高考化學(xué)無機綜合題的情思特征與解題教學(xué)突破

鐘慧萍

“情思教育”專題編者按：

“風(fēng)格即人格，課堂即人生，教學(xué)即人學(xué)”，增城區(qū)教師發(fā)展中心陳洪義老師帶領(lǐng)團隊二十多年借助于腦科學(xué)、心理學(xué)和教育學(xué)相關(guān)理論支架，積極探尋學(xué)科顯性課程與德育隱性課程的融通渠道;探尋課程學(xué)習(xí)中育人與教書融通的有效軌道，以及課程實施中學(xué)生思維、情感、行為協(xié)同發(fā)展的融通路徑，他提出的“情思教育”理論獲2021年廣東省教育教學(xué)成果一等獎。成果特色是通過尋求引情、啟思、促行三個教育元素在教育教學(xué)活動中的有效融合，達到既教書又育人，以育人促教書，強化本能和發(fā)展素養(yǎng)。本刊特選發(fā)幾篇團隊中關(guān)于“情思教育”賦能高考備考的研究和實踐成果。

新高考，由于高考命題中導(dǎo)教和育人功能的強化，高考解題教學(xué)的意義愈加凸顯。深度把握高考學(xué)科試題的命題特征，才能精準實踐高考試題解題教學(xué)。核心素養(yǎng)時代，化學(xué)的學(xué)科素養(yǎng)在高考中如何有效測評和考查？在情境載體中植入考查目標(biāo)元素，這種方式已成為高考命題對化學(xué)素養(yǎng)和學(xué)生能力測評的重要手段和實現(xiàn)路徑。通過新高考化學(xué)試題所呈現(xiàn)的變化、特征和趨勢，不難發(fā)現(xiàn)，將化學(xué)知識的運用巧妙植入到自然、生活等社會的鮮活情境中，以情境引出問題，以問題引出任務(wù)，以評價檢測考生的核心觀念、素養(yǎng)、能力和知識達成，所以建立化學(xué)思維與學(xué)生生活的邏輯聯(lián)系已成為化學(xué)素養(yǎng)考查的命題共識?；诨瘜W(xué)試題情境的情思特征，化學(xué)教學(xué)的解題不能停留在過去只追求知識準確、思維完整和答案正確。需要抓住情與思的契合點，融構(gòu)化學(xué)解題學(xué)習(xí)的四重境界，讓學(xué)生的解題學(xué)習(xí)“入乎其內(nèi)，沉乎其中，得乎其理，出乎其外”，才能更大程度上發(fā)揮其育人意義。

因無機綜合題涉及的考查內(nèi)容比較全面，過去對于該類題型的解題教學(xué)的基本追求主要是從設(shè)問點考查分布上挖掘知識點，從原料預(yù)處理、核心反應(yīng)、產(chǎn)品分離提純等框架結(jié)構(gòu)上進行分析，并且通過編制大量題組進行強化訓(xùn)練以達到突破。但面對新高考，需要凝練分析路徑形成分析模型，以此打破這種綜合性強的無機綜合題的僵局，降低學(xué)生對此類題目產(chǎn)生的恐懼感，培養(yǎng)學(xué)生能力，提升學(xué)生素養(yǎng)。下面以2021年高考化學(xué)無機綜合題為例，簡論基于高考化學(xué)試題中的情思特征的化學(xué)解題教學(xué)的突破路徑。

一、“入境”：放大試題的主題意義，

強化解題教學(xué)中的價值引領(lǐng)

化學(xué)與生產(chǎn)、生活、科技緊密聯(lián)系在一起，無機綜合題一般以發(fā)展前沿、工業(yè)生產(chǎn)實際或科學(xué)研究為背景創(chuàng)設(shè)真實問題情境，學(xué)生通過真實情境進行化學(xué)的學(xué)習(xí)和思維體驗，能助力學(xué)生深刻理解化學(xué)學(xué)習(xí)的社會意義，這與情思教育提倡的引情啟思助行的理念不謀而合。情思教育強調(diào)要在真實的情境中建構(gòu)起學(xué)生情感和思維發(fā)展的教育場境，教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生順利從課堂之入到課堂之出，完整體驗對知識理解、運用到學(xué)科素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的過程?；诨瘜W(xué)試題中的情感性特征，化學(xué)解題教學(xué)中第一步就是要進一步創(chuàng)設(shè)情境，突顯試題主題背后的育人價值，這就是“情思入境”?！叭刖场?，就是創(chuàng)設(shè)相宜的學(xué)習(xí)情境，引領(lǐng)學(xué)生“入乎其內(nèi)”，進入特定的學(xué)習(xí)場景之中，從而為學(xué)生情感體驗和認知活動的深入創(chuàng)設(shè)條件。

2021年高考化學(xué)廣東卷第18題以“廢催化劑回收金屬資源”為背景素材，符合國家倡導(dǎo)垃圾分類回收的重要指示精神，有效開展廢舊資源的二次回收綜合利用，是國家緩解Ni等稀貴金屬資源短缺的重要舉措;國家大力發(fā)展半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，砷化鋁是一種新型半導(dǎo)體材料，可用于芯片制造;BaMoO4可以用作搪瓷產(chǎn)品的粘著劑，使琺瑯與鐵粘附牢固，也可用于石腦油的精制?？梢姡尘八夭牡倪x擇體現(xiàn)了化學(xué)服務(wù)生活、生產(chǎn)、科技，凸顯化學(xué)學(xué)科的核心價值和社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

本題選材立意明顯，就是引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)與生活之間的意義連接，要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注廢催化劑回收和有效利用的社會價值與科學(xué)意義?；谠囶}的價值理解和立意導(dǎo)向，在解題教學(xué)中需要教師進一步放大情境載體中的情感特征，以更好地發(fā)揮其應(yīng)有的價值導(dǎo)向。教師在解題教學(xué)中可以通過講解一些社會、科學(xué)現(xiàn)象和問題，深刻沖擊學(xué)生的內(nèi)心和意識。如，可以用以下內(nèi)容來幫助學(xué)生強化情境的主題意義：雖然我國是礦產(chǎn)資源豐富的大國，但有色金屬和稀貴金屬主要從國外進口，且人均資源占有量遠遠低于世界平均水平，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國對稀有資源的需求逐年遞增，礦產(chǎn)資源日益緊張，如何最大限度地對廢舊資源開展二次回收綜合利用，成為緩解我國資源需求的一個重要措施。又如，有著廣闊應(yīng)用前景的半導(dǎo)體材料的研究與應(yīng)用是目前全球半導(dǎo)體研究的前沿和熱點。

二、“融境”：聚焦試題的邏輯特點，

突破解題教學(xué)中的思維瓶頸

2021年高考化學(xué)廣東卷第18題以熱門領(lǐng)域的回收稀土金屬資源作為情境主線，考查了化學(xué)用語的正確表達，包括化合價、化學(xué)式、離子方程式的書寫;考查物質(zhì)的分離與提純、實驗條件的控制;考查元素周期律、電離平衡、沉淀溶解平衡和氧化還原反應(yīng)等原理。要求學(xué)生運用必備的化學(xué)知識和方法對陌生、復(fù)雜、新穎的情境進行分析和判斷，挖掘有價值的信息，進一步辨析、概括、推理、遷移。無機綜合題的試題情境陌生度高，框圖比較復(fù)雜，知識點綜合性強，信息容量大，題型注重考查學(xué)生獲取信息、分析問題和運用綜合知識解決問題的能力，對學(xué)生的關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)要求較高。造成學(xué)生失分的原因主要是學(xué)生在解答此類題時信心不足、思維比較紊亂、提取信息能力不強、解決問題的能力薄弱等，針對學(xué)生出現(xiàn)的上述問題，將情思“融境”的有序思維應(yīng)用到此類題型的解題分析過程中，可以有效幫助學(xué)生解決問題。所謂“融境”，是指教師借助于學(xué)生對試題情境的材料多維感知和問題多維深析，充分調(diào)動學(xué)生的社會情感和學(xué)科思維，誘導(dǎo)學(xué)生“沉乎其中”，在問題的多維探究中，促進學(xué)生實現(xiàn)學(xué)習(xí)的情思互動。

無機化學(xué)綜合題可以從物質(zhì)線、操作線、條件線等三條線上凝練分析路徑，本題的設(shè)問具有明顯的特征：從物質(zhì)線上以元素及其化合物的知識為載體，考查單質(zhì)、氧化物、酸、堿、鹽、還原劑、氧化劑的性質(zhì)。試題通常從濾液、濾渣的成分，加入試劑、回收物質(zhì)，化學(xué)式、化學(xué)方程式、離子方程式、電極反應(yīng)式的書寫，化學(xué)計算等角度進行設(shè)問。2021年高考化學(xué)廣東卷第18題第（1）問分析鹽中陌生元素的化合價，考查基礎(chǔ)知識的簡單應(yīng)用，學(xué)生只需要根據(jù)熟悉元素的化合價和化合價代數(shù)和為零的原則，可以輕松解答出Na2MoO4中Mo元素的化合價;第（2）、（3）①、（4）①問通過書寫化學(xué)式和離子方程式考查元素化合物的性質(zhì)，以鋁元素為例，結(jié)合鋁元素在不同條件下的存在形式，利用元素跟蹤法進行有序的思維分析，鋁元素在廢催化劑中是Al2O3，加入NaOH焙燒后以AlO2—進入濾液Ⅰ中，通入過量CO2后以Al（OH）3形式達到沉鋁的目的，由此得出沉淀X的答案是Al（OH）3。同理，學(xué)生利用元素跟蹤法對鈉元素、碳元素、鋇元素和硫元素進行有序的思維分析，可以得出（3）①和（4）①的答案。第（5）問以芯片制造中的刻蝕過程考查氧化還原反應(yīng)，利用元素周期律和氧化劑、還原劑的性質(zhì)進行分析，雙氧水（H2O2）作氧化劑氧化還原劑砷化鎵（GaAs），同理，雙氧水（H2O2）作氧化劑也可以氧化AlAs（砷化鋁）生成致密保護膜Al2O3。由此達到培養(yǎng)學(xué)生分析能力與推測能力的目的。

從操作線上考查物質(zhì)分離和提純的方法，本題目涉及的操作比較簡單，在水浸、沉鋁、沉鉬之后只需要通過過濾的方式分類濾液和濾渣。但解一題是為了知一法而通一類，在解題教學(xué)中，教師要關(guān)注以下問題：對于過濾操作還需要歸納過濾的對象是什么？過濾需要的儀器有哪些？如何進行過濾操作？以達到訓(xùn)練學(xué)生思維有序性的目的。同樣，還需要學(xué)生掌握更多有關(guān)物質(zhì)分離和提純的方法，如考查頻率較高的萃取、蒸餾、蒸發(fā)結(jié)晶、降溫結(jié)晶、萃取、分液等，學(xué)生應(yīng)明確物質(zhì)分離和提純操作的名稱有哪些？對象是什么？需要使用的儀器有哪些？具體操作方法是什么？以歸納總結(jié)和修正完善物質(zhì)分類和提純的方法，達到培養(yǎng)學(xué)生辨別能力和歸納能力的目的。

從條件線上通過調(diào)節(jié)或控制反應(yīng)條件達到實驗的目的，第（3）②問通過調(diào)節(jié)pH使溶液中Mo元素以MoO42—的形態(tài)存在達到以BaMoO4沉鉬而BaCO3不沉淀的目的，利用HCO3—的電離平衡、BaMoO4和BaCO3的溶解平衡進行綜合分析，得出c（HCO3—）：c（MoO42—）的比值。第（4）②問是侯氏制堿法的情景再現(xiàn)，考查溶解平衡原理，通過增大Na+和HCO3—的濃度，達到NaHCO3以沉淀的形式析出。從條件線上分析，解題教學(xué)中需要學(xué)生明確電離平衡、鹽類水解、溶解平衡、化學(xué)反應(yīng)速率等方面的原理知識，明確研磨、粉碎、水浸、酸浸、堿浸、酸溶、堿溶、焙燒、煅燒、調(diào)節(jié)pH等表示的含義，以培養(yǎng)學(xué)生理解、辨析、論證、處理數(shù)據(jù)的能力。

三、“悟境”：勾勒解題的邏輯路徑，

提升解題教學(xué)中的踐悟能力

解題教學(xué)中，經(jīng)過多層和多維的微觀探析后，學(xué)生“得乎其理”，但此時學(xué)生對許多問題的知識理解和能力運用都處于似懂非懂的狀態(tài)，如何將分散的“經(jīng)驗生成”，匯集成一個對事物的整體認識和規(guī)律把握，這是突破的關(guān)鍵。這就需要教師在解題教學(xué)中提供的轉(zhuǎn)換“腳手架”，生成對問題的根本性認知，助學(xué)生將知識內(nèi)化能力，并能將生成的能力遷移到新的情境中，解決新的問題。

圖1 無機綜合題解題思維模型

基于前面實施完成的“入境”和“融境”的解題教學(xué)與指導(dǎo)，學(xué)生“沉乎其中”獲得對試題設(shè)問和解題邏輯的初步認識，以此為基礎(chǔ)，通過“悟境”，進一步把解題過程的“知識—問題—能力”的邏輯結(jié)構(gòu)化和系統(tǒng)化，如圖1，結(jié)合圖引導(dǎo)學(xué)生進行生動的解題思維模型的推演，助力學(xué)生形成規(guī)律性的思維認識和解題應(yīng)變能力。教師利用“可視化”的無機綜合題解題思維模型從物質(zhì)線、操作線和條件線可以對無機綜合題的框架助力學(xué)生形成學(xué)理認識：無機綜合題解題的“鑰匙”可以通過將元素及其化合物的性質(zhì)和基本原理的知識通過物質(zhì)線、操作線和條件線進行融會貫通，靈活運用物質(zhì)線、操作線和條件線對應(yīng)的思維方法解決實際問題。

基于“情思四境”教學(xué)中的化學(xué)解題教學(xué)就是激勵學(xué)生在問題解決中不斷突破難點、探索出結(jié)論，點燃學(xué)生的思維火花，推斷學(xué)生生成對問題的根本性認識，洞察本質(zhì)或規(guī)律，使學(xué)生在解題教學(xué)中“得乎其理”，實現(xiàn)思想生成和情感升華。

四、“出境”：變換試題的情境載體，

助推解題教學(xué)中的融通能力

解題教學(xué)中助力學(xué)生完成對知識的意義構(gòu)建，形成良好的思維方式和態(tài)度價值觀后，教師需要創(chuàng)新新的情境，引導(dǎo)學(xué)生以批判的眼光和開放的心靈洞察世界，理性思考現(xiàn)實社會中的復(fù)雜現(xiàn)象，助力學(xué)生順利“出乎其外”?！俺鼍场标P(guān)鍵是要教師通過變換情境，但核心、本質(zhì)的教學(xué)要素不變，學(xué)生能運用建構(gòu)的思維方法對不同角度、不同情形下的問題做出積極的回應(yīng)，對分析問題的本質(zhì)有更深入的理解。在完成前面基于無機綜合題的情思解題教學(xué)后，教師可以以2021年廣東省適應(yīng)性考試無機綜合題為徑，順利促成學(xué)生情思出境的“應(yīng)用之行”。

具體變題如下：綜合利用煉鋅礦渣[主要含鐵酸銨Ga2（Fe2O4）3、鐵酸鋅ZnFe2O4]獲得3種金屬鹽，并進一步利用鎵鹽制備具有優(yōu)異光電性能的氮化鎵（GaN），部分工藝流程如下圖所示：

已知：①常溫下，浸出液中各離子的濃度及其開始形成氫氧化物沉淀的pH見表1。

②金屬離子在工藝條件下的萃取率（進入有機層中金屬離子的百分數(shù)）見表2。

表1 金屬離子濃度及開始沉淀的pH

金屬離子 濃度（mol·L-1） 開始沉淀pH

Fe2+ 1.0×10-3 8.0

Fe3+ 4.0×10-2 1.7

Zn2+ 1.5 5.5

Ga3+ 3.0×10-3 3.0

表2金屬離子的萃取率

金屬離子 萃取率（%）

Fe2+ 0

Fe3+ 99

Zn2+ 0

Ga3+ 97-98.5

（1）Ga2（Fe2O4）3中Ga的化合價為? ? ，“浸出”時其發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為? ? ? ? ? ?。

（2）濾液1中可回收利用的物質(zhì)是? ? ，濾餅的主要成分是? ? ;萃取前加入的固體X為? ? 。

（3）Ga與Al同主族，化學(xué)性質(zhì)相似。反萃取后，鎵的存在形式為? ? ? （填化學(xué)式）。

（4）電解過程包括電解反萃取液制粗鎵和粗鎵的精煉兩個步驟。精煉時，以粗鎵為陽極，以NaOH溶液為電解液，陰極的電極反應(yīng)為? ? ? ? ? ?。

（5）GaN可采用MOCVD（金屬有機物化學(xué)氣相淀積）技術(shù)制得：以合成的三甲基鎵為原料，使其與NH3發(fā)生系列反應(yīng)得到GaN和另一種產(chǎn)物，該過程的化學(xué)方程式? ? ? ? ? ?。

（6）濾液1中殘余的Ga3+的濃度為__? ?_mol·L-1（寫出計算過程）。

【答案】（1）+3，F(xiàn)e2O42—+8H+=2Fe3++4H2O;（2）硫酸鋅，F(xiàn)e（OH）3、Ga（OH）3，F(xiàn)e;（3）NaGaO2;（4）GaO2—+3e—+2H2O=Ga+4OH—;（5）Ga（CH3）3+NH3=GaN+3CH4;（6）3.0X10—10.2。

新題以工業(yè)煉鋅礦渣的綜合回收利用獲得3種金屬鹽并制備第三代半導(dǎo)體材料氮化鎵為背景素材，全面考查學(xué)生的基礎(chǔ)知識、基本技能、學(xué)科能力和學(xué)科方法素養(yǎng)，本題所創(chuàng)設(shè)的情境是完全陌生的，但設(shè)問的角度與2021年高考化學(xué)廣東卷第18題有異曲同工之處，學(xué)生依然可以利用無機綜合題的分析路徑從物質(zhì)線、操作線和條件線等三條線進行分析，結(jié)合元素及其化合物的性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)原理，利用建構(gòu)的知識模型或方法模型逐一突破。

五、結(jié)束語

化學(xué)情境是指圍繞日常生活、生產(chǎn)環(huán)保、學(xué)術(shù)探索、實驗探究、化學(xué)史料等事實情境的某一特定主題，以文字、數(shù)據(jù)、圖表等方式呈現(xiàn)，是教育教學(xué)活動及考試命題對核心素養(yǎng)和測評學(xué)科能力的重要手段和實現(xiàn)形式?；诟呖荚囶}情思融合的情境特征，在解題教學(xué)的“入”與“出”的教學(xué)邏輯，需要教師通過提供有效教學(xué)支架，引情啟思助力學(xué)生漸次實現(xiàn)“入乎其內(nèi)”、“沉乎其中”、“得乎其理”、“出乎其外”，即“情思教育”追求“入境、融境、悟境、出境”的教學(xué)四境。讓解題教學(xué)在四境閉合循壞的體系中，促進學(xué)習(xí)者良好的行為習(xí)慣和行動能力素養(yǎng)的生長?；诟呖济}的變化和特點，在“情思化學(xué)”解題教學(xué)中，“情”是“思”的外顯，“思”是“情”的內(nèi)隱，“情”與“思”相融共生。沒有“情”的化學(xué)解題教學(xué)，是無趣無味的;沒有“思”的化學(xué)解題教學(xué)，是沒有“靈魂”的。情思結(jié)合，才能讓高中化學(xué)的學(xué)習(xí)有溫度、有深度、有廣度。

參考文獻：

[1]劉崢嶸，陳洪義.高考試題中的情思特征與數(shù)學(xué)解題教學(xué)的融通——以2020年高考數(shù)學(xué)全國卷Ⅰ文、理科第3題為例[J].中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)參考，2020（11）：61-63.

[2]陳洪義.情思教育的理論與方法[M].東北師范大學(xué)出版社，2020.