【透视高考！】化学高考试题情境溯源与命制解析！
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普通高等学校招生考试（包括全国统考、省级统考和高校单独组织的招生考试，以下简称高考）是国家选拔人才的重要途径，是实现立德树人根本任务的重要环节。高考试题作为高考评价的载体必须发挥育人功能和积极的导向作用 。
情境是高考评价体系中的考查载体。巧妙的情境设计有利于实现对学生核心素养的测试 。《高考评价体系说明》中明确指出，“四层”考查内容和“四翼”考查要求均要通过情境和情境活动两类载体来实现 。情境试题既能考查学生对于化学知识的掌握程度和综合应用能力，又能考查和发展学生“证据推理和模型认知”、“科学探究和创新意识”等化学学科核心素养。因此研究相关试题情境素材的来源、了解情境试题的命制过程有极为重要的意义。
一些学者和教师已经在试题情境溯源和试题命制方面进行了尝试。例如，单旭峰等人对通过对元素化合物高考试题的分析，总结了情境类试题的命制策略 ；张广权等人对无机工艺流程试题的命题进行研究，建构了无机工艺流程题的命题体系 ；刘刚等通过追溯三道高考电化学试题来源，总结了电化学试题情境选材的特点 ；卢雨辰通过解析高考试题提出了真实情境试题命制思路 等。
但总体而言，仍然存在以下不足：（1）对试题情境素材的溯源少，很少找到原始的情境来源。（2）从对一两道题的解析而得出的试题命制规律不够严谨；（3）对从情境素材到试题的命制过程的解析不深入。
本文拟以2022年全国各地高考试题中的12道电化学试题为例，追溯其情境素材来源，梳理从情境素材到试题的命制方法和流程。
1 情境素材来源
电化学知识是所有高中学生必须掌握的重要内容，也是高等学校多个学科学习的基础。本文主要研究了2022年高考全国卷和地方卷中12道电化学试题，通过检索试题关键词、查阅文献，追溯了这些试题的来源。统计发现试题的情境素材主要来源学术期刊（表1）、专利（表2）和大中专教材（表3）。
1.1 学术期刊
权威期刊文献的实验数据可信度高，反映最新的科研成果和前沿热点，能够最大程度的满足高考试题情境的真实性、可靠性和科学性的要求，同时又能体现学科发展的前沿，在考查学生的知识、能力的同时，能够发展学生科学探究素养，培养学生的创新精神，激发学生学习兴趣 。通过检索发现，全国卷和地方卷中的12道电化学试题中，有9道情境素材来源于学术期刊。试题出处及其情境素材来源见表1。
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通过表1可以发现，9道试题情境素材分别源于《Nature Energy》、《Journal of the American Chemical Society》、《Nature Communications》、《Proceedings of the National Academy of Sciences》《Current Opinion in Electrochemistry》《Waste Management》权威期刊。特别值得注意的是：试题6、7的情境素材均来源于《Nature Communications》期刊的同一篇文献：“High-energy and low-cost membrane-free chlorine flow battery”，而福建卷、湖北卷、河北卷的试题情境均来自《Journal of the American Chemical Society》期刊。
从期刊的学科分类来看，素材多来源于化学、材料、工程技术和综合类学科的学术期刊。例如以上期刊属于化学、材料科学和工程技术的分别有2本、1本、1本，属于综合类期刊的有2本。文章内容主要涉及与电化学知识紧密相关的电池、电化学应用等最新科研成果。
此外，从学术期刊的作者来看，这些学术论文多是中国学者的科研成果。说明我国的科研水平不断提高，在一些领域已经跻身世界前列，能够增强学生的民族、文化自信，增强国家认同，同时体现我国科学家对人类社会发展所做出的贡献，激发学生奋斗精神！
可见，权威期刊能够最大程度保证试题情境素材的真实性、综合性、创新性的要求，又能培养学生的学科核心素养，激发学生学习兴趣。因此权威期刊文献成为试题情境的主要来源。
1.2 专利
发明专利具有权威性、独创性和实用性，以发明专利为素材命题也能够保证试题的真实性和实用性，因此发明专利也是高考情境素材的重要来源。12道试题中有1道来源于发明专利。湖南卷第8题的试题情境是“锂-海水电池”（见表2）。这一情境素材来源于国防科技大学的发明专利：《锂海水电池及其制备方法》 。该试题情境来源于湖南省，具有一定地域性的特点。
1.3 大中专教材
高中电化学知识是大学化学学习的基础，特别是和物理化学和分析化学学习内容紧密相关。以大中专教材中电化学内容为素材进行命题，既能满足素材权威性的要求，又可以加强中学和大学化学知识的衔接，实现高考“服务选才”的重要目的。12道电化学试题中，有2个情境素材来源于大中专教材（见表3）。
试题11的情境为“库伦测硫仪的电解原理”，来源于《仪器分析实验技术》 。试题12的电化学情境为“电子pH计的工作原理”，来源于《现代实验仪器分析试验与技术》 。
综上所述，基于基础性、综合性、应用性和创新性的要求，凸显高考试题的引领性，2022年高考电化学试题情境主要来源于学术期刊、专利和大中专教材，其中，以学术期刊为主。
2 高考试题情境解析
2.1 以学术期刊为素材的情境试题解析
2.1.1 原题重现（2022年广东卷第16题）
科学家基于Cl 2 易溶于CCl 4 的性质，发展了一种无需离子交换膜的新型氯流电池，可作储能设备(见图1)。充电时电极a的反应为：
下列说法正确的是：
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A. 充电时电极b是阴极
B. 放电时NaCl溶液的pH减小
C. 放电时NaCl溶液的浓度增大
D. 每生成1mol，Cl 2 电极a质量理论上增加23g
2.1.2 素材解析
这道题的情境素材出自《Nature Communications》中“High-energy and low-cost membrane-free chlorine flow battery”一文。该研究介绍了一种可逆的氧化还原液流电池，电池工作原理见图2。NaCl溶液为电解质溶液，将CCl 4 和NaCl溶液分别盛放在两个储液罐中，用泵（Pump）将两种液体分别抽入正负极。正极为C和SiO 2 的复合材料，放电时反应为2Cl - -2e - =Cl 2 ，负极为 NaTi 2 (PO 4 ) 3 材料，其充、放电时反应为 Na 3 Ti 2 (PO 4 ) 3 -2e - -2Na + ⇌ NaTi 2 (PO 4 ) 3 。由于 Cl 2 在 CCl 4 中的溶解度远远大于其在NaCl溶液中溶解度，而且CCl 4 -Cl 2 与NaCl溶液互不相溶，所以CCl 4 可以作为电解产物Cl 2 的萃取剂，此时该装置不需要交换膜 。
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2.1.3 信息加工
题干：本题题干简要介绍了该电池的类型及其充电时电极反应，以及正负极的电极材料。考虑到电池原理的复杂性，命题者对其进行了简化，仅选择了a极的充电电极反应式。这样的简化有助于降低试题难度，同时为后续的电池结构装置图简化做准备。
电池结构示意图：相较于文献中所呈现的电池工作原理图，试题中的电池结构示意图经过了进一步的简化，仅保留了电池的基本结构，删除了复杂的标识和线条，使得图像更加简洁明了。同时，以符合学生认知水平和习惯的形式重新标注图形信息，例如将文献中的“NaCl/H 2 O”转换成“NaCl溶液”。此外，采用白色、浅灰色和深灰色三种颜色进行区分，以符合考试和印刷要求。这种简化能够更好地适应高中生的认知水平，使得学生能够更好地理解电池的基本结构和原理，同时也有利于考查学生所掌握的必备知识和关键能力。
设问：在知识层面，考查电极判断、pH变化判断、离子浓度变化分析以及电极质量计算。在能力层面，考查学生信息转化能力、图形解读能力、综合分析能力、计算能力等。根据布鲁姆教育目标分类对设问进行分类发现A选项属于“理解”层次，B、C选项属于“分析”层次，D选项属于“应用”层次。整体来看，试题难度设置合理，区分度高。
在学科核心素养方面，通过电化学装置图，考查学生模型认知的核心素养，又以分析装置中各极的电极反应及离子浓度变化考查学生变化观念的核心素养。
2.2 以发明专利为素材的情境试题解析
2.2.1 原题重现（2022年湖南卷第8题）
海水电池在海洋能源领域备受关注，一种锂-海水电池构造示意图（见图3）。下列说法错误的是：
A.海水起电解质溶液作用
B. N极仅发生的电极反应：
C.玻璃陶瓷具有传导离子和防水的功能
D.该锂-海水电池属于一次电池
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2.2.2 素材解析
该试题的情境素材来源于国防科技大学王珲、谢凯等人的发明专利：《锂海水电池及其制备方法》。锂海水电池是一种以海水为正极活性物质，金属锂为负极的电池体系，其结构见图4。图中，1.锂保护负极；2.极耳；3.封装胶；4.铝塑封装袋5.锂离子固体电解质片（由Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 陶瓷玻璃材料组成）；6.隔膜；7.锂片；8.海水正极；21.正极极耳；22.负极极耳。锂离子固体电解质片5、隔膜6和锂片7以叠片的形式排列，锂离子固体电解质片5与锂片7之间以隔膜6隔开 。由于锂金属能与水发生反应，需要对锂电极进行密封保护，电池内部使用陶瓷隔开，外部用铝塑封装袋密封。
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2.2.3 信息加工
题干：简洁说明了电池名称，在减轻学生审题压力的同时又凸显化学学科社会价值。
电池结构示意图：试题中的电池结构见图3，专利中的电池结构见图4。相较于专利中呈现的电池结构示意图，命题者在理解发明专利的基础上，对装置结构图进行了改进。虽然二者看似差别很大，但电池工作原理一致。通过对比发现，命题者首先将专利中扁平状的电池结构图逆时针旋转90°且扩大，使得电池结构图更加符合学生对其常规的认识。其次删除了原图中复杂的标注信息，直接将关键信息标注在试题的结构示意图中，且示意图中电池不同部分的区分度较高。如此，电池的工作原理不变，但降低了示意图的阅读难度。
设问：在知识层面，考查电解质、隔膜作用分析，电极反应式的判断，电池类型判断。在能力方面，考查学生信息提取能力、图形分析能力、规范使用化学用语的能力等。根据布鲁姆教育目标分类对设问进行分类发现A、C、D三个选项属于“理解”层次，B选项属于“分析”层次。能力层次分配合理，区分度较高。同样该题通过电化学装置图和电极反应考查学生模型认识和变化观念的化学学科核心素养。
发明专利中所呈现的结构图专业性较强，目的是为了更详细地展现其工作原理。但这有可能超出学生的认知水平。因此需要将素材中的电池结构简化成学生易于理解结构图。以发明专利为素材进行试题命制时，要基于具体的考试要求和学生实际认知水平情况，选取或改编素材，利用贴近考生熟悉的方式或生活经验来建立信息与试题间的联系 。
2.3 以大中专教材为素材的情境试题解析
2.3.1 原题重现（2022年北京卷第7题3-5问）
（3）通过干燥装置后，待测气体进入库仑测硫仪进行测定。
已知：库仑测硫仪中电解原理见图5。检测前，电解质溶液c(I 3 - )/c(I - )保持定值时，电解池不工作。待测气体进入电解池后，SO 2 溶解并将I - 还原，测硫仪便立即自动进行电解，c(I 3 - )/c(I - )到又回到原定值，测定结束，通过测定电解消耗的电量可以求得煤中含硫量。
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① SO 2 在电解池中发生反应的离子方程式为 。
② 测硫仪工作时电解池的阳极反应式为 。
（4）煤样为a g,电解消耗的电量为x库仑，煤样中硫的质量分数为 。
已知：电解中转移1mol电子所消耗的电量为96500库仑。
（5）条件控制和误差分析。
①测定过程中，需控制电解质溶液pH，当pH
②测定过程中，管式炉内壁上有SO 3 残留，测得全硫量结果为 。(填“偏大”或“偏小”)
2.3.2 素材解析
该试题的情境素材来源于《仪器分析实验技术》（史永刚，2011）中“微库伦法测定石油蜡和石油脂中硫的含量”实验。原文为：产生的SO 2 随载气进入滴定池与电解液中的I 3 - 反应： SO 2 +I 3 - + H 2 O=3 I - +SO 4 2- +2H + 。滴定池中I 3 - 浓度降低，测量电极感知到偏压和“参考-测量”电极对之间电势发生变化，此信号输入库伦计放大器，输出电压加到电解电极上，电解阳极发生如下反应：3I - -2e - =I 3 - ；被消耗的 I3 - 得到补充，根据法拉第电解定律，消耗的电量就是电解电流对时间的积分相当于二氧化硫的总量，按回收率计算试样的硫含量。实验仪器有库伦测硫仪、滴定池、铂电极、天平等，实验试剂有冰乙酸、碘化钾、氧气、氮气、叠氮化钠等。
2.3.3 信息加工
题干：概括性地介绍库伦测硫仪的工作原理，舍弃原教材中详细的论述。帮助学生理解装置原理，降低试题难度，为后续命题做铺垫。
电池结构示意图：通过对比试题内容和素材信息发现，教材中并未给出具体的电池结构图，只是对实验装置和原理进行文字描述，而在命题时，则是根据素材描述展示了电解原理图，标出电极信息、各电极电解前后物质变化、电解材料等。给出电解装置图，能够简化素材内容和数据呈现形式 ，并且还能有效考查学生模型认知的能力。
设问：在知识层面，考查电解池中的离子方程式、电极反应式、利用电极反应式进行计算、对电解过程中的异常情况进行探究等。对于第4、5题异常情况的解释，素材信息中并未涉及，这是作者根据电解原理的拓展，丰富考查的内容。在能力层面，考查学生信息提取能力、图形阅读能力、计算能力以及综合分析能力等。根据布鲁姆教育目标分类对设问进行分类发现，第1、2、4、5空属于“分析”层次，第3空属于“应用”层次，该题电化学试题难度偏大。但是在设问过程中，为适当降低试题难度，对超出学生认知水平的内容进行说明。如第3空计算“煤样中硫的质量分数”，题干中直接给出转移电子量与电量的关系。学生只需根据电极反应式计算出转移电子的物质的量即可求出电量，再计算出煤样中硫的质量分数。在核心素养方面，该题重点考查学生模型认知和变化观念的学科核心素养。
由上述分析可知，情境素材中的信息只是为命题提供参考与选择，试题中并非会考查所有的素材内容，同时试题内容也并非只局限于素材信息。命题时应根据考查目标，先对素材信息进行取舍，再结合学生所学知识适当拓展考查内容，并合理控制试题难度。
3 电化学试题命制流程
通过上述对高考情境试题的解析，我们发现，一般应用情境素材进行试题命制基本流程见图6：
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3.1 课标研读
课程标准是试题命制的参考和考试评价的依据。例如电化学部分的课标明确要求学生需要掌握电池的工作原理和具备解决实际问题的能力等。在命制试题时，应以电解池和原电池的工作原理为重点，结合情境进行分析，考查学生的分析与推断能力以及模型认知和变化观念的化学学科核心素养。
3.2 素材选择
“无情境，不成题” ，情境素材可以从期刊论文、专利、大中专教材等中进行选择。选择时应该以原始信息来源为素材，立意遵循电化学理论必备知识、情境应该体现学科关键能力、反映时代性，凝练学科素养。如2022年全国甲卷第4题的素材“离子选择双隔膜电池”，这类新型电池具有安全、坚固、低成本等优势，是当下电池领域研究的热点。
3.3 素材分析
命题者利用不同的素材进行命题时，需要根据素材的特点和受众群体选择信息呈现方式。在利用素材进行命题之前，必须仔细阅读素材内容，理解素材信息、明确其对于命题的意义。又由于素材中所包含的知识点分散且具有隐蔽性，因此还需要结合课程标准，提取出与考查目标相关的知识点，例如电化学装置结构图、电极反应式等。
3.4 加工信息
学术期刊、专利、大中专教材的本质目的绝不是为了命题所用 。其信息呈现与表达具有专业性，不符合高中生的认知水平并且直接将素材信息原封不动的迁移运用也很难能保证试题的原创性。因此选择情境素材以后，需要对复杂的情境信息进行加工，提取出适合考查的内容，并且还需要对复杂的信息进行简化。
3.4.1 筛选信息
一方面，由于试题的容量有限，不可能将素材中所有的知识点全部融入到一道题目中考查。另一方面，素材中包含的知识点并非全部符合中学生的认知水平和有利于达到所确定的考查目标。所以必须根据考查目的选择提取的信息。如2022年广东卷第16题素材中包含对液氯电池电极反应式、电解液选择等的详细介绍，而在试题中仅选择了电池工作原理图和部分电极反应。
3.4.2 拓展考查内容
从对上述真题的解析来看，情境试题考查的内容不仅仅只局限于原素材中的信息。所有一切有利于达到考查目标的知识点都可以成为考查内容。因此在对素材信息筛选后，根据课程标准，结合考查目标拓展题目需要考查而素材中可能未涉及的知识内容。如2022年广东卷第16题中为考查学生宏观辨识与微观探析的化学学科核心素养以及计算能力，在试题中拓展了原素材中没有的有关电极质量变化的计算。
3.4.3 组织试题信息
确定考点和素材信息后，需要对这些内容进行修饰、重组，以便将需要考查的知识点整合到一个试题情境中，从而更好地发挥试题的考查功能。
（1）根据选择的信息组织文字题干。文字题干可以包括电池的价值描述、应用领域、突出意义、电池名称、电池类型、电极反应式等内容。这就需要对素材中非必要的或者复杂的内容进行删减，提炼。
（2）确定电池结构图。电池结构图是电化学试题中考查学生模型认知的重要内容。命题时要对电池结构图进行简化、改编或者依据素材描述进行创造。删减掉无关的线条、信息，将专业化的表述转换成符合学生认知的形式。
（3）组织设问。设问内容要根据考查的知识点、考查能力水平、试题难度等综合确定、组织试题信息时应注意信息不能随意改动，要保证信息的正确性、遵从原文献的研究过程和结论，最终还是需要实事求是地呈现出真实情境。
3.5 对试题进行整体评价
以科技文献、发明专利、大中专教材等为情境素材，其本身的科学性就保证了试题内容的基础性、综合性、应用性和创新性。但由于命题者的主观因素可能会产生“思维定式” ，因此需要对试题进行检验评价。评价应从试题情境和设问两个方面进行，包括符合学科特点、信息准确无误、清晰度和歧义度分析、表述明确、层次分明、整体区分度合理、与学生知识水平相符等。此外，还需预测试题难度，检验是否能达到考查目标。
4 结语
情境是试题的载体。由于学术期刊、专利和大中专教材三类素材来源能够最大程度满足高考试题情境的真实性、可靠性和科学性的要求，同时又能体现学科发展的前沿，发展学生科学探究素养，培养学生的创新精神，因此，在核心素养教育的背景下，这三类来源成为高考电化学试题情境素材的主要的来源。此外，试题情境还可能来源于生产、生活、古籍等。教师要积极了解素材来源，将情境素材应用于教学和试题设计中，强化必备知识的应用，提升学生关键能力，发展学生学科核心素养。
参 考 文 献
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