“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”高考試題特征分析及啟示

陳愛民 楊玉琴

摘要： 從試題容量、呈現(xiàn)方式、試題情境、學(xué)科知識、學(xué)習(xí)水平、思想方法等角度，對2001至2020年全國高考1卷涉及“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”的試題特征進(jìn)行演進(jìn)分析，發(fā)現(xiàn)高考試題要求學(xué)生展現(xiàn)以問題情境為導(dǎo)向的問題解決能力，并逐年強(qiáng)調(diào)學(xué)科思想方法的考查，彰顯化學(xué)平衡思想，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)反應(yīng)速率與限度; 化學(xué)平衡; 高考試題; 特征分析; 發(fā)展研究

文章編號： 1005-6629（2022）05-0089-06

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”主題歷來是中學(xué)化學(xué)課程內(nèi)容的重要組成部分，對學(xué)生形成“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)具有不可替代的作用[1]。高考評價(jià)對日常教學(xué)具有重要的導(dǎo)向作用，本文對2001至2020年理綜化學(xué)高考全國1卷（簡稱“全國1卷”）涉及“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”的試題進(jìn)行梳理與命題演進(jìn)分析，以把握高考評價(jià)特征，為該主題高考命題及教學(xué)的改進(jìn)提供借鑒。

1 研究方法

1.1 研究樣本

選取2001～2020年全國1卷中與“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”內(nèi)容相關(guān)的試題，如表1所示。之所以選擇全國1卷的試題，是因?yàn)槿珖砭哂袡?quán)威性和統(tǒng)攝性，能夠體現(xiàn)當(dāng)時(shí)教學(xué)的導(dǎo)向，且有縱向可比性，對以后的教學(xué)具有引領(lǐng)和指導(dǎo)作用。

1.2 分析框架

龔偉、王祖浩等認(rèn)為，化學(xué)試題特征是指試題在容量、題型結(jié)構(gòu)、試題情境、學(xué)科知識、學(xué)科思想方法等多方面的綜合特征，并構(gòu)建了相應(yīng)的分析框架[2]。此框架與《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出的“核心素養(yǎng)、真實(shí)情境、實(shí)際問題、化學(xué)知識”高考命題框架具有較高的一致性。因此，以此框架為基礎(chǔ)，將原框架中的“內(nèi)容情境”改為“試題情境”，并將情境內(nèi)涵界定為與實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)、科學(xué)研究等實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的真實(shí)應(yīng)用背景，以更符合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求（如表2所示）?，F(xiàn)以2019年全國1卷第28題[3]為例作具體說明。

2 命題特征分析

根據(jù)表2框架對試題樣本進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。對于試題情境、學(xué)科知識和學(xué)科思想方法等的分類是由兩位研究者先獨(dú)立進(jìn)行，然后互相比對、協(xié)商，取得一致后再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2.1 試題容量分析

由表1可見，從2001～2020年全國1卷對“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”的考查形式，以2010年為分水嶺，之前除2004年以外分值皆為6分，分值固定;之后分值明顯增加，尤其是2013、 2014、 2015年除填空外還多1道選擇，故分值高達(dá)21分;2015年之后只有填空題，分值又回到14～15分，總設(shè)問數(shù)在6～10之間?？梢?，2010年之后高考1卷對“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”內(nèi)容的考查量明顯增加，顯示對該主題的重視，這與該主題在高中化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中的重要地位和作用相符。

2.2 呈現(xiàn)方式分析

試題的題型結(jié)構(gòu)與信息呈現(xiàn)方式如表3所示。

2.2.1 題型結(jié)構(gòu)

由表3可見，題型涉及選擇、填空、計(jì)算，2010年前題型主要以選擇題型為主，只有2004年題型以計(jì)算題形式出現(xiàn)。2010年首次以填空題呈現(xiàn)，且之后涉及“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”的考查都是填空形式。填空題作為一種半限制性的題型，通過多層次的設(shè)問將考查內(nèi)容引向深入，往往要求學(xué)生組織或建構(gòu)一個答案，對學(xué)生的思維能力和表達(dá)能力要求都較高[4]。因此，從題型結(jié)構(gòu)的變化來看，對“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”的考查要求后10年比前10年顯然要高。

2.2.2 信息呈現(xiàn)方式

由表3可見，信息呈現(xiàn)主要是通過圖像圖表載體、化學(xué)用語、文字表述等。20年高考中通過圖像（表）呈現(xiàn)的有14年，屬于高頻考查，且?？汲Ｐ?。看似年年不同，考察角度在變，但實(shí)質(zhì)是以外界條件溫度、濃度、壓強(qiáng)等單一因素的改變影響反應(yīng)物或生成物的量（濃度、含量、轉(zhuǎn)化率）的變化來分析平衡移動情況為主，即采用控制變量法探究外在條件對化學(xué)反應(yīng)速率、限度的影響。不過，圖像中的信息量是逐步發(fā)生變化的。圖1～4分別呈現(xiàn)了隨年份變化的幾種不同的典型圖像。圖1、圖2的圖像較為簡單，提取的信息量少，僅呈現(xiàn)物質(zhì)的量或濃度與時(shí)間的關(guān)系，呈現(xiàn)反應(yīng)的變化趨勢。圖3所示為2014年第28題呈現(xiàn)的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系，圖4所示為2019年第28題呈現(xiàn)的分壓隨時(shí)間變化的關(guān)系。顯然，圖3、圖4比圖1、圖2復(fù)雜，圖3中呈現(xiàn)平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系，多了一種變化量，要用控制變量法進(jìn)行分析。圖4呈現(xiàn)的是分壓與時(shí)間的關(guān)系，但圖4中曲線多，要結(jié)合題中的信息作出判斷（H2的分壓始終高于CO）繼而進(jìn)行后續(xù)分析。說明近幾年圖像考查內(nèi)容和角度多變，對“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”知識的理解及運(yùn)用能力的要求在逐年提高，并要求學(xué)生具有閱讀圖像、運(yùn)用圖像解決問題的能力。

可見，2010～2020年高考要求學(xué)生通過觀察分析數(shù)據(jù)曲線、通過材料分析提取圖像信息的能力要求有逐步增加的趨勢，逐漸注重學(xué)生學(xué)科能力的考查。

2.3 試題情境分析

試題情境分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表4所示。

可見，2010年前的選擇題題干及設(shè)問皆以考查學(xué)科知識和技能為主，沒有設(shè)置實(shí)際應(yīng)用情境。2010年后，除了2016年外，皆設(shè)置了真實(shí)的應(yīng)用情境，其中2010～2020年間研究情境設(shè)置最多。研究情境是根據(jù)國內(nèi)外科學(xué)工作者研究的新信息設(shè)計(jì)考查背景，需要學(xué)生具有“準(zhǔn)確提取實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，并與已有知識塊整合重組為新知識塊的能力”[5]。如2011年，以科學(xué)家利用太陽能分解水生成的氫氣在催化劑作用下與二氧化碳反應(yīng)生成甲醇，并開發(fā)出甲醇燃料電池這一研究背景為真實(shí)情境。情境中提供太陽能分解水的信息，要求學(xué)生利用氫氣燃燒與水分解互為逆反應(yīng)，焓變數(shù)值相等，解決水分解耗能的真實(shí)問題;提供氫氣與二氧化碳生成甲醇的信息，要求學(xué)生根據(jù)氫氣、一氧化碳的燃燒熱，運(yùn)用蓋斯定律解決甲醇不完全燃燒的焓變的真實(shí)問題。工業(yè)生產(chǎn)是化學(xué)學(xué)科實(shí)現(xiàn)社會價(jià)值的主要途徑，生產(chǎn)情境試題選材重視理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的科學(xué)技術(shù)、社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展[6]。2010～2020年間有2年采用了生產(chǎn)情境，如2014年，以乙烯氣相直接水合法或間接水合法生產(chǎn)乙醇為情境，要求學(xué)生從中提取工藝條件、生產(chǎn)成本等關(guān)鍵信息，解決工業(yè)生產(chǎn)中的原料循環(huán)利用、酸液處理等問題，通過直接水合法和間接水合法的比較滲透安全意識以及環(huán)保觀念等。

可見，全國1卷對“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”主題的考查載體從2010年前的純粹的學(xué)科知識背景過渡到真實(shí)的科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)等真實(shí)應(yīng)用背景，重視真實(shí)情境、實(shí)際問題與學(xué)科知識三者之間的融合，考查學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力，彰顯了化學(xué)學(xué)習(xí)的重要意義與學(xué)科價(jià)值。

2.4 學(xué)科知識分析

“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”專題知識點(diǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示?？疾榈闹R點(diǎn)主要涉及反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)率、平衡移動、平衡常數(shù)、溶度積常數(shù)等。其中，平衡移動知識點(diǎn)考查最多，搭配轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)速率、平衡常數(shù)等進(jìn)行考查。并且，考查的知識點(diǎn)顯示出逐漸增多的趨勢，2001～2009年段中知識點(diǎn)考查比較常規(guī)、單一，每題僅有1～2個知識點(diǎn);2010～2020年之后考查知識點(diǎn)增多，每題有4～6個知識點(diǎn)，呈現(xiàn)一題多點(diǎn)，且許多知識點(diǎn)是通過情境創(chuàng)設(shè)、科學(xué)探究呈現(xiàn)。

2.5 學(xué)習(xí)水平分析

對各知識點(diǎn)的考查層次要求統(tǒng)計(jì)如圖5所示?？梢姵芏确e常數(shù)外，各知識點(diǎn)不同水平層次的考查都有體現(xiàn)，其中由于平衡移動考查次數(shù)最多，故在不同水平層次的考查點(diǎn)也最多。相較而言，對于平衡常數(shù)的考查知識水平要求較高，而溶度積常數(shù)主要在了解和理解水平層次進(jìn)行考查。

從考查年份來看，本主題平衡移動知識點(diǎn)考查以2010年為分水嶺。2010年前定性考查平衡移動的方向?yàn)橹?，能運(yùn)用勒夏特列原理作出平衡移動方向的判斷，考查要求屬于了解層次。2010年之后定量考查平衡移動的結(jié)果（轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率）以及反應(yīng)速率為主，定性定量考查轉(zhuǎn)化率知識點(diǎn)相對保持不變。2010年后的情境化試題給出與定量計(jì)算有關(guān)的新信息，需要學(xué)生調(diào)用已有的知識與新信息之間建立實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，建構(gòu)新的知識體系，形成化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力，考查要求屬于理解（掌握）層次?；瘜W(xué)平衡常數(shù)和溶度積常數(shù)知識點(diǎn)考查是近10年高考的熱點(diǎn)，溶度積常數(shù)知識點(diǎn)要求相對較低，沒有考查到綜合應(yīng)用的層次。涉及化學(xué)平衡常數(shù)的考查水平層次總體較平穩(wěn)，但2018、 2019、 2020年化學(xué)平衡常數(shù)的考查用到氣體物質(zhì)的量濃度、物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)或氣體的分壓來表示進(jìn)行定量計(jì)算，其綜合程度高、能力要求強(qiáng)。

2.6 學(xué)科思想方法

學(xué)科思想與學(xué)科方法合稱為學(xué)科思想方法，特指反映學(xué)科本質(zhì)、思維和規(guī)律，對學(xué)科的發(fā)展起關(guān)鍵性作用的核心思想、觀念與方法。其分為轉(zhuǎn)化思想、聯(lián)合思想與辯證思想三種。轉(zhuǎn)化思想又分為動態(tài)平衡思想、條件控制與選擇思想等;聯(lián)合思想又分為定性與定量相結(jié)合思想、微觀與宏觀相結(jié)合思想等;辯證思想又分為量變質(zhì)變思想、對立統(tǒng)一思想等[7]。本專題統(tǒng)計(jì)近20年試題所涉及的學(xué)科思想方法結(jié)果如表6所示。

由表6可見，研究發(fā)現(xiàn)全國1卷試題體現(xiàn)動態(tài)平衡思想有17年，只有2001、 2002、 2004年的考查為純計(jì)算。這與該主題本身的內(nèi)容特點(diǎn)有關(guān)，用動態(tài)平衡思想考察化學(xué)反應(yīng)，預(yù)測在一定條件下物質(zhì)可能發(fā)生的化學(xué)變化或轉(zhuǎn)化也是核心素養(yǎng)背景下高中化學(xué)教學(xué)的具體要求。

宏微結(jié)合思想是指將宏觀與微觀相聯(lián)系的思維方式，從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化。2001～2010年全國1卷試題沒有體現(xiàn)宏微結(jié)合，2011～2020年每年都有體現(xiàn)宏微結(jié)合試題，涉及考查物質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化等，同時(shí)考查化學(xué)用語書寫、能量變化、反應(yīng)的活化能、微粒電子等，從微觀層面分析解釋化學(xué)反應(yīng)速率和限度。高考要求從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的特征思維方式。

化學(xué)反應(yīng)速率與限度受多種因素影響的問題往往比較復(fù)雜，為簡化問題的研究，只改變其中的一個因素，而控制其余幾個因素不變，這種方法稱為控制變量法[8]，即在其他條件不變的情況下分別得出濃度、溫度、壓強(qiáng)、催化劑、反應(yīng)物的表面積等條件對化學(xué)反應(yīng)速率或限度的影響結(jié)論?？刂谱兞糠ㄊ强茖W(xué)探究中非常重要的思想，由表6可見，20年高考中有5年涉及控制變量法的試題。

3 結(jié)論與啟示

由前分析可知，全國1卷20年“化學(xué)反應(yīng)速率與限度”試題以2010年為分水嶺，題型從選擇題過渡到填空題，試題容量增大，分值大致穩(wěn)定在14～16分?？疾橹R點(diǎn)逐漸增多，且水平要求逐漸提高。2010年之前，選擇題題干及設(shè)問皆以考查學(xué)科知識和技能為主;之后，填空題中考查學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決真實(shí)情境問題的能力逐漸凸顯，運(yùn)用圖像信息獲取、加工與處理數(shù)據(jù)的要求逐漸提高。且以真實(shí)情境為考查載體，彰顯化學(xué)學(xué)科價(jià)值。重視在考查基本知識的同時(shí)，考查化學(xué)學(xué)科思想方法和學(xué)科關(guān)鍵能力。在“新課標(biāo)、新高考、新教材”背景下，基于素養(yǎng)為本的教、學(xué)、評一體化要求，在教學(xué)中應(yīng)該關(guān)注如下幾點(diǎn)。

3.1 重視創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境引導(dǎo)知識建構(gòu)

新高考強(qiáng)調(diào)“試題的測試任務(wù)應(yīng)融入真實(shí)、有意義的測試情境”[9]，“素養(yǎng)立意”的高考命題會更加注重日常生活、生產(chǎn)環(huán)保、學(xué)術(shù)探索、實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)史料等情境的使用。故教學(xué)中要重視情境的創(chuàng)設(shè)，從化學(xué)學(xué)科視角和思維去構(gòu)建問題，解釋生活中的現(xiàn)象，解決生產(chǎn)中的問題。只有在真實(shí)的問題解決中引導(dǎo)知識建構(gòu)，學(xué)生才能靈活遷移到新情境中解決問題?！盎瘜W(xué)反應(yīng)速率與限度”主題教學(xué)可從生產(chǎn)生活、科研和實(shí)驗(yàn)中選取真實(shí)情境，如利用工業(yè)合成氨、鎳的精制、水煤氣、高壓氧艙治療以及二氧化氮-四氧化二氮平衡影響的數(shù)字傳感器實(shí)驗(yàn)為真實(shí)情境。例如，可利用工業(yè)合成氨加壓原料氣、低于500℃、催化劑、壓縮機(jī)、不斷移去液氨等生產(chǎn)信息，針對不同的生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行具體分析，綜合考慮各種影響化學(xué)反應(yīng)速率、反應(yīng)限度因素的必備知識，以及解決原料的選擇、反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化、提高轉(zhuǎn)化率的方法等實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問題的能力。

3.2 重視學(xué)生讀圖和數(shù)據(jù)分析能力的培養(yǎng)

基于數(shù)據(jù)曲線的化學(xué)反應(yīng)速率和限度的圖像題是全國1卷多年來考查化學(xué)反應(yīng)速率和限度的重要形式。因此，在教學(xué)中要有意識地培養(yǎng)學(xué)生查找資料、利用圖表收集和處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、獲得結(jié)論的能力。如在化學(xué)反應(yīng)的限度教學(xué)中，以2NO2N2O4轉(zhuǎn)化為例，在25℃用不同起始濃度的二氧化氮或四氧化二氮進(jìn)行反應(yīng)，得到二氧化氮、四氧化二氮不同時(shí)間段濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為素材，讓學(xué)生分別計(jì)算各個時(shí)間段的反應(yīng)速率，畫出正反應(yīng)和逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的曲線圖。通過學(xué)生的自主分析歸納得出化學(xué)平衡的定義，以及化學(xué)平衡是一個動態(tài)平衡的結(jié)論。

另外，還需加強(qiáng)涉及轉(zhuǎn)化率（或產(chǎn)率）與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系圖，產(chǎn)率與投料比圖、分壓與溫度圖的讀圖訓(xùn)練。第一強(qiáng)化識圖，會看點(diǎn)、線、面。多變量常用“定一議二”法，如圖象中有三個量時(shí)，應(yīng)固定一個量來分別討論另兩個量之間的關(guān)系;第二強(qiáng)化圖文轉(zhuǎn)換，讀情境、讀圖表、讀問題，運(yùn)用語言的描述，對圖、表、文進(jìn)行信息獲取和整合，運(yùn)用相關(guān)原理進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理;第三強(qiáng)化尋找真實(shí)情境、實(shí)際問題、解決問題所需的必備知識三者的相互聯(lián)系，關(guān)注生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題，拓寬學(xué)生的視野。

3.3 重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化

該主題考查的知識點(diǎn)較多且通常需要綜合運(yùn)用相關(guān)知識來分析和解決問題，因此，在平時(shí)教學(xué)中要重視主題內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化。第一，從知識關(guān)聯(lián)角度進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。如在化學(xué)反應(yīng)控制條件教學(xué)中，可將為何控制條件、控制哪些條件、怎樣控制條件等相關(guān)學(xué)科知識結(jié)構(gòu)化;第二，基于認(rèn)識思路結(jié)構(gòu)化。如化學(xué)反應(yīng)中溫度條件的控制，分析思路可從反應(yīng)快慢、平衡移動、有副反應(yīng)發(fā)生、物質(zhì)本身的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)等角度入手;第三，基于核心觀念的結(jié)構(gòu)化。本主題可在化學(xué)平衡觀、控制變量法這些大觀念下統(tǒng)整教學(xué)內(nèi)容開展教學(xué)。

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