高考化学工艺流程模拟试题的命制、分析与评价

桂耀荣 申燕

摘要： 结合深圳市高考化學模拟命题比赛中的命题经历，呈现模拟试题的命制过程。对所命制的试题进行综合评析，在抽样检测中发挥试题的评价功能，有效地反馈于教学，为模拟试题的命制及复习备考提供参考。

关键词： 高考模拟试题命制; 化学工艺流程题; 试题分析与评价

文章编号： 10056629（2020）05007806

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1 背景介绍

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（下文简称《新课标》）将化学学科的核心素养凝练为五个方面，并指出学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过高中化学学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。学生学科核心素养的发展需落实于课堂教学中，且素养的达成情况需在相关测评中得以评价。近年来，我国大规模考试的命题立意已由知识立意过渡到能力、素养立意，这就引导广大一线教师和教研工作者加强对学科核心素养的研究、思考和实践。

高考模拟试题的命制是一项基于对历年高考试题系统研究的创造性工作，它旨在促进教师更好地理解考试评价的意义、明确考试意图、了解命题理念，积极发挥“指挥棒”的导向作用，从而增强复习的有效性。为此，深圳市及下属各区均组织了高考模拟命题比赛，参赛选手需根据现场提供的试题素材资料，针对新课标Ⅰ卷进行模拟命题。笔者有幸在深圳市模拟命题比赛中脱颖而出，现将试题命制过程及后续分析与测评情况整理成文，以供读者参考。

2 试题及解析

奥斯特伦特（S.J. Osterlinter）[1]认为： 在教育和心理特质测试中，试题是一个测量单元，它具有刺激情境和对应答形式的规定，它的目的是要获得被试的应答，并根据应答对考生的某些心理特质方面的表现（如知识、能力等）进行推测。结合该定义，我国的一些专家和学者对试题的组成要素进行了深入研究[2～4]，他们普遍认为，试题应由立意（或测量目标）、情境和设问三部分（三要素）组成，试题命制的过程就是这三部分相互融合的过程。现将此次比赛中所命制试题的组成三要素分析如下。

2.1 试题立意

基于教材、考试大纲等规定的考试内容以及对学生的能力要求，制定试题的测量目标，再根据《新课标》中所刻画的学生学业质量水平，对所考查的学科核心素养目标进行四个水平维度的细化，力求检测学生所能达到的素养等级。

2.2 试题情境

情境是激发学生表现其能力或素养的外在特定条件。一般情况下，新课标Ⅰ卷的情境通常会从科技前沿研究领域，或贴近学生生活、社会与生产实际的较新素材中选择。以工艺流程题为例，其素材主要涉及废物的综合回收、矿石的开发提取以及物质的工业制备方法等（如表1所示）。

本次命题所提供的素材是一篇题为“废旧可充电电池中有关重金属回收的新工艺”的中文文献，该文献报道了用碳酸铵水溶液浸取已预处理的电池粉末，再催化氧化分离Co（OH）3沉淀，然后利用萃取和反萃取分离出NiSO4，最后通过水蒸气加热得到CdCO3沉淀的工艺方法。经过对素材仔细研读和充分挖掘，发现该素材适合用于命制工艺流程题，随即提炼出试题的题干描述，并在题干中给予必要的已知信息，如下：

废旧可充电电池主要含有Fe、 Ni、 Cd、 Co等金属元素，一种混合处理各种电池回收金属的新工艺如下图所示。

2.3 试题设问

问题的创设在不脱离情境的前提下，还需准确反映出考查意图，且其形式要灵活多样，角度要新颖独到，语言要准确简明。近五年全国Ⅰ卷的工艺流程题，常以陌生元素及其化合物的相关转化为载体进行多角度综合性设问（如表1所示）。通过对素材的深度剖析，此次命题的设问角度主要为： 原料的预处理、条件选择、信息型方程式的书写、实验操作、原理分析、循环物质的判断和Ksp的相关计算。具体如下：

设问（1）： 为了加快浸取速率，可采取的措施为（任写一条）。

参考答案： 搅拌（适当升温或增大浸取剂的浓度）

该设问所基于的文献原文为“在氨和碳酸铵的混合水溶液中加入电池无机粉末，室温下搅拌浸取”。通过对浸取条件的考查，旨在了解学生对影响反应速率条件的掌握情况。原料预处理、浸取是大多数工艺生产中不可缺失的步骤，且影响浸取速率、浸取率的条件因素也是考试所青睐的命题角度之一，虽然重点是考查学生的识记与理解能力，但在复习过程中仍是不可忽视的。

设问（2）： 已知浸取过程中NH3和NH+4的物质的量之和与Ni、 Cd、 Co浸取率的关系如表2所示。

则可采用的最佳实验条件编号为。

参考答案： ③

该设问通过呈现文献原文中的数据，考查学生对真实情境下图表信息分析及应用的能力。在新课标Ⅰ卷的考查中，图表等非文本信息使得试题的呈现方式丰富且新颖。学生在分析时，常用到控制变量法、极值法等多种重要的学科思想方法，这些都需要教师在复习过程中逐步引导学生建构模型，以帮助学生准确快速获取图表信息。

设问（3）： Co（OH）3与盐酸反应产生气体单质，该反应的化学方程式为。

参考答案： 2Co（OH）3+6HCl2CoCl2+Cl2↑+6H2O

原文献中给出，分离得到的Co（OH）3沉淀用盐酸溶解，Co3+被盐酸还原成Co2+，生成CoCl2。通过在设问中给出部分信息，以书写陌生方程式考查学生应用信息以及基于氧化还原反应得失电子守恒思想配平方程式的能力。信息型方程式书写是新课标Ⅰ卷的高频考点，此类题目中信息给予的程度往往决定设问的难度。复习时，教师可根据信息的完整程度对其分类[5]，引导学生由易到难逐步突破，帮助学生熟练掌握此类方程式的书写规律。

设问（4）： 操作①的名称为、过滤、洗涤。

参考答案： 蒸发浓缩、冷卻结晶

该设问的文献原文为“CoCl2溶液经浓缩、结晶、离心，得到粉红色结晶CoCl2·6H2O”。考查学生对物质结晶操作的选择。结晶是很多盐类物质的析出形式，其操作方法的选择也是对物质物理、化学性质的综合评估和运用。复习时，应对常见物质分离提纯操作（结晶、过滤、萃取、分液和蒸馏等）进行辨析，特别是易混淆的操作，如“蒸发浓缩、冷却结晶”“蒸发结晶、趁热过滤”等。有效的分类有利于学生在解决实际问题时能够熟练迁移并灵活处理。

设问（5）： 向有机相中加入H2SO4能进行反萃取的原因为（结合平衡移动原理解释）。

参考答案： 根据NiR2+2H+Ni2++2HR可知，加入H2SO4，c（H+）增大，平衡向右移动

该设问通过呈现萃取和反萃取的反应原理，考查学生综合运用反应平衡原理分析具体问题的能力。复习时，学生应熟练掌握各种平衡（化学平衡、电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡等）的特点，通过建立影响化学反应平衡的因素与平衡移动后所产生效果之间的关联，实现知识的综合应用。

设问（6）： 将水相加热并通入热水蒸气会生成CdCO3沉淀，并产生使红色石蕊试纸变蓝的气体，该反应的离子方程式为。

参考答案： Cd（NH3）2+4+CO2-3△CdCO3↓+4NH3↑

该设问基于文献原文“在Cd沉淀操作中，通过加热含Cd的碳酸盐浸出液和向溶液中通入热水蒸气的方法，逐出浸出液中的NH3，这时镉生成不溶于水的碳酸盐沉淀”。该陌生方程式的考查有别于常规，需学生捕获反应信息后，综合推断反应的原理与路径，对学生能力要求较高，因此，复习时可进行专题强化训练实现突破。

设问（7）： 上述工艺流程中可能循环使用的物质为。

参考答案： NH3、有机萃取剂

该设问基于文献原文“金属浸取及分离回收的工艺流程图”。工艺流程中物质的循环利用是绿色环保理念的体现，应关注学生对循环物质的判断力，以便快速寻找。

设问（8）： 已知Ksp（CdCO3）=1.0×10-12， Ksp（NiCO3）=1.4×10-7。若向物质的量浓度均为0.2mol·L-1的Cd2+和Ni2+溶液中滴加Na2CO3溶液（设溶液体积增加1倍），使Cd2+恰好沉淀完全即溶液中c（Cd2+）=1.0×10-5mol·L-1，此时是否有NiCO3沉淀生成（列式并计算）。

文献原文中提到“增加CO2-3的含量，则作用相反，提高了形成不溶性CdCO3、 NiCO3和CoCO3的倾向”，查阅相关数据后命制成题。新课标Ⅰ卷工艺流程题目的综合性考查体现在与Ksp相关计算、电化学原理等结合上。复习时，应关注学生多模块知识的切换与综合应用能力的培养。

此外，应用《新课标》的学业质量水平，对题目所涉及的学科核心素养进行了四个水平维度的划分（见图1）。由图1可得，此次试题基本上是按素养水平逐渐上升的趋势编排的，呈现出一定的难度梯度。

3 试题的测评分析

为发挥试题的评价功能，在本校高三两个层次的班级（A班和B班）中各选了一定数量的学生进行抽样检测。学生答题时间为10分钟，批阅后统计各班各小题的难度系数及整道大题的难度系数如表3所示。

此次检测中，A、 B两班学生呈现出的答题难度系数分别为0.68、 0.57，难度的差异能够较为真实地反映出两个层次学生的水平情况。

其中，两层次学生在基础性较强的（1）～（5）小题中表现出的差异并不突出，而差异较为明显的是第（6）小题和第（8）小题。这两小题陌生度较高，均要求学生能够综合运用知识，具有较好的甄别功能。这反映出学生经过一轮复习后，对于基础知识的掌握情况较为良好，初步具备应用知识分析熟悉情境、类似情境中问题的能力，但对于新情境的问题解决，A班学生表现为已经能够初步驾驭，而B班学生仍需提升和加强。此外，由于理综卷题量大，学生在多次模拟考试中摸索形成的题目选择性作答的问题也是不容小觑的，这对于开展分层适度教学有较好的导向作用，如化学计算题。这类题目往往不能一步求解，多步转化的过程既耗时又易失误，很多学习程度一般的学生见到此类题目就直接跳过，留出时间作答其他“性价比”较高的题目。因此，在复习过程中，一定要根据具体情况有所选择和侧重。

为进一步观测学生学科核心素养的达成情况，将素养考查水平相同的题目合并后作图（见图2）分析。可得出，随着素养水平的提升，学生的得分率逐渐下降，而在低水平（水平1和水平2）测评题目上，两个层次班级的表现几乎一致，其差异主要体现在高水平（水平3和水平4）上。这说明一轮复习已经有效地帮助学生建构了良好的知识体系，而在二轮复习中，两个层次的班级需要结合自身实情设定具有针对性的计划和目标。再者，同为水平3，学生在32上的得分略高于31，虽然在答题过程中学生的心理或能力表现还会受到诸多因素的影响，但从两者得分的差异也可初步判断出学生“根据化学平衡原理说明物质转化的规律”的素养表现略优于“认识化学反应本质”的素养表现。此外，两个层次的学生在41方面的差异最大，该结果与学生实际情况相吻合，这表明B层次班级的学生在下一阶段的复习中应注重“在物质及其变化的情境中从不同角度对物质及其变化进行分析和推断”素养方面的发展。因此，教师需要针对性地加强在新情境（或陌生度较高的情境）中培养学生基于宏观现象和微观本质，分析和表征化学反应的能力。与此同时，也需要进一步提升学生从定性和定量的角度分析化学变化并基于证据进行推理的能力。

4 反思与总结

4.1 以学业质量标准为导向，发展学生学科核心素养

《新课标》指出：“单元与模块考试应以学生化学学科核心素养的达成情况为考核重点，试题命制应以学业质量标准的要求为依据，题目应具有一定的情境性和综合性，为学生解决真实情境下不同复杂程度化学问题提供素养表现的机会。”《新课标》再次明确了学科育人和评价方向，在《新课标》理念的指引下，教师应积极开展基于化学学科核心素养和学业质量标准的命题研究，以提高命题质量和试题评价的针对性。

工艺流程试題充分体现了对证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想、科学探究与创新意识等学科核心素养的考查。如学生通过元素及其化合物、元素周期表及周期律的学习，构建基于递变规律的元素观，有助于他们清晰地辨识流程中的局部反应，分析物质转化的形式和结果，从而不断地丰富自己进行推理的证据意识。学生守恒思想的形成，有利于他们在整体分析流程时，能够对流程进行瞻前顾后的整体把握，明确元素的来龙去脉，从而建构流程图的分析模型。而流程题是以综合性试题的形式出现的，其考查会融合其他主题的知识内容，如通过萃取与反萃取的原理发展学生变化观念与平衡思想的核心素养;通过物质的分离、提纯和实验条件的选择，发展学生科学探究与创新意识的核心素养。

4.2 借助学科核心素养评价，开展分层适度教学

学科核心素养的发展不是一蹴而就的，学业质量水平是分阶段实现学生素养发展的载体。基于学业质量水平的评价有利于观测学生学科核心素养达到的水平。《新课标》所刻画的学业质量水平，是教师实施评价的有力依据，有利于促进各个阶段学生的化学学科核心素养得到不同程度的发展。

学科核心素养的水平是教师开展分层适度教学的有效依据，教师通过检测了解学生已经达成和尚未达成的素养，才能更好地找到适合学生的最近发展区。对于素养水平不同的学生，可通过调控知识考查的难易程度、情境的陌生程度以及试题结构的优良程度来帮助其发展。对于学科素养水平较低的学生，教师应注重学生基础知识体系的构建，尽力保证其考试时基础类试题的有效作答;对于学科素养水平较高的学生，教师要引导他们除了将基础知识网络化和体系化外，还需灵活把握陌生情境下迁移拓展类题目的解答。此外，还可进一步加强学生对方案的分析评价能力以及对陌生度较高、综合性较强的问题的解决能力，也可引导学生尝试自主命题，以促进学生更加准确地把握考点，从而内化解题方法和技巧。

总之，高考化学模拟命题是在对学科核心素养深入研究、对历年高考题的设问方式深刻领会的基础上的一种创造性思考，是对真实生产、生活、科技前沿情境素材充分挖掘的一种综合性实践。高考模拟命题不仅可以促进高中教师进一步深入研究历年高考试题，熟知考试特点与方向，也可通过检测、数据收集与分析，了解学生知识掌握的情况、能力所达的等级以及素养发展的水平[5]。当然，某一次检测的结果仍具有一定的局限性，仍需要结合更多数据全面综合地分析学生的状况，制定出分阶段、分层次的复习计划，以提升复习的针对性和有效性。

参考文献：

[1]S.J. Osterlinter. “Constructing Test Items： Multiple — Choice， Constructed — Response， Performance， and Other Formats” [M]. Bonston/Dordrecht/London： Kluwer Academic Publishers， 1998： 126～128.

[2]杨学为. 高考文献（上、 下）[M]. 北京： 高等教育出版社， 2003： 14～22.

[3]雷新勇， 周群. 试题命制的理论和技术（一）[J]. 考试研究， 2008， 4（1）： 85～97.

[4]雷新勇， 周群. 试题命制的理论和技术（二）[J]. 考试研究， 2008， 4（2）： 90～106.

[5]申燕， 解慕宗， 徐俊龙. 高考化学信息型方程式复习备考策略研究——基于2018年深圳市高三第二次模拟考试数据分析[J]. 化学教学， 2019， （5）： 22～27.