基于化學(xué)學(xué)科理解的高考化學(xué)試題分析

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于化學(xué)學(xué)科理解的高考化學(xué)試題分析湯希雁黃劍鋒

化學(xué)學(xué)科理解指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識。文章從化學(xué)學(xué)科理解的角度出發(fā)，以2021年高考全國甲卷理綜化學(xué)試題為例，從考察化學(xué)學(xué)科知識、化學(xué)學(xué)科思維、學(xué)生“做事〞能力等方面進(jìn)行分析，以期為高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)探尋有效途徑。

化學(xué)學(xué)科理解;化學(xué)學(xué)科知識;化學(xué)學(xué)科思維

湯希雁，副教授，南寧市第八批優(yōu)秀青年專業(yè)技術(shù)人才，南寧市第十批新世紀(jì)學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人，主要研究方向為中學(xué)化學(xué)教學(xué);黃劍鋒，正高級教師，廣西特級教師，全國優(yōu)秀教師，主要研究方向為高中化學(xué)教學(xué)。

2021年度廣西教育科學(xué)“十四五〞規(guī)劃A類重點課題“‘三新視域下高中化學(xué)‘科學(xué)探究與創(chuàng)新意識培養(yǎng)策略的實踐研究〞（2021A051）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版2022年修訂）》明確提出，化學(xué)學(xué)科理解是指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識，它不僅僅只是對化學(xué)知識的理解，還包括對具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解[1]。本文從化學(xué)學(xué)科理解的角度出發(fā)，對2021年高考全國甲卷理綜化學(xué)試題進(jìn)行分析，以期為高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)探尋有效途徑。

一、考察化學(xué)學(xué)科知識

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科。因此，化學(xué)學(xué)科知識是關(guān)于認(rèn)識物質(zhì)的知識，即從微觀層面認(rèn)識物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，對物質(zhì)的性質(zhì)和變化進(jìn)行描述，解釋物質(zhì)的應(yīng)用及其轉(zhuǎn)化。2021年高考全國甲卷理綜化學(xué)試題考察的化學(xué)學(xué)科知識可以歸納為以下幾個方面。

（一）考察化學(xué)物質(zhì)知識

1.考察物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)

第8題通過重水（D2O）中的質(zhì)子數(shù)、NO2與H2O完全反應(yīng)時轉(zhuǎn)移的電子數(shù)、環(huán)狀S8分子中含有的S-S鍵數(shù)、K2Cr2O7溶液中含有的Cr2O72-離子數(shù)，考察阿伏加德羅常數(shù)的值NA的計算。第11題考察原子結(jié)構(gòu)、元素周期律的知識，題目以短周期主族元素為考察范圍，給出的信息是W、X、Y、Z四種元素的最外層電子數(shù)之間的關(guān)系，以及W和X的單質(zhì)常溫下均為氣體，判斷關(guān)于原子半徑對比、元素形成化合物數(shù)目、氧化物性質(zhì)、化學(xué)鍵類型的表達(dá)是否正確。第35題是關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的考察，以太陽能燃料合成工程為素材，考察原子電子排布式、晶體類型、原子軌道雜化類型、化學(xué)鍵類型、物質(zhì)沸點高低的原因、晶胞中離子配位數(shù)、化學(xué)式中原子數(shù)目計算的表達(dá)式。

2.考察物質(zhì)的性質(zhì)、變化

第10題考察了甲醇、乙醇、乙酸、烷烴的性質(zhì)。第26題以單質(zhì)碘制備流程為背景，考察了Cl2、I2、Fe、FeI2、NaIO3、NaHSO3、KI、CuSO4、CuI等物質(zhì)的性質(zhì)，利用物質(zhì)的氧化性、還原性實現(xiàn)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化。

（二）考察獲得化學(xué)物質(zhì)的知識

1.考察化學(xué)科學(xué)實踐

第9題考察了氨氣、二氧化氮、硫化氫、氧氣的試驗室制備方法。第27題考察了試驗室制備膽礬的方法及其結(jié)晶水?dāng)?shù)目的計算。第36題通過大豆素的合成及其衍生化的一種工藝路線，考察獲得有機(jī)物的合成路線、有機(jī)物命名、物質(zhì)轉(zhuǎn)化需要的氫氣的量、有機(jī)化學(xué)方程式的書寫、反應(yīng)類型的判斷、有條件限制的有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫、有機(jī)合成路線的設(shè)計。

2.考察化學(xué)科學(xué)認(rèn)知

第12題考察了有關(guān)BaSO4、BaCO3溶度積的圖像問題，判斷沉淀溶解曲線、BaSO4的Ksp計算、曲線上點的變化、離子濃度對比是否正確。第13題考察了電解原理在重要化工生產(chǎn)中的作用，判斷有關(guān)試劑作用、電極反應(yīng)式書寫、轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量計算、離子運動方向表達(dá)的正誤。第28題以二氧化碳催化加氫制甲醇為核心反應(yīng)，圍繞該反應(yīng)考察反應(yīng)熱效應(yīng)的計算、根據(jù)信息判斷反應(yīng)能量變化示意圖、用各物質(zhì)的平衡分壓表示總反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式、判斷等壓過程的曲線及其理由、計算平衡轉(zhuǎn)化率、判斷反應(yīng)條件。

（三）考察化學(xué)物質(zhì)知識的價值

對于化學(xué)物質(zhì)知識的價值的考察主要包括化學(xué)知識對人類生活、社會發(fā)展方面的作用。如第7題是化學(xué)與科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境（STSE）的考題，考察日常生活中與化學(xué)有關(guān)的問題。第26、27、28、35、36題都表達(dá)了化學(xué)在促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展方面所起的作用。

總之，2021年高考全國甲卷理綜化學(xué)試題考察的知識是高考評價體系中的必備知識，考察學(xué)生是否具備化學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)與研究、社會生活實踐所要求的必備知識，主要概括為五個方面：化學(xué)用語與基本概念，試驗基本原理與方法，物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，化學(xué)反應(yīng)原理與規(guī)律，物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化與應(yīng)用。

二、基于化學(xué)學(xué)科思維的考察

學(xué)科思維是指在系統(tǒng)學(xué)習(xí)某一學(xué)科時，通過體驗、認(rèn)識及內(nèi)化等過程逐步形成了關(guān)于該學(xué)科穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價值觀[2]?；瘜W(xué)學(xué)科思維則是指從化學(xué)視角認(rèn)識物質(zhì)，逐步形成相對穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法[3]。問題的解答與思維方法的正確運用密不可分，根據(jù)具體問題的特點，采取有效的思維方法十分重要。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括五個方面：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與化學(xué)思維有必然聯(lián)系，宏觀辨識與微觀探析是化學(xué)學(xué)科的思維方式，變化觀念與平衡思想是化學(xué)學(xué)科的思維品質(zhì)，證據(jù)推理與模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科的思維方法，在科學(xué)探究過程中，學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維得到培養(yǎng)，科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任則要求學(xué)生應(yīng)具有社會責(zé)任感和科學(xué)精神[4]。

（一）基于宏觀辨識與微觀探析思維方式的考察

宏觀辨識要求學(xué)生能從宏觀視角認(rèn)識物質(zhì)，根據(jù)試驗現(xiàn)象辨識物質(zhì)及其反應(yīng)，能從物質(zhì)的宏觀特征入手，對物質(zhì)及其反應(yīng)進(jìn)行分類。微觀探析指能從微觀視角分析反應(yīng)的實質(zhì)，能用微觀結(jié)構(gòu)圖式描述物質(zhì)及其變化的過程。

（二）基于變化觀念與平衡思想思維品質(zhì)的考察

化學(xué)物質(zhì)是能夠相互轉(zhuǎn)化的，學(xué)生要有變化觀念，認(rèn)識物質(zhì)的基本變化，厘清物質(zhì)是否會變化、會怎樣變化、為什么會變化等基本問題，并知道物質(zhì)的變化是有一定限度的，即存在平衡。因此，要求學(xué)生具有平衡思想，這也是化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的表達(dá)。

（三）基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知化學(xué)學(xué)科思維的考察

化學(xué)是認(rèn)識物質(zhì)的科學(xué)，認(rèn)識物質(zhì)需要對其組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出假設(shè)。證據(jù)推理指通過分析推理加以證明或證偽，模型認(rèn)知即建構(gòu)認(rèn)知模型，用所建構(gòu)的模型來理解、解釋或解決一類化學(xué)問題。

對于第35題第（4）問，學(xué)生要基于模型認(rèn)知的化學(xué)思維方法，能夠?qū)λ姆絑rO2晶胞進(jìn)行正確分析，以晶胞中右側(cè)面心的Zr4+為例，同一晶胞中與Zr4+連接最近且等距的O2-數(shù)為4，同理可知右側(cè)晶胞中有4個O2-與Zr4+相連。因此，Zr4+離子在晶胞中的配位數(shù)是4+4=8，1個晶胞中含有4個ZrO2微粒，據(jù)此可計算出1個晶胞的質(zhì)量和體積，進(jìn)而求出其密度?；瘜W(xué)式ZnxZr1-xOy中y的值可根據(jù)化合價代數(shù)和為零的原則進(jìn)行計算，這也是基于模型認(rèn)知的思維方法。

（四）基于科學(xué)探究與創(chuàng)新意識化學(xué)思維培養(yǎng)的考察

試驗探究是科學(xué)探究的重要手段，其包括提出問題、建立假設(shè)、設(shè)計試驗、進(jìn)行試驗、交流探討、得出結(jié)論等過程。通過試驗探究，學(xué)生能體驗科學(xué)探究的過程，提高科學(xué)探究能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。科學(xué)探究的本質(zhì)是實踐創(chuàng)新，探究過程中對一些“異?，F(xiàn)象〞的科學(xué)解釋即為學(xué)生在科學(xué)探究實踐中創(chuàng)新意識的表達(dá)。

（五）基于科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的考察

科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任屬于情感、態(tài)度與價值觀的素養(yǎng)范疇，影響著學(xué)生的化學(xué)思維?；瘜W(xué)為人類的進(jìn)步做出了突出貢獻(xiàn)，在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛的今天，在當(dāng)代眾多行業(yè)中，特別是對當(dāng)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，化學(xué)發(fā)揮了重大作用?；瘜W(xué)學(xué)科具有實踐性和應(yīng)用性的特點，在社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)層面具有重要作用。高考化學(xué)試題重視學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任意識的考察，有的取材于生活實際，如第7題;有的取材于真實試驗，如第9題;有的取材于科研文獻(xiàn)，如第35題;有的取材于生命科學(xué)和能源科學(xué)發(fā)展成果，等等。

三、對學(xué)生“做事〞能力的考察

高考化學(xué)試題以核心素養(yǎng)為測試宗旨，學(xué)科核心素養(yǎng)是指學(xué)生通過某學(xué)科的學(xué)習(xí)后所獲得的關(guān)于該學(xué)科的關(guān)鍵能力、必備品格與價值觀念。如何衡量學(xué)生是否獲得了該學(xué)科的核心素養(yǎng)，最好的方法就是考察學(xué)生的“做事〞能力，考察其在“做事〞過程中運用知識解決問題的能力、呈現(xiàn)出來的技能，以及情感、態(tài)度、價值觀的表現(xiàn)。筆者認(rèn)為，“做事〞能力就是解決問題的能力，面對高考化學(xué)試題，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備以下“做事〞能力。

（一）學(xué)會快速選擇

一些選擇題的選項正確與否很明顯，學(xué)生要能快速做出判斷，減少不必要的時間浪費。例如第7題的C選項“自然氣不完全燃燒會產(chǎn)生有毒氣體〞，根據(jù)常識很快能判斷該表達(dá)是正確的，其余選項沒必要再花時間去探究。再如第10題的B選項“用飽和碳酸氫鈉溶液可以鑒別乙酸和乙醇〞，學(xué)生只要具備基本知識即可判斷該表達(dá)是正確的，很快能確定選項，提高解題速度。

（二）學(xué)會獲取信息

高考化學(xué)試題不僅考察學(xué)生對已學(xué)知識的把握和應(yīng)用能力，還包括獲取陌生知識和信息的能力。高考化學(xué)試題中常有模型、圖表、流程圖等類型信息，學(xué)生要能從中提取關(guān)鍵內(nèi)容，并與有關(guān)知識進(jìn)行整合，最終解答問題。例如第13題，從圖示中獲取的信息是從乙二酸變?yōu)橐胰┧岚l(fā)生了還原反應(yīng)，該反應(yīng)發(fā)生在鉛電極一邊，說明鉛為電解池陰極，石墨為電解池陽極，電解過程中陽離子向陰極移動，由此快速判斷D選項“雙極膜中間層中的H+在外電場作用下向鉛電極方向遷移〞是正確的。

（三）學(xué)會分析猜測

（四）學(xué)會歸納論證

學(xué)生要學(xué)會識別題目中的有效證據(jù)、科學(xué)論證，懂得處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)和歸納總結(jié)規(guī)律。如第28題第（2）問中等壓過程的曲線判斷及理由的描述，第35題第（3）問中“甲醇的沸點（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之間〞的原因表達(dá)等，都需要學(xué)生具有挖掘有效證據(jù)、歸納論證的能力。

四、教學(xué)啟示

從化學(xué)學(xué)科理解視角對2021年高考全國甲卷理綜化學(xué)試題進(jìn)行分析，筆者認(rèn)為，教師在日常教學(xué)中要重視以下幾個方面。

（一）化學(xué)知識的學(xué)科功能化

知識的學(xué)科功能化是素養(yǎng)落地的表達(dá)，這樣學(xué)生才能運用知識解決實際問題。例如，氧化還原反應(yīng)知識是認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)的一個重要方面，從氧化還原反應(yīng)角度能認(rèn)識物質(zhì)的氧化性、還原性，這表達(dá)了氧化還原反應(yīng)知識的學(xué)科功能。第26題第（2）問中從氧化還原反應(yīng)角度寫出制備I2的總反應(yīng)的離子方程式，就是表達(dá)了知識的學(xué)科功能化。

（二）“一〞的抽提和認(rèn)識視角的凝練

“一〞的抽提，就是要引導(dǎo)學(xué)生基于具體的化學(xué)知識來建構(gòu)具有廣泛遷移價值的“一〞，從而形成“舉一反三〞甚至“舉一反十〞[6]。例如，對于第35題第（3）問“甲醇的沸點（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之間〞的原因解釋，就是基于物質(zhì)熔沸點高低對比方法抽提的“一〞的遷移應(yīng)用。

（三）認(rèn)識思路的構(gòu)建

認(rèn)識思路就是讓學(xué)生知道怎么想。例如，對陌生物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識思路，首先基于物質(zhì)類別判斷物質(zhì)的性質(zhì)，然后再從物質(zhì)核心元素