如何強(qiáng)化化學(xué)方程式的育人功能

廖偉梁 鄧優(yōu)華 龔康佳 谷亞楠

【摘要】方程式是化學(xué)學(xué)科的基本語言和核心概念，研究方程式對高中化學(xué)教學(xué)具有重要意義。以2020年3套新課標(biāo)全國化學(xué)高考題為素材，從考查形式、考查題型、反應(yīng)類型、考查元素、考查方式和難易程度等6個角度統(tǒng)計3套高考題方程式的考查特點(diǎn)，結(jié)果顯示：方程式在高考題中的考查形式多種多樣、考查題型全面覆蓋，方程式是體現(xiàn)高考試題基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的重要方式，是考查學(xué)生分析與推測能力的重要載體，建議從強(qiáng)化方程式的地位、培養(yǎng)關(guān)鍵能力的重要作用以及育人功能等方面加強(qiáng)方程式的教學(xué)研究。

【關(guān)鍵詞】方程式? 高考題? 分析與推測能力? 育人功能

【基金項(xiàng)目】本文系廣東省教育科研“十三五”規(guī)劃2019年度重點(diǎn)科研項(xiàng)目（課題批準(zhǔn)號：2019ZQJK026）“高中化學(xué)主題教學(xué)實(shí)踐研究”、廣東省教育研究院課題“中學(xué)化學(xué)深度學(xué)習(xí)的問題情境創(chuàng)設(shè)與實(shí)施研究”和廣東省高中化學(xué)學(xué)科基地（2021-2023年）研究成果之一。

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2021）25-0158-03

1.引言

高考是高利害考試，命題傾向不僅關(guān)系到國家人才的選拔，還對中學(xué)教學(xué)起著指揮棒的作用[1]。方程式是高考題考查的重點(diǎn)，也是學(xué)生的重要失分點(diǎn)[2]。因此，對高考題方程式的研究對中學(xué)化學(xué)教學(xué)具有重要意義。新課標(biāo)全國化學(xué)高考題，分為Ⅰ卷、Ⅱ卷和Ⅲ卷，共有全國26個省 （自治區(qū)、直轄市） 使用，具有覆蓋面廣、代表性強(qiáng)、影響力大的特點(diǎn)。本研究以2020年3套新課標(biāo)全國化學(xué)高考題為素材，從考查形式、考查題型、反應(yīng)類型、考查元素、考查方式和難易程度等6個角度統(tǒng)計3套高考題的方程式，從中發(fā)現(xiàn)化學(xué)高考題方程式的考查特點(diǎn)，為中學(xué)化學(xué)方程式教學(xué)提出有益建議。

2.研究設(shè)計

為了探查3套高考題方程式的考查特點(diǎn)，6個角度具體按照如下方式進(jìn)行分類：考查形式分為化學(xué)方程式、離子方程式、電離方程式、熱化學(xué)方程式和電極方程式;考查題型分為選擇題和非選擇題兩部分，其中非選擇題分為實(shí)驗(yàn)題、化工題、原理題、結(jié)構(gòu)題、有機(jī)題;反應(yīng)類型分為無機(jī)反應(yīng)和有機(jī)反應(yīng)兩部分，其中無機(jī)反應(yīng)分為氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)，有機(jī)反應(yīng)分為取代反應(yīng)、加成反應(yīng)、消去反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、加聚反應(yīng)、縮聚反應(yīng);考查元素分為金屬元素和非金屬元素，兩種元素又分別分為短周期元素和長周期元素，所有屬于有機(jī)反應(yīng)的全部歸類為非金屬元素，即碳元素;考查方式分為直接考查和間接考查，其中直接考查分為書寫、配平、是否發(fā)生，間接考查分為產(chǎn)物及其性質(zhì)、反應(yīng)類型、反應(yīng)條件、計算;考查難易程度分為常規(guī)反應(yīng)和陌生反應(yīng)，其中常規(guī)反應(yīng)包含“教材基本反應(yīng)”和“課堂拓展反應(yīng)”，陌生反應(yīng)是指學(xué)生需要通過已知條件和已有知識進(jìn)行推斷的反應(yīng)。

3.結(jié)果分析

3.1 方程式在高考題中的考查形式多種多樣、考查題型全面覆蓋

從考查形式看，化學(xué)方程式、離子方程式、電離方程式、熱化學(xué)方程式和電極方程式均有涉及，總個數(shù)在35～45之間，化學(xué)方程式的考查數(shù)量幾乎占據(jù)一半;從考查題型看，3套試卷涉及方程式的考查分值均超過50分，選擇題和非選擇題均有涉及，超過半數(shù)的選擇題涉及方程式的考查，非選擇題中化工題的方程式考查分值最大，化工題每一小空幾乎都涉及方程式的考查;令人意外的是，通常認(rèn)為結(jié)構(gòu)題一般不涉及方程式的考查，在Ⅱ卷打破了這一慣性思維（Ⅱ卷第35題第5小問要求考生根據(jù)反應(yīng)原理示意圖，用離子方程式表示利用稀土銪鹽提升太陽能電池效率和使用壽命的反應(yīng)過程）。由此可見，方程式作為化學(xué)學(xué)科的特有語言，在高考題中的考查形式多種多樣、考查題型全面覆蓋，這充分說明了方程式在“描述物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)”方面的獨(dú)特性和不可替代性。

3.2方程式是考查學(xué)生分析與推測能力的重要載體

分析與推測能力是依據(jù)高考評價體系提煉的化學(xué)學(xué)科4個關(guān)鍵能力之一，是知識的抽象理論到具體應(yīng)用，包括判斷物質(zhì)結(jié)構(gòu)、分析物質(zhì)性質(zhì)、預(yù)測反應(yīng)現(xiàn)象和推斷反應(yīng)結(jié)果[3]。

從考查方式看，直接考查的數(shù)量多于間接考查，間接考查以“產(chǎn)物及其性質(zhì)”居多，直接考查以“是否發(fā)生”居多：“是否發(fā)生”要求學(xué)生根據(jù)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，預(yù)測反應(yīng)的現(xiàn)象和結(jié)果，如Ⅰ卷選擇題第8題B選項(xiàng)要學(xué)生判斷紫花前胡醇是否可以使酸性重鉻酸鉀變色，考生需要利用題目給定的信息（紫花前胡醇的結(jié)構(gòu)中含有碳碳雙鍵），判斷該反應(yīng)的現(xiàn)象（由橙紅色變?yōu)榫G色）。從考查方式看，Ⅰ卷和Ⅱ卷以陌生反應(yīng)居多，而III卷則以常規(guī)反應(yīng)居多，因?yàn)镮II卷是云南、廣西、貴州、四川、西藏五?。ㄗ灾螀^(qū)）等西部省份考試用卷，這也從側(cè)面上體現(xiàn)了全國高考題的地域適用性。

3.3 方程式是體現(xiàn)高考試題基礎(chǔ)性和應(yīng)用性的重要方式

基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性是高考評價體系提出的考查要求（簡稱“四翼”考查要求），也是高考化學(xué)試題命制的基本方向。“基礎(chǔ)性”旨在考查學(xué)生對學(xué)科基本概念、基本原理、基本技能和思想方法的掌握和應(yīng)用程度，“應(yīng)用性”旨在考查學(xué)生遷移課堂所學(xué)內(nèi)容、理論聯(lián)系實(shí)際的能力和水平[4]。

從反應(yīng)類型的角度看，無機(jī)反應(yīng)的考查數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于有機(jī)反應(yīng)，無機(jī)反應(yīng)是學(xué)習(xí)有機(jī)反應(yīng)的基礎(chǔ);無機(jī)反應(yīng)中，氧化還原反應(yīng)的考查多于非氧化還原反應(yīng)，非氧化還原反應(yīng)也是學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的基礎(chǔ);有機(jī)反應(yīng)中，取代反應(yīng)是有機(jī)化學(xué)方程式考查的主要反應(yīng)類型，還原反應(yīng)、加聚反應(yīng)和縮聚反應(yīng)的考查數(shù)量均為0，取代反應(yīng)是高中階段學(xué)習(xí)有機(jī)反應(yīng)的基礎(chǔ)反應(yīng)。從考查元素的角度看，非金屬元素的數(shù)量多于金屬元素;非金屬元素共涉及7種，分別是C、S、Cl、N、O、S、B，全部為短周期元素，總數(shù)排名前三位的元素分別是C（共37個）、Cl（共11個）、S（共8個）;金屬元素共涉及13種，短周期元素有3種（Na、Mg、Al），長周期元素共有10種，總數(shù)排名前三位的元素分別是Fe（共11個）、Al（共7個）、Na（共6個）。

4.教學(xué)啟示

4.1 強(qiáng)化方程式在化學(xué)學(xué)科的重要地位

方程式在化學(xué)學(xué)科中的重要性不言而喻，要強(qiáng)化方程式在化學(xué)學(xué)科的重要地位，首先要重視學(xué)生方程式書寫能力的提高。有關(guān)方程式書寫策略在很多文獻(xiàn)記載[5-7]，在此推薦一種“化散為整”的教學(xué)策略，即通過適當(dāng)替換、舉一反三等方式，將類似的方程式進(jìn)行歸類，發(fā)掘其中的規(guī)律，通過一個方程式掌握一類方程式，達(dá)到舉三反一、觸類旁通的效果。如：氯氣與二氧化硫在水溶液中反應(yīng)（Cl2+SO2+2H2O? ? ? ?H2SO4+2HCl），這是一個高一化學(xué)必修階段所學(xué)的一個常規(guī)反應(yīng)，根據(jù)“化散為整”的策略，氧化劑（Cl2）可以派生出Br2、I2、MnO4-、Cr2O72-等一系列常見的氧化劑，還原劑（SO2）可以派生出SO32-、HSO3-、S2O52-、C2O42-、HC2O4-、H2C2O4等一系列常見的還原劑，考查的方式可以是書寫、是否發(fā)生、產(chǎn)物及其性質(zhì)、計算等等。這些考點(diǎn)在近幾年的全國高考題中均以不同的方式進(jìn)行了考查。

4.2 提高方程式培養(yǎng)關(guān)鍵能力的重要作用

關(guān)鍵能力是指面對真實(shí)復(fù)雜情境時，認(rèn)識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力[8]。單旭峰[3]提出化學(xué)學(xué)科考試的4種關(guān)鍵能力分別為理解與辨析能力、分析與推測能力、歸納與論證能力、探究與創(chuàng)新能力。利用方程式培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵能力，需要教師善于挖掘方程式所傳遞的相關(guān)信息，并以此為線索，將相關(guān)化學(xué)概念、物質(zhì)性質(zhì)、反應(yīng)原理、實(shí)驗(yàn)操作等知識融入其中，成為培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的最好素材。

以實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的化學(xué)方程式為例：MnO2+4HCl（濃）？勖? MnCl2+Cl2↑+2H2O，通過問題情境的設(shè)置，以相關(guān)知識為載體，提高學(xué)生的關(guān)鍵能力。在理解與辨析能力的培養(yǎng)方面，可以設(shè)置以下問題：如何快速確定4個基本概念（氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物）、如何辨析易混淆的概念（如氧化劑與氧化產(chǎn)物、還原劑與還原產(chǎn)物）、如何避免方程式書寫的易錯點(diǎn)（如氣體符號、加熱符號、配平等）;在分析與推測能力的培養(yǎng)方面，可以設(shè)置以下問題：該反應(yīng)是否可以推測一些物質(zhì)的氧化性及還原性強(qiáng)弱順序（如MnO2的氧化性強(qiáng)于Cl2、濃鹽酸的還原性強(qiáng)于Cl2）、預(yù)測反應(yīng)有哪些現(xiàn)象（固體的變化、溶液顏色的變化、氣體的顏色等）、如何避免反應(yīng)的一些不良后果？（如何避免將氯氣排放至空氣中，如何處理反應(yīng)后的溶液等）;在歸納與論證能力的培養(yǎng)方面，可以設(shè)置以下問題：氧化劑可以用哪些物質(zhì)代替[如KClO3、KMnO4、Ca（ClO）2、PbO2等]、還原劑可以用哪些物質(zhì)代替（如氯化鈉固體與濃硫酸的混合物等）、實(shí)驗(yàn)室還有哪些物質(zhì)也可以用類似的方法制?。ㄈ玟鍐钨|(zhì)）;在探究與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)方面，可以設(shè)置以下問題：如何設(shè)計“探究不同氧化劑（如MnO2和KClO3）制取氯氣的優(yōu)劣性”實(shí)驗(yàn)方案（如實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)用品、實(shí)驗(yàn)操作等）、可以通過哪些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)衡量兩者的優(yōu)劣性、如何評價該實(shí)驗(yàn)方案的可行性等。

4.3 發(fā)揮方程式在化學(xué)學(xué)科的育人功能

2020年高考化學(xué)試題以化學(xué)方程式為載體，從傳播基礎(chǔ)知識、展現(xiàn)化學(xué)價值、激發(fā)科學(xué)精神和弘揚(yáng)愛國主義四個方面落實(shí)育人功能[9]。如：Ⅰ卷第7題以新型冠狀病毒肺炎診療方案作為考查情境，體現(xiàn)了化學(xué)工業(yè)為疫情防控提供的強(qiáng)有力物質(zhì)支撐，讓學(xué)生充分感受到化學(xué)對人類進(jìn)步的重大貢獻(xiàn)，深刻認(rèn)識化學(xué)學(xué)科的社會價值;Ⅱ卷第7題以北宋沈括《夢溪筆談》煉銅工藝為考查情境，讓學(xué)生充分了解到中國古代化學(xué)的輝煌成就，有利于增強(qiáng)學(xué)生們對中華文化的自信;Ⅲ卷第36題以我國科學(xué)家在[4+2]環(huán)加成反應(yīng)的研究成果為考查情境，有利于增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情。另外，Ⅱ卷和Ⅲ卷第26題均圍繞氯及其化合物展開，以其在殺菌、消毒和化工領(lǐng)域的應(yīng)用為背景，考查學(xué)生對于化學(xué)知識應(yīng)用于實(shí)際生活中融會貫通的能力，以Ⅱ卷中“84消毒液”與酸性清潔劑反應(yīng)方程式的考查為例，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科科學(xué)傳播知識的能力和解釋生活中化學(xué)問題的育人功能。

綜上，在高考綜合改革背景下，應(yīng)該深入研究方程式在歷年高考題的考查特點(diǎn)，真正發(fā)揮方程式在培養(yǎng)學(xué)生核心價值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力和必備知識的重要作用，提升化學(xué)方程式的育人功能。

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