基于真实情境的高中化学开放性试题命制

教育部考试中心研制的《中国高考评价体系》强调，传统“知识立意”的评价已经不能满足新时代选拔和培养人才的要求，倡导向“价值引领、素养导向、能力为重、知识为基\"的综合评价转变。教育部《关于做好2025年普通高校招生工作的通知》要求“深化考试内容和形式改革，加强关键能力、学科素养和思维品质考查”。化学学习评价对于学生化学核心素养具有诊断和发展功能。为了更有效、更精准地考查学生化学核心素养的发展水平，深化研究高中化学命题理论和技术显得重要而迫切，其中研究命制基于真实情境的开放性试题是一种有益的探索。一、基于真实情境的开放性试题命制内涵（一）化学核心素养的导向作用化学核心素养将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等多方面的要求融为一体，是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础。教师的教学与评价都要围绕“发展学生化学核心素养”展开，应优化教学与评价过程，提高教学质量。（二）基于真实情境的命题价值“素养为本”的教学倡导创设基于真实问题的情境，激发学生的学习兴趣。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）在命题原则中要求以真实情境为测试载体，注重真实情境的针对性、启发性、过程性和科学性，将试题情境与测试任务有效地融为一体。真实、科学的问题情境有利于精准测评学生化学核心素养的发展水平。（三）开放性试题的特点开放性试题是指基于某一情境及相关的材料信息，要求学生进行深层次分析和探究问题的一种命题方式。开放性试题以其条件开放、解答多样和思维丰富等特征区别于传统题型。相较于答案固定的封闭性试题，开放性试题更能检测学生的高层次认知能力，如思维的灵活性、批判性和创新性，从而更全面地评估学生化学核心素养的实际发展状况。二、基于真实情境的开放性试题命制技术分析（一）开放性试题素材的选择情境素材是命制试题的基础，真实的命题素材能保证试题的科学性，促进试题内容和形式创新，维护考试公平公正。在中学化学教材和大学化学教材中都有大量的命题素材，教师还可以借鉴不同版本教材中的内容，如使用人教版高中化学教材教学的教师可以使用鲁科版教材的情境命题。此外，教师还可用化学学术期刊中的科研文献作为命题素材。（二）开放性试题情境的功能一道完整的试题需要具备情境生成、问题设置和答案及评分标准的功能。教师应结合高中生的认知水平和《课程标准》要求，优化素材内容和数据的呈现形式，将文献文字和图文转化为试题语言，适当补充信息，创设真实、新颖、科学的情境。（三）开放性试题设问的方式设计问题时，教师要注意问题的指向性和能力的合理进阶，找准问题的“切人点”，抓住问题的“深入点”，提炼任务的“升华点”。开放性试题有四种常见的设问方式：一是策略开放型，如合成氨中提高转化率的方法，包括增大压强、降低温度等。二是条件缺失型，如隐去反应物结构，仅给出化学式，推测不同结构反应物对反应的影响。三是结论发散型，如基于反应的离子方程式预测溶液酸碱性对KMnO4

氧化能力的影响。四是评价反思型，如对比工业合成氨的Haber工艺与生物固氮的能效差异。（四）评分标准的层次化设计开放性试题的评分标准要采用“基础分+进阶分+创新分\"的层次化模式：（1）基础分，学生的答案符合基本学科原理和规范即可获得基础分，如化学式和结构式的书写。（2）进阶分，学生的答案能够正确体现学科思想和逻辑方可获得进阶分，如控制变量法应用。（3）创新分，学生的答案体现出创新意识方可获得创新分，如设计新的电池装置，合理地使用各种电极、盐桥、膜等材料提高电池工作效率。三、基于真实情境的开放性试题命制实践探究（一）案例1：物质结构与能量的关系1.素材的选择结构观和能量观是高中重要的化学观念。高中化学教学要求学生认识物质具有能量，理解化学变化中伴有的能量转化，知道化学反应可以实现化学能与其他能量形式的转化。教师可以选择“‘物质结构、变化与能量'大概念统领的结构化教学\"案例，从物质结构变化视角分析能量的角度选取素材：用盐酸溶液分别溶解原长铁质弹簧和压缩铁质弹簧，对比溶解过程热效应。2.情境的生成两个完全相同的铁质弹簧均处于自然伸长状态。将第1个弹簧直接放在盐酸中被完全溶解，溶解过程放热Q1

;第2个弹簧先被压缩，然后在相同的条件下被盐酸完全溶解，溶解过程放热Q2

（如图1）。图1酸溶弹簧过程示意图3.问题的呈现（1）弹簧与盐酸反应的离子方程式为（2）比较热量大小：QiQ2

（填gt;”\"lt;”或：），给出合理解释。4.评分标准的设计和说明（1）Fe+2H+=Fe2++H2↑Ω（2G）（2）填lt;′

；（1分）压缩弹簧具有更多的能量（物理中称为弹性势能），弹簧溶解后生成的产物（包括溶液和气体）能量相等，根据能量守恒定律，溶解压缩弹簧的过程放热更多。（2分）说明：（1）第一问考查常见化学反应的离子方程式，为分析开放性问题作铺垫。（2）第二问答案具有开放性，学生可以从晶体结构与能量、能量守恒定律等方面作答，能合理解释即可得2分。（二）案例2：新型电池的工作原理1.素材的选择风能和太阳能等清洁能源替代化石能源是贯彻落实“双碳”目标的重要途径，而清洁能源的高效利用需借助电化学储能等储能系统的调控。锂离子电池因其高能量密度、高电压和高稳定性成为储能领域的研究热点。教师可选择“综合创新实验：Zn-LiFePO4软包装电池的制备与性能表征”案例素材，以LiFePO4，Zn等材料组装制备软包装电池，并对电池性能进行评估。该实验能够帮助学生理解电池工作原理及其中涉及的氧化还原反应，感受化学能与电能之间的转化。2.情境的生成锌一磷酸铁锂电池的结构和工作原理如图2所示。正极为磷酸铁锂和导电碳等形成的混合物，电解液为硫酸锂、硫酸锌和蔗糖的混合液。图2锌一磷酸铁锂电池工作原理示意图3.问题的呈现（1）充电时溶液中c（Li+

）（填\"变大”“变小\"或“不变”，阴极m（Zn）（填\"变大”“变小\"或“不变”）。（2）相比于钴酸锂电池（LixCy-LizCoO2

，电解质为LiPF6

，溶剂为无水碳酸酯），锌一磷酸铁锂电池的优势是。（写一条即可）4.评分标准的设计和说明（1）填\"变大\"；（1分）填\"变大\"（1分）（2）锌一磷酸铁锂电池用水系电解质，成本低且污染小；锌一磷酸铁锂电池负极没有活泼的嵌锂石墨，更安全。（2分）说明：（1）第一问考查对电池基本工作原理的认识，属于常规问题。（2）第二问是开放性问题，考查学生从多方面认识电池安全性和经济性的能力，正确地答出一点即得2分。（三）案例3：分子结构与熔点、沸点的关系1.素材的选择高等教育出版社出版的《基础有机化学》教材介绍了每一类有机物的物理性质，其中同系物分子整体结构高度相似，只差n个-CH2-，相对分子质量的改变影响范德华力，进而影响熔点和沸点，是建构和考查“结构决定性质”化学学科核心观念的重要素材。2.情境的生成分子间作用力越大，物质的熔点和沸点越高。一氯甲烷、甲醇和甲酸同系物（均为直链结构，氯原子和羟基均在1号碳原子上）的熔点和沸点变化规律如图3所示。图3一些同系物的熔点和沸点变化规律3.问题的呈现（1）由图中信息可知，沸点：CH3Cl.CH3

CH2CH2（Cl（填gt;”\"lt;”或“=\"

），原因是（2）“同系物中相对分子质量越大，熔点和沸点越高”是否正确？请结合图中信息分析。4.评分标准的设计和说明（1）填“lt;'

（1分）；CH3Cl和CH3CH2CH2Cl分子结构相似，后者分子质量更大，分子间作用力更强，沸点更高。（1分）（2）上页图3中同系物的相对分子质量越大，沸点越高；（1分）同系物熔点与相对分子质量无显著联系；（1分）熔点受相对分子质量大小和分子的极性、晶体结构、分子间氢键数目等多种因素影响，存在相对分子质量小而熔点高的情况。（1分）说明：（1）第一问考查对分子结构、分子间作用力和沸点关系的理解，属于常规问题。（2）第二问是开放性问题，考查学生读取信息并从多方面认识结构一性质关系的能力。上页图3中信息说明沸点主要受相对分子质量影响；影响熔点的因素比较复杂，部分情况下分子空间结构、分子极性、电荷分布等因素的影响超过相对分子质量的影响，说出结论得1分，说明一点因素再得1分。（四）案例4：“违反”规律的置换反应1.素材的选择金属与酸的反应是初中化学和高中化学重要的教学内容，此类反应是简单而又经典的置换反应、氧化还原反应和离子反应，有助于学生建立金属活动顺序模型。在初中和高中必修阶段的教学中，学生形成了“氢前金属\"可以置换酸中的氢，“氢后金属”不能置换酸中的氢；在高中选择性必修化学反应原理的教学中，学生掌握了平衡移动原理，认识到影响化学反应的更多复杂因素。2.情境的生成金属活动性处于氢前的金属单质能与酸（硝酸和浓硫酸等氧化性酸除外）反应放出H2

，金属活动性处于氢后的部分金属单质可溶于硝酸和浓硫酸等氧化性酸。已知金属活动性顺序为：Mg，Al，ZnFe、Sn、Pb、（H）、Cu，Hg，Ag，Pt，Au（金属活动性依次减弱）。3.问题的呈现（1）写出Ag与稀硝反应的化学方程式。（2）HI是一种非氧化性酸，氢后金属Ag能与HI溶液反应放出H2

，写出反应的离子方程式，给出合理的解释。4.评分标准的设计和说明2（1）3Ag+4HNO3=3AgNO3+NO↑+2H2O（2）2Ag+2H++2I-=2AgI↓+H2↑反应中生成了溶解度很小AgI而促进了反应正向移动（相似表述均可），或生成AgI增强了Ag的还原性等。（2分）说明：在学生熟悉的反应模型基础上创设认知冲突，考查学生的创新能力和对复杂反应的理解能力，其中第（2）问可以从多个方面解释，具有一定的开放性。（五）案例5：有机合成路线的设计1.素材的选择有机合成帮助人们制备了一系列药物、香料、催化剂、添加剂等，丰富了物质世界，推动了人类社会的发展。有机合成主要以石油中简单的烃为原料，通过化学反应构建碳骨架，引入官能团，合成目标分子。卤代烃是烃和烃的含氧衍生物转化之间的重要物质，卤代烃相关转化是高中有机化学的核心内容。2.情境的生成有机物转化过程存在多种可行的反应。烯烃A（C5H10

）可以通过以下路径转化为羧酸D（CnH2n+1

（204号D（CnH2n+1COOH）3.问题的呈现（1）写出由A（C5H10）转化为B（C5H11Br）的化学方程式。（写出一种即可）（2）若反应①使用NaOH水溶液，则反应②使用的试剂可能是。（3）若n=5，反应①和反应②使用的试剂分别是。（写出一例即可）4.评分标准的设计和说明（1））lt;+HBrBr（2分）（2）酸性KMnO4

或硝酸⋅02

等合理答案。（1分）（3）反应①：NaCN，反应②H2SO4

溶液。2分）说明：（1）A和B均只有分子式而结构均不确定，存在多种正确答案。（2）C到D的转化需要将羟基转化为羧基，需要使用较强的氧化剂。（3）反应①或反应②中增加了1个碳原子，一种可能是反应①使用HCN或NaCN引入氰基，反应②在酸性条件下将氰基水解为羧基。四、基于真实情境的开放性试题命制经验分析与展望开放性试题的命制不仅关系到考试评价的科学性，更直接影响学生核心素养的评价与培养。笔者结合高中化学学科特点，在对开放性试题的命制的过程中提炼了以下三点思考，并进一步总结其价值。（一）增进学科理解，优化问题设计开放性试题的核心在于考查学生的深度思维和学科素养，因此教师必须深人理解化学学科本质，避免过度追求“标新立异”导致科学性错误，应确保试题在符合《课程标准》的同时激发学生的探究兴趣。教师要注重问题开放性，避免“伪开放”。真正的开放性试题应具备以下特点：条件开放，如提供多组数据，由学生选择分析；过程开放，如实验方案不唯一；结论开放，如允许不同角度的合理解释。要避免“看似开放，实则唯一答案”的“伪开放题”，如简单地问“你认为哪种方法更好？”但实际有标准答案。教师要平衡问题的开放性与导向性。完全开放的试题可能让学生无从下手，因此需适当限定范围。例如，不直接问“如何减少碳排放”，而是给出几种工业流程，让学生对比分析优劣。（二）考查关键能力与基础知识并重开放性试题并非忽视基础知识，而是强调基础知识在复杂情境中的应用，要求在扎实的基础知识之上考查高阶思维。开放性试题不能脱离学科基础，如案例1中分析弹簧与盐酸反应的热效应，先要求写出弹簧与盐酸反应的离子方程式，不仅考查了基础知识，而且为学生解决后续的开放性问题提供思路。（三）制定科学评分标准，确保评价公平有效对开放性试题的评价要根据学生作答过程中表现出来的学科素养水平而分为多个层级，关注思维过程而非仅结论，答案不必唯一，结论可以多样，但必须言之有理、逻辑严谨。对特别创新的答案，可设置“加分项”；对常见错误类型提前制定扣分标准，减少评分偏差。例如，“案例3：分子结构与熔点、沸点的关系”中分析同系物相对分子质量对熔点的影响，学生答出“同系物熔点与相对分子质量无显著联系”或相似表达得1分，能从相对分子质量大小和分子的极性、晶体结构等因素分析后再得1分。在高考评价体系中，封闭性试题与开放性试题各具特色、互为补充，二者的差异主要体现在考查形式、命题方向和测评功能等