基于实例的化学工艺流程题错因分析_赵雪

1、年第卷第期化学教育 （中英文）（： ）· · 基于实例的化学工艺流程题错因分析 赵 雪 王智刚 姜言霞 （山东省教育招生考试院山东济南；山东省烟台第二中学山东烟台；山东师范大学化学化工与材料科学学院山东济南）摘要在高考命题日益强调 “素养立意” 的今天，化学工艺流程题能够较好地符合高考评价体系提出的命题目标定位，体现试题的考查价值，进而服务于高考化学科目的考试功能。但从实测数据分析，考生在应对化学工艺流程题时的表现却往往并不理想。选取一道化学工艺流程题实例，通过对其进行测量学各项指标的分析，对不同能力水平考生的应答情况进行诊断分析，并针对高中生如何突破化学工艺流程题的障碍提

2、出相关建议。关键词 化学工艺流程题 题型功能与价值 项目特征曲线 认知诊断 ： 回收镍并制备 硫 酸 镍” 的 工 艺 流 程， 在 高 考 理 综 化学工艺流程题的题型功能与考查价值 化学非选择题部 分 的 道 必 做 试 题 中， 化 学 工 艺化学工艺流程题 （简 称 化 工 流 程 题） 作 为 一 流程题当仁不让 地 占 据 了 一 席 之 地。 这 一 现 象 的个成熟题 型 出 现 在 高 考 化 学 试 题 中 是 在 年的上海高考化学 卷 中 ， 其 后 在 高 考 试 题 中 该 题背后透露出化工流 程 题 独 特 的 题 型 功 能 与 考 查 价 值 ，本文围绕高考 评

3、 价 体 系 化 学 科 考 试 的 主 要型出现的频次越 来 越 高， 甚 至 称 之 为 必 考 题 型 也 内涵，从核心价值、 学 科 素 养、 关 键 能 力、 必 备不为 过。 以 年 全 国 理 综 化 学 卷 为 例， 全 国卷选取了 “以 黏 土 钒 矿 为 原 料 生 产 钒 酸 铵” 的知识等个要素对 前 述 道 化 工 流 程 题 进 行 了 具 工艺流程、全国 卷 则 是 “由 油 脂 加 氢 镍 催 化 剂 体分析 （见表 ）。 表基于高考评价体系的化学工艺流程题要素分析 试题 情境 核心价值 学科素养 关键能力 必备知识以黏土钒矿为 基于学科社会价值：可持续理解与辨

4、析、分析 工艺条件的选择、工艺流程中的物质全国 卷 思维方法、化学观原料生产钒酸 发展意识的树立、绿色化学与推测、归纳与论 转化及陌 生 方 程 式 （含 离 子 方 程 式）题念、实践探索铵 证、实验与探究 书写、常见离子的检验等思想的渗透基于学科本质价值：体会化工艺条件的选择、工艺流程中的物质由油脂加氢镍 思维方法、化学观 理解与辨析、分析全国 卷 转化及陌 生 方 程 式 （含 离 子 方 程 式）学学科对社会发展的贡献催化剂回收镍 念、实践探索、态 与推测、归纳与论题基于学科育人价值：化学学书写、基于绿色化学思想的物质循环并制备硫酸镍 度责任 证、实验与探究科所蕴含的科学精神利用、溶度

5、积常数的相关计算等 表表明，化工流程题所考查的核心价值能够命题者青睐的原因。 全面体现化学 学 科 的 社 会 价 值、 本 质 价 值 和 育 人考生应对化学工艺流程题的实测表现价值，在 全 方 位 考 查 各 项 学 科 关 键 能 力 的 同如前文所述，化工流程题俨然已成为高考化学时 ，对考生各领域 学 科 核 心 素 养 的 发 展 水 平 进的必考题型之一。正因如此，高中教学在复习备考行评价。由此可 见， 在 高 考 命 题 日 益 强 调 “素 养中就该题型进行了大量针对性的演练，这一点从各立意” 的今天，化 学 工 艺 流 程 题 能 够 较 好 地 符 合种复习资料、模拟试题中

6、就可见一斑。然而，尽管高考评价体系提 出 的 命 题 目 标 定 位， 体 现 试 题 的进行了重点练习，许多考生在应对化工流程题时仍考查 价 值， 进 而 服 务 于 高 考 化 学 科 目 的 考 试 功 觉得无从下手，用时较多但得分却不高 。根据本能，而这些优势正 是 化 学 工 艺 流 程 题 越 来 越 受 到文对 省年使用全国 卷期间工艺流山东省教育科学 “十三五”规划年度教育招生考试专项课题 “高考综合改革背景下普通高中学业水平等级考试学科命题研究” （课题编号： ） 通信联系人， ： · · 化 学 教 年第卷第期 育 （中英文）（ ： ）程题实测情况的全样

7、本统计，道试题的实测难度系数均在以下，特别是年利用钛铁矿为原料制备锂离子电池电极材料的题目，实测难度系数仅为。而与非选择题部分的其他试题相比，考生在化工流程题上的表现也相对较差。如图所示，除 年 该 题 得 分 率 高 于 化 学 反 应 原 理 题、年高于物质结构与性质选做题外，化工流程题几乎每年都是化学科考试整体得分率最低的一道题目。对这一现象，许多高中教师均感到困惑，大家 普遍认为化工流程题更注重对元素化合物性质、实 图以 ，为原料利用共沉淀法制备立德粉的工艺流程验室分离除杂等基础知识的考查，直观感受是试题 。据 流 程 判 断，加在碱性溶液中 被 还 原 为 难度不应该比化学反应原理或

8、者化学综合实验等题 入 时溶液的 应调至 ；目更大，考生实测得分情况是比较令人意外的。那 么这种预想与现实的差距是如何产生的呢？本文撷 的成分为 。滤渣选一道化学工艺流程题的实例，基于实测数据分析 （ ） 制 备 时， 按 物 质 的 量 之 比 计 算，考生表现并对其失分原因进行梳理和归纳，对不同 和 碳 粉 的 投 料 比 要 大 于 ， 目 的 是能力水平考生的应答情况进行诊断分析，并对高中 ；生产过程中会有少量氧 气 进 入 反 应 器 ，生突破化学工艺流程题的解题障碍有所建议。 中 产 生 的 尾 气 需 用 碱 液 吸 收， 原 因 是反 应 器。（）普通立德粉 （ ·

9、） 中 含量为 ， 高 品 质 银 印 级 立 德 粉 中 含 量 为 。在 ， ， ，中 选 取 种 试 剂 制 备 银 印 级 立 德 粉，所 选 试 剂 为 ，反应的化 学 方 程 式 为 （已 知相 对 分子质量为，相对分子质量为）。 答案： （ ） 排 出 反 应 器 中 产 生 的 （ 分）。图省考生高考化学科非选择题部分各题型实测难度系数对照 （） （ 针对化学工艺流程题实例的测量学分析 等不作要求）（分）。本文所选题例是 省 年普通高中学业水（） （ ）， （ （分）； 分）。 平等级考试全省模考中的一道化学工艺流程题，参（）将 完全转化 （减少 生成量） （分）；与本次考试的

10、考生样本数为 份，可 以 代 表产生了污染气体 （分）。该省化学科目选考群体的整体水平。题例及具体赋（ ） ， ， （ 分 ）； 分设计如下： · （或【题例 （ 分）】 普 通 立 德 粉 （ ·） 广泛用于工业 生 产 中，可 利 用和 共 沉）（分）。淀法制备。以 粗 氧 化 锌 （含 等 杂、 、所选题例的测量学指标质）和 为原料制备立德粉的流程见图：尽管考查角度不同，但 “立德粉的制备”在高（）生产 的 过 程 中，反 应 器要 保 持 考题或者模拟题中都曾经多次出现，因此本题情境强制通风，原因是 。对考生而言并不陌生。但根据我们对本题各项测量（）加入锌粉的主要目

11、的是 （用离子方 学指标的 系 统 分 析 （见 表 ），试 题 实 测 难 度 系 数程式表示）。仅为，与的预估难度系数偏离较大，这（） 已 知 在 酸 性 溶 液 中 被 还 原 为与考试时间安排在高三第一学期期末，考生尚未完，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为，成系统复习有关，但考生表现与命题预估也的确存年第卷第期化学教育 （中英文）（： ）· ·在一定程度的差异。例如试题在问题设计上采取了 边的 线 ， 它 表 示 不 同 水 平 考 生 恰 好 得 分 的 概难度递进 的 方 式，题 组 为 基 础 试 题，题 组 、率，这是一条单调曲线，表示能力水平越低，得为中档

12、试 题，题 组 为 高 端 试 题。但 令 人 意 外 的分概率越大；最 右 边 的 曲 线 同 样 是 一 条 单 调 曲是，题组的测试难度明显高于题组 ，而题组 线，它表示不同水平考生恰好得 分的概率，的实测难度已经接近题组且明显高于同为中档试能力水平越高可能性就越大；而中间标号为题的题组。的分数等级特征曲线均为单峰形态，表示只有某个表所选题例难度、区分度、标准差、差异系数的统计结果水平的考生恰好得 ， 分的概率是， ， 最大的。不同能力水平考生失分点分析题目 难度 区分度 标准差 差异系数首先根据能力水平参数对所有考生进行了水平整题 划分：我们将能力参数在以上，即获得 分题组 的考生记作

13、水平；能力参数在 之 间 即题组 获得分的考生记作水平 分及以下；获得题组 的考生记作水平。根据各题组的实测水平系数和题组 试题的项目特征曲线，结合阅卷时对考试答题情况注：原题 （）（）合并为题组进行统计。的统计，我们对不同水平考生的失分情况进行了分为厘清这些意外背后的原因，探索不同水平考析 （见表 ）。生在应对化工流程题时存在的主要思维障碍及失分表不同能力水平考生的失分点分析原因，利 用 软 件 采 用 等 级 反 应 模 型 （ ， ） 对 试 题 进 行 了 多 级计分分析并获得了试题的项目特征曲线 （见图考生能力水平 主要失分点 模型用于评估不同能力水平考生恰好获）。题 （）反应器要保

14、持强制通风的原因；得某分数 的 概 率。由 于 在 分 数 等 级 较 多 时， 题 （） 和碳粉投料比大于的原因；水平 模型估计结果存在不稳定的情况，因此我们对人数题 （）制备银印级立德粉时化学方程式的书写较少的分数等级进行了合并，本题是将得分为 上述水平考生的主要失分点；分的考生 进 行 了 合 并。由 图 可 知，不 同 水 平水平 题 （）滤渣成分的判断；考生恰好获得某分数的概率是不同的。如图中最左 题 （）制备银印级立德粉时的试剂选择 上述水平、 考生的主要失分点；水平 题 （）加入 时溶液的 范围；其他设问点基于所选题例的认知诊断如表所示，就本题而言，虽然不同能力水平考生的失分原因

15、并不相同，但同能力水平考生的应答错误存在一定的共同性，这为我们根据各能力水 平考生表现进行认知诊断提供了依据。首先看处于水平的考生群体，这部分考生具有比较完整的知识建构，能够对工艺流程进行整体把握，因此他们可以判断出流程中加入锌粉的主要目的是除去 元素此时 并 未 完 全 除 去，而后续加入 的目的也就在于除铁。同时，令 人满意的是这部分考生群体在学科必备知识方面比较扎实，能够判断出在加 入 时 的 条 件 下， 会以 （）形式沉淀出来，因此在题 图所选题例基于 模型的项目特征曲线组上有很好的表现。水平 考生群体存在的主要· · 化 学 教 年第卷第期 育 （中英文）（ ）

16、：问题包括： 考生存在共性问题外，还会表现出以下解题障碍：（）缺乏对生产实践的理解，甚至存在知识负 （）尚缺乏对整个流程工艺的整体把握 迁移的问题 根据问卷统计结果，得分在 分的考生在第 （）问 “生产 的 过 程 中，反 应 器 回答问题 （）时只是根据要避免把锰元素引入产 要保持强制通风的原因”本来是作为非常基础的问 品判断出：应在弱酸性或弱碱性溶液中将 题呈现的，考生只要判断出有氢气产生存在安全隐 ，但对为什么加入转化为 则心存疑患就可以了，所以命题者将此题作为基础试题设计 元惑，他们普遍认为之前加入过量锌粉已经把为第一个设问点。然而考生在题组的得分主要是素完全除去了，因此在回答滤渣 时

17、只是带有猜测通过书写第 （）问的 离 子 方 程 式 获 得 的，第 （ 性质地答出了 ） 。这反映出该群体不能结合试问的实际得 分 率 只 有 。考 后 以 问 卷 形 式 就 这题情境，根据工艺流程来调用知识储备，更多的还一现象进行了调查，即使在本题获得分以上的考是已有知识的生搬硬套。其实在实际生产中，每个生大多数也对该问不知所措，其疑惑是 “虽然产生工艺单元都会采取固定的操作时间，像工业合成氨了氢气，但是没有进行点燃操作，所以应该不需要中不会以牺牲经济效益为代价让合成反应真正达到排空吧”，可见学生对真实生产实践的了解非常欠化学平衡，只要氨含量达到要求就可以进入下一步缺。同样的情 况 发

18、生 在和 碳 粉 的 投 料 比 的的分离操作了。且本题加入锌粉是在硫酸介质中完问题上，很多 考 生 乃 至 部 分 教 师 认 为 完全置换的 价成的，此时即使过量锌粉也不可能将 格明显高 于 碳 粉，何 必 让 过 量 呢？也 就 是 年 全 国 卷 中 利 用 溶 液 滴 定出来。 说，学生甚至是有些教师都没有意识到在工业生产法测定三草酸合铁酸钾中铁含量时，同样也是采用 中碳粉是非常难处理的物质，特别是在生产立德粉过量锌粉 还 原 ，同 样 也 是 在 硫 酸 介 质 中，此这样的白色染料时，一定要确保碳粉能够完全转化 情况下并不会有 置换出来。工业生产中往往存才能保证产品质量。可见，这

19、种理论知识脱离实际在多个竞争反应，根据高中阶段的知识储备是很难生产实践的情况是造成知识负迁移现象发生的主要判断的，这就要求考生对工艺流程要有整体把握， 原因。根据流程信息调用已有知识，进而判断流程中物质（）定量计算能力有所欠缺的转化路径。第 （）问制备高品 质 银 印 级 立 德 粉 的 试 剂 选（）信息提取能力存在缺陷择和化学 方 程 式 书 写 是 本 题 的 难 点。 从 作 答 情 况题例第 （）问给出 了 高 品 质 银 印 级 立 德 粉 的看，处于水平 的考生群体是可以判断出为 “增加 含 量 的 变 化 来组分含量，要 求 考 生 根 据 其 中 立德粉中 的含量”应选取的试

20、剂包括 ，选择制备试剂。但根据问卷统计的结果，处于水平 ， ，选择 是 无 济 于 事 的。 但 在 书的考生群体大多数反映并没有读懂题意，不明确写相应方程式时，尽管题目为方便考生计算给出了题目问题的指向，因此也就谈不上正确作答了。在，的相对分子质量，但考生还是不能根高考命题日益强调试题情境设计、不断丰富试题信据 “含 量 为 ” 计 算 出 银 印 级 立 德 粉 的息呈现方式的今天，如果考生不能从复杂多变的试化学式为 · ，也 就 无 法 正 确 书 写 化 学题情境中 提 取 有 效 信 息， 没 有 一 定 的 自 主 学 习 能 方程式了。由此可见即使是较高能力水平的考生在

21、力，那后续的知识迁移、问题解决等等都只能是空解答化工生产中涉及到的一些定量计算问题时也存中楼阁了。在一定的困难，反映出学生化学计量与化学计算技处于水平 的考生群体显然并未建构起完整的能的欠缺。学科知识体系，必备知识的储备也严重缺乏，在此值得一提的是，即使水平层次较高的考生，在不再赘述。应对 “原因是什么” “作用是 什 么” 等 简 答 题 时，突破化学工艺流程题解题障碍的几点建议其化学用语使用的严谨性和规范性方面也是存在欠 根据对省考生应答本文化工流程题题例的认缺的，这也 是 导 致 该 类 问 题 得 分 率 较 低 的 重 要 原 知诊断，在应对该题型时，高中生要在挖掘题目信因。 息、提升化学计算能力、注重化学用语使用的严谨处于水平 的考生群体虽然具有一定的学科知 与规范上下功夫，但更重要的是要有针对性地做到识基础，但其作答表现表明这部分考生除与水平 以