情境在高中化学必修教材习题中的作用水平研究

摘要：借助习题情境作用分析框架，从“化学问题表达”、“化学结果转化”两个维度对新人教版、鲁科版、苏教版必修教材中的章节习题情境作用水平开展研究，结果显示：在“化学问题表达”上，三版教材习题情境作用在不同水平的比例大致相同；在“化学结果转化”上，三版教材习题情境作用在不同水平上的占比有所差异；两维度的综合作用表现为三版教材低水平情境作用习题占比较多，中、高水平情境作用习题较少。根据研究结果尝试提出教材情境习题编写和教师习题使用建议。

关键词：化学教材；习题情境；化学问题表达；化学结果转化

教材编写要重视化学习题设计的创新，习题设计应具有情境性，应以学生已有经验为基础，创设合理生动的问题情境，提高学生运用知识解决实际问题的能力^[1]。这不仅对教材习题编制关联实际情境提出要求，更阐述了将习题与情境关联的价值意义。情境与习题的关联，实质在于现实世界与化学世界的交融转化，关联水平的高低取决于现实情境在化学问题解决中的作用，浅层关联体现在忽略情境也不影响化学问题的解决，解答结果与现实无关，即情境与习题只是简单的外在形式组合；深度关联体现在学生须领悟并运用情境才能解决化学问题，解答结果联系实际，即情境与习题是内在深入融合。

以往对习题情境的研究主要集中在教材习题情境类别的统计^[2]、习题情境设计^[3-4]等，未关注到情境在化学问题解决中的作用，本文将开展该方面的研究。课程改革下，人教版、鲁科版、苏教版高中化学教材已编写出版并投入使用，三版教材中章节习题与情境的关联水平将影响学生化学学科核心素养的发展。本文以三版必修教材章节习题为研究素材，对比分析情境在习题解答中的作用水平情况，旨在帮助一线教师更好认识教材习题，并为今后修订教材习题提供建议。

1 习题情境分析框架的构建与应用

1.1 习题情境作用分析框架

分析情境在教材习题解决中的作用水平，能明确教材中习题关联社会现实的有效性。情境与习题关联越紧密，越有利于学生将知识作为解决问题的工具，并帮助学生建构“化学来源于生活，化学服务于社会”的理念。

情境在化学习题中的作用可从问题解决过程的两方面考虑：一是习题中已给情境能否作为学生识题的前提和基础，体现从生活走向化学；二是解题得到的化学答案是否与现实有关，体现由化学走向社会，以上两方面分别对应问题解决的“化学问题表达”与“化学结果转化”。据此，根据化学学科属性构建“化学问题表达”与“化学结果转化”两维度三水平的习题情境作用分析框架^[5]（如表1）。对习题情境作用开展的“表达”与“转化”水平分析是独立的，仅取决于分析时与社会生活的联系度。

根据表1，将“化学问题表达”与“化学结果转化”两维度三水平进行两两结合，得到9种组合：X0Y0、X0Y1、X0Y2、X1Y0、X1Y1、X1Y2、X2Y0、X2Y1、X2Y2，呈现情境在化学问题中“表达”与“转化”的共同作用，也可划分为3个水平。低水平（Z0）：“表达”与“转化”至少一个处于低水平；中水平（Z1）：“表达”与“转化”为中或高水平且非全为高水平；高水平（Z2）：“表达”与“转化”均为高水平。用图1表示，蓝色部分属于综合作用的低水平；橘色部分属于综合作用的中水平；绿色部分属于综合作用的高水平，具体含义如表2。

1.2 习题情境分析框架应用示例

本文研究习题情境作用，关注习题“表达”与“转化”是否与现实社会相关，基于这一思路，本文界定的情境习题是与生活实际、工业生产、生态环境、历史演变、技术发展等有关，若题目中出现上述领域中的关键词，即为情境习题，暂不考虑仅涉及化学学科知识的实验情境和无情境习题。

例如，“在0.5mol Na₂SO₄中含有Na⁺的数目约有（）个”是无情境习题；“某小组同学探究Na₂CO₃的性质，请你与他们一起完成，并回答问题。①观察：描述Na₂CO₃的颜色、状态”属于仅有化学学科知识的实验情境习题，以上类型均不被计为情境习题。

若一个具有情境的题目下包含不同的小题，则按小题进行计数研究。例如：高铁酸钠（Na₂FeO₄）是一种新型绿色消毒剂，主要用于饮用水处理。工业上制备高铁酸钠有多种方法，其中一种方法的化学原理可用离子方程式表示为：3ClO^- + 2Fe³⁺ + 10OH^- = +3Cl^- + 5H₂O请分析上述反应中元素化合价的变化情况，指出氧化剂和还原剂。（2019年人教版必修第一册第一章第三节练习与应用第12题）

该题目要求学生从化合价和电子转移的角度分析氧化还原型的离子方程式，在理解氧化剂和还原剂概念的基础上，应用概念对相应物质做出判断与选择。虽然问题以高铁酸钠在社会生活中的应用和工业生产中的制备为阐述背景，但忽略此情境信息，也不影响学生对于问题的理解，在表达上为低水平“X0”，另外学生得到化合价变化、氧化剂和还原剂结果时，即为最终答案，不需要转化到现实世界，转化上为低水平“Y0”，由此可知该题情境在表达和转化上的综合作用为低水平“Z0”。

又如：电子工业中，人们常用FeCl₃溶液腐蚀覆在绝缘板上的铜箔制造印刷电路板。用耐腐油墨把预先设计好的电路印刷在覆铜板上，然后把覆铜板放到FeCl₃溶液中，未被油墨覆盖的铜被腐蚀掉，再将油墨清洗后就得到了电路板。（1）为什么用上述方法可以制造印刷电路板？（2019年鲁科版必修第一册第3章第1节练习与活动第12题第1小题）

该题目需要学生对已给情境进行阅读和理解，获取到印刷电路板中参与反应的化学物质，从而在情境分析中实现问题的化学表征，学生对这一问题情境的阅读和理解是解题的关键，表达水平为中水平“X1”；在将情境表达转为化学问题并解答后，需要将解答结果转向现实生活，即学生得到印刷电路板中的化学物质转化后，要根据化学方程式说明其能制造印刷电路板的原因，这一转化是从化学到现实，转化水平为中水平“Y1”，由此该题目中情境综合作用为“X1Y1”，即中水平“Z1”。

再如：查阅资料或走访环保部门，了解氮氧化物对环境的影响。你可与同学合作，在下列课题中选择一个方面有重点地进行调查。（1）硝酸型酸雨的产生与危害。（2）光化学污染。（3）氮氧化物对臭氧层的破坏。将收集到的资料以“氮氧化物对环境的污染”为题写一篇小论文，并与其他同学交流。（2020年苏教版必修第二册专题7第三单元综合评价第8题）

该题目属于开放性的现实情境问题，需要学生切实进行文献信息等的查阅与调查，研究问题的确定需要学生根据实际情况进行选择，表达上属于高水平“X2”；确定研究问题后，学生要在相关资料中推理信息，明确论点，整理证据，形成论据，进而从化学学科角度得到“氮氧化物对环境污染”的理论性结论，同时需要根据自身所经历的社会环境现状对理论性结论进行解释和分析，评判日常生活中如何减少“氮氧化物对环境的污染”，并在与同学讨论中实现个人理解，转化上为高水平“Y2”，二者的综合作用为“X2Y2”的高水平“Z2”。

根据以上，分析思路是首先确保习题与社会现实情境有关，然后借助框架对习题进行具体分析，得出情境在习题解决中的作用水平。为提高研究可信度，分析习题两次，比较两次统计结果，得到“表达”一致性为0.872，“转化”一致性为0.881，并与他人商榷，形成最终结果。

2 三版教材中习题情境作用的统计分析

2.1 三版教材中情境习题数目的统计对比

教材中不是所有习题都以情境作为背景，统计具有情境的习题数目能在一定程度上了解情境在不同版本教材习题中的呈现度，结果如表3（注：统计的习题是章节习题，以小题数计量）。

由表3知，三版必修教材课后习题数目均在400道以上。人教版教材中具有情境的题目最多，共203道，苏教版次之（151道），鲁科版最少（102道），占比也是人教版、苏教版、鲁科版依次减少，说明三版教材中。人教版更加注重情境在习题中的呈现，另外两版教材习题与情境的联结较少。另可看出，三版教材中无情境习题占大多数，说明教材习题编制主要以独立的化学学科知识为考查形式。

2.2 三版教材习题情境作用水平分析

为呈现三版教材课后习题情境的“表达”、“转化”与综合作用，进行情境作用水平统计，如图2、图3、图4。进行维度分析可呈现“化学来源于生活，化学服务于社会”两方面在习题中的表现，反映社会情境对化学世界的描述和化学结果对现实世界的解释情况；进行综合作用分析，既可明确两维度情境作用水平是否存在相关性，又能表征情境在习题解决中的整体作用。

2.2.1 习题情境“表达”作用统计

由图2知，三版教材习题情境在“表达”上具有较为一致的作用水平，表现为中水平作用占比最多，占比均在75%以上；低水平次之，占比均在15%左右；高水平最少，占比均在10%以下。说明三版教材中与已给情境无关的习题表达和开放性情境习题表达较少，大多数情境习题需要学生在已给情境中进行化学问题的抽提，强调学生对情境中所蕴含化学问题的理解，重视考查学生用化学语言表述现实情境的能力，考查学生能在情境中找到解题素材和条件。三版教材习题情境表达关注化学知识与现实社会的联系性，注重发展学生的信息吸收、提取、整合能力，能够帮助学生在阅读习题时建立化学知识的社会性认知，提高学生分析实际问题的本领。

具体发现，三版教材在离子反应、氧化还原反应、元素周期律等内容的低水平情境作用习题表达相对较多，在铁及其化合物、化学与社会可持续发展等内容的低水平情境作用习题表达较少，说明教材习题情境表达受内容本身特点的影响。相对于低水平作用的情境习题表述，中、高水平作用的文字表述对学生能力考查要求更高一些。

2.2.2 习题情境“转化”作用统计

由图3知，三版教材习题情境在“转化”上的各作用水平占比特点相同，呈现特点是低水平作用占比最高，中水平占比次之，高水平占比最低。对比图2，三版教材习题情境“表达”作用在各水平具体占比上较为相近，但在“转化”上各水平占比有所差异，比如人教版习题情境低水平转化作用占比低于鲁科版和苏教版；苏教版中水平作用占比明显低于人教版、鲁科版；人教版高水平作用占比明显高于鲁科版和苏教版，说明三版教材对情境习题是否将化学结果进行现实转化或评价的呈现度不同。相对来说，人教版和鲁科版更倾向于将化学结果向现实世界转化。

另外，结合图2发现，在“表达”上，情境作用中水平占比最高，在“转化”上，低水平作用占比最高，说明情境习题“表达”与现实联结较紧密，“转化”与现实联结较少，三版教材大多数情境习题只要求学生得到化学结果，较少考虑就结果与现实的联系设置问题，在今后的情境习题编制时，某些情境习题的问答方式可适当改变，以便增加解答结果与现实的联系性，适当提高情境的“转化”作用水平。

2.2.3 习题情境综合作用统计

为进一步明确两维度情境作用水平是否存在相关性，运用表4统计三版教材综合作用情境习题数目。

由表4知，当三版教材习题情境“表达”作用为低水平、中水平时，情境“转化”作用更倾向于低水平，而当“表达”作用为高水平时，情境“转化”作用更多表现为高水平，说明情境“表达”作用水平的高低对“转化”作用有影响，一定程度上只有习题中情境“表达”水平较高时，才更易于出现“转化”水平较高的情况。