基于问题解决的高考试题研究及教学启示

刘文兵

摘要：从立意、情境、设问三方面对江苏省2019年化学高考第20题进行要素分析，认为该试题以学科素养立意，创设情境真实，问题结构合理。通过问题解决的思维运演过程探析，说明逆向思维分析法是解决问题的有效路径。形成教学启示：核心素养教学要从确立素养目标、注重问题情境以及优化教学路径等方面进行加强。

关键词：高考试题; 问题解决; 逆向思维; 教学启示

文章编号：1005-6629（2020）07-0089-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

目前的试题研究或聚焦于考点提炼，将考题作为模拟训练的工具，或聚焦于解题方法，将考题视为解题能力的依据，这些都远没有发挥高考试题应有的教学导向功能。以2019年江苏省高考化学试题第20题为例，分析试题的结构要素和问题解决的思维路径，从中获得在核心素养高考背景下的教学启示。

[题目]CO2的资源化利用能有效减少CO2排放，充分利用碳资源。

（1） 用CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用。CaC2O4·H2O热分解可制备CaO， CaC2O4·H2O加热升温过程中固体的质量变化见题20图-1。

题20图-1

① 写出400～600℃范围内分解反应的化学方程式：_________。

② 与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能，其原因是_________。

（2） 电解法转化CO2可实现CO2资源化利用。电解CO2制HCOOH的原理示意图见题20图-2。

① 写出阴极CO2还原为HCOO-的电极反应式：_________。

② 电解一段时间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低，其原因是_________。

题20图-2

（3） CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）

ΔH=41.2kJ·mol-1

反应Ⅱ：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化见题20图-3。其中：CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量反应的CO2的物质的量×100%

题20图-3

① 温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_________。

② 220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有_________。

1  试题解读：构成要素及特点分析

试题通常由四个要素构成，即试题的立意、情境、设问和答案（见图1）。其中立意是试题的核心主题，其反映评价目的，决定试题的考查内容和方式;情境是问题背景中能够直接感知的条件综合，构成问题的初始状态;设问是题目设置的问题;答案是对问题的解答，构成问题的目标状态[1]。

图1  试题构成要素

1.1  试题立意——跨越知识立意，由能力立意转向素养立意

试题立意决定试题情境选择，设问指向和答案编写是试题的主心骨。知识立意追求知识的数量和类型全面;能力立意强调知识与技能结合，注重能力考查，试题特点是问题结构完整，目标指向明确;而素养立意更多的是强调知识的理解迁移和环境习得，题目的特点是问题结构不良，目标指向开放，有利于考査学生思维能力和综合素养。

本题以CO2资源化为大背景，通过草酸钙晶体热分解、电解CO2制甲酸、CO2催化加H2制二甲醚等综合情境设置问题，将元素化合物、电解池、化学反应速率与化学平衡等知识融合，综合考查学生在复杂情境中运用已有知识分析信息解决问题的能力。意在引导中学化学教学关注实际应用，重视培养学生解决复杂情境问题，帮助学生形成“化学服务于人类和社会发展”的学科价值观。该题的考点、能力指向与素养表现见表1。

1.2  试题情境——真实生动，体现学科价值，引导价值观形成

试题的情境是指问题所处的境况，是问题背景中可直接感知的条件综合，是问题的初始状态。本题选自研究文献，旨在考查学生阅读化学研究文献、整理和加工信息的素养。设置的问题包括书写化学方程式、电极方程式、解释实验结果、进行创新设计等。要求学生能够在真实的研究问题情境中运用pH、转化率、选择性、质量守恒定律、电解池原理、化学反应速率与化学平衡等概念和原理;理解草酸钙、碳酸钙、碳酸氢钾、阳离子交换膜等物质的性质、电极反应式、化学方程式等符号表征与技能;探究控制条件进行对比实验的研究方法，并对相关实验结果和数据进行分析和解释。整个题目情境具有真实性、综合性、创新性等特点。试题中的应用性情境及其构成要素见表2。

1.3  试题设问——问题要素充分，问题结构合理

试题设问是指题目设置的问题，是试题的核心部分，是联系初始状态与目标状态的桥梁。一般来说问题包括四个基本要素：一是问题指向，即问题的研究对象，客观上并且潜在地决定了问题的解。如第（1）①问“写出400～600℃范围内分解反应的化学方程式”，研究对象是CaC2O4·H2O在400～600℃范围内发生的变化，解就应该是一个完整的化学方程式;二是问题的疑难点，是在运用已有知识进行信息转化过程中形成的思维障碍，或者说是问题所求的答案与学生当前能力的差距。如第（1）②问要解释“与CaCO3热分解制备的CaO相比，CaC2O4·H2O热分解制备的CaO具有更好的CO2捕集性能”的原因，学生对题给信息中CaO可在较高温度下捕集CO2，在更高温度下将捕集的CO2释放利用是陌生的，对“捕集”的理解是困难的;想通过“捕集”调用活性炭有吸附作用是因为其有较大的表面积是困难的;对比CaCO3热分解制备的CaO与CaC2O4·H2O热分解制备的CaO的异同，要进行多步转化，思维中间状态较多，思维水平较高，这些都是疑难点;三是问题的应答域，就是在问题提法中所确定的一个域限，并认定所提出的问题的解必定在这个域限之中[2]。它指示解答者向何处寻找问题的解。如第（2）②问要求解释“电解一段時间后，阳极区的KHCO3溶液浓度降低的原因”，该问将学生引向反应一段时间后的阳极区，分析阳极区内发生的变化，所发生的变化是如何使KHCO3浓度减小的，而不是不变或增加，相当于规定了问题的答案只能在浓度降低的影响因素中去找;四是问题的解题规则，化学学科有着共同的科学本质，也有其自身的特点，其问题中必然包含一些化学学科必须遵循的规则。本题的六个问题中有两个写出化学方程式和电极反应式，所必须遵循的是质量守恒定律、电子得失守恒定律，另外四个问题均是对现象或事实的解释创新，其解题过程必须是基于证据的科学推理。如第（3）②问“不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有哪些”，其隐含的解题规则就是，只有能提高CH3OCH3选择性的措施才有可能是合理答案，而提高其选择性，就是要提高反应Ⅱ中CO2的转化率，提高转化率就要符合化学反应速率与化学平衡的有关理论。