一道高考化學工藝流程題的說題案例設計及實施

新疆 張新芹 福建 洪茲田

目前，說題活動已成為教研部門和中小學開展試題研究、提高試題講評質量的重要舉措。“說題說什么”“僅僅描述試題的考查內容和解題過程夠不夠”“說題的程序和準備有哪些”“如何規范撰寫說題稿”“如何說題才能切中本質并切實提高試題講評課的實效”……基于以上問題筆者對說題的內涵、程序、關鍵和要素進行梳理和總結。同時，以2013年全國卷Ⅰ理綜化學工藝流程題為例，呈現完整說題案例稿，梳理說題的功能價值。希望通過說題促進教師研究試題并提升專業水平。

一、說題解讀

1.說題的內涵

說題包括教師說題、學生說題和師生互動說題(本文所討論的說題特指教師說題)。說題是類似于說課的一種教育教研展示和討論活動，是說課的延續和創新，是一種深層次備課后的展示。說題的內涵界定如下：教師以教育教學理論為指導，在深入分析與研究試題的基礎上，向其他教師、教研人員或專家采用口頭語言和有關輔助手段(如PPT等)，對該道(類)試題講評時的教學規劃(即教學設想)及依據進行闡述的一種教研活動形式。

2.說題的程序

對于說題的教研活動，通常包括“選題——做題與析題——規劃——說題”四個階段。各個環節的任務和流程如圖1。

圖1 說題的程序

3.說題的關鍵點

說題的三個關鍵點：說出題、說解題和評題。具體闡述如下(圖2)。

圖2 說題的關鍵點

4.說題的基本要素

針對所選擇的一道(類)題，著重說清以下要素：

圖3 說題的基本要素

二、說題案例

1.試題呈現及答案

回答下列問題：

(1)LiCoO2中，Co元素的化合價為________。

(2)寫出“正極堿浸”中發生反應的離子方程式：________________________________________。

(3)“酸浸”一般在80℃下進行，寫出該步驟中發生的所有氧化還原反應的化學方程式：________________________________________；可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液，但缺點是____________________________________。

(4)寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式：________________________________________。

(5)充放電過程中，發生LiCoO2與Li1-xCoO2之間的轉化，寫出放電時電池反應方程式：________________________________________________。

(6)上述工藝中，“放電處理”有利于鋰在正極的回收，其原因是____________________。在整個回收工藝中，可回收到的金屬化合物有________(填化學式)。

【答案】(1)+3

(6)Li+從負極中脫出，經由電解質向正極移動并進入正極材料中 Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4

2.考點分析及思想方法

(1)試題情景

本題緊密聯系生活實際，以鋰離子電池的正極材料再生利用的工藝流程作為情境，體現化工生產中遵循“綠色化學”思想的重要性，自然地融入了“科學態度與社會責任”的素養教育。通過工藝流程、電化學、氧化還原反應、化學技術常識等多維融合，考查學生綜合應用所學知識、原理、方法解決工業生產實際問題的能力。

(2)內容領域和測試目標

本題為典型的工藝流程題，涉及元素化合物、電化學和化學新技術的內容。考查學生必備知識的同時也考查學生信息理解、信息轉化能力，分析和解決化學問題的能力和實驗探究能力，體現了以理論和實踐為基礎的多元學習能力的考查要求。一方面要求學生能通過對流程圖的觀察、分析，準確提取題目中的有效信息解答問題，如第(3)(4)題反應產物的準確尋找；另一方面更要求學生根據基本概念、原理，準確判斷、合理推理和遷移解答問題，如第(5)題需利用電化學的相關原理。整體思維容量較大，較好地考查思維的整體性和深刻性，實現了對學生思維品質的深度考查。

首先，重點發展傳統專業。傳統專業是高職學校從建校以來在此方面就一直很有建樹的專業，在長期的教學過程中，不但有專業師資隊伍，還形成了獨特的培養模式。對此，高職學校就應該在自己優勢專業的基礎上，迎合時代發展潮流，繼續增強優勢專業的社會地位，讓優勢專業成為學校的名片，在此基礎上廣泛吸收社會各種資源，從而進行其他專業的開設。

(3)學生應答要求

在知識層面上，學生應可以根據化學式判斷元素化合價，具有氧化還原反應的基本思想，了解原電池和電解池的工作原理，熟練書寫電極反應式和電池反應方程式，了解常見金屬單質及其重要化合物的主要性質及應用，掌握物質的分離方法。在能力層面上，學生應具有通過文字信息、流程圖等獲取信息、解決化學問題的能力；設計或改進實驗方案，對給出的實驗方案作出評價或改進，評價實驗方案優劣的能力；樹立珍惜資源、愛護環境、合理使用化學物質的綠色化學思想。

3.解題思路分析

本題緊密聯系生活實際，以鋰離子電池正極材料的再生利用工藝為情境，考查內容涉及常見金屬元素、非金屬元素及其化合物的性質與應用，化學方程式、離子方程式與電極反應式的書寫，氧化還原反應的本質與配平，常見化學電源的種類及其工作原理，常見元素的化合價及根據化學式判斷元素化合價，反應條件對產物的控制與影響，離子反應的概念、質量守恒定律的含義。

(1)此問較簡單，LiCoO2中Li、O分別為+1、-2價，易求出Co為+3價，屬送分題。

思維障礙：學生無法正確判斷出鈷酸鋰、乙炔黑與NaOH溶液均不發生反應，造成學生對體系成分分析的極度混亂和極大干擾。問題產生的根源在于：①部分學生不知道乙炔黑即炭黑，無法判斷出乙炔黑(炭黑)不與NaOH溶液反應；②學生未曾學過鈷酸鋰(LiCoO2)，對其性質一無所知，很難判斷出其不與NaOH溶液反應。本題考查學生的元素守恒觀、證據推理意識和思維的系統性，要求學生根據流程圖中的物質變化，特別是含鈷物質的轉化及核心元素Co的價態變化進行分析推理。據此推測出鈷酸鋰(LiCoO2)存在于“正極堿浸”后過濾得到的濾渣中，即鈷酸鋰(LiCoO2)不與NaOH溶液反應。

②根據“可用鹽酸代替H2SO4和H2O2的混合液”，結合“酸浸”步驟的反應進行分析。因H2SO4表現酸性、H2O2表現還原性，故HCl與LiCoO2反應時表現酸性和還原性,LiCoO2與HCl發生氧化還原反應時，LiCoO2被還原生成CoCl2(Co由+3價→+2價)，HCl被氧化生成有毒的Cl2，故缺陷是有Cl2生成，污染較大。實驗方案的缺點一般可從原料的價格、來源或是否產生污染物等角度分析。

思維障礙：學生未建立陌生方程式，特別是氧化還原反應型和復分解反應型書寫的思維模型，對陌生方程式的書寫存在畏難情緒，不敢放手去分析或推測反應機理。平時復習時往往更重視氧化還原反應型，而此題恰好是復分解反應型，導致學生對此題“驚慌失措”。

思維障礙：未建立電池的思維模型和電化學電極反應式的書寫模式。

(6)放電時，負極上生成Li+，Li+經由電解質向正極移動并進入正極材料中，生成LiCoO2，故有利于鋰在正極的回收。學生只要明確原電池放電過程中內電路離子移動方向，即陰離子移向負極，陽離子移向正極，問題即可迎刃而解。根據整個流程圖中的化學反應，可回收到的金屬化合物有Al(OH)3、CoCO3、Li2SO4。

思維障礙：對于“放電處理”有利于鋰在正極的回收的分析普遍存在困難，根本原因在于學生未能結合放電時負極、正極反應式，從微觀視角分析Li+的移動方向及轉化形式。

4.試題拓展延伸及變式分析

(1)氧化還原反應是化學反應中極為重要的一種類型，幫助學生樹立氧化還原觀也貫穿于整個高中化學教學。對氧化還原反應這一重要概念、觀念的考查，可做如下變式：

變式1：“酸浸”步驟，氧化劑和氧化產物分別是____________、____________。

變式2：“酸浸”步驟，1 mol H2O2參加反應，轉移的電子數目是________________________________________________。

變式3：重鉻酸鉀、高錳酸鉀等氧化劑在酸性條件下氧化性更強，這兩種氧化劑為何不用鹽酸酸化，而常用稀硫酸酸化？

(2)電化學一直是高考中的高頻考點及重難點。學生必須熟悉原電池和電解池的工作原理，并能熟練書寫相應電極的電極反應式和總反應方程式。對電化學相關知識的考查，可做如下變式：

變式1：寫出該鋰離子電池充電時的陽極反應式：________________________________________。

變式2：該鋰離子電池充電時Li+向________(填“陰極”或“陽極”)移動。

變式3：放電時當外電路有1 mol電子從________(填“正極”或“負極”，下同)到________移動時，內電路中有________mol Li+向________移動。

5.試題的價值、反思及感悟

(1)試題的價值

本題以流程圖形式展示整個工藝流程。知識層面上涉及金屬回收、物質性質、氧化還原反應規律、電化學知識、實驗方案的評價、物質的分離提純原理等的考查；能力層面上主要考查了信息理解能力及信息轉化能力。另外，試題情景素材貼近社會，隱含了珍惜資源、愛護環境、合理使用化學物質的“綠色化學”理念，重視化學概念原理、化學技術與人文內涵的完美結合。試題較為綜合，起點高、落點適中，區分度較高，如本題中電極反應式的書寫是難點，做題時應注意從題目中獲取關鍵信息，對學生的思維能力要求較高。

(2)試題的反思及感悟

本題對學生的學習品質、思維品質、認知水平及能力要求較高，教學中應注意如下問題。

①要注重培養學生的實驗能力，盡可能多地帶領學生做教材中的經典實驗和綜合性拓展實驗，如海帶中碘單質的提取涉及浸取、過濾、萃取等操作，把實驗作為提升教學質量的切入點，重視實驗及實驗教學的研究，充分挖掘實驗的教育教學功能。

②試題講評要認真挖掘、品評、賞析試題蘊含的測量功能，加強解題的策略和方法的引導、點撥，充分認識學生的思維障礙，將學生解題的模糊認識清晰化。盡量把課堂還給學生，留給學生充足的時間思考、分析和反饋，幫助學生突破思維定式和克服畏難情緒，并形成解決一類問題的分析思路。

③建構化學思維模型。本題可引導學生根據已有知識和自己的解題思路建構氧化還原反應模型、電化學模型、工業流程分析模型。讓學生在相對完整的知識體系中，歸納、總結、自主建立一個完整的化學知識體系，逐步形成自己在學習、應用化學過程中的思維模型。如從流程圖題的大量信息中尋找有用信息是教學的難點，做題過程中，應該引導學生先瀏覽整個流程和設問，針對提問結合流程中的相關信息，采用正推、逆推、中間向兩邊推等方法，得出相對完整的流程圖，再針對設問逐一解答，防止學生過于拘泥于流程圖的某個環節而導致無法通覽整個流程。

三、說題的功能及應用展望

通過說題的校本教研和開展說題比賽，促進教研組教師鉆研教育教學和試題命制理論，研究命題立意、素材選擇和問題呈現，關注學生的思維過程、思維結果和思維障礙，注重試題講評方式的優化和效果評價。總之，以說題為載體的試題深度分析，可促進教師的專業化成長。