浅谈初中化学工艺流程题的命制

2017-07-25杨宝权夏恒勇

化学教学 2016年12期

杨宝权+夏恒勇

摘要：工艺流程题具有综合性强、思维容量大等特点。为兼顾学生学习的基础性与发展性，命制具有较高效度和信度的工艺流程题，成为教师在中考复习阶段强化训练的重要工作。以活性氧化锌工业生产过程为例，探讨如何从选材、改编、命题等步骤命制工艺流程题，并从合适性、多样性、完整性等角度进一步探讨如何提高试题的效度和信度。

关键词：氧化锌；生产工艺流程；试题命制；初中化学

文章编号：1005–6629（2016）12–0073–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

工艺流程类试题由于具有背景情境真实、框图信息新颖、问题设计广泛等特点，近年来受到了大力推崇，原先也只是高考化学卷中常见的考查形式，现在越来越多的中考化学卷中开始采用这种方式考查学生知识掌握和应用能力[1]。那么如何命制具有较高效度和信度的工艺流程题？结合自身命题的经验，并以活性氧化锌工业生产过程为例谈谈粗浅的认识。

1 初中工艺流程题的特征

因工艺流程题具有综合性强、思维容量大等特点，所以要求较高。中考试卷中流程设计相对于高考要简单，主要表现为：原料成分少、中间步骤少，转化关系明显等；其考查的内容主要集中在：（1）化学反应原理；（2）元素化合物知识；（3）实验操作及名称；（4）物质除杂、分离；（5）成本控制与反思评价等等。即便如此，因学生能力的因素，此类题的总体得分率偏低，属于控分类题。根据以上的基本要求，命题时应把握初中工艺流程题的难度，兼顾学生学习的基础性与发展性。

2 工艺流程题命制的步骤

2.1 选材

一般多从化工类期刊中或者互联网上寻找生产、生活中常用物质的制备方法，选择合适的制备流程，相对而言，期刊中发表的方法和流程都比较新颖。例如，活性氧化锌是工业生产中的重要添加剂，工业上是如何生产的呢？通过网上查阅，发现2003年水浩东提出的综合利用工业废液中含有的废硫酸和废弃的低品位氧化铜锌矿，从而获得一系列产品的方法[2]（见图1）。

2.2 改编

根据试卷的知识结构分布和试题的难度系数要求，对于原始流程图进行改编，常用的方法是“合”与“拆”。具体地说，“合”就是在不改变原流程整体结构的前提下，将一些难点或越界的点合并隐藏起来，并将考查的节点显性化；“拆”就是截取过程中的一些片断，然后加以铺陈重新设计。例如，活性氧化锌的制备可呈现以下两种改编方式：

2.3 命题

依托改编后的工业流程图，根据试卷的总体命制要求，其内容可以是考查几个步骤中的转化关系、重点元素化合物的性质、基本操作、分离与提纯，或对流程进行反思与评价，或“节外生枝”适当插入物质的制备与用途等，不同的流程图其考查的侧重点也有所不同。

例如，对流程图2可命制以下问题：

命题1 活性氧化锌是重要的工业添加剂，主要用于橡胶、塑料、涂料、陶瓷和催化剂等行业。某工厂利用工业废酸（10% H2SO4）堆浸废弃的氧化铜锌矿制取活性ZnO，进行废物综合利用，方案如下（见图2）：

请根据流程回答下列问题：

（1）加入铁粉后发生反应的化学方程式为。

（2）在除铁过程中的试剂甲一般选用H2O2，它的作用是，加入H2O2时需要控制反应温度不能过高，原因是。

（3）实验室可用熟石灰与氯化铵固体加热制得氨气，则应选用的发生装置是（填写下图装置代号），生成氨气的化学方程式为。

（4）溶液乙可直接用作氮肥，则其主要溶质的化学式为。

（5）写出Zn2（OH）2CO3焙烧的化学方程式。

而依據流程图3又可命制下列问题：（说明：本题为2016年江苏省苏州市中考化学卷第30题）

命题2 某科研小组设计利用稀H2SO4浸取某废弃的氧化铜锌矿（主要成分为CuO和ZnO，其余成分既不与酸反应也不溶于水）的方案，实现废物综合利用。部分实验流程如下（见图3）：

请根据上述实验流程回答下列问题：

（1）操作1的名称是。

（2）在氧化铜锌矿中加入过量稀硫酸，主要成分发生反应的化学方程式为。

（3）加过量铁粉后，发生反应的基本反应类型是，得到滤渣I的成分为（填化学式）。

（4）在实验过程中，双氧水会与Fe2+反应生成Fe3+和水，以便在后续的操作中将溶液中铁元素除去。高锰酸钾溶液也能将Fe2+氧化成Fe3+。选用双氧水的优点是。

由上可见，同种素材可以有着不同的表达内容、不同的考查侧重，这种现象正是工艺流程题“问题设计广泛”特点的反映。当然这给我们的中考专题复习提供了新的思路，研究如何应用系统化原理进行工艺流程题的命制、专项复习和训练，此处不再赘述。

3 对工艺流程题命制的反思

3.1 选材应合适

这里所讲的“合适”主要有二层含义。其一，工艺流程的素材不能过于复杂，所涉及的步骤不宜过多；其二，流程中所用方法或涉及的化学反应应该源于学生掌握的基础知识和技能，个别超出要求的内容可通过资料的形式作为信息提供[3]。这样的素材可以很好地进行改编，并能在保证学生理解的基础上满足命题的要求。除了制取活性氧化锌外，活性氧化镁、活性碳酸钙制备的工艺流程、从海水中提取镁、侯氏制碱法等也是经常使用的素材。这类素材除了适合命制工艺流程题之外，还有一个显著特点，即与学生的生活背景和生产实际紧密相联，因而试题凸显了真实性。具有生产生活背景的试题不仅可以使学生领略学习的意义与价值，激起学生学知识用知识的乐趣，而且背景知识的铺垫（或先期掌握）可以大大降低学生理解的难度，能提高学生学习的实效性，具有很强的导向性。

3.2 改编要多样

多样化的改编不仅是工艺流程“思维容量大”特点的体现，更是试题信度的要求。从上述2则改编中我们发现，对原始流程的改编可以继承其全部过程，凸显流程中从原料到产品的主线；也可以截取过程中的一些片断，在不损害对过程理解的前提下，将另一些步骤用“……”隐匿起来，突出对流程中某个阶段有针对性且详细的考查。有趣的是后者再次成为中考流程题命制的重要方式（如流程改编2），是因为相比而言它还有一个重要优点：过程简洁，降低了学生理解过程的难度，转而在化合物知识和基本操作上着力，增强了试题的效度。特别是到了现阶段，适合命制试题的工艺流程资源逐渐枯竭，工艺流程题正逐渐趋向同质化，因此，截取某个流程的一个片断重新铺陈设计，达到去陈出新的效果，正成为命制中、高考流程题的重要手段，也使试题维持较高的信度。纵观2016中、高考试卷中的流程题，我们总感觉似曾相识但又新意十足，正因如此。

3.3 命题需完整

笔者在文中将工艺流程题的命制过程分开讨论，但实际最终的试题应是完美的整体：题干、流程、问题相互间紧密衔接，默契配合[4]。题干是思维的通道，流程是思维的对象，而问题则是思维的注脚，一道优质的工艺流程题就是一件艺术品，从布局、行笔、落款浑然一体。但如果比较以上2则命题，笔者认为题干中有些信息应互为补充，如命题1中对氧化铜锌矿的成分未能说明，考生不可能根据矿物名称而猜测其中的成分，实际也猜不对，因为氧化铜锌矿中成分相当复杂，大致有ZnO、CuO、FeO、PbO、MnO2、CdO等，命题人只是根据命题需要留存几种（本题应该是CuO和ZnO），所以题干中必须有指出（如命题2）；而命题2题干中缺少了情境说明，从解题角度看似乎无关紧要，还会使题干更精炼，但阅读试题时学生能体会到此流程在生产中真实应用吗？如此能体现出流程题真实性的重要特征吗？当然也无法体现学习与应用的意义和价值。因此笔者认为情境说明是流程题体现真实性的重要方式，是学生进入真实情境的通道，也是试题与生产生活联结的纽带，是流程题命制中不可或缺的环节（如命题1）。

4 “意外”的收获

令人意外的是，学生解答试题后提出了一个“简单”的问题：为什么要用铁粉去除CuSO4？这不就在ZnSO4中引入FeSO4杂质了，又要增加后续步骤除去它，改用锌粉是不是更好？笔者听后不禁击掌赞许，但又大吃一惊，如此简单的错误为何一再重复出现？笔者又重新审视原始流程图及其提出的背景，原来水浩东先生提出的工艺流程中用铁粉置换出重金属其意在不仅能得到产品活性氧化锌，而且还需要获得副产品铁红，况且铁粉的成本相对低廉。但改编后的流程失去了完整性，学生得到的信息有残缺，产生疑问也是必然！能否改动一下工艺流程？笔者也由此查阅了其他酸法制备活性氧化锌的工艺流程，却发现实际生产中都是使用锌粉置换除去重金属[5]。为什么会有如此区别？究其原因，水先生的生产原料是废矿，其中氧化锌的含量低，导致生成的活性氧化鋅成本高，需兼顾多种副产品的获得[6]。因此，产生了第三种改编：

改编3 活性氧化锌（ZnO）是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品，近几年有关该物质的制备成为化工行业研究的热点。某校化学兴趣小组的同学参观了某厂用粗ZnO（含杂质FeO、CuO）制备活性ZnO的生产流程，如下：