劉文兵

摘要：從立意、情境、設問三方面對江蘇省2019年化學高考第20題進行要素分析，認為該試題以學科素養(yǎng)立意，創(chuàng)設情境真實，問題結構合理。通過問題解決的思維運演過程探析，說明逆向思維分析法是解決問題的有效路徑。形成教學啟示：核心素養(yǎng)教學要從確立素養(yǎng)目標、注重問題情境以及優(yōu)化教學路徑等方面進行加強。

關鍵詞：高考試題;?問題解決;?逆向思維;?教學啟示

文章編號：1005-6629（2020）07-0089-05

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

目前的試題研究或聚焦于考點提煉，將考題作為模擬訓練的工具，或聚焦于解題方法，將考題視為解題能力的依據，這些都遠沒有發(fā)揮高考試題應有的教學導向功能。以2019年江蘇省高考化學試題第20題為例，分析試題的結構要素和問題解決的思維路徑，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加熱升溫過程中固體的質量變化見題20圖-1。

題20圖-1

①?寫出400～600℃范圍內分解反應的化學方程式：_________。

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）?電解法轉化CO2可實現(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-的電極反應式：_________。

②?電解一段時間后，陽極區(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轉化方法，其過程中主要發(fā)生下列反應：

反應Ⅰ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）

ΔH=41.2kJ·mol-1

反應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平衡轉化率和平衡時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的物質的量反應的CO2的物質的量×100%

題20圖-3

①?溫度高于300℃，CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是_________。

②?220℃時，在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點）。不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有_________。

1??試題解讀：構成要素及特點分析

試題通常由四個要素構成，即試題的立意、情境、設問和答案（見圖1）。其中立意是試題的核心主題，其反映評價目的，決定試題的考查內容和方式;情境是問題背景中能夠直接感知的條件綜合，構成問題的初始狀態(tài);設問是題目設置的問題;答案是對問題的解答，構成問題的目標狀態(tài)[1]。

圖1??試題構成要素

1.1??試題立意——跨越知識立意，由能力立意轉向素養(yǎng)立意

試題立意決定試題情境選擇，設問指向和答案編寫是試題的主心骨。知識立意追求知識的數(shù)量和類型全面;能力立意強調知識與技能結合，注重能力考查，試題特點是問題結構完整，目標指向明確;而素養(yǎng)立意更多的是強調知識的理解遷移和環(huán)境習得，題目的特點是問題結構不良，目標指向開放，有利于考査學生思維能力和綜合素養(yǎng)。

本題以CO2資源化為大背景，通過草酸鈣晶體熱分解、電解CO2制甲酸、CO2催化加H2制二甲醚等綜合情境設置問題，將元素化合物、電解池、化學反應速率與化學平衡等知識融合，綜合考查學生在復雜情境中運用已有知識分析信息解決問題的能力。意在引導中學化學教學關注實際應用，重視培養(yǎng)學生解決復雜情境問題，幫助學生形成“化學服務于人類和社會發(fā)展”的學科價值觀。該題的考點、能力指向與素養(yǎng)表現(xiàn)見表1。

1.2??試題情境——真實生動，體現(xiàn)學科價值，引導價值觀形成

試題的情境是指問題所處的境況，是問題背景中可直接感知的條件綜合，是問題的初始狀態(tài)。本題選自研究文獻，旨在考查學生閱讀化學研究文獻、整理和加工信息的素養(yǎng)。設置的問題包括書寫化學方程式、電極方程式、解釋實驗結果、進行創(chuàng)新設計等。要求學生能夠在真實的研究問題情境中運用pH、轉化率、選擇性、質量守恒定律、電解池原理、化學反應速率與化學平衡等概念和原理;理解草酸鈣、碳酸鈣、碳酸氫鉀、陽離子交換膜等物質的性質、電極反應式、化學方程式等符號表征與技能;探究控制條件進行對比實驗的研究方法，并對相關實驗結果和數(shù)據進行分析和解釋。整個題目情境具有真實性、綜合性、創(chuàng)新性等特點。試題中的應用性情境及其構成要素見表2。

1.3??試題設問——問題要素充分，問題結構合理

試題設問是指題目設置的問題，是試題的核心部分，是聯(lián)系初始狀態(tài)與目標狀態(tài)的橋梁。一般來說問題包括四個基本要素：一是問題指向，即問題的研究對象，客觀上并且潛在地決定了問題的解。如第（1）①問“寫出400～600℃范圍內分解反應的化學方程式”，研究對象是CaC2O4·H2O在400～600℃范圍內發(fā)生的變化，解就應該是一個完整的化學方程式;二是問題的疑難點，是在運用已有知識進行信息轉化過程中形成的思維障礙，或者說是問題所求的答案與學生當前能力的差距。如第（1）②問要解釋“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，學生對題給信息中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“捕集”的理解是困難的;想通過“捕集”調用活性炭有吸附作用是因為其有較大的表面積是困難的;對比CaCO3熱分解制備的CaO與CaC2O4·H2O熱分解制備的CaO的異同，要進行多步轉化，思維中間狀態(tài)較多，思維水平較高，這些都是疑難點;三是問題的應答域，就是在問題提法中所確定的一個域限，并認定所提出的問題的解必定在這個域限之中[2]。它指示解答者向何處尋找問題的解。如第（2）②問要求解釋“電解一段時間后，陽極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低的原因”，該問將學生引向反應一段時間后的陽極區(qū)，分析陽極區(qū)內發(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，相當于規(guī)定了問題的答案只能在濃度降低的影響因素中去找;四是問題的解題規(guī)則，化學學科有著共同的科學本質，也有其自身的特點，其問題中必然包含一些化學學科必須遵循的規(guī)則。本題的六個問題中有兩個寫出化學方程式和電極反應式，所必須遵循的是質量守恒定律、電子得失守恒定律，另外四個問題均是對現(xiàn)象或事實的解釋創(chuàng)新，其解題過程必須是基于證據的科學推理。如第（3）②問“不改變反應時間和溫度，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Ⅱ中CO2的轉化率，提高轉化率就要符合化學反應速率與化學平衡的有關理論。