基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的高考試題探析

【摘?要】一年一度高考已經(jīng)圓滿結(jié)束，對(duì)高考試題的分析有多種角度，基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)特征的闡述，研究者以2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題為例進(jìn)行探析，了解高考化學(xué)試題命制與化學(xué)學(xué)科本質(zhì)特征之間的聯(lián)系，以期為高中化學(xué)教學(xué)提供參考。

【關(guān)鍵詞】高考化學(xué);試題探析;學(xué)科本質(zhì)

【作者簡(jiǎn)介】黃劍鋒，正高級(jí)教師，廣西特級(jí)教師，全國(guó)優(yōu)秀教師，主要研究方向?yàn)楦咧谢瘜W(xué)教學(xué)。

“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”一直被人們認(rèn)為是化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征，但這一觀點(diǎn)并不能反映化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，因?yàn)橥瑯訉儆谧匀豢茖W(xué)的物理學(xué)、生物學(xué)也是“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”的學(xué)科，它們之間有何區(qū)別？從實(shí)驗(yàn)層面無(wú)法得以說(shuō)明?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）對(duì)化學(xué)的學(xué)科本質(zhì)特征給予了定義：化學(xué)學(xué)科特征是從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)[1]1。這一定義是從哲學(xué)本體論層面對(duì)化學(xué)與其他學(xué)科的區(qū)別進(jìn)行闡述[2]?！罢J(rèn)識(shí)物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)”是化學(xué)的本質(zhì)特征，“從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)”即從原子、分子水平上認(rèn)識(shí)物質(zhì)，這是化學(xué)與其他學(xué)科認(rèn)識(shí)物質(zhì)角度不同的本質(zhì)區(qū)別。這些論述使我們知道了什么是化學(xué)學(xué)科本質(zhì)、我們應(yīng)該怎么教化學(xué)、學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些化學(xué)知識(shí)。作為測(cè)試學(xué)生必備知識(shí)、關(guān)鍵能力和思維方法的化學(xué)高考是如何體現(xiàn)其學(xué)科本質(zhì)呢？筆者就這個(gè)問(wèn)題以2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題為例進(jìn)行探析，以期為一線教師的教學(xué)、備考提供一些參考。

一、基于認(rèn)識(shí)物質(zhì)視角的考核

《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)化學(xué)學(xué)科認(rèn)識(shí)物質(zhì)進(jìn)行了兩次限定，一是微觀層面，即化學(xué)是從微觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的;二是在原子、分子水平上，即在眾多構(gòu)成物質(zhì)的粒子中，化學(xué)是停留在原子、分子的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性的。2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題主要從以下幾方面考核學(xué)生對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

1.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

第9題、第13題和第35題考核物質(zhì)的結(jié)構(gòu)知識(shí)。第9題以阿伏加德羅常數(shù)為中心，考核一定量氮?dú)狻⒅厮?、水、石墨烯、金剛石、氯化鈉溶液中的原子數(shù)、中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)、電子數(shù)的計(jì)算，學(xué)生必須認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，才能準(zhǔn)確作答。第13題是關(guān)于“原子結(jié)構(gòu)、元素周期律”的考核，題目以短周期元素為考試范圍，給出四種元素原子結(jié)構(gòu)的核外電子數(shù)之間的關(guān)系和元素形成的兩種化合物相遇產(chǎn)生白煙的條件，據(jù)此可推斷出兩種化合物分別是氨氣、氯化氫，這是推斷四種元素的突破口?？己说闹R(shí)點(diǎn)是元素非金屬性強(qiáng)弱判斷、原子半徑大小比較、含氧酸強(qiáng)弱、氧化物的水化物堿性強(qiáng)弱判斷。第35題是關(guān)于人教版高中化學(xué)選修3內(nèi)容的考核，以“一種具有潛力的固體儲(chǔ)氫材料”氨硼烷（NH3BH3）為素材，考核原子半徑大小、性質(zhì)相似元素的判斷、配位鍵、雜化軌道、電負(fù)性大小判斷、等電子體、物質(zhì)熔點(diǎn)判斷、晶體密度的計(jì)算。

以上都是近年來(lái)化學(xué)學(xué)科高考常考的內(nèi)容，是從微觀層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)的角度對(duì)學(xué)生的考核。解答此類問(wèn)題，學(xué)生必須具備微粒觀，才能更深入地了解和更正確地解釋宏觀事實(shí)和現(xiàn)象，才能進(jìn)一步加深對(duì)微觀世界的理解，才能更好地理解各種化學(xué)符號(hào)的意義。微粒觀會(huì)成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要助力，對(duì)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)起到幫助作用。

2.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)

“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?！盵1]1研究物質(zhì)的性質(zhì)是化學(xué)的本原性問(wèn)題，物質(zhì)的性質(zhì)是高考化學(xué)試題的必考內(nèi)容。2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題考核的元素、化合物有：第7題中的Cu（OH）2、CuCO3;第26題中的Cl2、KClO3、NaClO、Na2S、NaCl、Ca（OH）2、H2SO4;第27題中的Ni、Al、Fe及其氧化物，以及NaOH、NaAlO2、Fe2+、Fe3+、Ni2+、H2O2、NaClO、NiSO4·7H2O等。

高考化學(xué)試題中有關(guān)元素化合物的內(nèi)容，考核的是學(xué)生的化學(xué)觀念。如果學(xué)生只停留在記憶層面，就難以應(yīng)對(duì)基于學(xué)科核心素養(yǎng)立意的高考化學(xué)試題。究其原因是學(xué)生缺乏化學(xué)學(xué)科觀念，沒有把有限的元素化合物知識(shí)構(gòu)建成認(rèn)知模型，將具體的知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化。結(jié)構(gòu)觀、分類觀、變化觀是學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的重要觀念?！敖Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”是化學(xué)學(xué)科最重要的思想方法之一;分類觀能幫助學(xué)生判斷物質(zhì)的性質(zhì)，推測(cè)新物質(zhì)的性質(zhì)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其特性;從價(jià)態(tài)變化的角度判斷物質(zhì)性質(zhì)是變化觀的基本觀點(diǎn)，很多物質(zhì)之間的反應(yīng)涉及元素化合價(jià)的升降，學(xué)生應(yīng)具備從氧化還原反應(yīng)視角認(rèn)識(shí)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，形成基于化合價(jià)升降的氧化還原反應(yīng)思維?；谏鲜鲇^念構(gòu)建物質(zhì)性質(zhì)認(rèn)知模型（如圖1），有助于解決高考化學(xué)試題中元素化合物的性質(zhì)問(wèn)題。

例如，第7題根據(jù)類別判斷Cu（OH）2屬于弱堿，具有堿的通性，弱堿一般性質(zhì)不穩(wěn)定、受熱易分解;CuCO3屬于鹽，具有鹽的通性，不溶性碳酸鹽性質(zhì)不穩(wěn)定、受熱易分解。據(jù)此對(duì)第7題選項(xiàng)的正誤做出判斷。第26題根據(jù)價(jià)態(tài)判斷Cl2、KClO3、NaClO等物質(zhì)具有氧化性，這一題的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘骄縆ClO3、NaClO的氧化還原性強(qiáng)弱。第27題工藝流程中H2O2具有氧化性，可知其作用是氧化Fe2+。Ni、Al、Fe及其氧化物，以及NaOH、NaAlO2等可根據(jù)其類別判斷其酸堿性，從而理解工藝流程中各階段的反應(yīng)原理，為解答有關(guān)問(wèn)題提供依據(jù)。

3.認(rèn)識(shí)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化原理

“化學(xué)不僅與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)文明的關(guān)系密切，也是材料科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)和信息科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的重要基礎(chǔ)?；瘜W(xué)在促進(jìn)人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用，是揭示元素到生命奧秘的核心力量?！盵1]1這揭示了化學(xué)的學(xué)科價(jià)值和社會(huì)價(jià)值?；瘜W(xué)在原子、分子水平上研究物質(zhì)的轉(zhuǎn)化及應(yīng)用，才能造福人類，體現(xiàn)化學(xué)的社會(huì)價(jià)值。物質(zhì)轉(zhuǎn)化涉及物質(zhì)之間的反應(yīng)，只有認(rèn)識(shí)物質(zhì)之間的反應(yīng)原理才能真正認(rèn)識(shí)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，即知其然還要知其所以然。因此，高考化學(xué)試題對(duì)反應(yīng)原理知識(shí)的考查是不可或缺的。試題通常以當(dāng)前新科技、新產(chǎn)品或真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)為背景，考查化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡、水溶液中的離子平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)等。2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題中考核化學(xué)基本原理的題目有第12題的電化學(xué)原理、第27題的沉淀溶解平衡原理、第28題的化學(xué)平衡原理。

第12題的電化學(xué)原理題和往年一樣，以當(dāng)前的新科技、新產(chǎn)品—— 一種高性能的堿性硼化釩（VB2）即空氣電池為素材，考核電極反應(yīng)式書寫，正、負(fù)極區(qū)溶液的pH變化，電流方向判斷等知識(shí)。學(xué)生只要對(duì)電化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握牢固，就不難解答這一題。

第27題從廢鎳催化劑中制備硫酸鎳晶體的工藝流程，考核沉淀溶解平衡常數(shù)Ksp的計(jì)算、氧化還原離子反應(yīng)方程式的書寫等化學(xué)原理知識(shí)。這需要學(xué)生具有很好的綜合遷移能力，解答關(guān)鍵在于正確分析工藝流程原理，難點(diǎn)在于Ksp的計(jì)算及“調(diào)pH”時(shí)pH的范圍確定。

第28題以“二氧化碳催化加氫合成乙烯”為核心反應(yīng)，考核化學(xué)平衡原理知識(shí)，這需要學(xué)生具有較強(qiáng)的知識(shí)獲取能力。本題難點(diǎn)是確定圖中曲線所代表的化學(xué)物質(zhì)，需要學(xué)生從圖中獲取有效信息，即兩反應(yīng)物的初始投料之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，由圖中曲線的起點(diǎn)坐標(biāo)判斷c和a表示產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1∶3、d和b表示物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)之比為1∶4，再結(jié)合化學(xué)計(jì)量數(shù)之比判斷，表示乙烯變化的曲線是d，表示二氧化碳變化的曲線是c。計(jì)算Kp時(shí)，學(xué)生需從圖中獲取氫氣和水的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)均為0.39，再結(jié)合計(jì)量數(shù)比判斷乙烯、二氧化碳物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)，然后進(jìn)行計(jì)算。若以三段式的固有思維進(jìn)行計(jì)算將陷入困境，可見解答本題需要學(xué)生具備較強(qiáng)的獲取知識(shí)的能力。

二、基于創(chuàng)造物質(zhì)視角的考核

1.基于綜合實(shí)驗(yàn)原理的考核

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)家研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的重要方法，是不斷發(fā)明和制造人類更有用的新物質(zhì)的重要手段。高考化學(xué)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究能力的考核要求是：掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法和技能，能初步實(shí)踐化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程;在解決化學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，運(yùn)用化學(xué)原理和科學(xué)方法，能設(shè)計(jì)合理方案，初步實(shí)踐科學(xué)探究。第26題為實(shí)驗(yàn)綜合題，要求制備KClO3和NaClO，并探究其氧化還原性質(zhì)。這一題主要考核學(xué)生關(guān)于氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備、除去氯氣中混有的氯化氫的方法，氯氣與氫氧化鉀和氫氧化鈉溶液在不同條件下的反應(yīng)，尾氣處理、結(jié)晶基本操作、物質(zhì)氧化能力的比較等基本知識(shí)和應(yīng)具備的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本方法、技能。

2.基于工藝流程原理的考核

《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》對(duì)高考考核有“應(yīng)用性”的要求?！皯?yīng)用性要求以貼近時(shí)代、貼近社會(huì)、貼近生活的生活實(shí)踐或?qū)W習(xí)探索問(wèn)題情境為載體，將陳述性知識(shí)與程序性知識(shí)的有機(jī)整合和運(yùn)用作為考察目標(biāo)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題，體現(xiàn)對(duì)即將進(jìn)入高等學(xué)校的學(xué)習(xí)者遷移課堂所學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際水平的測(cè)量評(píng)價(jià)?！盵3]化學(xué)工藝流程題是化學(xué)知識(shí)在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的問(wèn)題，能衡量學(xué)生遷移課堂所學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際解決問(wèn)題的水平。第27題以從廢鎳催化劑中制備硫酸鎳晶體的工藝流程為問(wèn)題情境，將金屬及其化合物的性質(zhì)、沉淀溶解平衡常數(shù)Ksp及其計(jì)算、氧化還原離子反應(yīng)方程式的書寫、溶液中離子種類的判斷、氧化劑替代物的選擇、工藝流程順序改變的影響、pH范圍確定、陌生離子方程式書寫、綠色化學(xué)思想等知識(shí)，融合于工藝生產(chǎn)流程中，充分體現(xiàn)了試題的應(yīng)用性。

3.基于有機(jī)合成路線的考核

與往年一樣，第36題考核的是有機(jī)化學(xué)綜合知識(shí)。以近期我國(guó)科學(xué)家用PCBO與醛或酮發(fā)生[4+2]環(huán)加成反應(yīng)，合成具有生物活性的多官能團(tuán)化合物的部分合成路線為載體，展現(xiàn)了我國(guó)科學(xué)家在有機(jī)合成領(lǐng)域的成就。環(huán)加成反應(yīng)對(duì)學(xué)生而言，是完全陌生的，需要學(xué)生能夠正確解讀題給信息，觸類旁通、舉一反三來(lái)解決問(wèn)題。例如，對(duì)于B的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式推斷須由題給信息、B到C的反應(yīng)條件、C的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式等綜合運(yùn)用推斷才能正確解答，這體現(xiàn)了試題命制的綜合性。通過(guò)選用不同取代基對(duì)產(chǎn)率的影響，考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)律并解釋原因，體現(xiàn)了試題命制的創(chuàng)新性。試題考查的仍然是官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)、名稱和性質(zhì)，以及官能團(tuán)相互轉(zhuǎn)化的條件、有機(jī)物同分異構(gòu)體的書寫等基礎(chǔ)知識(shí)，體現(xiàn)了試題的基礎(chǔ)性。

三、基于以符號(hào)形式描述物質(zhì)的考核

作為研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的學(xué)科，化學(xué)既研究物質(zhì)宏觀上的性質(zhì)及變化，也研究物質(zhì)微觀上的組成及結(jié)構(gòu)，化學(xué)符號(hào)是化學(xué)研究和交流的工具?；瘜W(xué)知識(shí)表征方式有宏觀表征、微觀表征和符號(hào)表征，稱為三重表征。三重表征思維是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式。《中國(guó)高考評(píng)價(jià)體系》要求學(xué)生掌握運(yùn)用語(yǔ)言或其他符號(hào)形式進(jìn)行知識(shí)表達(dá)。化學(xué)學(xué)科高考也要求學(xué)生能將分析和解決問(wèn)題的過(guò)程及成果，正確地運(yùn)用化學(xué)術(shù)語(yǔ)、文字、圖表、模型、圖形等進(jìn)行表達(dá)，并做出合理解釋。2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題充分體現(xiàn)了這些方面，考核了離子方程式正誤的判斷、原電池電極反應(yīng)式及電池總反應(yīng)式的書寫、離子方程式書寫、有機(jī)物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式的書寫。這些化學(xué)符號(hào)都是對(duì)學(xué)生在知識(shí)組織方式要求上的考核。

2020年全國(guó)新課標(biāo)Ⅲ卷理綜化學(xué)試題的命制體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征。筆者認(rèn)為，每一位從事化學(xué)教學(xué)工作的教師，都應(yīng)該認(rèn)真領(lǐng)會(huì)化學(xué)學(xué)科哲學(xué)層面的含義，理解什么是化學(xué)，怎樣才能讓學(xué)生學(xué)習(xí)真正的化學(xué)?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》為我們?cè)O(shè)置了新的課程內(nèi)容體系，重視基于化學(xué)學(xué)科主題的課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，將學(xué)科主題作為發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基本內(nèi)容構(gòu)成單元[4]。新的內(nèi)容體系更能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，學(xué)生通過(guò)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)，其化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)將會(huì)得到發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：周彩珍）