考查化学信息素养的综合探究题

文章编号：1005－6629(2007)09－0062－04 中图分类号：G632.479 文献标识码：B

高中新课程改革以来，化学学科的学业评价在试题的新颖度和真实性等方面变化巨大。高考命题权下放以来，高考化学试题呈现“百花齐放，百家争鸣”的态势。以教育部考试中心引领下的单科和理科综合试卷创新性强，与新课程标准的接轨度高。江苏、上海、广东等地命题改革起步早，新课标理念浓郁。纵观这些地区的试题特点，感受最深的一点是：特别强调考查学生的信息素养，特别重视考生获取与加工信息的能力，因此以考查信息素养为主题的新兴试题――综合探究题值得研究。

1获取信息的素养：化学学科的核心素养

完整的信息素养包括两个层面：一是在认识、态度层面上的，即对信息、信息社会、教育信息化等的认识和态度。二是在能力、操作层面上的，即对信息的获取、理解、分析、加工、处理、创造、传递的理解和活用能力，这是信息素养的更重要内容。美国信息产业协会主席保罗・泽考斯基(Paul Zurkowski)在1974年给美国图书馆学与信息学委员会的一份报告中提出：信息素养(Information Lite-racy)是人们在工作中运用信息，学习信息技术，利用信息解决问题的能力，它主要具有五大特征：捕捉信息的敏锐性、筛选信息的果断性、评估信息的正确性、交流信息的自如性和应用信息的独创性。把信息素养作为课程与教学改革中渗透素质教育的核心要素，反映了时代的要求，体现了现代教育的特征，也正是课程自身发展的需要，而化学信息素养培养指的是要有意识地将其渗透到化学教学中去，从而达到信息素养与化学学科内容的有效整合。

获取信息的素养是化学学科的核心素养，考查获取信息素养的能力，尤其是筛选、评估、交流、应用新信息的能力是化学素养考查的重要纬度。《2007教育部化学学科考试大纲》中明确的四种能力为观察能力、实验能力、思维能力、自学能力。《2007年江苏考试说明》的考试内容与要求中，化学学习能力被界定为四个方面，理解化学科学、形成信息素养、学会实验探究、解决化学问题等，其中“信息素养”被解读为：(1)能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表等的观察，以及对自然界、生产、生活和科学实验中化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象，并具有初步加工和应用能力。(2)能够敏捷、准确地获取试题所给的相关信息，并与已有知识整合，具有在分析评价的基础上应用新信息的能力。这些考查要素的确定基本上符合国际潮流，也具有前瞻性。

2使用信息的素养：化学命题的重要纬度

在真实的化学场景或研究场景下使用有效信息的能力，是化学学科素养的重要方面。如何考查中学生使用信息的素养，必须多纬度地思考这个问题。一方面在真实的场景中考查，即传统的设计评价能力、创新整合能力、协调组织能力等。另一个方面是独立的理论思考能力，即纸笔测试过程中，对思维的严密、深刻、多元、批判、创新、演绎、归纳等综合素养的考查，这就要求设计高质量的综合探究题，承担考查独立的理论思考能力。这类试题需要考试研究者和一线教师共同研究创造，笔者以三个试题为例进行如下分析。

2.1再现真实化工流程，演绎真实的化学

化学是真实的。化学工作者在教学过程中，都不同程度地感受到平时所训练的试题有“虚假”、“捏造”的痕迹，但是为了形成某种能力，为了达成某种目标，有时大家都在“违心地给学生训练大量自知无用，但又不敢割舍的试题。这类试题尤其在一些框图型试题、选择型试题、计算型试题中比较多见。为了考查以氮和铝为核心的知识网络，就让AIN与水反应；为了考查以铝和碳为核心的知识网络，就让Al4C3与水反应等，这样的例子还有很多。难道考查元素化合物知识就不可回避这些传统的桎梏吗？不是，其实真实的工业生产中有许多鲜活的情境可以采撷。2006年江苏高考卷的第17题，针对学生获取信息的能力提供了一种考查模式。

［例1］(2006江苏高考)苯甲醛在医药、染料、香料等行业有着广泛的应用。实验室通过下图所示的流程由甲苯氧化制备苯甲醛。

试回答下列问题：

(1)Mn2O3氧化甲苯的反应需要不断搅拌，搅拌的作用是__________。

(2)甲苯经氧化后得到的混合物通过结晶、过滤进行分离。该过程中需将混合物冷却，其目的是________。

(3)实验过程中，可循环使用的物质分别为_____、________。

(4)实验中分离甲苯和苯甲醛采用的操作I是_____________，其原理是________。

(5)实验中发现，反应时间不同苯甲醛的产率也不同(数据见下表)。

请结合苯甲醛的结构，分析当反应时间过长时，苯甲醛产率下降的原因________。

该试题命题意图是借助工业生产背景，考查学生读取信息、分析信息、信息加工的能力。整个试题的设计遵循思维由浅入深的原则，前2问主要侧重实验操作的目的或作用，第3问则是考查信息读取和分析能力，第4问主要是有机物分离的原理和操作的考查，第5问既有信息分析，又有有机官能团性质的综合应用能力。这道试题难度属于中等偏上，难点在于这是一个新的信息情境，甲苯氧化为苯甲醛，而不是氧化为苯甲酸，与学生既有“前知识”产生冲突，而且在表述作用、目的、原理、原因的过程中语言不精炼或不到位，还会被扣分。如：搅拌的作用，很多学生回答为“充分接触”、“充分反应”等，只是回答到操作产生的直接效果，而对操作产生的目的效果表达没有到位。这道试题的缺陷是“信息源”使用效率不高。如：锰元素的循环没有体现，实验室如何进行油水分离等信息片段未涉及。最后一问的质量还不够高。

2.2 阅读最新化学工艺，感受有用的化学

化学是有用的，是好用的。化学世界其实是一个真、善、美的世界。它的“真”体现在真实，如新合成的物质会真实地体现它的价值，新原理会真实地表现它的应用，不仅在反应程度上，而且在反应内涵上。它的“善”体现在自然界中自发的反应几乎向着人类有利的方向发生，而强加了人为思想的一些反应则不然。光合作用的反应伟大吗？呼吸作用的反应伟大吗？它的“美”自不用说。新材料之美、新能源之美、新的化学工艺融合了基础化学知识的信息，让学生对化学充满激情，这也是信息素养考查中应该关注的。下面是我们原创的一道试题：

［例2］超临界流体(SCF)是指流体的温度和压力处于它的临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上时的一种特殊状态的流体。它兼具气态和液态的特征，同时又具有许多独特的性质，如无机盐在超临界水(SCW)中的溶解度很低，而有机物和氧气、氮气以及二氧化碳等气体则与超临界水完全互溶等。水的状态与压强、温度关系如右图示意：

(1)在773K、10MPa时，水的状态是____，使之成为超临界水的必要措施为_______。

(2)80年代中期美国学者Modell首次提出超临界水氧化技术(SCWO)，即以超临界水为介质，用空气、氧气等氧化剂将有机废物氧化成二氧化碳、氮气、水以及盐类(SO 、PO )等无毒小分子，反应过程中放热。该项技术很快在航天领域得到应用，生产火箭燃料的工业废水中含有少量的偏二甲肼［(CH3)2NNH2］，利用SCWO技术，偏二甲肼能迅速被双氧水氧化，反应的化学方程式为____________。该项技术处理废水时，除了反应彻底、迅捷和广泛的适用性外，还具有的优点是(填一项)______。

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(3)SCWO基本工艺流程如上图所示。工业上利用SCWO技术对一些难降解的有机废水进行处理。在处理某些含可溶性无机盐(只含钠盐、钾盐)的有机废水时，常常会出现管道堵塞现象，发生这种现象的原因是_________________。若检测到管道c中的流体的温度为360K，管道e、d中的流体的温度为500K，则上述a-h管道中易发生堵塞的管道为_______(填字母)。定期清洗管道的方法是_____________。

超临界水或二氧化碳是一个研究热点，以此为载体设计试题能开拓学生视野。这道试题设计了三个层次的内容，梯度明显。第一个问题只要能够阅读图中的相关信息，准确查找到成为超临界水的两个必备条件“温度和压强”参数即可，但第2问的回答“加压”就不够严谨了，应该注意关键词“必要措施”，显然要准确答到“加压到22MPa以上”才行。第二个问题主要考查信息方程式的书写，同时考查学生对“绿色化学”的理解。第三个问题要求较高，要能读懂流程图，同时兼顾上述信息中的关键词：“出现管道堵塞现象”，关键是解决“堵”的原因，只有当水成为超临界水时无机盐才会析出。分析a、b、c、d四管道，形成超临界水的条件不足，而c、g、h温度会逐渐降低，形成超临界水的条件也不足，只有f中有超临界水流过，其原因是在超临界水氧化反应器中发生放热反应，使500K的水超过647K，从而使无机盐析出导致堵塞。最后一问也非常具有实用价值，是一个纯粹的工业生产应用问题，处理的方法中只要答到关键词：“降压或常压下”、“用普通热水或冷水对堵塞管道进行清洗”即可。

这道试题测试的结果表明，考生对信息素养试题觉得“不难”但是“难拿全分”，主要是分析信息的深刻性、严密性不够，另外在语言表达上不够规范，遵循“关键词”的意识不强。这类试题的取材比较广泛，来源比较丰富，对学生的信息素养能力考查的最大特点是：没有高要求的知识背景，但是有较高的信息提取和信息加工能力要求。这道题的区分度非常明显，效度非常好，被测学生感触很深：新颖、公平，愿意接受这类试题的检测。

2.3 介绍前沿问题，感受创新的化学

人类文明的进步，化学创新起到十分重要的作用。化学材料的创造和发明，大大改变了人类生活的方式，大大促进了社会的发展，化学的创新正改变和影响着世界。让学生在前沿问题中感受创新的化学，是考查信息素养能力别应该关注的。让学生知道“绿色化学”，人类才会在地球的家园中走得更远；让学生知道“环境问题”，人类才会在享受自然赋予中保护自然；让学生知道“纳米科学”、“导电塑料”、“超导材料”、“超临界物质”等，就能真正理解我们的生活是因“化学而美好”，而不是因“化学而糟糕”。下面是我们设计的一道关于“纳米科技与医学”的试题：

［例3］随着纳米技术的飞速发展，四氧化三铁纳米颗粒在磁性记录、磁流体、吸波、催化、医药等领域有着广泛的应用。“共沉淀法”是制备四氧化三铁纳米颗粒的常见方法，具体步骤为：将一定量的FeCl2・4H2O和FeCl3・6H2O制成混合溶液加入到烧瓶中，在N2气氛下，滴加氨水、搅拌、水浴恒温至混合液由橙红色逐渐变成黑色，继续搅拌15min，用磁铁分离磁性颗粒，用蒸馏水洗去表面残留的电解质，在60℃下真空干燥并研磨，可得直径约10nm Fe3O4磁性颗粒。

(1)“共沉淀法”中N2的作用是_____，制备的总离子反应方程式为_________。

(2)在医药领域，四氧化三铁纳米颗粒经表面活性剂修饰后，被成功制成磁性液体，又称磁流体(见图a)。磁流体属于____分散系。负载药物后的该磁流体通过静脉注射或动脉注射进入人体，在外界磁场的作用下，富集于肿瘤部位，当外磁场交变时，可控释药。这利用四氧化三铁磁流体的________功能。

(3)科学研究表明，Fe3O4是由Fe2+、Fe3+、O2-通过离子键而组成的复杂离子晶体。O2-的重复排列方式如图b所示，其中存在着两种类型的由O2-围成的空隙，如1、3、6、7的O2-围成的四面体空隙和3、6、7、8、9、12的O2-围成的八面体空隙，Fe3O4中有一半的Fe3+填充在正四面体空隙中，另一半Fe3+和Fe2+填充在正八面体空隙中，则Fe3O4晶体中，正四面体空隙数与O2-数之比为_________，其中有_______%正四面体空隙填有Fe3+，有______%正八面体空隙没有被填充。

这道试题的第一问是关于制备过程中“防止Fe2+被氧化”的问题和反应原理的考查，只要学生能够读懂信息，并注意信息中的有效信息即可顺利解题。第二问考查读图能力，要能够看懂“尺寸”比例，知道磁流体的直径在“胶体”分散系的范围。同时提取题中有效信息，并结合胶体相关性质，知道作用是“磁性和吸附”两个作用，很多学生漏填了“吸附”。第三问提供了一个关于四面体空隙和八面体空隙问题。学生不难得出该晶胞中四面体的数目是8个，O2-的数目是4个，两者之比为：“2∶1”。第二个问题也比较容易，“1/8”即12.5%。第三个问题难在晶胞中的八面体数目，很多学生只能看出中间的独立的一个正八面体，而不能“识别”其它三个八面体，由于其它三个八面体是“分散”的，因此，要引导学生建立“平均或分割思想”。一种方法是以12条棱中的任意一条为四面体的中心轴线，如“1、6、7、10”构成一个正八面体的1/4，12条棱就形成12个1/4，即三个正八面体。第二种方法是以一个“O2-”为中心，放射出6条射线，即一个“O2-”被6个正八面体共用(一个正八面体占据1/6的“O2-”)，6个“O2-”围成一个正八面体，所以每个正八面体“独立拥有”的“O2-”数为1个，而一个晶胞中“O2-”数是4个，所有八面体数是4个。第三个问题的答案是“2/4”即“50%”。

这道试题的测试结果表明，学生普遍对空隙数目的推算比较困难，也反映了学生有效提取有价值信息能力还很缺乏。但是这类试题给学生有“耳目为之一新”之感，同时很多学生知道了纳米技术在医学上的作用，更加理解化学学科的实用性、创造性，增强了学科的自豪感和认同感，对学生的信息素养培养和未来的专业发展大有裨益。

3 考查方向：真实与接轨性兼顾

化学学科素养的考查，应该更多关注信息素养的考查，考查信息素养的关键是真实性与接轨性兼顾。所谓的真实性，就是取材要真实、鲜活，不能做“假”。素材可以是工业生产流程的片段，可以是现代工艺流程的演变、革新，可以是生活中的应用等。这类素材的最大优势是范围广，涉及的知识点丰富，融综合性与探究性于一体。但是，此类试题在改造的过程中，更应该考虑“接轨性”。这里有两层含义，一是与新课程接轨。要让学生形成探究能力，在试题中就要体现，要让学生形成综合分析问题的能力，在试题设计的过程中要兼顾，二是与学生知识容量和知识背景接轨。离开学生的知识背景，离开学生广义的知识容量设计试题，那是非常危险的，容易使中学教师任意扩张教学内容。因此在设计此类试题的过程中，要遵“本”(遵守教材、课程标准)、循“纲”(考试说明、教学要求等)，不能超越学生的知识和技能要求。

2006年的高考试题中以广东试卷“水体中重金属铅的污染问题”和《江苏考试说明》中“江苏省大气污染问题”为代表的综合探究试题，已经为考查学生的信息素养能力提供了较好的范本。重视信息素养的培养，首先要抓住课堂教学主阵地，其次是在考查中要有所体现。考查信息素养能力的关键是设计好这类试题。创造性地设计信息素养能力考查题不是考研人员的专利，广大一线教师应投身到试题研究的过程中，开发好题，使用好题，为化学新课程学业水平评价增添亮色。

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