。圍繞空氣中的各種組成氣體,既有熟悉的答題原型,例如選擇反應物的原則、裝置內壓強隨實驗過程的變化、常見的空氣污染物及處理方法等;又有原型的簡單變式,如結合化學史拉瓦錫選擇汞作反應物的原因,不僅需要考慮反應物可與氧氣反應、只與氧氣反應、生成物不能是氣體,還需要考慮汞與氧氣反應生成的氧化汞在加熱條件下可再次分解得到氧氣和汞,讓拉瓦錫更加確定了空氣中的氧氣體積分數。在探究鐵絲燃燒所需的最小氧氣氣體分數時套入數學模型,從而確認最小值的取值范圍等。

該試題積極探索與中學化學教學的良性互動,積極發揮教學相長的作用,促進學生對化學知識的認識和理解。通過深入挖掘化學書本知識的內涵,重視學生對化學思想方法的常規訓練和實際運用,將化學知識中的核心元素、核心概念、基本原理融會貫通,全面提升學生的化學學科核心素養。項目式學習能提升學生的實踐能力,發展學生的動手能力,加強學生的綜合分析能力,但項目式學習素材的選擇需注意其綜合性和復雜性。教師要積極幫助學生學會從陌生復雜的真實問題情境中挖掘學習的化學核心知識,培養學生多角度解決問題的認知能力,然后總結、點撥,再針對性地分析問題、解決問題,進而提升學生的思維品質。實際上,項目式學習中學生不僅要獲得知識,培養學生學習化學的興趣也很重要;項目式學習的結果是重要的,而學習過程中的學習體驗和思考同樣重要;項目式學習中教師的講解是次要的,更重要的是教師與學生相互間的交流與討論。正所謂興趣重于知識,過程重于結果,體驗重于說教。

從認知維度分析,前三問均是以記憶為主的問題,后三問是建立在理解水平上的問題。例如第(5)題,學生要理解排水集氣法的原理,還需要通過計算算出排掉一部分水后集氣瓶內氣體的體積分數。瓶內水的體積會完全轉化為氧氣,瓶內空氣內還含有21%的氧氣,將二者中含有的氧氣體積相加后再除以集氣瓶的總體積才是瓶內氧氣的體積分數。總體看來,這些問題以基礎題和實驗探究題為主,個別問題有一定的綜合性。

檢測與評價最后還是要服務于教學。這就要求教師必須認真研讀初中化學的課程標準和教材,嚴格把握教什么、學什么,要做到心中有內容、教學有目標,并根據學生的反饋及時調整內容和方式,培養學生化學學科核心素養。

四、對試題命制的一些思考

該試題的命制,是以新型的項目式學習為背景的,改變原有科學探究題的固定模式,從空氣主題出發,發散思維,不斷深入。原有科學探究題是從某個角度出發,探究影響化學反應速率的因素--反應物濃度、反應溫度和反應物之間的接觸面積,對學生的能力要求較高,不僅考查學生記憶的知識,還要求學生有閱讀資料、利用資料解決問題的能力,尤其是閱讀圖表得出相關結論的能力。而該試題從空氣這一關鍵詞出發,發散知識點,考查了教材上測空氣組成的實驗、化學與環境的影響與處理方法、鐵絲在氧氣中的燃燒與氧氣體積分數的關系、用排水集氣法收集固定體積分數氣體等多個知識點,各個題目之間相互聯系,引導學生的思維逐漸深入。

格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格在他們的《追求理解的教學設計》一書中提出了逆向設計的概念和方法,其中的一個理念是:良好的試題命制是最好的教學設計的一部分,是學習的逆過程,通過試題的診斷功能解決了為什么要考、要考什么、要怎么考等一系列的問題。這啟發教師思考教學方式方法,從學科教學走向學科育人,在教學過程中重視命題開發研究、情景素材開發和試題結構研究,將試題中解決問題的思維模型及主題內容的研究方法遷移到教學實踐中。教師和學生都需要知道知識背后所蘊含的學科能力、教育觀念和學科素養,通過簡化知識、提煉觀念、理解轉化來促成認知結構的再次發展和提升。

整體來說該試題創意足、優點多,但筆者認為還可以在一些細節上進行優化。比如(1)(2)(3)(4)小題知識素材內容偏多但考查問題偏少,可以進行比例的適當調整;并未考查化學方程式的書寫,可以設計一個考查化學方程式的小題以凸顯化學學科的顯著特點。另外試題(1)中正確答案偏多,C選項和A、B、D選項思路跳躍性大,作答時學生非常不容易回答全面,可以調整選項思路、減少正確答案個數。