以“曾侯乙青铜编钟”命制的原创试题及思考

摘要： 以化学学科核心素养为导向，命制一道基于“曾侯乙青铜编钟”化学史情境的原创高考化学模拟试题，阐述该试题的命题流程与思路，剖析该试题的测试水平与要素。重点关注化学史情境的选择与处理，反思并总结以化学史素材作情境命题的经验，为基于化学史情境的试题命制与研究提供一定的参考。

关键词： 试题命制； 化学史情境； 核心素养； 曾侯乙青铜编钟

文章编号： 10056629（2023）08008407 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 问题的提出

化学史作为重要的化学教育资源，蕴藏着丰富的科学思维与理论方法，发挥着价值引领作用。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课标”）在课程理念、课程目标、课程内容等各方面都强调要重视化学史在教育实践中的运用［1］。目前相关研究多聚焦于化学史情境在教学设计中的应用与教学资源的开发，而将其与试题命制结合的研究案例相对较少。本研究以“曾侯乙青铜编钟”为化学史情境，探究命制了一道指向学生化学学科核心素养发展的原创高考模拟试题，对该原创试题的命制思路、试题考查的关键能力和学科知识等要素进行详尽剖析，并对基于化学史情境的原创试题命制进行反思与总结。

2 基于化学史情境的原创试题命制实践

2.1 试题素材概览

曾侯乙编钟是中国古代青铜器的典型代表（见图1），一经出土便引发了海内外学者的关注，几十年来对它的研究络绎不绝。其主要研究方向如表1所示。

11 曾侯乙青铜编钟全貌

12 青铜编钟铜锈

2.2 试题呈现

曾侯乙青铜编钟是我国举世闻名的音乐文物，历年来对它的相关研究络绎不绝。

［资料1］曾侯乙编钟具有极高的声学价值，其音色与材料的硬度密切相关。采用现代技术对其化学组成进行分析，发现含锡量在12.0%～14.5%，含铅量在1%～3%。

［资料2］曾侯乙编钟的出土证明我国拥有悠长的冶铜历史：夏商时期出现火法炼铜技术，西汉时期首创世界最早的湿法冶金技术——湿法炼铜。

［资料3］青铜编钟受环境影响而产生不同程度的腐蚀。其中点蚀是指青铜器中的各金属杂质间产生电化学锈蚀，进而逐步扩大为大面积铜锈的过程。

结合上述资料，回答下列问题：

（1） 控制曾侯乙编钟中铅锡含量的目的在于＿＿＿＿＿＿。

（2） 最早用于火法炼铜的矿石为孔雀石［Cu2（OH）2CO3］，矿石受热分解后得到黑色固体，再经木炭高温还原生成粗铜。该冶炼过程所发生的化学反应为＿＿＿＿＿＿。

（3） 由废杂铜或冶炼废渣组成的再生铜是重要的二次铜资源，其中铜主要以CuSiO3·H2O和CuO的形式存在（含有ZnO、 Fe2O3、 Fe3O4和少量SiO2等杂质）。利用湿法冶金工艺提取废渣中的铜，同时实现其他金属资源的回收利用。核心流程如下图所示。

已知“中性浸出”实现了锌铜铁的分步分离，其中铁以沉淀形式浸出；“氨浸”后，铜主要以四氨合铜（II）离子的形式存在。

① 中性浸出时加入稍过量H2O2溶液的作用是＿＿＿，滤渣2的主要成分为＿＿＿（填化学式）。

② 氨浸过程中，实验温度为40℃时，氨水浓度对铜浸出率的影响如右图所示，则最佳氨水浓度为＿＿＿，浓度增大铜浸出率下降的原因为＿＿＿＿＿＿。

③ 电解硫酸铜溶液可制备单质铜，沉积铜后的电解液可返回＿＿＿工序重复使用。

④ 用碘量法测定铜含量，已知在一定条件下：

i. 取mg再生铜渣溶于250mL稀硫酸，取出25mL于锥形瓶中。加入过量碘化钾溶液，取0.010mol/L Na2S2O3标准溶液滴定（淀粉溶液作指示剂）至蓝色刚好退去为终点，共消耗Na2S2O3标准溶液V1mL。用25mL蒸馏水代替再生铜渣酸液重复上述步骤，终点时消耗Na2S2O3标准溶液V2mL。则该再生铜渣中铜元素的质量分数为＿＿＿×100%（用含m、 V1、 V2的代数式表示）。

ii. 为使结果更精确，一般在接近滴定终点时加入适量硫氰酸钾，其原因是＿＿＿（结合离子方程式说明）。

（4） 曾侯乙编钟发生点蚀的基本原理为：PbO+H2O+Sn+4Cl-Pb+2OH-+［SnCl4］2-。在该过程中，正极发生的电极反应为＿＿＿；Cl-的存在＿＿＿（增大/减小）了该反应的活化能。下列关于青铜器的保护与修复说法正确的是＿＿＿。

A. 保持干燥环境＿＿＿

B. 将青铜器置于铝制容器中

C. 表面涂抹有机硅密封

D. 使用自来水冲洗青铜器表面

2.3 试题参考答案

该原创试题的参考答案如下：

（1） 适当改变青铜编钟的硬度，调整其音色

ii. Cu2+与I-的反应为可逆反应，CuI会吸附I2使该反应不彻底。Ksp（CuSCN）<Ksp（CuI），故加入硫氰酸钾使碘化亚铜转化为更稳定的硫氰化亚铜，且生成的I-可与未反应的Cu2+继续反应，促使反应更完全，测量结果更精准（CuI+SCN-CuSCN+I-）

（4） PbO+H2O+2e-Pb+2OH-；减小；AC

2.4 试题命制思路剖析

2.4.1 以化学史作情境，以研究脉络为主线串联试题，整合学科知识内容

考虑到原创试题的公正性，以化学史为背景命制试题时，应选取有一定普适性的史料素材，同时有利于学科知识的迁移应用。我国的青铜文化历史悠长，青铜资源遍布全国各地，如河南、陕西、四川、江西、广西等地均出土有大量的青铜文物，学生对此情境并不完全陌生。该原创试题以我国最负盛名的曾侯乙青铜编钟作化学史情境，有助于学生快速了解素材，定位学科知识，确保试题的真实性。以其研究脉络作命题主线，有一定数量的科研文献为支撑，抽提出对应的化学知识内容进行考查，确保试题的科学性。整体思路如图2所示。

从所考查学科知识来看：本原创试题主要以铜及其化合物为考查对象，辅以与情境密切相关的化学反应速率、电化学等知识内容。问题设置涵盖多个知识点，具有一定的梯度与层次性。其中第（3）问以湿法炼铜的科技论文为理论支撑，以工艺流程为展现形式，定性与定量研究相结合，主要考查其他元素化合物的性质与转化。具体包括金属氢氧化物沉淀、化学反应条件的控制、氧化还原反应的应用等内容。在第④小题中引用大学化学经典实验——碘量法测定铜的含量，串联氧化还原知识。通过简化实验过程，引导学生分析计算滴定过程中溶液浓度的变化情况，并结合沉淀溶解平衡分析特定实验操作的原因，可有效考查学生的实验探究与应用能力，发散学生的化学学科思维。第（4）问融合了原电池的基本原理、化学反应与能量、金属的腐蚀与防护等知识内容，从多角度探析青铜器的腐蚀与防护过程，具备一定的综合性与应用性。

2.4.2 科学分层设问，满足学生化学学科核心素养与关键能力的考查要求

依据布鲁姆教育目标分类学理论对问题的认知水平进行分析，能力水平则根据单旭峰对化学科考试关键能力的内涵划分进行剖析［5］。厘清问题的测试水平，确定试题考查的核心素养及其水平，从而证明该原创试题与学业质量标准具有较好的一致性。具体分析统计结果如表2所示。由统计结果可以看出，设问遵循由易到难、循序渐进的原则把控难度梯度，认知水平与关键能力呈阶梯式上升，较为全面地反映了学生不同层面的能力发展。而试题体现的化学学科核心素养水平基本属于学业质量水平的第3层和第4层，这与课标中“学业质量标准水平4是化学学业等级性考试的命题依据”的规定相契合。

高考评价体系对深入理解高考的核心功能、准确把握高考的考查内容和考查要求、灵活运用试题情境有重要作用［6］。基于高考评价体系与SOLO分类理论详析本原创试题涉及的考查情境、内容、要求与水平，如表3所示。由统计结果可见，该原创试题的各项要素均符合高考评价体系的要求。

2.4.3 规范语言表述，优化信息呈现，仔细打磨原创试题

试题命制并不是一蹴而就的，需要经过反复推敲与打磨方能定题。本原创试题的打磨思路与过程如下。

（1） 精简题干信息。化学史情境蕴含的学科知识较多，跨度大，故初命制时笔者参考文科材料题的形式，以类似“资料1—问题1—资料2—问题2……”的方式组织题干与设问，意在强化情境与问题的关联。但此种形式掺杂过多无效信息，影响学生答题的心态。修改后将分散的资料于试题开篇集中展现，精简文字表述。另以“已知信息”的形式对工艺流程作简要说明，大大减少了试题的阅读量，有助于学生快速定位所需信息。

（2） 优化图表呈现。图表是重要的信息传递形式，根据设问方式和学生的理解水平，合理设计图表的类型与数量，有助于突出学科知识的考查。如第（4）问以工艺流程图展示现代湿法炼铜过程，初命制时所绘流程图中涉及过多陌生信息。另外设问角度有失偏颇：拟通过“磁选”过程判断磁选渣为Fe3O4，从而达到回收金属铁元素的工业目的。该推理过程只涉及铁的氧化物的简单转化，考查不够深入。笔者二次查阅文献资料后发现，铜渣中的铁元素主要以铁橄榄石Fe2SiO4（2FeO·SiO2）的形式存在，一般通过氧化焙烧磁选（将FeO氧化为Fe3O4后筛出）和还原焙烧磁选（将FeO还原为Fe后筛出）的方式进行回收利用［7～9］。受工艺条件的影响，磁选之后的铜渣中往往残留有反应未完全的Fe2O3和Fe3O4，并在后续的浸出步骤经化学手段筛出与回收。试题优化后，将上述内容适当处理整合为学生熟知的浸出、pH调节、过滤等实验操作，引导学生从金属氢氧化物沉淀与条件控制的角度分析反应过程，考查方式更具逻辑性与应用性［10］。同时一定程度地弱化萃取、反萃取与电解等复杂信息的呈现，但又保持工艺流程的完整性，更新后的工艺流程图也更显清晰明了。

（3） 规范问题表述。问题的表述须规范严谨，设问须有明确的指向性，防止产生歧义，保证试题的效度。如第（3）题②问意在促进学生思考氨水浓度对铜浸出率的影响，先设计最佳氨水浓度的信息提取作为引导性问题，后详细分析浓度对浸出率的具体作用。初命制试题的表述为“最佳氨水浓度为＿＿＿，原因是＿＿＿”。该表述易产生歧义，学生将“原因”理解为“最佳氨水浓度为＿＿＿”的原因，容易出现如“该浓度下铜浸出率最高”的无效答案，降低了试题的效度，故将此问修改为“浓度增大铜浸出率下降的原因为＿＿＿”。这样的表述直截了当，突出核心知识点的考查。

经修改打磨后的试题有较大的提升。在某校模拟测试后经数据分析，均分为9.34分（满分设置17分），难度系数0.55。数据呈正态分布，大部分学生得分位于9～12之间，较好地达成了聚焦核心知识、提升学科素养的考查目标。

3 基于化学史情境的命题思考与启示

化学史是兼具科学与历史学科特性的教育资源，基于化学史情境命制试题不仅要符合命题流程与规范的要求，更要注重素材的选择与处理。

3.1 选择真实而有意义的化学史材料，提升学生的作答动机与能力素养

“真实”是指选取的化学史情境须是历史上真实存在且有相关文献可考的。查阅文献时要关注资料的科学性与可互证性，多角度研究验证史料素材的实用性。“有意义”即化学史情境既要蕴含学科问题（知识意义），又要弘扬学科价值（情感意义）。这样的试题情境能使学生自觉调动已有知识经验解答相似情境中的新问题，完成学科知识的迁移应用，从而充分发挥化学试题的育人作用。

3.2 融合中西方化学史素材的对比进行命题研究

从化学学科自身着眼，中西方的化学科学经历了截然不同的发展，深入挖掘其在知识内容和思想方法等方面的异同点，以帮助学生辩证地分析科学的发展，提升师生对化学学科本质的理解［11］。例如我国古代“抽砂炼汞”技术与拉瓦锡分解氧化汞提出的“氧化学说”便是较好的史料对比素材。鉴于素材的特殊性与试题容量的考虑，本原创试题未能兼顾此研究思路，留有一丝遗憾。