高考化学无机综合题的情思特征与解题教学突破

钟慧萍

“情思教育”专题编者按：

“风格即人格，课堂即人生，教学即人学”，增城区教师发展中心陈洪义老师带领团队二十多年借助于脑科学、心理学和教育学相关理论支架，积极探寻学科显性课程与德育隐性课程的融通渠道;探寻课程学习中育人与教书融通的有效轨道，以及课程实施中学生思维、情感、行为协同发展的融通路径，他提出的“情思教育”理论获2021年广东省教育教学成果一等奖。成果特色是通过寻求引情、启思、促行三个教育元素在教育教学活动中的有效融合，达到既教书又育人，以育人促教书，强化本能和发展素养。本刊特选发几篇团队中关于“情思教育”赋能高考备考的研究和实践成果。

新高考，由于高考命题中导教和育人功能的强化，高考解题教学的意义愈加凸显。深度把握高考学科试题的命题特征，才能精准实践高考试题解题教学。核心素养时代，化学的学科素养在高考中如何有效测评和考查？在情境载体中植入考查目标元素，这种方式已成为高考命题对化学素养和学生能力测评的重要手段和实现路径。通过新高考化学试题所呈现的变化、特征和趋势，不难发现，将化学知识的运用巧妙植入到自然、生活等社会的鲜活情境中，以情境引出问题，以问题引出任务，以评价检测考生的核心观念、素养、能力和知识达成，所以建立化学思维与学生生活的逻辑联系已成为化学素养考查的命题共识。基于化学试题情境的情思特征，化学教学的解题不能停留在过去只追求知识准确、思维完整和答案正确。需要抓住情与思的契合点，融构化学解题学习的四重境界，让学生的解题学习“入乎其内，沉乎其中，得乎其理，出乎其外”，才能更大程度上发挥其育人意义。

因无机综合题涉及的考查内容比较全面，过去对于该类题型的解题教学的基本追求主要是从设问点考查分布上挖掘知识点，从原料预处理、核心反应、产品分离提纯等框架结构上进行分析，并且通过编制大量题组进行强化训练以达到突破。但面对新高考，需要凝练分析路径形成分析模型，以此打破这种综合性强的无机综合题的僵局，降低学生对此类题目产生的恐惧感，培养学生能力，提升学生素养。下面以2021年高考化学无机综合题为例，简论基于高考化学试题中的情思特征的化学解题教学的突破路径。

一、“入境”：放大试题的主题意义，

强化解题教学中的价值引领

化学与生产、生活、科技紧密联系在一起，无机综合题一般以发展前沿、工业生产实际或科学研究为背景创设真实问题情境，学生通过真实情境进行化学的学习和思维体验，能助力学生深刻理解化学学习的社会意义，这与情思教育提倡的引情启思助行的理念不谋而合。情思教育强调要在真实的情境中建构起学生情感和思维发展的教育场境，教学引导学生顺利从课堂之入到课堂之出，完整体验对知识理解、运用到学科素养转化的过程。基于化学试题中的情感性特征，化学解题教学中第一步就是要进一步创设情境，突显试题主题背后的育人價值，这就是“情思入境”。“入境”，就是创设相宜的学习情境，引领学生“入乎其内”，进入特定的学习场景之中，从而为学生情感体验和认知活动的深入创设条件。

2021年高考化学广东卷第18题以“废催化剂回收金属资源”为背景素材，符合国家倡导垃圾分类回收的重要指示精神，有效开展废旧资源的二次回收综合利用，是国家缓解Ni等稀贵金属资源短缺的重要举措;国家大力发展半导体产业，砷化铝是一种新型半导体材料，可用于芯片制造;BaMoO4可以用作搪瓷产品的粘着剂，使珐琅与铁粘附牢固，也可用于石脑油的精制。可见，背景素材的选择体现了化学服务生活、生产、科技，凸显化学学科的核心价值和社会责任担当。

本题选材立意明显，就是引导学生关注化学与生活之间的意义连接，要引导学生关注废催化剂回收和有效利用的社会价值与科学意义。基于试题的价值理解和立意导向，在解题教学中需要教师进一步放大情境载体中的情感特征，以更好地发挥其应有的价值导向。教师在解题教学中可以通过讲解一些社会、科学现象和问题，深刻冲击学生的内心和意识。如，可以用以下内容来帮助学生强化情境的主题意义：虽然我国是矿产资源丰富的大国，但有色金属和稀贵金属主要从国外进口，且人均资源占有量远远低于世界平均水平，随着经济的高速发展，我国对稀有资源的需求逐年递增，矿产资源日益紧张，如何最大限度地对废旧资源开展二次回收综合利用，成为缓解我国资源需求的一个重要措施。又如，有着广阔应用前景的半导体材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点。

二、“融境”：聚焦试题的逻辑特点，

突破解题教学中的思维瓶颈

2021年高考化学广东卷第18题以热门领域的回收稀土金属资源作为情境主线，考查了化学用语的正确表达，包括化合价、化学式、离子方程式的书写;考查物质的分离与提纯、实验条件的控制;考查元素周期律、电离平衡、沉淀溶解平衡和氧化还原反应等原理。要求学生运用必备的化学知识和方法对陌生、复杂、新颖的情境进行分析和判断，挖掘有价值的信息，进一步辨析、概括、推理、迁移。无机综合题的试题情境陌生度高，框图比较复杂，知识点综合性强，信息容量大，题型注重考查学生获取信息、分析问题和运用综合知识解决问题的能力，对学生的关键能力和学科核心素养要求较高。造成学生失分的原因主要是学生在解答此类题时信心不足、思维比较紊乱、提取信息能力不强、解决问题的能力薄弱等，针对学生出现的上述问题，将情思“融境”的有序思维应用到此类题型的解题分析过程中，可以有效帮助学生解决问题。所谓“融境”，是指教师借助于学生对试题情境的材料多维感知和问题多维深析，充分调动学生的社会情感和学科思维，诱导学生“沉乎其中”，在问题的多维探究中，促进学生实现学习的情思互动。

无机化学综合题可以从物质线、操作线、条件线等三条线上凝练分析路径，本题的设问具有明显的特征：从物质线上以元素及其化合物的知识为载体，考查单质、氧化物、酸、碱、盐、还原剂、氧化剂的性质。试题通常从滤液、滤渣的成分，加入试剂、回收物质，化学式、化学方程式、离子方程式、电极反应式的书写，化学计算等角度进行设问。2021年高考化学广东卷第18题第（1）问分析盐中陌生元素的化合价，考查基础知识的简单应用，学生只需要根据熟悉元素的化合价和化合价代数和为零的原则，可以轻松解答出Na2MoO4中Mo元素的化合价;第（2）、（3）①、（4）①问通过书写化学式和离子方程式考查元素化合物的性质，以铝元素为例，结合铝元素在不同条件下的存在形式，利用元素跟踪法进行有序的思维分析，铝元素在废催化剂中是Al2O3，加入NaOH焙烧后以AlO2—进入滤液Ⅰ中，通入过量CO2后以Al（OH）3形式达到沉铝的目的，由此得出沉淀X的答案是Al（OH）3。同理，学生利用元素跟踪法对钠元素、碳元素、钡元素和硫元素进行有序的思维分析，可以得出（3）①和（4）①的答案。第（5）问以芯片制造中的刻蚀过程考查氧化还原反应，利用元素周期律和氧化剂、还原剂的性质进行分析，双氧水（H2O2）作氧化剂氧化还原剂砷化镓（GaAs），同理，双氧水（H2O2）作氧化剂也可以氧化AlAs（砷化铝）生成致密保护膜Al2O3。由此达到培养学生分析能力与推测能力的目的。

从操作线上考查物质分离和提纯的方法，本题目涉及的操作比较简单，在水浸、沉铝、沉钼之后只需要通过过滤的方式分类滤液和滤渣。但解一题是为了知一法而通一类，在解题教学中，教师要关注以下问题：对于过滤操作还需要归纳过滤的对象是什么？过滤需要的仪器有哪些？如何进行过滤操作？以达到训练学生思维有序性的目的。同样，还需要学生掌握更多有关物质分离和提纯的方法，如考查频率较高的萃取、蒸馏、蒸发结晶、降温结晶、萃取、分液等，学生应明确物质分离和提纯操作的名称有哪些？对象是什么？需要使用的仪器有哪些？具体操作方法是什么？以归纳总结和修正完善物质分类和提纯的方法，达到培养学生辨别能力和归纳能力的目的。

从条件线上通过调节或控制反应条件达到实验的目的，第（3）②问通过调节pH使溶液中Mo元素以MoO42—的形态存在达到以BaMoO4沉钼而BaCO3不沉淀的目的，利用HCO3—的电离平衡、BaMoO4和BaCO3的溶解平衡进行综合分析，得出c（HCO3—）：c（MoO42—）的比值。第（4）②问是侯氏制碱法的情景再现，考查溶解平衡原理，通过增大Na+和HCO3—的浓度，达到NaHCO3以沉淀的形式析出。从条件线上分析，解题教学中需要学生明确电离平衡、盐类水解、溶解平衡、化学反应速率等方面的原理知识，明确研磨、粉碎、水浸、酸浸、碱浸、酸溶、碱溶、焙烧、煅烧、调节pH等表示的含义，以培养学生理解、辨析、论证、处理数据的能力。

三、“悟境”：勾勒解题的逻辑路径，

提升解题教学中的践悟能力

解题教学中，经过多层和多维的微观探析后，学生“得乎其理”，但此时学生对许多问题的知识理解和能力运用都处于似懂非懂的状态，如何将分散的“经验生成”，汇集成一个对事物的整体认识和规律把握，这是突破的关键。这就需要教师在解题教学中提供的转换“脚手架”，生成对问题的根本性认知，助学生将知识内化能力，并能将生成的能力迁移到新的情境中，解决新的问题。

图1 无机综合题解题思维模型

基于前面实施完成的“入境”和“融境”的解题教学与指导，学生“沉乎其中”获得对试题设问和解题逻辑的初步认识，以此为基础，通过“悟境”，进一步把解题过程的“知识—问题—能力”的逻辑结构化和系统化，如图1，结合图引导学生进行生动的解题思维模型的推演，助力学生形成规律性的思维认识和解题应变能力。教师利用“可视化”的无机综合题解题思维模型从物质线、操作线和条件线可以对无机综合题的框架助力学生形成学理认识：无机综合题解题的“钥匙”可以通过将元素及其化合物的性质和基本原理的知识通过物质线、操作线和条件线进行融会贯通，灵活运用物质线、操作线和条件线对应的思维方法解决实际问题。

基于“情思四境”教学中的化学解题教学就是激励学生在问题解决中不断突破难点、探索出结论，点燃学生的思维火花，推断学生生成对问题的根本性认识，洞察本质或规律，使学生在解题教学中“得乎其理”，实现思想生成和情感升华。

四、“出境”：变换试题的情境载体，

助推解题教学中的融通能力

解题教学中助力学生完成对知识的意义构建，形成良好的思维方式和态度价值观后，教师需要创新新的情境，引导学生以批判的眼光和开放的心灵洞察世界，理性思考现实社会中的复杂现象，助力学生顺利“出乎其外”。“出境”关键是要教师通过变换情境，但核心、本质的教学要素不变，学生能运用建构的思维方法对不同角度、不同情形下的问题做出积极的回应，对分析问题的本质有更深入的理解。在完成前面基于无机综合题的情思解题教学后，教师可以以2021年广东省适应性考试无机综合题为径，顺利促成学生情思出境的“应用之行”。

具体变题如下：综合利用炼锌矿渣[主要含铁酸铵Ga2（Fe2O4）3、铁酸锌ZnFe2O4]获得3种金属盐，并进一步利用镓盐制备具有优异光电性能的氮化镓（GaN），部分工艺流程如下图所示：

已知：①常温下，浸出液中各离子的浓度及其开始形成氢氧化物沉淀的pH见表1。

②金属离子在工艺条件下的萃取率（进入有机层中金属离子的百分数）见表2。

表1 金属离子浓度及开始沉淀的pH

金属离子 浓度（mol·L-1） 开始沉淀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金属离子的萃取率

金属离子 萃取率（%）

Fe2+ 0

Fe3+ 99

Zn2+ 0

Ga3+ 97-98.5

（1）Ga2（Fe2O4）3中Ga的化合价为    ，“浸出”时其发生反应的离子方程式为           。

（2）滤液1中可回收利用的物质是    ，滤饼的主要成分是    ;萃取前加入的固体X为    。

（3）Ga与Al同主族，化学性质相似。反萃取后，镓的存在形式为      （填化学式）。

（4）电解过程包括电解反萃取液制粗镓和粗镓的精炼两个步骤。精炼时，以粗镓为阳极，以NaOH溶液为电解液，阴极的电极反应为           。

（5）GaN可采用MOCVD（金属有机物化学气相淀积）技术制得：以合成的三甲基镓为原料，使其与NH3发生系列反应得到GaN和另一种产物，该过程的化学方程式           。

（6）滤液1中残余的Ga3+的浓度为__   _mol·L-1（写出计算过程）。

【答案】（1）+3，Fe2O42—+8H+=2Fe3++4H2O;（2）硫酸锌，Fe（OH）3、Ga（OH）3，Fe;（3）NaGaO2;（4）GaO2—+3e—+2H2O=Ga+4OH—;（5）Ga（CH3）3+NH3=GaN+3CH4;（6）3.0X10—10.2。

新題以工业炼锌矿渣的综合回收利用获得3种金属盐并制备第三代半导体材料氮化镓为背景素材，全面考查学生的基础知识、基本技能、学科能力和学科方法素养，本题所创设的情境是完全陌生的，但设问的角度与2021年高考化学广东卷第18题有异曲同工之处，学生依然可以利用无机综合题的分析路径从物质线、操作线和条件线等三条线进行分析，结合元素及其化合物的性质和化学反应原理，利用建构的知识模型或方法模型逐一突破。

五、结束语

化学情境是指围绕日常生活、生产环保、学术探索、实验探究、化学史料等事实情境的某一特定主题，以文字、数据、图表等方式呈现，是教育教学活动及考试命题对核心素养和测评学科能力的重要手段和实现形式。基于高考试题情思融合的情境特征，在解题教学的“入”与“出”的教学逻辑，需要教师通过提供有效教学支架，引情启思助力学生渐次实现“入乎其内”、“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”的教学四境。让解题教学在四境闭合循坏的体系中，促进学习者良好的行为习惯和行动能力素养的生长。基于高考命题的变化和特点，在“情思化学”解题教学中，“情”是“思”的外显，“思”是“情”的内隐，“情”与“思”相融共生。没有“情”的化学解题教学，是无趣无味的;没有“思”的化学解题教学，是没有“灵魂”的。情思结合，才能让高中化学的学习有温度、有深度、有广度。

参考文献：

[1]刘峥嵘，陈洪义.高考试题中的情思特征与数学解题教学的融通——以2020年高考数学全国卷Ⅰ文、理科第3题为例[J].中学数学教学参考，2020（11）：61-63.

[2]陈洪义.情思教育的理论与方法[M].东北师范大学出版社，2020.