淺談初中化學(xué)工藝流程題的命制

楊寶權(quán)+夏恒勇

摘要：工藝流程題具有綜合性強、思維容量大等特點。為兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性與發(fā)展性，命制具有較高效度和信度的工藝流程題，成為教師在中考復(fù)習(xí)階段強化訓(xùn)練的重要工作。以活性氧化鋅工業(yè)生產(chǎn)過程為例，探討如何從選材、改編、命題等步驟命制工藝流程題，并從合適性、多樣性、完整性等角度進一步探討如何提高試題的效度和信度。

關(guān)鍵詞：氧化鋅；生產(chǎn)工藝流程；試題命制；初中化學(xué)

文章編號：1005–6629（2016）12–0073–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

工藝流程類試題由于具有背景情境真實、框圖信息新穎、問題設(shè)計廣泛等特點，近年來受到了大力推崇，原先也只是高考化學(xué)卷中常見的考查形式，現(xiàn)在越來越多的中考化學(xué)卷中開始采用這種方式考查學(xué)生知識掌握和應(yīng)用能力[1]。那么如何命制具有較高效度和信度的工藝流程題？結(jié)合自身命題的經(jīng)驗，并以活性氧化鋅工業(yè)生產(chǎn)過程為例談?wù)劥譁\的認識。

1 初中工藝流程題的特征

因工藝流程題具有綜合性強、思維容量大等特點，所以要求較高。中考試卷中流程設(shè)計相對于高考要簡單，主要表現(xiàn)為：原料成分少、中間步驟少，轉(zhuǎn)化關(guān)系明顯等；其考查的內(nèi)容主要集中在：（1）化學(xué)反應(yīng)原理；（2）元素化合物知識；（3）實驗操作及名稱；（4）物質(zhì)除雜、分離；（5）成本控制與反思評價等等。即便如此，因?qū)W生能力的因素，此類題的總體得分率偏低，屬于控分類題。根據(jù)以上的基本要求，命題時應(yīng)把握初中工藝流程題的難度，兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性與發(fā)展性。

2 工藝流程題命制的步驟

2.1 選材

一般多從化工類期刊中或者互聯(lián)網(wǎng)上尋找生產(chǎn)、生活中常用物質(zhì)的制備方法，選擇合適的制備流程，相對而言，期刊中發(fā)表的方法和流程都比較新穎。例如，活性氧化鋅是工業(yè)生產(chǎn)中的重要添加劑，工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？通過網(wǎng)上查閱，發(fā)現(xiàn)2003年水浩東提出的綜合利用工業(yè)廢液中含有的廢硫酸和廢棄的低品位氧化銅鋅礦，從而獲得一系列產(chǎn)品的方法[2]（見圖1）。

2.2 改編

根據(jù)試卷的知識結(jié)構(gòu)分布和試題的難度系數(shù)要求，對于原始流程圖進行改編，常用的方法是“合”與“拆”。具體地說，“合”就是在不改變原流程整體結(jié)構(gòu)的前提下，將一些難點或越界的點合并隱藏起來，并將考查的節(jié)點顯性化；“拆”就是截取過程中的一些片斷，然后加以鋪陳重新設(shè)計。例如，活性氧化鋅的制備可呈現(xiàn)以下兩種改編方式：

2.3 命題

依托改編后的工業(yè)流程圖，根據(jù)試卷的總體命制要求，其內(nèi)容可以是考查幾個步驟中的轉(zhuǎn)化關(guān)系、重點元素化合物的性質(zhì)、基本操作、分離與提純，或?qū)α鞒踢M行反思與評價，或“節(jié)外生枝”適當插入物質(zhì)的制備與用途等，不同的流程圖其考查的側(cè)重點也有所不同。

例如，對流程圖2可命制以下問題：

命題1 活性氧化鋅是重要的工業(yè)添加劑，主要用于橡膠、塑料、涂料、陶瓷和催化劑等行業(yè)。某工廠利用工業(yè)廢酸（10% H2SO4）堆浸廢棄的氧化銅鋅礦制取活性ZnO，進行廢物綜合利用，方案如下（見圖2）：

請根據(jù)流程回答下列問題：

（1）加入鐵粉后發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為。

（2）在除鐵過程中的試劑甲一般選用H2O2，它的作用是 ，加入H2O2時需要控制反應(yīng)溫度不能過高，原因是 。

（3）實驗室可用熟石灰與氯化銨固體加熱制得氨氣，則應(yīng)選用的發(fā)生裝置是（填寫下圖裝置代號），生成氨氣的化學(xué)方程式為 。

（4）溶液乙可直接用作氮肥，則其主要溶質(zhì)的化學(xué)式為 。

（5）寫出Zn2（OH）2CO3焙燒的化學(xué)方程式。

而依據(jù)流程圖3又可命制下列問題：（說明：本題為2016年江蘇省蘇州市中考化學(xué)卷第30題）

命題2 某科研小組設(shè)計利用稀H2SO4浸取某廢棄的氧化銅鋅礦（主要成分為CuO和ZnO，其余成分既不與酸反應(yīng)也不溶于水）的方案，實現(xiàn)廢物綜合利用。部分實驗流程如下（見圖3）：

請根據(jù)上述實驗流程回答下列問題：

（1）操作1的名稱是 。

（2）在氧化銅鋅礦中加入過量稀硫酸，主要成分發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。

（3）加過量鐵粉后，發(fā)生反應(yīng)的基本反應(yīng)類型是 ，得到濾渣I的成分為（填化學(xué)式）。

（4）在實驗過程中，雙氧水會與Fe2+反應(yīng)生成Fe3+和水，以便在后續(xù)的操作中將溶液中鐵元素除去。高錳酸鉀溶液也能將Fe2+氧化成Fe3+。選用雙氧水的優(yōu)點是 。

由上可見，同種素材可以有著不同的表達內(nèi)容、不同的考查側(cè)重，這種現(xiàn)象正是工藝流程題“問題設(shè)計廣泛”特點的反映。當然這給我們的中考專題復(fù)習(xí)提供了新的思路，研究如何應(yīng)用系統(tǒng)化原理進行工藝流程題的命制、專項復(fù)習(xí)和訓(xùn)練，此處不再贅述。

3 對工藝流程題命制的反思

3.1 選材應(yīng)合適

這里所講的“合適”主要有二層含義。其一，工藝流程的素材不能過于復(fù)雜，所涉及的步驟不宜過多；其二，流程中所用方法或涉及的化學(xué)反應(yīng)應(yīng)該源于學(xué)生掌握的基礎(chǔ)知識和技能，個別超出要求的內(nèi)容可通過資料的形式作為信息提供[3]。這樣的素材可以很好地進行改編，并能在保證學(xué)生理解的基礎(chǔ)上滿足命題的要求。除了制取活性氧化鋅外，活性氧化鎂、活性碳酸鈣制備的工藝流程、從海水中提取鎂、侯氏制堿法等也是經(jīng)常使用的素材。這類素材除了適合命制工藝流程題之外，還有一個顯著特點，即與學(xué)生的生活背景和生產(chǎn)實際緊密相聯(lián)，因而試題凸顯了真實性。具有生產(chǎn)生活背景的試題不僅可以使學(xué)生領(lǐng)略學(xué)習(xí)的意義與價值，激起學(xué)生學(xué)知識用知識的樂趣，而且背景知識的鋪墊（或先期掌握）可以大大降低學(xué)生理解的難度，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的實效性，具有很強的導(dǎo)向性。

3.2 改編要多樣

多樣化的改編不僅是工藝流程“思維容量大”特點的體現(xiàn)，更是試題信度的要求。從上述2則改編中我們發(fā)現(xiàn)，對原始流程的改編可以繼承其全部過程，凸顯流程中從原料到產(chǎn)品的主線；也可以截取過程中的一些片斷，在不損害對過程理解的前提下，將另一些步驟用“……”隱匿起來，突出對流程中某個階段有針對性且詳細的考查。有趣的是后者再次成為中考流程題命制的重要方式（如流程改編2），是因為相比而言它還有一個重要優(yōu)點：過程簡潔，降低了學(xué)生理解過程的難度，轉(zhuǎn)而在化合物知識和基本操作上著力，增強了試題的效度。特別是到了現(xiàn)階段，適合命制試題的工藝流程資源逐漸枯竭，工藝流程題正逐漸趨向同質(zhì)化，因此，截取某個流程的一個片斷重新鋪陳設(shè)計，達到去陳出新的效果，正成為命制中、高考流程題的重要手段，也使試題維持較高的信度?？v觀2016中、高考試卷中的流程題，我們總感覺似曾相識但又新意十足，正因如此。

3.3 命題需完整

筆者在文中將工藝流程題的命制過程分開討論，但實際最終的試題應(yīng)是完美的整體：題干、流程、問題相互間緊密銜接，默契配合[4]。題干是思維的通道，流程是思維的對象，而問題則是思維的注腳，一道優(yōu)質(zhì)的工藝流程題就是一件藝術(shù)品，從布局、行筆、落款渾然一體。但如果比較以上2則命題，筆者認為題干中有些信息應(yīng)互為補充，如命題1中對氧化銅鋅礦的成分未能說明，考生不可能根據(jù)礦物名稱而猜測其中的成分，實際也猜不對，因為氧化銅鋅礦中成分相當復(fù)雜，大致有ZnO、CuO、FeO、PbO、MnO2、CdO等，命題人只是根據(jù)命題需要留存幾種（本題應(yīng)該是CuO和ZnO），所以題干中必須有指出（如命題2）；而命題2題干中缺少了情境說明，從解題角度看似乎無關(guān)緊要，還會使題干更精煉，但閱讀試題時學(xué)生能體會到此流程在生產(chǎn)中真實應(yīng)用嗎？如此能體現(xiàn)出流程題真實性的重要特征嗎？當然也無法體現(xiàn)學(xué)習(xí)與應(yīng)用的意義和價值。因此筆者認為情境說明是流程題體現(xiàn)真實性的重要方式，是學(xué)生進入真實情境的通道，也是試題與生產(chǎn)生活聯(lián)結(jié)的紐帶，是流程題命制中不可或缺的環(huán)節(jié)（如命題1）。

4 “意外”的收獲

令人意外的是，學(xué)生解答試題后提出了一個“簡單”的問題：為什么要用鐵粉去除CuSO4？這不就在ZnSO4中引入FeSO4雜質(zhì)了，又要增加后續(xù)步驟除去它，改用鋅粉是不是更好？筆者聽后不禁擊掌贊許，但又大吃一驚，如此簡單的錯誤為何一再重復(fù)出現(xiàn)？筆者又重新審視原始流程圖及其提出的背景，原來水浩東先生提出的工藝流程中用鐵粉置換出重金屬其意在不僅能得到產(chǎn)品活性氧化鋅，而且還需要獲得副產(chǎn)品鐵紅，況且鐵粉的成本相對低廉。但改編后的流程失去了完整性，學(xué)生得到的信息有殘缺，產(chǎn)生疑問也是必然！能否改動一下工藝流程？筆者也由此查閱了其他酸法制備活性氧化鋅的工藝流程，卻發(fā)現(xiàn)實際生產(chǎn)中都是使用鋅粉置換除去重金屬[5]。為什么會有如此區(qū)別？究其原因，水先生的生產(chǎn)原料是廢礦，其中氧化鋅的含量低，導(dǎo)致生成的活性氧化鋅成本高，需兼顧多種副產(chǎn)品的獲得[6]。因此，產(chǎn)生了第三種改編：

改編3 活性氧化鋅（ZnO）是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產(chǎn)品，近幾年有關(guān)該物質(zhì)的制備成為化工行業(yè)研究的熱點。某?；瘜W(xué)興趣小組的同學(xué)參觀了某廠用粗ZnO（含雜質(zhì)FeO、CuO）制備活性ZnO的生產(chǎn)流程，如下：

這個“意外”也提醒我們對原始工藝流程的改編前需全面審視，改編時應(yīng)慎重取舍，過程能符合一般思維要求，以免落入“非常規(guī)”的窠臼。

參考文獻：

[1]王廷虎等.中考化學(xué)熱點——工藝流程題[J].中學(xué)化學(xué)，2014，（1）：32～33.

[2]水浩東.廢酸堆浸氧化銅鋅礦工藝[J].有色礦冶，2003，19（1）：29～30.

[3]張群安等.探索“生產(chǎn)實習(xí)”中提高學(xué)生工程知識的方法與途徑[J].化學(xué)工程與裝備，2011，（5）：204～205.

[4]劉全明.化學(xué)工藝流程題的結(jié)構(gòu)、特點、分類與解法[J].化學(xué)教學(xué)，2010，（3）：57～60.

[5]熊潔羽等.活性氧化鋅濕法生產(chǎn)工藝及其技術(shù)經(jīng)濟[J].化學(xué)工藝與工程技術(shù)，2001，22（6）：32～34.

[6]周浩漫等.高考化學(xué)工藝流程題剖析[J].江西化工，2014，（2）：287～289.