經(jīng)志俊

摘要： 以2019年江蘇高考化學卷第20題為例，剖析綜合探究題的命題特點和評價功能。通過思維模型建構(gòu)從“問題聚焦”“信息匹配”“證據(jù)推理”“規(guī)范表達”4個環(huán)節(jié)優(yōu)化問題解決策略，并借助

“建構(gòu)模型，明晰問題解決路徑”“功能分類，明確圖像解讀要領(lǐng)”“工具匹配，活用證據(jù)推理方法”“句式示范，規(guī)范文字表達要求”

等針對性指導，通過真實情境的實際問題解決促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞： 綜合探究題; 命題特點; 評價功能; 思維建模; 問題解決策略

文章編號： 10056629（2020）08008005

中圖分類號： G633 8

文獻標識碼： B

化學學業(yè)水平考試的主要目的是評價學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況和學業(yè)質(zhì)量水平的達成程度。根據(jù)學業(yè)水平考試的目的，化學學業(yè)水平考試命題必須堅持以化學學科核心素養(yǎng)為導向，準確把握“素養(yǎng)”“問題”“情境”和“知識”四個要素在命題中的定位及相互聯(lián)系，做到“情境”和“知識”同時服務于“問題”的提出與解決;“問題”“情境”“知識”三者之間存在著密切的聯(lián)系;情境的設(shè)計、知識的運用、問題的提出與解決均應有利于實現(xiàn)對學生核心素養(yǎng)的測試[1]。

回溯江蘇高考化學卷，可以發(fā)現(xiàn)在非選擇題命題領(lǐng)域江蘇省已經(jīng)就“問題”“情境”“知識”在命題中的定位及相互聯(lián)系進行了多年的探索實踐，其中以綜合探究為主題的第20題（以下簡稱“綜合探究題”），更是在高考命題中獨樹一幟。該題圍繞《化學反應原理》模塊主題，采用生產(chǎn)、科研中的真實情境設(shè)置實際問題，通過圖像解讀、數(shù)據(jù)處理、符號表征、條件控制、事實歸因等維度的綜合探究，評價學生在運用化學核心知識解決實際問題中表現(xiàn)出的必備品格和關(guān)鍵能力（見表1），對新課程背景下的高中化學學業(yè)水平等級性考試的命題實踐具有較高的參考價值。

鑒于情境陌生度高、內(nèi)容理論性強、素養(yǎng)水平要求高等特點，綜合探究題的問題解決對學生具有較大的挑戰(zhàn)性，學生在問題解決中的表現(xiàn)對于選拔優(yōu)秀化學人才具備很好的參考價值，問題解決的認知過程和策略優(yōu)化對學生化學學科核心素養(yǎng)高水平發(fā)展具有很好的促進作用。

為把握綜合探究題的評價規(guī)律，突破綜合探究題的問題解決瓶頸，促進學生在綜合探究過程中提升化學學科核心素養(yǎng)水平，筆者基于《普通高中化學課程標準（2017版）》中高中化學學業(yè)水平考試的命題原則，對2019年江蘇高考綜合探究題的命題特點、評價功能進行剖析，并基于學生在問題解決中的困惑對問題解決的策略進行優(yōu)化。

1? 綜合探究題命題特點與評價功能

該題的命制遵循《普通高中化學課程標準（2017版）》命題原則，依托真實情境創(chuàng)設(shè)測試載體，基于真實問題設(shè)置測試任務，聚焦核心概念解決實際問題。

1.1? 依托真實情境創(chuàng)設(shè)實際問題

緊密聯(lián)系學生學習和生活實際（如資源與環(huán)境的熱點話題“CO2的資源化利用”），創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)科學、技術(shù)、社會與環(huán)境發(fā)展的成果，具有不同陌生度、豐富而生動的測試載體。通過實際問題，突出化學核心概念與觀念，形成具有不同復雜程度和結(jié)構(gòu)合理的測試任務[2]（見表1）。

序號測試載體測試任務

（1）CaO可在較高溫度下捕集CO2，在更高溫度下將捕集的CO2釋放利用。CaC2O4·H2O熱分解可制備CaO， CaC2O4·H2O加熱升溫過程中固體的質(zhì)量變化見題20圖1。

題20圖1① 寫出400～600℃范圍內(nèi)分解反應的化學方程式：?? ▲? 。

② 與CaCO3熱分解制備的CaO相比，CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是? ▲? 。

（2）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖見題20圖2。

題20圖2① 寫出陰極CO2還原為HCOO-的電極反應式：?? ▲? 。

② 電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是? ▲? 。

序號測試載體測試任務

（3）CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，過程中主要發(fā)生下列反應：

反應Ⅰ： CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）

ΔH=41.2kJ·mol-1

反應Ⅱ： 2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）

ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化見題20圖3。其中： CH3OCH3的選擇性=2×CH3OCH3的物質(zhì)的量反應的CO2的物質(zhì)的量×100%

題20圖3① 溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是? ▲? 。

② 220℃時，在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點）。不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有? ▲? 。

1.2? 聚焦化學反應原理解決實際問題

根據(jù)測試任務、情境的需要，系統(tǒng)梳理解決問題所要運用的化學知識與方法，以化學反應原理所涵蓋的核心概念、圖像解讀、數(shù)據(jù)分析、符號表征、演繹推理、辯證分析等認知策略為問題解決的主要工具，注重考查學生靈活運用結(jié)構(gòu)化知識解決實際問題的能力[4]（見表2）。

序號參考答案問題解決工具

（1）① CaC2O4400～600℃CaCO3+CO↑

② CaC2O4·H2O熱分解放出更多的氣體，制得的CaO更加疏松多孔① 核心概念： 摩爾質(zhì)量與物質(zhì)組成的關(guān)系;固體表面積與氣體吸附量的關(guān)系

② 認知策略： 實驗數(shù)據(jù)分析，圖像解讀，溯因推理，符號表征

（2）① CO2+H++2e-HCOO-

或CO2+HCO-3+2e-HCOO-+CO2-3

② 陽極產(chǎn)生O2，pH減小，HCO-3濃度降低;K+部分遷移至陰極區(qū)① 核心概念： 電極反應與電極反應式;離子反應與離子遷移

② 認知策略： 圖像解讀，符號表征，演繹推理

（3）① 反應Ⅰ的ΔH>0，反應Ⅱ的ΔH<0，溫度升高使CO2轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升，使CO2轉(zhuǎn)化為CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率下降，且上升幅度超過下降幅度

② 增大壓強，使用對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑① 核心概念： 平衡移動與勒夏特列原理;影響反應速率和平衡移動的外界條件

② 認知策略： 圖像解讀，演繹推理，辯證分析

1.3? 依據(jù)學業(yè)質(zhì)量水平評價學科核心素養(yǎng)發(fā)展

綜合探究題選用源于生產(chǎn)與科研的真實現(xiàn)象、數(shù)據(jù)、流程、圖像等化學事實，設(shè)計指向數(shù)據(jù)處理、符號表征、條件控制、究因分析等實際問題，通過學業(yè)質(zhì)量水平3、 4相關(guān)要求的達成情況評價學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況（見表3）。

序號（1）（2）（3）

學業(yè)質(zhì)量水平相關(guān)要求能基于現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進行分析推理得出合理結(jié)論（33）能分析化學能與電能相互轉(zhuǎn)化的原理及在生產(chǎn)和生活中的應用（32），能根據(jù)化學反應原理預測物質(zhì)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物（42）能從調(diào)控反應速率、提高反應轉(zhuǎn)化率等方面綜合分析反應的條件，提出有效控制反應條件的措施（42）

能運用宏觀、微觀、符號等方式描述、說明物質(zhì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)和規(guī)律（32）;能運用化學原理和方法解釋或解決生產(chǎn)、生活中與化學相關(guān)的一些實際問題（34）;能在物質(zhì)及其變化的情境中，依據(jù)需要選擇不同方法，從不同角度對物質(zhì)及其變化進行分析和推斷（41）;能選擇簡明、合理的表征方式描述和說明化學變化的本質(zhì)和規(guī)律（42）

2? 綜合探究題問題解決與策略優(yōu)化

綜合探究題涉及化學原理的應用、元素化合物性質(zhì)的理解、科學探究結(jié)果的分析等方面。全面研讀題給信息，將從題目中獲得的信息與已有知識相融合，運用科學思維方法（分析比較、歸納綜合、證據(jù)推理、建構(gòu)模型等）解決問題，是有效解答這類試題的方法[6]。

由于綜合探究題情境陌生、探究性強，導致學生缺乏解決問題的自信，產(chǎn)生畏難情緒

和逃避心理，也有學生因為以B等級作為備考目標，策略性放棄對該題的探究，從而錯失不少化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展和學業(yè)質(zhì)量水平提升的機會。這種教學現(xiàn)狀需要教師針對學生問題解決的主要瓶頸具體優(yōu)化相應的問題解決的策略。

2.1? 建構(gòu)模型，明晰問題解決路徑

解題思路不清晰是學生解決綜合探究題的首要瓶頸。筆者在教學實踐中通過“問題聚焦”“信息匹配”“證據(jù)推理”“形成結(jié)論”4個環(huán)節(jié)優(yōu)化問題解決的程序，建構(gòu)問題解決的思維模型（見圖1），引導學生把握問題解決的思維路徑，對瓶頸的突破效果顯著。

（1） 問題聚焦： 明確測試任務要解決的具體問題，

劃出設(shè)問中的關(guān)鍵字詞，從化學圖像中提取與測試任務相關(guān)的關(guān)鍵信息。

（2） 信息匹配： 基于測試任務中呈現(xiàn)的化學事實，從物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律、化學反應原理、數(shù)據(jù)處理方法、符號表征要求等方面，在知識儲備和情境信息中篩選與問題解決匹配的化學知識。

（3） 證據(jù)推理： 以物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律、化學反應原理、數(shù)據(jù)處理結(jié)果為證據(jù)，對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過合情推理、演繹推理、溯因推理等手段加以證實或證偽，建立觀點、結(jié)論和證據(jù)間的邏輯關(guān)系[7]。

（4） 形成結(jié)論： 依據(jù)證據(jù)推理結(jié)果，結(jié)合符號表征的規(guī)范要求、事實歸因的表達句式，聚焦“表征陌生反應的本質(zhì)、控制物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件、揭示化學事實的成因”等具體問題，規(guī)范表達問題解決的結(jié)果。

2.2? 功能分類，明確圖像解讀要領(lǐng)

圖像解讀無章法是學生審題階段的主要瓶頸?；瘜W圖像是真實情境呈現(xiàn)的重要方式，來源于生產(chǎn)、科研反映化學事實的原理示意圖、數(shù)據(jù)曲線圖等由于命題者賦予其不同的功能，在問題解決中發(fā)揮著不同的作用。在圖像功能分類的基礎(chǔ)上，掌握不同類型圖像的解讀要領(lǐng)（見表4），是有效提取和加工信息的重要前提。

CaC2O4·H2O熱重分析曲線獨立呈現(xiàn)化學事實，完整表征情境信息建立固體殘留率與相關(guān)物質(zhì)摩爾質(zhì)量的關(guān)系

題20圖2： 電解CO2制HCOOH的原理協(xié)同呈現(xiàn)化學事實，補充關(guān)鍵情境信息把握物質(zhì)變化、電極類型、電極反應、離子遷移的內(nèi)在關(guān)系

題20圖3： CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度變化關(guān)系重復呈現(xiàn)化學事實，直觀強化情境信息明確縱坐標和橫坐標的意義，依據(jù)曲線斜率判斷反應速率的快慢

2.3? 工具匹配，活用證據(jù)推理方法

工具匹配無目標是學生在分析問題階段的主要瓶頸?；诨瘜W事實和測試任務匹配問題解決的工具，有效提取反映化學事實本質(zhì)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律、化學反應原理等核心知識，合理選擇合情推理、演繹推理、溯因推理等證據(jù)推理的基本方法（見表5），是突破瓶頸的關(guān)鍵能力。

化學事實知識匹配證據(jù)推理

熱重曲線圖定量分析：

固體殘留率與摩爾質(zhì)量化學式CaC2O4·H2OCaC2O4CaCO3CaOM/g·mol-114612810056

溯因推理： 依據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律，猜想CaC2O4·H2O分解可歷經(jīng)生成CaC2O4、 CaCO3、 CaO等3個階段，結(jié)合相應物質(zhì)的摩爾質(zhì)量和400～600℃范圍內(nèi)，固體殘留率從128/146逐步過渡到100/146的事實，論證該階段的固體物質(zhì)由CaC2O4轉(zhuǎn)化為CaCO3。

電解后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低電解原理： 電極反應，離子反應與離子遷移演繹推理： 基于電解原理，分析陽極反應、離子遷移。從陽極產(chǎn)生氣體，推理得出電極反應為2H2O-4e-O2↑+4H+;依據(jù)HCO-3+H+CO2↑+H2O推理得出陽極區(qū)c（HCO-3）降低;依據(jù)裝置中的陽離子交換膜和離子遷移規(guī)律，推理得部分K+遷移至陰極區(qū)導致陽極區(qū)c（K+）降低。

綜合分析： c（HCO-3）降低和c（K+）降低共同導致陽極區(qū)c（KHCO3）降低。

高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升化學平衡： 勒夏特列原理演繹推理： 依據(jù)熱化學方程式和勒夏特列原理，推出溫度升高反應Ⅰ

CO2平衡轉(zhuǎn)化率升高、反應Ⅱ CO2平衡轉(zhuǎn)化率降低。

辯證分析： 依據(jù)“高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升”的事實，推理得出高于300℃，反應Ⅰ平衡移動是決定CO2平衡轉(zhuǎn)化率的主要方面。

2.4? 句式示范，規(guī)范文字表達要求

文字表達不規(guī)范是學生在答題階段的主要瓶頸。規(guī)范表達是事實歸因分析的臨門一腳，鑒于形成問題原因有單一因素和雙重因素等2種常見形式，而雙重因素的影響中又存在雙因互補與雙因?qū)α⒌?種情況，制訂不同的句式示范（見表6）引導學生簡潔、全面、規(guī)范地表達思想，是幫助學生突破瓶頸、訓練學生邏輯思維的重要策略。

化學事實事實歸因句式示范

與CaCO3熱分解制備的CaO相比，CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO具有更好的CO2捕集性能CaO與CO2的接觸面積，單因致果原因： ……，影響： ……。

CaC2O4·H2O熱分解放出更多的氣體，制得的CaO更加疏松多孔。

電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低c（HCO-3）、 c（K+）變化，且雙因互補原因1： ……，影響1： ……;原因2： ……，影響2： ……。

陽極生成O2，溶液pH降低，導致陽極區(qū)c（HCO-3）降低;K+向陰極遷移，導致陽極區(qū)c（K+）降低。

溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升反應Ⅰ、反應Ⅱ平衡移動，且雙因?qū)α⒃颍?……，影響1： ……，影響2： ……，影響力比較： ……。

升高溫度，反應Ⅰ CO2平衡轉(zhuǎn)化率升高，反應Ⅱ CO2平衡轉(zhuǎn)化率降低;溫度高于300℃，反應Ⅰ CO2平衡轉(zhuǎn)化率升高幅度大于反應Ⅱ CO2平衡轉(zhuǎn)化率降低幅度。

綜合探究題既是高水平評價學生學科核心素養(yǎng)發(fā)展狀況和學業(yè)質(zhì)量水平達成情況的有效工具，同時也是促進學生學科核心素養(yǎng)發(fā)展和學業(yè)質(zhì)量水平達成的重要資源。教學實踐中，一線教師在重視綜合探究題評價功能的同時，須充分發(fā)掘其蘊藏的知識、方法、能力與素養(yǎng)等方面的教學資源，全面發(fā)揮其承載的反饋、導向與激勵等維度的教學功能[8]。