張晉

摘要：基于高中生電化學認識模型，解讀了高考電化學試題特點，并分析其命題趨向，提出“建立解決高考電化學試題的系統(tǒng)的審題、解題模式”、“利用真實情景討論知識”、“加強問題驅(qū)動、任務解決的復習課教學”的教學策略，以期幫助學生優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，形成解決電化學問題的系統(tǒng)思維，從而提高學生解決化學實際問題的能力。

關(guān)鍵詞：電化學試題；命題解讀；教學策略；中學化學教學

文章編號：1005-6629（2016）1-0081-07 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1.問題的提出

追求能力和綜合素質(zhì)的提高是當今高考改革的趨勢。早在1999年，教育部就在《關(guān)于進一步深化普通高等學校招生考試制度改革的意見》中指出，“高考試題命制要從知識立意向能力立意轉(zhuǎn)換，考查學生的基礎(chǔ)知識和創(chuàng)新能力”。隨后在2001年開始了以全面提高學生科學素養(yǎng)為核心的新課程改革。2009年，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020）》中提出“德育為先、能力為重、全面發(fā)展”的教育改革發(fā)展戰(zhàn)略，并指出要“深化考試內(nèi)容和形式改革，著重考查綜合素質(zhì)和能力”?？梢娮⒅貙W生綜合能力的培養(yǎng)，一直是我國基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展的重要目標。

高考試題的命題思路與新課程的教學理念正好吻合、統(tǒng)一，是培養(yǎng)學生解決化學實際問題能力的極好切入點?；诖耍處煈撛鯓咏庾x和分析高考電化學真題，才能充分利用此習題資源，以加深學生對電化學知識的理解，提高學生解決化學實際問題的能力呢？

1.1解析高考電化學試題的已有研究

對高考電化學試題解析方式的已有研究多以高考大綱為背景，以高考試題為典型例題進行解析，基本形式是：高考電化學知識考點歸納-典型高考電化學真題-分析解題思路。其中，柴勇通過對電化學基礎(chǔ)知識進行梳理，以及電化學熱點問題的分析提出了高考命題趨向與應試策略；柴勇還對高考電化學試題進行了分類總結(jié)。薄曉軍對高考命題進行了分析，對重點知識進行了梳理并對高考熱點題型進行了例析。這種分析方式雖有利于學生把握高考的考點，但忽略了對學生解決實際問題能力發(fā)展的需要，缺少對學生系統(tǒng)分析電化學類試題能力的培養(yǎng)，具體表現(xiàn)在學生面對簡單的任務類型時尚且能自主解決，但是面對高考試題中綜合復雜的任務類型時，學生解題思路不系統(tǒng)，導致題海戰(zhàn)術(shù)成為學生提高應試能力的主要路徑之一。因此，需要能真正體現(xiàn)電化學學科本體知識以及發(fā)展學生學科能力的新的解題方式。

1.2電化學教學的已有研究

文獻中已報道的電化學認識模型不僅體現(xiàn)了電化學問題的知識結(jié)構(gòu)，還揭示了學科教學的內(nèi)涵。其中，王磊等對其進行了系列研究，蔣濤在其碩士論文中對原電池的教學進行了自上而下的系統(tǒng)研究，通過對不同學段教材中與原電池相關(guān)的內(nèi)容進行梳理，建立了原電池認知結(jié)構(gòu)，同時根據(jù)布魯姆的教育目標分類理論，從理解、分析、應用三個維度對原電池教學內(nèi)容進行了能力水平劃允進而將認識角度與能力水平組合，提出了原電池的認識發(fā)展層級模型。王維臻等從電化學的本體維度、認識維度和問題維度出發(fā)，構(gòu)建并提出了高中階段的電化學認識模型，并在高三原電池復習教學中進行應用的基礎(chǔ)上，分析和概括了基于電化學認識模型建構(gòu)的原電池復習教學有效策略。丁曉新借鑒蔣濤的基于電化學學科本體知識的研究成果進行了研究，同時在其碩士論文中進一步發(fā)展和完善了王維臻等建構(gòu)的電化學認識模型，并在高一“化學能與電能”的新授課教學中進行應用的基礎(chǔ)上，提出了促進學生認識發(fā)展的教學策略。

1.3本研究的目的和任務

綜上所述，電化學認識模型在新授課和復習課教學研究中起到了很好的教學效果，但還未涉及如何利用高考試題作為教學資源以培養(yǎng)學生能力的研究?；诖?，確定了本研究的主要任務：（1）基于“高中生電化學認識模型”解讀電化學高考試題特點，并就近幾年高考電化學試題分析其命題趨向。（2）提出電化學教學策略，以期幫助學生優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，形成解決電化學問題的系統(tǒng)思維，提高學生解決化學實際問題的能力。

2.基于“高中生電化學認識模型”，解讀和分析高考電化學試題

2.1對“高中生電化學認識模型”的理解

王磊、丁曉新等建構(gòu)的“高中生電化學認識模型”如圖1所示。共由4個維度組成，其中認識對象維度包括原電池和電解池，其共同點在于2大核心要素：電勢差和閉合回路，其不同點在于能量的轉(zhuǎn)化方向不同。裝置維度包括原電池或電解池里面的所有裝置要素，即失電子場所（負極材料或陽極材料）、電子導體（導線）、離子導體（電解質(zhì)溶液或鹽橋、膜等）、得電子場所（正極材料或陰極材料）；原理維度以氧化還原反應為基礎(chǔ)，包括電極反應物、電極產(chǎn)物、工作過程、反應現(xiàn)象；任務類型維度包括觀察記憶、概括關(guān)聯(lián)、說明論證、分析解釋、推論預測、簡單設(shè)計、綜合復雜問題解決、復雜設(shè)計8類。丁曉新還依據(jù)“高中生電化學認識模型”提取出原電池4個核心認識角度，包括電極反應物、電極材料、離子導體、電子導體。

從結(jié)構(gòu)上看，“高中生電化學認識模型”縱向滿足電化學認識層級模型，橫向滿足學科本體知識的需求，并且增加了認識對象、認識路徑以及認識能力對應的任務類型的關(guān)系。從功能上看，高中生電化學認識模型不僅體現(xiàn)了電化學知識結(jié)構(gòu)即各個角度之間存在的動態(tài)推理關(guān)系，而且體現(xiàn)了對學生能力的要求。因此，高中生電化學認識模型為解讀和分析高考電化學試題提供了一定的理論依據(jù)。

2.2基于“高中生電化學認識模型”，解讀高考電化學試題特點

基于“高中生電化學認識模型”對高考試題的解讀，不難發(fā)現(xiàn)電化學作為高考試題中考查學生學科知識和學科能力重要的組成部分之一有其必要性。對電化學知識內(nèi)容的考查，不僅是對氧化還原反應、化學反應中的能量變化、水溶液、離子反應、金屬活動性順序等知識的綜合運用，同時它還蘊含著跨學科的知識，涉及對化學中電化學與物理學中電學知識的綜合理解和運用；對電化學試題的素材的選擇，注重與生產(chǎn)生活中的化學問題相聯(lián)系，注重挖掘教材中聯(lián)系實際的內(nèi)容，意在考查學生解決電化學實際問題的能力，包括分析電池的能力和設(shè)計電池的能力。將其具體到不同水平層次的任務，分析電池要求學生不僅具備對原型電池進行分析的能力，還要有對實際生產(chǎn)生活中復雜電池進行分析的能力；設(shè)計電池要求學生不僅具備設(shè)計簡單電池的能力，還要具備創(chuàng)新性設(shè)計電池的能力。根據(jù)高考試題分梯度、多角度考查學生能力的特點，具體到學科內(nèi)容又可將能力梯度由低到高劃分為三個不同的水平，A水平即學習理解能力包括A1觀察記憶、A2概括關(guān)聯(lián)、A3說明論證；B水平即應用實踐能力包括B1分析解釋、B2推論預測、B3簡單設(shè)計；C水平即探究創(chuàng)新能力包括C1綜合復雜問題的解決、C2復雜設(shè)計。

2.3基于“高中生電化學認識模型”，分析高考電化學試題的命題趨向

在解讀電化學高考試題特點的基礎(chǔ)上，筆者基于“高中生電化學認識模型”對近5年高考電化學試題的命題趨向作了進一步的分析，并從中提出電化學的教學策略。

2.3.1考查學生學習理解能力水平的試題，單獨設(shè)題的比例較小

A水平學習理解能力的題中，A1水平要求學生具備觀察記憶的能力，即要求學生能記住典型原電池原型及能分析出原電池基本構(gòu)成要素；A2水平概括關(guān)聯(lián)的能力，即要求學生能自主判斷氧化還原反應與原電池的關(guān)系，能宏觀地說明生活中的一些簡單的電化學現(xiàn)象。當指定認識角度時，能建立起原電池裝置要素和化學原理的對應關(guān)系；A3水平說明論證的能力，即要求學生能根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)說明和論證一些與生活相關(guān)的簡單的電化學現(xiàn)象。高考試題中，A1、A2水平的試題無法區(qū)分學生的能力水平，所以在高考中，幾乎不單獨設(shè)題。A3水平的試題一般以選擇題的形式進行考查，單獨設(shè)題比例較小。典型的高考試題展示如下例1。

例1 （2014北京理綜，8）如表1，電池工作時，O2在正極放電的是（ ）

[審題]

本題給定的認識角度是正極反應物（O2）、正極電極材料，其他認識角度不在考查范圍中，要求學生具備A3水平說明論證的能力，即要求學生能論證生產(chǎn)生活中常見電池的放電情況。

[解題]

根據(jù)“高中生電化學認識模型”，從原理維度分析。B項，氫氧燃料電池中，電極反應物是氫氣和氧氣，氫氣具有還原性，氧氣具有氧化性，所以氧氣是正極反應物，在正極放電，正確。其他，A項，鋅錳電池，電極反應物是zn和MnO2；C項，鉛蓄電池電極反應物是Pb和PbO2；D項，鎳鉻電池，電極反應物是Cd和NiOOH，都沒有氧氣參與反應，所以B項正確。

2.3.2考查學生應用實踐能力水平的試題，所占比例相對較大，多以選擇題的形式單獨設(shè)題

B水平應用實踐能力的試題中，B1水平要求學生具備分析解釋的能力，即要求學生能自主運用不同認識角度分析真實電池的工作過程及其在生活中的作用；B2水平推論預測的能力，即要求學生能預測簡單電池裝置可能發(fā)生的電化學現(xiàn)象（不需要系統(tǒng)分析）；B3水平簡單設(shè)計電池的能力，即要求學生能設(shè)計簡單的電池裝置解決生活中電化學問題，如自主應用電化學防腐、電鍍、電解的知識設(shè)計電池裝置。高考中B1、B2水平的題能均衡高考試題的難度，所以在高考試題中占據(jù)一定的比例。但B3水平的試題，由于開放性大、沒有封閉答案等特點，所以目前高考試題中涉及的比較少。近五年高考試題中僅在2014廣東理綜32（5）題中出現(xiàn)，該題要求學生對自然水體中銅件的電化學防腐進行一個簡單電池的設(shè)計?？紤]到發(fā)展學生解決實際化學問題能力要求，設(shè)計型題目的比例在未來高考中應該會呈一定比例的增長。典型高考試題展示如下例2。

例2 （2013課標Ⅱ，11）“ZEBRA'’蓄電池的結(jié)構(gòu)如圖2所示，電極材料多孔Ni/NiCl和金屬鈉之間由鈉離子導體制作的陶瓷管相隔。下列關(guān)于該電池的敘述錯誤的是（ ）

A.電池反應中有NaCl生成

B.電池的總反應是金屬鈉還原三個鋁離子

C.正極反應為：NiCl2+2e-=Ni+2Cl-

D.鈉離子通過鈉離子導體在兩電極間移動

[審題]

本題給定顯性的認識角度是正極電極材料（多孔Ni/NiCl）、負極電極材料（金屬鈉），隱性的認識角度為離子導體（鈉離子）和電子導體，未知的認識角度是電極反應物。結(jié)合選項知考查的是電極反應式和總反應式的書寫，離子導體的運動方向的判斷。要求學生具備B1水平分析解釋的能力，即要求學生能自主調(diào)用給定的認識角度確立電極反應物并根據(jù)相關(guān)知識分析“ZEBRA”蓄電池的工作過程。

【解題】

根據(jù)“高中生電化學認識模型”，將裝置維度和原理維度關(guān)聯(lián)進行分析。

首先，根據(jù)物質(zhì)氧化性還原性（化合價的變化）確定電極反應物。負極材料周圍除Na外沒有其他物質(zhì)，且Na具有還原性，所以Na是負極反應物。其次，分析物質(zhì)得失電子（化合價的變化），然后考慮該化合價都有哪些物質(zhì)存在形式，Na失電子化合價要升高生成Na+，因為電子導體是鈉離子，Na+不受環(huán)境介質(zhì)的影響，所以確定負極產(chǎn)物為Na+；同理正極反應物化合價要降低，所以正極反應物只能是NiCl，NiCl中Ni+得電子生成Ni，所以正極產(chǎn)物為Ni。

最后，進行原電池過程及現(xiàn)象分析。負極№失電子生成Na+，負極反應式為：Na-e-=Na+，正極NiCl中Ni+得電子生成Ni，正極反應式為：NiCl2+2e-=Ni+2C1-（C項正確），故電池的總反應式為：2Na+NiCl2=2NaCl+Ni，所以電池反應有NaCl生成（A項正確、B項錯誤）。負極產(chǎn)生的Na+由于靜電吸引移向正極（D項正確）。

所以答案選B。

2.3.3考查學生探究創(chuàng)新能力水平的試題，所占比例最大，考題形式多樣

考查學生C探究創(chuàng)新能力水平的試題中，C1水平要求學生具備解決綜合、復雜問題的能力，即要求學生面對復雜、陌生的電化學情境時，能夠自主調(diào)用認識角度對生產(chǎn)生活中新型的電池裝置進行分析；能通過書寫陌生、復雜電池的電極反應式（涉及酸堿性介質(zhì)），并對復雜電化學過程進行系統(tǒng)分析（分析任務涉及電極反應、電解質(zhì)溶液的變化、帶電微粒的定向移動等），熟識有關(guān)電池發(fā)展的前沿動態(tài)；C2水平設(shè)計復雜電池的能力，即要求學生能創(chuàng)造性設(shè)計復雜的原電池裝置。這種試題難度較大，通常是將A、B水平的試題綜合起來考查學生的能力，這與高考試題作為高校選拔具有較高科學素養(yǎng)和學科能力的人才相吻合，所以這種試題在高考中所占比例最大，而且考查形式多樣。典型高考試題展示如下例3。

例3[2012重慶理綜，29（3）]人工腎臟可采用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中的尿素[CO（NH2）2]，其原理如圖3所示。

①電源的負極為 （填A或B）。

②陽極室中發(fā)生的反應為 、 。

③電解結(jié)束后，陰極室溶液pH與電解前相比將 ；若兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況），則除去的尿素為 g（忽略氣體的溶解度）。

[審題]

本題給定隱性的認識角度是電極材料（惰性電極）、電極反應物[NaCl和CO（NH2）2的混合溶液1、離子導體（質(zhì)子交換膜）和電子導體（電源、導線），還可以從裝置中找到電極產(chǎn)物是C12和H2。由題目可知，①考查電極材料陰陽極的確定；②正負電極反應物的確定以及電極方程式的書寫；③電解過程的分析和現(xiàn)象的預測，另外還有代謝產(chǎn)物的計算。要求學生具備C1水平解決綜合、復雜問題的能力，即面對人工腎臟這一新型的電池裝置，能自主地調(diào)用給定認識角度及其相關(guān)知識解決綜合、復雜的電化學問題，并通過原理維度的分析，知道人工腎臟是如何采用間接電化學方法除去代謝產(chǎn)物中尿素[CO（NH2）2]的。

[解題]

根據(jù)“高中生電化學認識模型”，將裝置維度和原理維度關(guān)聯(lián)進行分析。

已知電極產(chǎn)物，所以可根據(jù)電極產(chǎn)物逆推電極反應物。首先，分析電極產(chǎn)物化合價的變化，然后考慮該化合價都有哪些物質(zhì)存在形式，最后考慮環(huán)境介質(zhì)的影響，從而確定電極反應物。從題目中給出的裝置可知，電源B極周圍的電極產(chǎn)物是H2，其化合價只能升高，升高后應為H+，所以H+為B極的電極反應物；H+具有還原性，所以H+是陰極電極反應物，因此可確定B極所連的惰性電極是陰極材料，應連接電源的負極即B極。由此，也可以確定A極是電源正極，A極所連接的惰性電極是陽極材料，陽極上電極產(chǎn)物C12化合價降低為C1-，C1-是陽極反應物。電極產(chǎn)物C12會和環(huán)境介質(zhì)中的尿素進一步發(fā)生反應生成N2、CO2和Cl-。

其次，進行原電池過程及現(xiàn)象分析，該電池工作時，陽極室C1-失電子生成C12，C12與環(huán)境介質(zhì)中的尿素發(fā)生氧化還原反應生成N2、CO2和Cl-，所以陽極室中發(fā)生的反應是：2Cl-2e-=C12，CO（NH2）2+3C12+H2O=N2+CO2+6HCl；陰極室H+得到電子生成H2，其電極反應式為2H++2e-=H2↑，由于中間的質(zhì)子交換膜只允許H+通過，在靜電引力的作用下，陽極室生成的H+移向陰極室，補充陰極室由于H+得電子生成H2時失去的H+，所以陰極室溶液的pH不變。

通過上述分析可知，每生成3mol C12會生成3mol的H2，每消耗3mol C12會消耗1molCO（NH2）2，同時生成各1mol的N2和CO2，所以每消耗1mol CO（NH2）2，陰陽極室共生成5mol的氣體。所以當兩極共收集到氣體13.44L（標準狀況）即0.6mol時，會消耗0.12mol的CO（NH2）2即7.2g。

所以答案為：①B；

②2CF--2e-=Cl2，CO（NH2）2+3Cl2+H2O=N2+CO2+6HCl；

③不變，0.12mol。

綜上，電化學高考試題與實際生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密，其在提供具體的問題情境的同時還能體現(xiàn)化學這門自然科學的社會功能。學生在解答這些問題的過程中，是否能全面地、系統(tǒng)地思考問題，實際上也體現(xiàn)了學生解決實際化學問題的能力高低。從高考整個大背景來看，進入高考復習之初的學生基本具備了對電化學問題的學習理解能力，中等以上水平的學生基本具備了實踐應用的能力，而只有少部分學優(yōu)生具備解決綜合、復雜問題的能力，而對綜合、復雜問題的解決能力的考查是近幾年高考的重點，因此在電化學專題復習中，如何將學生學習理解的能力轉(zhuǎn)化為實踐應用的能力，進而發(fā)展成解決綜合、復雜問題的能力，這是教師教學的重點，也是難點。因此，筆者提出如下改進電化學教學的策略。

3.電化學教學策略

3.1建立解決高考電化學試題的系統(tǒng)的審題、解題模式

之所以學生欠缺解決綜合、復雜問題的能力，究其根本原因是學生對真實情境下的電池進行分析時，沒有建立起分析電池問題的認識角度，沒有形成解決電池問題系統(tǒng)的思維。

3.1.1高考電化學試題的審題模式

筆者發(fā)現(xiàn)電化學高考試題中，已知條件的設(shè)置主要包括兩種情況：一是給定電池裝置，二是給定電池總反應方程式；未知條件的設(shè)置主要是對電池工作原理的考查。這些已知點和未知點都是從電極反應物、電極材料、離子導體、電子導體這4個基本的認識角度設(shè)置的。設(shè)置的方式是通過調(diào)控已知條件中給定角度的多少以及這些角度的顯、隱性變化來改變各個認識角度間由此及彼的推理關(guān)系，從而使學生感受到解答試題時的難易程度。所以進行審題時，我們需要關(guān)注這四個基本認識角度，明確題目的已知條件中給定了哪些角度，這些給定角度的顯、隱性情況，即題目是否明確告知電池裝置的正負（陰陽）電極反應物是什么，正負（陰陽）電極材料是什么，離子導體是什么及其中陰陽離子的移動方向，電子導體中電子的移動方向等，若明確告知是顯性，反之則是隱性。最后結(jié)合試題明確試題考查點。高考電化學試題的審題模式如圖4所示。

3.1.2高考電化學試題的解題模式

筆者還發(fā)現(xiàn)在考查學生分析真實生產(chǎn)生活中電池能力的習題時，其所承載的不論是原電池、電解池還是電化學腐蝕等方面的知識，學生都可以依據(jù)模型找到2個維度即原理維度和裝置維度，明確2個維度下的重要的認識角度。所以進行解題時，我們聯(lián)系電化學試題的審題模式，根據(jù)“高中生電化學認識模型”，將裝置維度和原理維度關(guān)聯(lián)進行分析。首先，根據(jù)物質(zhì)氧化性還原性（化合價的變化）確定電極反應物；其次，通過分析物質(zhì)得失電子（化合價的變化）考慮該化合價都有哪些物質(zhì)存在形式；然后考慮環(huán)境介質(zhì)的影響確定電極反應物。確定了電極反應物可以正推出電極產(chǎn)物，同樣確定了電極產(chǎn)物也可以逆推出電極反應物。如果確定了電解池的電極反應物可以進而判斷出電源的正負極以及電極材料的陰陽極；最后，依據(jù)確定好的電極反應物和電極產(chǎn)物進行電池過程、現(xiàn)象的分析。高考電化學試題的解題模式如圖5所示。

這樣的審題、解題模式并非要求學生一蹴而就，而是有一個由易到難的建構(gòu)過程。

3.2利用真實的生活情境討論知識

在教學中，教師可在基本實驗、化工生產(chǎn)、日常生活等廣泛背景中講解電化學基礎(chǔ)知識和基本技能，同時引導學生提煉分析解決問題的思路，培養(yǎng)學生應用電化學知識解決實際問題的能力。教師還可充分利用教材，設(shè)置實用或有趣的情境，刺激學生進行思考、對比和總結(jié)，這會比教師簡單重復地講解更有效。在習題課教學中，也可以借鑒梁德娟、蔡紅悅教師提出的“問題表征多樣化、問題情境生動化、應用深廣素養(yǎng)化、科學品質(zhì)潛默化、能力培養(yǎng)多元化”等教學策略來推進我國新課程教學改革。

3.3加強問題解決、任務驅(qū)動式的復習課教學

問題解決、任務驅(qū)動式的復習課教學要求教師關(guān)注知識的使用情境，在聯(lián)系實際的背景下提出問題，幫助學生體驗知識的形成過程、發(fā)展方向，領(lǐng)會知識之間的貫通聯(lián)系。當教師提出的問題是生產(chǎn)生活中需要解決的實際問題時，不僅可以避免由于知識梳理和習題講練的單一復習課教學模式引起學生的枯燥感，還能夠引導學生將實際問題轉(zhuǎn)化成化學學科問題，然后利用相應的解題思路、結(jié)合適當?shù)膶嶒炇侄?，尋找問題解決的方式和結(jié)果，使學生在問題解決的過程中領(lǐng)會所學知識的內(nèi)涵和應用價值。