基于實(shí)例的化學(xué)工藝流程題錯(cuò)因分析_趙雪

1、年第卷第期化學(xué)教育 （中英文）（： ）· · 基于實(shí)例的化學(xué)工藝流程題錯(cuò)因分析 趙 雪 王智剛 姜言霞 （山東省教育招生考試院山東濟(jì)南；山東省煙臺(tái)第二中學(xué)山東煙臺(tái)；山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院山東濟(jì)南）摘要在高考命題日益強(qiáng)調(diào) “素養(yǎng)立意” 的今天，化學(xué)工藝流程題能夠較好地符合高考評(píng)價(jià)體系提出的命題目標(biāo)定位，體現(xiàn)試題的考查價(jià)值，進(jìn)而服務(wù)于高考化學(xué)科目的考試功能。但從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，考生在應(yīng)對(duì)化學(xué)工藝流程題時(shí)的表現(xiàn)卻往往并不理想。選取一道化學(xué)工藝流程題實(shí)例，通過對(duì)其進(jìn)行測(cè)量學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)的分析，對(duì)不同能力水平考生的應(yīng)答情況進(jìn)行診斷分析，并針對(duì)高中生如何突破化學(xué)工藝流程題的障礙提

2、出相關(guān)建議。關(guān)鍵詞 化學(xué)工藝流程題 題型功能與價(jià)值 項(xiàng)目特征曲線 認(rèn)知診斷 ： 回收鎳并制備 硫 酸 鎳” 的 工 藝 流 程， 在 高 考 理 綜 化學(xué)工藝流程題的題型功能與考查價(jià)值 化學(xué)非選擇題部 分 的 道 必 做 試 題 中， 化 學(xué) 工 藝化學(xué)工藝流程題 （簡(jiǎn) 稱 化 工 流 程 題） 作 為 一 流程題當(dāng)仁不讓 地 占 據(jù) 了 一 席 之 地。 這 一 現(xiàn) 象 的個(gè)成熟題 型 出 現(xiàn) 在 高 考 化 學(xué) 試 題 中 是 在 年的上海高考化學(xué) 卷 中 ， 其 后 在 高 考 試 題 中 該 題背后透露出化工流 程 題 獨(dú) 特 的 題 型 功 能 與 考 查 價(jià) 值 ，本文圍繞高考 評(píng)

3、 價(jià) 體 系 化 學(xué) 科 考 試 的 主 要型出現(xiàn)的頻次越 來 越 高， 甚 至 稱 之 為 必 考 題 型 也 內(nèi)涵，從核心價(jià)值、 學(xué) 科 素 養(yǎng)、 關(guān) 鍵 能 力、 必 備不為 過。 以 年 全 國 理 綜 化 學(xué) 卷 為 例， 全 國卷選取了 “以 黏 土 釩 礦 為 原 料 生 產(chǎn) 釩 酸 銨” 的知識(shí)等個(gè)要素對(duì) 前 述 道 化 工 流 程 題 進(jìn) 行 了 具 工藝流程、全國 卷 則 是 “由 油 脂 加 氫 鎳 催 化 劑 體分析 （見表 ）。 表基于高考評(píng)價(jià)體系的化學(xué)工藝流程題要素分析 試題 情境 核心價(jià)值 學(xué)科素養(yǎng) 關(guān)鍵能力 必備知識(shí)以黏土釩礦為 基于學(xué)科社會(huì)價(jià)值：可持續(xù)理解與辨

4、析、分析 工藝條件的選擇、工藝流程中的物質(zhì)全國 卷 思維方法、化學(xué)觀原料生產(chǎn)釩酸 發(fā)展意識(shí)的樹立、綠色化學(xué)與推測(cè)、歸納與論 轉(zhuǎn)化及陌 生 方 程 式 （含 離 子 方 程 式）題念、實(shí)踐探索銨 證、實(shí)驗(yàn)與探究 書寫、常見離子的檢驗(yàn)等思想的滲透基于學(xué)科本質(zhì)價(jià)值：體會(huì)化工藝條件的選擇、工藝流程中的物質(zhì)由油脂加氫鎳 思維方法、化學(xué)觀 理解與辨析、分析全國 卷 轉(zhuǎn)化及陌 生 方 程 式 （含 離 子 方 程 式）學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)催化劑回收鎳 念、實(shí)踐探索、態(tài) 與推測(cè)、歸納與論題基于學(xué)科育人價(jià)值：化學(xué)學(xué)書寫、基于綠色化學(xué)思想的物質(zhì)循環(huán)并制備硫酸鎳 度責(zé)任 證、實(shí)驗(yàn)與探究科所蘊(yùn)含的科學(xué)精神利用、溶度

5、積常數(shù)的相關(guān)計(jì)算等 表表明，化工流程題所考查的核心價(jià)值能夠命題者青睞的原因。 全面體現(xiàn)化學(xué) 學(xué) 科 的 社 會(huì) 價(jià) 值、 本 質(zhì) 價(jià) 值 和 育 人考生應(yīng)對(duì)化學(xué)工藝流程題的實(shí)測(cè)表現(xiàn)價(jià)值，在 全 方 位 考 查 各 項(xiàng) 學(xué) 科 關(guān) 鍵 能 力 的 同如前文所述，化工流程題儼然已成為高考化學(xué)時(shí) ，對(duì)考生各領(lǐng)域 學(xué) 科 核 心 素 養(yǎng) 的 發(fā) 展 水 平 進(jìn)的必考題型之一。正因如此，高中教學(xué)在復(fù)習(xí)備考行評(píng)價(jià)。由此可 見， 在 高 考 命 題 日 益 強(qiáng) 調(diào) “素 養(yǎng)中就該題型進(jìn)行了大量針對(duì)性的演練，這一點(diǎn)從各立意” 的今天，化 學(xué) 工 藝 流 程 題 能 夠 較 好 地 符 合種復(fù)習(xí)資料、模擬試題中

6、就可見一斑。然而，盡管高考評(píng)價(jià)體系提 出 的 命 題 目 標(biāo) 定 位， 體 現(xiàn) 試 題 的進(jìn)行了重點(diǎn)練習(xí)，許多考生在應(yīng)對(duì)化工流程題時(shí)仍考查 價(jià) 值， 進(jìn) 而 服 務(wù) 于 高 考 化 學(xué) 科 目 的 考 試 功 覺得無從下手，用時(shí)較多但得分卻不高 。根據(jù)本能，而這些優(yōu)勢(shì)正 是 化 學(xué) 工 藝 流 程 題 越 來 越 受 到文對(duì) 省年使用全國 卷期間工藝流山東省教育科學(xué) “十三五”規(guī)劃年度教育招生考試專項(xiàng)課題 “高考綜合改革背景下普通高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試學(xué)科命題研究” （課題編號(hào)： ） 通信聯(lián)系人， ： · · 化 學(xué) 教 年第卷第期 育 （中英文）（ ： ）程題實(shí)測(cè)情況的全樣

7、本統(tǒng)計(jì)，道試題的實(shí)測(cè)難度系數(shù)均在以下，特別是年利用鈦鐵礦為原料制備鋰離子電池電極材料的題目，實(shí)測(cè)難度系數(shù)僅為。而與非選擇題部分的其他試題相比，考生在化工流程題上的表現(xiàn)也相對(duì)較差。如圖所示，除 年 該 題 得 分 率 高 于 化 學(xué) 反 應(yīng) 原 理 題、年高于物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)選做題外，化工流程題幾乎每年都是化學(xué)科考試整體得分率最低的一道題目。對(duì)這一現(xiàn)象，許多高中教師均感到困惑，大家 普遍認(rèn)為化工流程題更注重對(duì)元素化合物性質(zhì)、實(shí) 圖以 ，為原料利用共沉淀法制備立德粉的工藝流程驗(yàn)室分離除雜等基礎(chǔ)知識(shí)的考查，直觀感受是試題 。據(jù) 流 程 判 斷，加在堿性溶液中 被 還 原 為 難度不應(yīng)該比化學(xué)反應(yīng)原理或

8、者化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)等題 入 時(shí)溶液的 應(yīng)調(diào)至 ；目更大，考生實(shí)測(cè)得分情況是比較令人意外的。那 么這種預(yù)想與現(xiàn)實(shí)的差距是如何產(chǎn)生的呢？本文擷 的成分為 。濾渣選一道化學(xué)工藝流程題的實(shí)例，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析 （ ） 制 備 時(shí)， 按 物 質(zhì) 的 量 之 比 計(jì) 算，考生表現(xiàn)并對(duì)其失分原因進(jìn)行梳理和歸納，對(duì)不同 和 碳 粉 的 投 料 比 要 大 于 ， 目 的 是能力水平考生的應(yīng)答情況進(jìn)行診斷分析，并對(duì)高中 ；生產(chǎn)過程中會(huì)有少量氧 氣 進(jìn) 入 反 應(yīng) 器 ，生突破化學(xué)工藝流程題的解題障礙有所建議。 中 產(chǎn) 生 的 尾 氣 需 用 堿 液 吸 收， 原 因 是反 應(yīng) 器。（）普通立德粉 （ ·

9、） 中 含量為 ， 高 品 質(zhì) 銀 印 級(jí) 立 德 粉 中 含 量 為 。在 ， ， ，中 選 取 種 試 劑 制 備 銀 印 級(jí) 立 德 粉，所 選 試 劑 為 ，反應(yīng)的化 學(xué) 方 程 式 為 （已 知相 對(duì) 分子質(zhì)量為，相對(duì)分子質(zhì)量為）。 答案： （ ） 排 出 反 應(yīng) 器 中 產(chǎn) 生 的 （ 分）。圖省考生高考化學(xué)科非選擇題部分各題型實(shí)測(cè)難度系數(shù)對(duì)照 （） （ 針對(duì)化學(xué)工藝流程題實(shí)例的測(cè)量學(xué)分析 等不作要求）（分）。本文所選題例是 省 年普通高中學(xué)業(yè)水（） （ ）， （ （分）； 分）。 平等級(jí)考試全省模考中的一道化學(xué)工藝流程題，參（）將 完全轉(zhuǎn)化 （減少 生成量） （分）；與本次考試的

10、考生樣本數(shù)為 份，可 以 代 表產(chǎn)生了污染氣體 （分）。該省化學(xué)科目選考群體的整體水平。題例及具體賦（ ） ， ， （ 分 ）； 分設(shè)計(jì)如下： · （或【題例 （ 分）】 普 通 立 德 粉 （ ·） 廣泛用于工業(yè) 生 產(chǎn) 中，可 利 用和 共 沉）（分）。淀法制備。以 粗 氧 化 鋅 （含 等 雜、 、所選題例的測(cè)量學(xué)指標(biāo)質(zhì)）和 為原料制備立德粉的流程見圖：盡管考查角度不同，但 “立德粉的制備”在高（）生產(chǎn) 的 過 程 中，反 應(yīng) 器要 保 持 考題或者模擬題中都曾經(jīng)多次出現(xiàn)，因此本題情境強(qiáng)制通風(fēng)，原因是 。對(duì)考生而言并不陌生。但根據(jù)我們對(duì)本題各項(xiàng)測(cè)量（）加入鋅粉的主要目

11、的是 （用離子方 學(xué)指標(biāo)的 系 統(tǒng) 分 析 （見 表 ），試 題 實(shí) 測(cè) 難 度 系 數(shù)程式表示）。僅為，與的預(yù)估難度系數(shù)偏離較大，這（） 已 知 在 酸 性 溶 液 中 被 還 原 為與考試時(shí)間安排在高三第一學(xué)期期末，考生尚未完，在弱酸性、弱堿性溶液中被還原為，成系統(tǒng)復(fù)習(xí)有關(guān)，但考生表現(xiàn)與命題預(yù)估也的確存年第卷第期化學(xué)教育 （中英文）（： ）· ·在一定程度的差異。例如試題在問題設(shè)計(jì)上采取了 邊的 線 ， 它 表 示 不 同 水 平 考 生 恰 好 得 分 的 概難度遞進(jìn) 的 方 式，題 組 為 基 礎(chǔ) 試 題，題 組 、率，這是一條單調(diào)曲線，表示能力水平越低，得為中檔

12、試 題，題 組 為 高 端 試 題。但 令 人 意 外 的分概率越大；最 右 邊 的 曲 線 同 樣 是 一 條 單 調(diào) 曲是，題組的測(cè)試難度明顯高于題組 ，而題組 線，它表示不同水平考生恰好得 分的概率，的實(shí)測(cè)難度已經(jīng)接近題組且明顯高于同為中檔試能力水平越高可能性就越大；而中間標(biāo)號(hào)為題的題組。的分?jǐn)?shù)等級(jí)特征曲線均為單峰形態(tài)，表示只有某個(gè)表所選題例難度、區(qū)分度、標(biāo)準(zhǔn)差、差異系數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果水平的考生恰好得 ， 分的概率是， ， 最大的。不同能力水平考生失分點(diǎn)分析題目 難度 區(qū)分度 標(biāo)準(zhǔn)差 差異系數(shù)首先根據(jù)能力水平參數(shù)對(duì)所有考生進(jìn)行了水平整題 劃分：我們將能力參數(shù)在以上，即獲得 分題組 的考生記作

13、水平；能力參數(shù)在 之 間 即題組 獲得分的考生記作水平 分及以下；獲得題組 的考生記作水平。根據(jù)各題組的實(shí)測(cè)水平系數(shù)和題組 試題的項(xiàng)目特征曲線，結(jié)合閱卷時(shí)對(duì)考試答題情況注：原題 （）（）合并為題組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。的統(tǒng)計(jì)，我們對(duì)不同水平考生的失分情況進(jìn)行了分為厘清這些意外背后的原因，探索不同水平考析 （見表 ）。生在應(yīng)對(duì)化工流程題時(shí)存在的主要思維障礙及失分表不同能力水平考生的失分點(diǎn)分析原因，利 用 軟 件 采 用 等 級(jí) 反 應(yīng) 模 型 （ ， ） 對(duì) 試 題 進(jìn) 行 了 多 級(jí)計(jì)分分析并獲得了試題的項(xiàng)目特征曲線 （見圖考生能力水平 主要失分點(diǎn) 模型用于評(píng)估不同能力水平考生恰好獲）。題 （）反應(yīng)器要保

14、持強(qiáng)制通風(fēng)的原因；得某分?jǐn)?shù) 的 概 率。由 于 在 分 數(shù) 等 級(jí) 較 多 時(shí)， 題 （） 和碳粉投料比大于的原因；水平 模型估計(jì)結(jié)果存在不穩(wěn)定的情況，因此我們對(duì)人數(shù)題 （）制備銀印級(jí)立德粉時(shí)化學(xué)方程式的書寫較少的分?jǐn)?shù)等級(jí)進(jìn)行了合并，本題是將得分為 上述水平考生的主要失分點(diǎn)；分的考生 進(jìn) 行 了 合 并。由 圖 可 知，不 同 水 平水平 題 （）濾渣成分的判斷；考生恰好獲得某分?jǐn)?shù)的概率是不同的。如圖中最左 題 （）制備銀印級(jí)立德粉時(shí)的試劑選擇 上述水平、 考生的主要失分點(diǎn)；水平 題 （）加入 時(shí)溶液的 范圍；其他設(shè)問點(diǎn)基于所選題例的認(rèn)知診斷如表所示，就本題而言，雖然不同能力水平考生的失分原因

15、并不相同，但同能力水平考生的應(yīng)答錯(cuò)誤存在一定的共同性，這為我們根據(jù)各能力水 平考生表現(xiàn)進(jìn)行認(rèn)知診斷提供了依據(jù)。首先看處于水平的考生群體，這部分考生具有比較完整的知識(shí)建構(gòu)，能夠?qū)に嚵鞒踢M(jìn)行整體把握，因此他們可以判斷出流程中加入鋅粉的主要目的是除去 元素此時(shí) 并 未 完 全 除 去，而后續(xù)加入 的目的也就在于除鐵。同時(shí)，令 人滿意的是這部分考生群體在學(xué)科必備知識(shí)方面比較扎實(shí)，能夠判斷出在加 入 時(shí) 的 條 件 下， 會(huì)以 （）形式沉淀出來，因此在題 圖所選題例基于 模型的項(xiàng)目特征曲線組上有很好的表現(xiàn)。水平 考生群體存在的主要· · 化 學(xué) 教 年第卷第期 育 （中英文）（ ）

16、：?jiǎn)栴}包括： 考生存在共性問題外，還會(huì)表現(xiàn)出以下解題障礙：（）缺乏對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐的理解，甚至存在知識(shí)負(fù) （）尚缺乏對(duì)整個(gè)流程工藝的整體把握 遷移的問題 根據(jù)問卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得分在 分的考生在第 （）問 “生產(chǎn) 的 過 程 中，反 應(yīng) 器 回答問題 （）時(shí)只是根據(jù)要避免把錳元素引入產(chǎn) 要保持強(qiáng)制通風(fēng)的原因”本來是作為非?；A(chǔ)的問 品判斷出：應(yīng)在弱酸性或弱堿性溶液中將 題呈現(xiàn)的，考生只要判斷出有氫氣產(chǎn)生存在安全隱 ，但對(duì)為什么加入轉(zhuǎn)化為 則心存疑患就可以了，所以命題者將此題作為基礎(chǔ)試題設(shè)計(jì) 元惑，他們普遍認(rèn)為之前加入過量鋅粉已經(jīng)把為第一個(gè)設(shè)問點(diǎn)。然而考生在題組的得分主要是素完全除去了，因此在回答濾渣 時(shí)

17、只是帶有猜測(cè)通過書寫第 （）問的 離 子 方 程 式 獲 得 的，第 （ 性質(zhì)地答出了 ） 。這反映出該群體不能結(jié)合試問的實(shí)際得 分 率 只 有 ?？?后 以 問 卷 形 式 就 這題情境，根據(jù)工藝流程來調(diào)用知識(shí)儲(chǔ)備，更多的還一現(xiàn)象進(jìn)行了調(diào)查，即使在本題獲得分以上的考是已有知識(shí)的生搬硬套。其實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，每個(gè)生大多數(shù)也對(duì)該問不知所措，其疑惑是 “雖然產(chǎn)生工藝單元都會(huì)采取固定的操作時(shí)間，像工業(yè)合成氨了氫氣，但是沒有進(jìn)行點(diǎn)燃操作，所以應(yīng)該不需要中不會(huì)以犧牲經(jīng)濟(jì)效益為代價(jià)讓合成反應(yīng)真正達(dá)到排空吧”，可見學(xué)生對(duì)真實(shí)生產(chǎn)實(shí)踐的了解非常欠化學(xué)平衡，只要氨含量達(dá)到要求就可以進(jìn)入下一步缺。同樣的情 況 發(fā)

18、生 在和 碳 粉 的 投 料 比 的的分離操作了。且本題加入鋅粉是在硫酸介質(zhì)中完問題上，很多 考 生 乃 至 部 分 教 師 認(rèn) 為 完全置換的 價(jià)成的，此時(shí)即使過量鋅粉也不可能將 格明顯高 于 碳 粉，何 必 讓 過 量 呢？也 就 是 年 全 國 卷 中 利 用 溶 液 滴 定出來。 說，學(xué)生甚至是有些教師都沒有意識(shí)到在工業(yè)生產(chǎn)法測(cè)定三草酸合鐵酸鉀中鐵含量時(shí)，同樣也是采用 中碳粉是非常難處理的物質(zhì)，特別是在生產(chǎn)立德粉過量鋅粉 還 原 ，同 樣 也 是 在 硫 酸 介 質(zhì) 中，此這樣的白色染料時(shí)，一定要確保碳粉能夠完全轉(zhuǎn)化 情況下并不會(huì)有 置換出來。工業(yè)生產(chǎn)中往往存才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。可見，這

19、種理論知識(shí)脫離實(shí)際在多個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，根據(jù)高中階段的知識(shí)儲(chǔ)備是很難生產(chǎn)實(shí)踐的情況是造成知識(shí)負(fù)遷移現(xiàn)象發(fā)生的主要判斷的，這就要求考生對(duì)工藝流程要有整體把握， 原因。根據(jù)流程信息調(diào)用已有知識(shí)，進(jìn)而判斷流程中物質(zhì)（）定量計(jì)算能力有所欠缺的轉(zhuǎn)化路徑。第 （）問制備高品 質(zhì) 銀 印 級(jí) 立 德 粉 的 試 劑 選（）信息提取能力存在缺陷擇和化學(xué) 方 程 式 書 寫 是 本 題 的 難 點(diǎn)。 從 作 答 情 況題例第 （）問給出 了 高 品 質(zhì) 銀 印 級(jí) 立 德 粉 的看，處于水平 的考生群體是可以判斷出為 “增加 含 量 的 變 化 來組分含量，要 求 考 生 根 據(jù) 其 中 立德粉中 的含量”應(yīng)選取的試

20、劑包括 ，選擇制備試劑。但根據(jù)問卷統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，處于水平 ， ，選擇 是 無 濟(jì) 于 事 的。 但 在 書的考生群體大多數(shù)反映并沒有讀懂題意，不明確寫相應(yīng)方程式時(shí)，盡管題目為方便考生計(jì)算給出了題目問題的指向，因此也就談不上正確作答了。在，的相對(duì)分子質(zhì)量，但考生還是不能根高考命題日益強(qiáng)調(diào)試題情境設(shè)計(jì)、不斷豐富試題信據(jù) “含 量 為 ” 計(jì) 算 出 銀 印 級(jí) 立 德 粉 的息呈現(xiàn)方式的今天，如果考生不能從復(fù)雜多變的試化學(xué)式為 · ，也 就 無 法 正 確 書 寫 化 學(xué)題情境中 提 取 有 效 信 息， 沒 有 一 定 的 自 主 學(xué) 習(xí) 能 方程式了。由此可見即使是較高能力水平的考生在

21、力，那后續(xù)的知識(shí)遷移、問題解決等等都只能是空解答化工生產(chǎn)中涉及到的一些定量計(jì)算問題時(shí)也存中樓閣了。在一定的困難，反映出學(xué)生化學(xué)計(jì)量與化學(xué)計(jì)算技處于水平 的考生群體顯然并未建構(gòu)起完整的能的欠缺。學(xué)科知識(shí)體系，必備知識(shí)的儲(chǔ)備也嚴(yán)重缺乏，在此值得一提的是，即使水平層次較高的考生，在不再贅述。應(yīng)對(duì) “原因是什么” “作用是 什 么” 等 簡(jiǎn) 答 題 時(shí)，突破化學(xué)工藝流程題解題障礙的幾點(diǎn)建議其化學(xué)用語使用的嚴(yán)謹(jǐn)性和規(guī)范性方面也是存在欠 根據(jù)對(duì)省考生應(yīng)答本文化工流程題題例的認(rèn)缺的，這也 是 導(dǎo) 致 該 類 問 題 得 分 率 較 低 的 重 要 原 知診斷，在應(yīng)對(duì)該題型時(shí)，高中生要在挖掘題目信因。 息、提升化學(xué)計(jì)算能力、注重化學(xué)用語使用的嚴(yán)謹(jǐn)處于水平 的考生群體雖然具有一定的學(xué)科知 與規(guī)范上下功夫，但更重要的是要有針對(duì)性地做到識(shí)基礎(chǔ)，但其作答表現(xiàn)表明這部分考生除與水平 以