化学高考试题中的剧本杀

摘要：  考察近几年高考化学试题及模考试题，仔细研究了其中存在的“剧本杀”现象。结果表明，引入少量所谓的剧本杀元素，可以增强学生的证据推理能力，但是过度引入则会导致学生舍本逐末，忽视化学学科知识的学习，造成适得其反的后果。

关键词：  剧本杀； 证据推理； 项目式学习； 高考化学； 试题分析

文章编号： 1005-6629（2024）06-0087-06＿＿＿＿中图分类号： G633．8＿＿＿＿文献标识码： B

核心素养是经过学科学习所形成的正确价值观、必备品格和关键能力。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》将“证据推理”作为化学学科核心素养的重要组成部分［1，2］。“证据推理”是指在科学学习的情境下，获取证据进行推理的认知活动［3，4］，要求学生从已有知识、问题情境中识别、转换形成证据，通过多方收集证据、利用证据进行推理，从而获得结论并解决问题［5］。由于项目式学习的每个环节都需要证据支撑，契合了培养学生“证据推理”这一核心素养的要求，如今成为一线教师培养学生核心素养的基本途径［6，7］。

近年来，一种名为“剧本杀”的游戏在年轻人中广泛流行。剧本杀诞生于英国，是在虚拟的情景中通过搜查线索找出幕后真凶的游戏［8］。一些教师将“剧本杀”形式与“项目式学习”的内核结合起来，将课堂知识改编成“剧本教案”［9］，这种方式为学生所喜闻乐见，引起他们的学习兴趣，在娱乐中不知不觉地学到了化学知识。化学高考中也有“剧本杀”的现象，由于命题时大多是通过创设科学合理的问题情境，采用图像、数据、表格等来考查学生在实际情境中分析和解决问题的能力。这些要求和剧本杀往往一一对应：题干的背景介绍就相当于故事情节（即仿真环境和剧本内容），给的一些数值、条件就相当于线索（即证据），每个小问题就相当于任务，完成题目的作答就意味着完成所有的任务（即游戏胜利）。

这种新型的命题形式在中学化学界产生了深远的影响，关于“类似剧本杀的创新形式是否适用于考试试题的命制、此类形式上的考察对学生核心素养的培养是否有促进作用”这些话题在教学界引起了广泛的讨论，然而有关“剧本杀与高考命题关系”的相关研究却未见报道。本文就近年来的高考试题及模拟试题对这个问题进行探讨，并提出相关建议。

1 剧本杀的引入：2022年江苏省高考试题14-1

1.1 原题重现

1.2 搜证推理

本题着重考查学生对影响化学反应平衡因素的理解。其中①②两问答案简单，难度不大，不需讨论。

FeS表面带正电（相当于剧本杀中的“线索”），会吸附带负电的OH-和六价铬［Cr（VI）］离子（相当于剧本杀中的“搜证推理”）。随着碱性的增强，OH-浓度随之增加，FeS吸附的OH-增多，导致其对带负电的六价铬［Cr（VI）］离子的吸附量减少，参加反应的六价铬［Cr（VI）］也相应减少，因此去除水中Cr（VI）的速率变慢。这对应着③问答案的第一点。

此外，本题中给出六价铬［Cr（VI）］的存在形式让学生联想到之前的学习过程中已经积累了有关铬的知识：Cr2O2-7与CrO2-4可以发生如下的相互转化，pH增大时，平衡向左移动，导致Cr2O2-7转化为带等量电荷的CrO2-4。

带正电的FeS吸附CrO2-4后比Cr2O2-7的铬总量少，由此导致反应速率变慢。这对应着③问答案的第二点。

最后，学生还需感知到，本题①②问和③问有着千丝万缕的联系（相当于剧本杀中的“隐含线索”，是获取胜利的“密钥”）：根据①问可以得知在弱碱性条件下，FeS与CrO2-4发生反应；根据②问可以得知FeS在弱酸性条件下溶解产生有较强还原性的Fe2+和HS-，能够快速还原溶液中的六价铬［Cr（VI）］。但是随着碱性的增加，Fe2+和HS-溶出量会减少。反应速率也随之减慢。这对应着③问答案的第三点。

1.3 剧本复盘

本题取材于生活中用硫铁化物处理水体中六价铬［Cr（VI）］的实例，对学生的学科核心素养提出较高要求，推陈出新，重点考查学生对元素铁、硫、铬的相关知识及化学平衡移动概念的理解。利用剧本杀中的情境创设、搜证推理、隐含线索等元素，培养了学生证据推理能力。

试题素材大概率来源于吉林大学陈娟的硕士论文“纳米FeS对处理铬污染地下水的研究”［10］，以及该课题组后续发表的一些文章［11，12］，结合其他相关文献［13］得出其中的化学原理为：在pH≤3的条件下，FeS溶解产生的有强还原性的Fe2+和S2-，能够快速还原溶液中的六价铬［Cr（VI）］。但是在pH为4～7的条件下，FeS在水中的溶解度非常小，该去除反应是纳米FeS在起主导作用。所以当pH越小时，溶出的Fe2+和S2-越多，去除六价铬［Cr（VI）］的速率也加快。

文献表明，反应过程中的吸附机理较为复杂，涉及到离子之间的静电引力和斥力、等电点等问题，还有可能形成含Cr（Ⅲ）的胶体沉淀物。改编后直接认为FeS表面带正电（原文并未涉及这点，详见支撑文件），可以吸附带负电的六价铬［Cr（VI）］离子。同时认为FeS吸附了Cr2O2-7后，两个Cr（VI）都参加了反应，将影响的主要因素简化为正负电荷的相互吸引以及电荷量的问题，这相当于剧本杀中创设了情境，并且提供了指引线索，由此展开搜证推理。这些设想有一定的合理性，但是由于将实际情况过度简化，忽视了化学反应复杂的情境，容易让学生对真实的化学过程产生误解，这样的命题不能正确地引导学生获取化学知识，培养学生科学探究能力。

不难发现，本题侧重于让学生根据题目所给的信息以及问题之间的联系进行分析和解答，着重考查学生的证据推理能力，相对弱化了对化学知识本身的要求。例如本题的③问，答案都是从题目所给信息和①、 ②的答案推理得出：由FeS表面带正电、Cr2O2-7与CrO2-4可以发生相互转化、FeS在弱酸性条件下溶解产生有较强还原性的Fe2+和HS-这三点直接得到答案。

另外，在pH为4～7时，Cr（VI）的主要存在形态除了CrO2-4，还有HCrO-4［14］，因此只分析Cr2O2-7与CrO2-4的相互转化不够全面（详见支撑文件）。

2 剧本杀的迷失：2022年江苏省某市秋季学期高三期中考试试题14-2

2.1 原题节选

聚合硫酸铁是一种应用广泛的水处理剂，它的水解-聚合过程中部分反应如下：

① 水解-聚合过程中pH变化趋势是：＿＿＿＿；

② 聚合的原理是：＿＿＿＿；

③ 聚合硫酸铁净水效果好的原因是：＿＿＿＿。

［参考答案］

① 变小；

② Fe3+和OH-中的O形成配位键；

③ 聚合硫酸铁式量大，带正电荷多，能有效吸引污水中带负电荷的胶体颗粒，形成足以沉降的大颗粒。

2.2 推理复盘

本题构建于真实情境下的聚合硫酸铁的制备，重点考察了“证据推理与模型认知”的核心素养。以净水剂聚合硫酸铁为主题（相当于创设了“剧本内容”），让学生根据聚合硫酸铁的水解聚合过程推断问题，同时融合了配合物结构的知识，综合考察了学生化学变化与平衡思想的知识点。图中明显的信息是Fe3+聚合过程中颗粒不断增大，所带电荷量不断增加，并释放H+，同时Fe3+和OH-中的O形成配位键（对应于剧本杀中的各种线索和搜证推理），学生由此可以很容易推理出问题的答案。

此题主要来源于秦怀婷等人“聚合硫酸铁的制备、改性及应用研究进展”一文［15］。聚合硫酸铁有很强的吸附和絮凝能力，广泛应用于生活污水、饮用水、工业废水和海水等的处理，这些水体中常见的杂质有泥沙、金属离子、细菌病毒、染料等等。早在1995年就已经出现了改性聚合硫酸铁的相关研究［16］，如在掺入PO3-4改性后，可以形成带更多正电荷的Fe3+聚合物，更易与带负电的染料分子相结合，形成的絮状物更大更致密、混凝性能更好。可以看出，本题呈现的是早期的化工知识，并没有展示现代化工的最新成果（详见支撑文件）。

2.3 剧本评论

从剧本杀的角度来看，本题根据线索进行推理的难度不大，但是寻找关键线索的难度却非常大。题干中根本没有出现正负电荷相关的文字，仅在图中相关位置标上了电荷，这是一个容易让人忽视的条件，但却是解题的关键，即剧本杀中的“隐含线索”。剧本杀的精彩正在于此，找到“隐含线索”后加以分析推理，就能找到真相，获得胜利。此题也启发学生在进行证据推理时也要善于关注图表信息，这往往隐藏着解题的关键线索。然而真实的化学过程较为复杂，不能仅仅考虑电荷对净水效果的影响，使得思考方向“剧本化”。化学试题的目的是传播科学而不是培养侦探，总是让学生去关注那些不起眼的线索不利于科学知识的学习和传播。

然而，由于2022年江苏高考14题中存在“正负电荷相互吸引”这一关键考点，四个月后的模拟考卷出现了同样的考点，很容易产生联想后得到答案，导致此题难度大大下降。命题人在命题时意欲模仿此前高考试题的风格，未对文献报道的内容加以修改，从中截取片段，忽视了对化学知识的考查。可是，正负电荷相互吸引不能解决化学学科的所有问题，虽然本题并无重大科学性错误，此类题目也确实可以考查学生部分的推理能力，但是总体上却不能向学生传输最新的、正确的化学知识。江苏学生和教师纷纷反映，“化学高考题好像变成了语文的阅读理解”“只要会推理，不学好化学也能做题”，这不符合“证据推理”这一核心素养对化学学科育人的要求［17］。

3 剧本杀的贯通：2023年全国高考新课标理综试题27（4）～（5）

3.1 原题重现

铬和钒具有广泛用途。铬钒渣中铬和钒以低价态含氧酸盐形式存在，主要杂质为铁、铝、硅、磷等的化合物，从铬钒渣中分离提取铬和钒的一种流程如下图所示：

已知：最高价铬酸根在酸性介质中以Cr2O2-7存在，在碱性介质中以CrO2-4存在。

回答下列问题：

（4） “除硅磷”步骤中，使硅、磷分别以MgSiO3和MgNH4PO4的形式沉淀，该步需要控制溶液的pH≈9以达到最好的除杂效果，若pH<9时，会导致＿＿＿＿；pH>9时，会导致＿＿＿＿。

（5） “分离钒”步骤中，将溶液pH调到1.8左右得到V2O5沉淀，V2O5在pH<1时，溶解为VO+2或VO3+；在碱性条件下，溶解为VO-3或VO3-4，上述性质说明V2O5具有＿＿＿＿（填标号）。

A． 酸性 B． 碱性 C． 两性

［参考答案］

（4） 磷酸根会与H+反应使其浓度降低，导致MgNH4PO4无法完全沉淀，同时可能产生硅酸胶状沉淀不易处理；会导致镁离子生成氢氧化镁沉淀，不能形成MgSiO3沉淀，导致产品中混有杂质，同时溶液中铵根离子浓度降低导致MgNH4PO4无法完全沉淀；

（5） C。

注：教育部考试院官方给出的（4）的答案为“磷不能除净（磷酸盐会转化为可溶性的酸式盐）；硅不能除净（生成氢氧化镁，镁离子被消耗）”。此答案虽然抓住了本质，但是由于表达过于简洁，容易使部分对此知识理解不透彻的学生讨巧得分。

3.2 推理复盘

本题是一道以真实的工业生产为背景的元素综合题。本题来源于多篇文献［18～23］，与“从高铬型钒渣中分离提取钒铬”［24］一文中流程设计最为接近。铬钒渣在碱性条件下煅烧，用水浸取后过滤除去二氧化硅和氧化铁。随后调节溶液pH以除去氢氧化铝，加入硫酸镁、硫酸铵溶液将硅、磷元素转化为MgSiO3和MgNH4PO4沉淀。最后再调节溶液pH，加入焦亚硫酸钠溶液实现钒和铬的分离。对比江苏卷可以看出，江苏高考对考生的基本知识要求较高，默认考前已经知道“铬酸根在酸性介质中以Cr2O2-7存在，在碱性介质中以CrO2-4存在”。