劉文兵
摘要:從立意、情境、設(shè)問(wèn)三方面對(duì)江蘇省2019年化學(xué)高考第20題進(jìn)行要素分析,認(rèn)為該試題以學(xué)科素養(yǎng)立意,創(chuàng)設(shè)情境真實(shí),問(wèn)題結(jié)構(gòu)合理。通過(guò)問(wèn)題解決的思維運(yùn)演過(guò)程探析,說(shuō)明逆向思維分析法是解決問(wèn)題的有效路徑。形成教學(xué)啟示:核心素養(yǎng)教學(xué)要從確立素養(yǎng)目標(biāo)、注重問(wèn)題情境以及優(yōu)化教學(xué)路徑等方面進(jìn)行加強(qiáng)。
關(guān)鍵詞:高考試題;?問(wèn)題解決;?逆向思維;?教學(xué)啟示
文章編號(hào):1005-6629(2020)07-0089-05
中圖分類號(hào):G633.8
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
目前的試題研究或聚焦于考點(diǎn)提煉,將考題作為模擬訓(xùn)練的工具,或聚焦于解題方法,將考題視為解題能力的依據(jù),這些都遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮高考試題應(yīng)有的教學(xué)導(dǎo)向功能。以2019年江蘇省高考化學(xué)試題第20題為例,分析試題的結(jié)構(gòu)要素和問(wèn)題解決的思維路徑,從中獲得在核心素養(yǎng)高考背景下的教學(xué)啟示。
[題目]CO2的資源化利用能有效減少CO2排放,充分利用碳資源。
(1)?用CaO可在較高溫度下捕集CO2,在更高溫度下將捕集的CO2釋放利用。CaC2O4·H2O熱分解可制備CaO,?CaC2O4·H2O加熱升溫過(guò)程中固體的質(zhì)量變化見題20圖-1。
題20圖-1
①?寫出400~600℃范圍內(nèi)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式:_________。
②?與CaCO3熱分解制備的CaO相比,CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO具有更好的CO2捕集性能,其原因是_________。
(2)?電解法轉(zhuǎn)化CO2可實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH的原理示意圖見題20圖-2。
①?寫出陰極CO2還原為HCOO-的電極反應(yīng)式:_________。
②?電解一段時(shí)間后,陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低,其原因是_________。
題20圖-2
(3)?CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法,其過(guò)程中主要發(fā)生下列反應(yīng):
反應(yīng)Ⅰ:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)
ΔH=41.2kJ·mol-1
反應(yīng)Ⅱ:2CO2(g)+6H2(g)CH3OCH3(g)+3H2O(g)ΔH=-122.5kJ·mol-1
在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下,CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化見題20圖-3。其中:CH3OCH3的選擇性=2×CH3OCH3的物質(zhì)的量反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量×100%
題20圖-3
①?溫度高于300℃,CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是_________。
②?220℃時(shí),在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后,測(cè)得CH3OCH3的選擇性為48%(圖中A點(diǎn))。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度,一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有_________。
1??試題解讀:構(gòu)成要素及特點(diǎn)分析
試題通常由四個(gè)要素構(gòu)成,即試題的立意、情境、設(shè)問(wèn)和答案(見圖1)。其中立意是試題的核心主題,其反映評(píng)價(jià)目的,決定試題的考查內(nèi)容和方式;情境是問(wèn)題背景中能夠直接感知的條件綜合,構(gòu)成問(wèn)題的初始狀態(tài);設(shè)問(wèn)是題目設(shè)置的問(wèn)題;答案是對(duì)問(wèn)題的解答,構(gòu)成問(wèn)題的目標(biāo)狀態(tài)[1]。
圖1??試題構(gòu)成要素
1.1??試題立意——跨越知識(shí)立意,由能力立意轉(zhuǎn)向素養(yǎng)立意
試題立意決定試題情境選擇,設(shè)問(wèn)指向和答案編寫是試題的主心骨。知識(shí)立意追求知識(shí)的數(shù)量和類型全面;能力立意強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能結(jié)合,注重能力考查,試題特點(diǎn)是問(wèn)題結(jié)構(gòu)完整,目標(biāo)指向明確;而素養(yǎng)立意更多的是強(qiáng)調(diào)知識(shí)的理解遷移和環(huán)境習(xí)得,題目的特點(diǎn)是問(wèn)題結(jié)構(gòu)不良,目標(biāo)指向開放,有利于考査學(xué)生思維能力和綜合素養(yǎng)。
本題以CO2資源化為大背景,通過(guò)草酸鈣晶體熱分解、電解CO2制甲酸、CO2催化加H2制二甲醚等綜合情境設(shè)置問(wèn)題,將元素化合物、電解池、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡等知識(shí)融合,綜合考查學(xué)生在復(fù)雜情境中運(yùn)用已有知識(shí)分析信息解決問(wèn)題的能力。意在引導(dǎo)中學(xué)化學(xué)教學(xué)關(guān)注實(shí)際應(yīng)用,重視培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜情境問(wèn)題,幫助學(xué)生形成“化學(xué)服務(wù)于人類和社會(huì)發(fā)展”的學(xué)科價(jià)值觀。該題的考點(diǎn)、能力指向與素養(yǎng)表現(xiàn)見表1。
1.2??試題情境——真實(shí)生動(dòng),體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值,引導(dǎo)價(jià)值觀形成
試題的情境是指問(wèn)題所處的境況,是問(wèn)題背景中可直接感知的條件綜合,是問(wèn)題的初始狀態(tài)。本題選自研究文獻(xiàn),旨在考查學(xué)生閱讀化學(xué)研究文獻(xiàn)、整理和加工信息的素養(yǎng)。設(shè)置的問(wèn)題包括書寫化學(xué)方程式、電極方程式、解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果、進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。要求學(xué)生能夠在真實(shí)的研究問(wèn)題情境中運(yùn)用pH、轉(zhuǎn)化率、選擇性、質(zhì)量守恒定律、電解池原理、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡等概念和原理;理解草酸鈣、碳酸鈣、碳酸氫鉀、陽(yáng)離子交換膜等物質(zhì)的性質(zhì)、電極反應(yīng)式、化學(xué)方程式等符號(hào)表征與技能;探究控制條件進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)的研究方法,并對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋。整個(gè)題目情境具有真實(shí)性、綜合性、創(chuàng)新性等特點(diǎn)。試題中的應(yīng)用性情境及其構(gòu)成要素見表2。
1.3??試題設(shè)問(wèn)——問(wèn)題要素充分,問(wèn)題結(jié)構(gòu)合理
試題設(shè)問(wèn)是指題目設(shè)置的問(wèn)題,是試題的核心部分,是聯(lián)系初始狀態(tài)與目標(biāo)狀態(tài)的橋梁。一般來(lái)說(shuō)問(wèn)題包括四個(gè)基本要素:一是問(wèn)題指向,即問(wèn)題的研究對(duì)象,客觀上并且潛在地決定了問(wèn)題的解。如第(1)①問(wèn)“寫出400~600℃范圍內(nèi)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式”,研究對(duì)象是CaC2O4·H2O在400~600℃范圍內(nèi)發(fā)生的變化,解就應(yīng)該是一個(gè)完整的化學(xué)方程式;二是問(wèn)題的疑難點(diǎn),是在運(yùn)用已有知識(shí)進(jìn)行信息轉(zhuǎn)化過(guò)程中形成的思維障礙,或者說(shuō)是問(wèn)題所求的答案與學(xué)生當(dāng)前能力的差距。如第(1)②問(wèn)要解釋“與CaCO3熱分解制備的CaO相比,CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO具有更好的CO2捕集性能”的原因,學(xué)生對(duì)題給信息中CaO可在較高溫度下捕集CO2,在更高溫度下將捕集的CO2釋放利用是陌生的,對(duì)“捕集”的理解是困難的;想通過(guò)“捕集”調(diào)用活性炭有吸附作用是因?yàn)槠溆休^大的表面積是困難的;對(duì)比CaCO3熱分解制備的CaO與CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO的異同,要進(jìn)行多步轉(zhuǎn)化,思維中間狀態(tài)較多,思維水平較高,這些都是疑難點(diǎn);三是問(wèn)題的應(yīng)答域,就是在問(wèn)題提法中所確定的一個(gè)域限,并認(rèn)定所提出的問(wèn)題的解必定在這個(gè)域限之中[2]。它指示解答者向何處尋找問(wèn)題的解。如第(2)②問(wèn)要求解釋“電解一段時(shí)間后,陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低的原因”,該問(wèn)將學(xué)生引向反應(yīng)一段時(shí)間后的陽(yáng)極區(qū),分析陽(yáng)極區(qū)內(nèi)發(fā)生的變化,所發(fā)生的變化是如何使KHCO3濃度減小的,而不是不變或增加,相當(dāng)于規(guī)定了問(wèn)題的答案只能在濃度降低的影響因素中去找;四是問(wèn)題的解題規(guī)則,化學(xué)學(xué)科有著共同的科學(xué)本質(zhì),也有其自身的特點(diǎn),其問(wèn)題中必然包含一些化學(xué)學(xué)科必須遵循的規(guī)則。本題的六個(gè)問(wèn)題中有兩個(gè)寫出化學(xué)方程式和電極反應(yīng)式,所必須遵循的是質(zhì)量守恒定律、電子得失守恒定律,另外四個(gè)問(wèn)題均是對(duì)現(xiàn)象或事實(shí)的解釋創(chuàng)新,其解題過(guò)程必須是基于證據(jù)的科學(xué)推理。如第(3)②問(wèn)“不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度,一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有哪些”,其隱含的解題規(guī)則就是,只有能提高CH3OCH3選擇性的措施才有可能是合理答案,而提高其選擇性,就是要提高反應(yīng)Ⅱ中CO2的轉(zhuǎn)化率,提高轉(zhuǎn)化率就要符合化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的有關(guān)理論。