淺談初中化學工藝流程題的命制

楊寶權+夏恒勇

摘要：工藝流程題具有綜合性強、思維容量大等特點。為兼顧學生學習的基礎性與發展性，命制具有較高效度和信度的工藝流程題，成為教師在中考復習階段強化訓練的重要工作。以活性氧化鋅工業生產過程為例，探討如何從選材、改編、命題等步驟命制工藝流程題，并從合適性、多樣性、完整性等角度進一步探討如何提高試題的效度和信度。

關鍵詞：氧化鋅；生產工藝流程；試題命制；初中化學

文章編號：1005–6629（2016）12–0073–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

工藝流程類試題由于具有背景情境真實、框圖信息新穎、問題設計廣泛等特點，近年來受到了大力推崇，原先也只是高考化學卷中常見的考查形式，現在越來越多的中考化學卷中開始采用這種方式考查學生知識掌握和應用能力[1]。那么如何命制具有較高效度和信度的工藝流程題？結合自身命題的經驗，并以活性氧化鋅工業生產過程為例談談粗淺的認識。

1 初中工藝流程題的特征

因工藝流程題具有綜合性強、思維容量大等特點，所以要求較高。中考試卷中流程設計相對于高考要簡單，主要表現為：原料成分少、中間步驟少，轉化關系明顯等；其考查的內容主要集中在：（1）化學反應原理；（2）元素化合物知識；（3）實驗操作及名稱；（4）物質除雜、分離；（5）成本控制與反思評價等等。即便如此，因學生能力的因素，此類題的總體得分率偏低，屬于控分類題。根據以上的基本要求，命題時應把握初中工藝流程題的難度，兼顧學生學習的基礎性與發展性。

2 工藝流程題命制的步驟

2.1 選材

一般多從化工類期刊中或者互聯網上尋找生產、生活中常用物質的制備方法，選擇合適的制備流程，相對而言，期刊中發表的方法和流程都比較新穎。例如，活性氧化鋅是工業生產中的重要添加劑，工業上是如何生產的呢？通過網上查閱，發現2003年水浩東提出的綜合利用工業廢液中含有的廢硫酸和廢棄的低品位氧化銅鋅礦，從而獲得一系列產品的方法[2]（見圖1）。

2.2 改編

根據試卷的知識結構分布和試題的難度系數要求，對于原始流程圖進行改編，常用的方法是“合”與“拆”。具體地說，“合”就是在不改變原流程整體結構的前提下，將一些難點或越界的點合并隱藏起來，并將考查的節點顯性化；“拆”就是截取過程中的一些片斷，然后加以鋪陳重新設計。例如，活性氧化鋅的制備可呈現以下兩種改編方式：

2.3 命題

依托改編后的工業流程圖，根據試卷的總體命制要求，其內容可以是考查幾個步驟中的轉化關系、重點元素化合物的性質、基本操作、分離與提純，或對流程進行反思與評價，或“節外生枝”適當插入物質的制備與用途等，不同的流程圖其考查的側重點也有所不同。

例如，對流程圖2可命制以下問題：

命題1 活性氧化鋅是重要的工業添加劑，主要用于橡膠、塑料、涂料、陶瓷和催化劑等行業。某工廠利用工業廢酸（10% H2SO4）堆浸廢棄的氧化銅鋅礦制取活性ZnO，進行廢物綜合利用，方案如下（見圖2）：

請根據流程回答下列問題：

（1）加入鐵粉后發生反應的化學方程式為。

（2）在除鐵過程中的試劑甲一般選用H2O2，它的作用是 ，加入H2O2時需要控制反應溫度不能過高，原因是 。

（3）實驗室可用熟石灰與氯化銨固體加熱制得氨氣，則應選用的發生裝置是（填寫下圖裝置代號），生成氨氣的化學方程式為 。

（4）溶液乙可直接用作氮肥，則其主要溶質的化學式為 。

（5）寫出Zn2（OH）2CO3焙燒的化學方程式。

而依據流程圖3又可命制下列問題：（說明：本題為2016年江蘇省蘇州市中考化學卷第30題）

命題2 某科研小組設計利用稀H2SO4浸取某廢棄的氧化銅鋅礦（主要成分為CuO和ZnO，其余成分既不與酸反應也不溶于水）的方案，實現廢物綜合利用。部分實驗流程如下（見圖3）：

請根據上述實驗流程回答下列問題：

（1）操作1的名稱是 。

（2）在氧化銅鋅礦中加入過量稀硫酸，主要成分發生反應的化學方程式為 。

（3）加過量鐵粉后，發生反應的基本反應類型是 ，得到濾渣I的成分為（填化學式）。

（4）在實驗過程中，雙氧水會與Fe2+反應生成Fe3+和水，以便在后續的操作中將溶液中鐵元素除去。高錳酸鉀溶液也能將Fe2+氧化成Fe3+。選用雙氧水的優點是 。

由上可見，同種素材可以有著不同的表達內容、不同的考查側重，這種現象正是工藝流程題“問題設計廣泛”特點的反映。當然這給我們的中考專題復習提供了新的思路，研究如何應用系統化原理進行工藝流程題的命制、專項復習和訓練，此處不再贅述。

3 對工藝流程題命制的反思

3.1 選材應合適

這里所講的“合適”主要有二層含義。其一，工藝流程的素材不能過于復雜，所涉及的步驟不宜過多；其二，流程中所用方法或涉及的化學反應應該源于學生掌握的基礎知識和技能，個別超出要求的內容可通過資料的形式作為信息提供[3]。這樣的素材可以很好地進行改編，并能在保證學生理解的基礎上滿足命題的要求。除了制取活性氧化鋅外，活性氧化鎂、活性碳酸鈣制備的工藝流程、從海水中提取鎂、侯氏制堿法等也是經常使用的素材。這類素材除了適合命制工藝流程題之外，還有一個顯著特點，即與學生的生活背景和生產實際緊密相聯，因而試題凸顯了真實性。具有生產生活背景的試題不僅可以使學生領略學習的意義與價值，激起學生學知識用知識的樂趣，而且背景知識的鋪墊（或先期掌握）可以大大降低學生理解的難度，能提高學生學習的實效性，具有很強的導向性。

3.2 改編要多樣

多樣化的改編不僅是工藝流程“思維容量大”特點的體現，更是試題信度的要求。從上述2則改編中我們發現，對原始流程的改編可以繼承其全部過程，凸顯流程中從原料到產品的主線；也可以截取過程中的一些片斷，在不損害對過程理解的前提下，將另一些步驟用“……”隱匿起來，突出對流程中某個階段有針對性且詳細的考查。有趣的是后者再次成為中考流程題命制的重要方式（如流程改編2），是因為相比而言它還有一個重要優點：過程簡潔，降低了學生理解過程的難度，轉而在化合物知識和基本操作上著力，增強了試題的效度。特別是到了現階段，適合命制試題的工藝流程資源逐漸枯竭，工藝流程題正逐漸趨向同質化，因此，截取某個流程的一個片斷重新鋪陳設計，達到去陳出新的效果，正成為命制中、高考流程題的重要手段，也使試題維持較高的信度。縱觀2016中、高考試卷中的流程題，我們總感覺似曾相識但又新意十足，正因如此。

3.3 命題需完整

筆者在文中將工藝流程題的命制過程分開討論，但實際最終的試題應是完美的整體：題干、流程、問題相互間緊密銜接，默契配合[4]。題干是思維的通道，流程是思維的對象，而問題則是思維的注腳，一道優質的工藝流程題就是一件藝術品，從布局、行筆、落款渾然一體。但如果比較以上2則命題，筆者認為題干中有些信息應互為補充，如命題1中對氧化銅鋅礦的成分未能說明，考生不可能根據礦物名稱而猜測其中的成分，實際也猜不對，因為氧化銅鋅礦中成分相當復雜，大致有ZnO、CuO、FeO、PbO、MnO2、CdO等，命題人只是根據命題需要留存幾種（本題應該是CuO和ZnO），所以題干中必須有指出（如命題2）；而命題2題干中缺少了情境說明，從解題角度看似乎無關緊要，還會使題干更精煉，但閱讀試題時學生能體會到此流程在生產中真實應用嗎？如此能體現出流程題真實性的重要特征嗎？當然也無法體現學習與應用的意義和價值。因此筆者認為情境說明是流程題體現真實性的重要方式，是學生進入真實情境的通道，也是試題與生產生活聯結的紐帶，是流程題命制中不可或缺的環節（如命題1）。

4 “意外”的收獲

令人意外的是，學生解答試題后提出了一個“簡單”的問題：為什么要用鐵粉去除CuSO4？這不就在ZnSO4中引入FeSO4雜質了，又要增加后續步驟除去它，改用鋅粉是不是更好？筆者聽后不禁擊掌贊許，但又大吃一驚，如此簡單的錯誤為何一再重復出現？筆者又重新審視原始流程圖及其提出的背景，原來水浩東先生提出的工藝流程中用鐵粉置換出重金屬其意在不僅能得到產品活性氧化鋅，而且還需要獲得副產品鐵紅，況且鐵粉的成本相對低廉。但改編后的流程失去了完整性，學生得到的信息有殘缺，產生疑問也是必然！能否改動一下工藝流程？筆者也由此查閱了其他酸法制備活性氧化鋅的工藝流程，卻發現實際生產中都是使用鋅粉置換除去重金屬[5]。為什么會有如此區別？究其原因，水先生的生產原料是廢礦，其中氧化鋅的含量低，導致生成的活性氧化鋅成本高，需兼顧多種副產品的獲得[6]。因此，產生了第三種改編：

改編3 活性氧化鋅（ZnO）是一種面向21世紀的新型高功能精細無機產品，近幾年有關該物質的制備成為化工行業研究的熱點。某校化學興趣小組的同學參觀了某廠用粗ZnO（含雜質FeO、CuO）制備活性ZnO的生產流程，如下：

這個“意外”也提醒我們對原始工藝流程的改編前需全面審視，改編時應慎重取舍，過程能符合一般思維要求，以免落入“非常規”的窠臼。

參考文獻：

[1]王廷虎等.中考化學熱點——工藝流程題[J].中學化學，2014，（1）：32～33.

[2]水浩東.廢酸堆浸氧化銅鋅礦工藝[J].有色礦冶，2003，19（1）：29～30.

[3]張群安等.探索“生產實習”中提高學生工程知識的方法與途徑[J].化學工程與裝備，2011，（5）：204～205.

[4]劉全明.化學工藝流程題的結構、特點、分類與解法[J].化學教學，2010，（3）：57～60.

[5]熊潔羽等.活性氧化鋅濕法生產工藝及其技術經濟[J].化學工藝與工程技術，2001，22（6）：32～34.

[6]周浩漫等.高考化學工藝流程題剖析[J].江西化工，2014，（2）：287～289.