2019年“金鑰匙”科技競賽（初三學生CESL活動）決試題對教學的啟示

王光朝

摘要：本章對“2019年江蘇省‘金鑰匙科技競賽（初三學生CESL活動）”7道經典的化學試題，從題干的內容與素材的組織角度，進行了思考與挖掘，從中探尋對化學課堂教學所具有的積極意義與功能作用，并就此活動產生了兩點感悟。

關鍵詞：科技競賽;學科素養;試題賞析;課堂教學

文章編號：1008-0546（2020）03-0027-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.007

由江蘇省教育廳、科技廳、科協以及文明辦聯合舉辦的“金鑰匙”科技競賽（初三學生CESL活動），是全國中小學“金鑰匙”科技競賽的系列活動之一。CESL分別是Chemistry Environment、Society和Life四個英文單詞的縮寫，突出活動的主題，圍繞化學、環境、社會和生活4個關鍵詞而開展，活動重在傳播科學知識、提升學生學科素養、推進素質教育的深入實施。因而決賽試題在素材的選擇、題型的設置、設問的視角均與中考有所不同，十分注重化學與社會、科技、生活及環境的密切聯系，及其在真實的情境中分析問題、解決問題的思維方法。試題賞心悅目、內容與時俱進，倍感核心素養引領下的化學教學改革帶來的陣陣“清香”，不僅能使化學基礎知識扎實、閱讀面寬廣、科學素養優異的學生脫穎而出，而且試題中有許多素材也是教師日常教學中難得一見的極好資源，稍加處理應用于課堂教學，有利于優化教師的教學知識結構，高瞻遠矚、游刃有余，豐厚課堂教學的內容;有助于拓展學生的知識眼界，學到課本上學不到的知識，強化對化學核心知識的深度理解。下面摘選其中部分經典的、別具特色的試題，與同行們共同賞析，并從中談幾點個人對教學的啟發與思考，旨在共同推進這項活動深入、持久地開展。

一、試題的風格特點

1.與現代科技密切聯系

（1）橋梁化學

例1：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題1）全球最長跨海大橋——港珠澳大橋于2018年10月24日正式通車運營。港珠澳大橋跨越伶仃洋，東接香港特別行政區，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區，全長55公里，使用壽命120年，可抗16級臺風、8級地震，是在“一國兩制”框架下，粵港澳三地首次合作建設的超大型跨海交通工程。下列說法正確的是（ ）

A.橋梁的開通大大地縮短了香港、珠海、澳門之間的通行時間

B.鋪設隧道的不銹鋼具有韌性好、硬度小的性能

C.橋欄桿等使用了大量建筑材料大理石，其主要成分是二氧化硅

D.建橋所用主梁鋼板的含碳量在0.03% - 2%之間

考慮到目前多數學生還沒有時間與機會游覽香港、澳門和珠海，這道題首先明晰了港珠澳大橋的具體地理位置，在伶仃洋的東岸香港、西岸珠海與澳門之間的海洋上建筑而成，使學生在頭腦中形成港珠澳大橋的大致地理輪廓，彌補了部分學生港珠澳地理位置知識的缺失。其次是大橋的建筑奇跡，大橋設有6車道，全長55公里，將會是世界上最長的、超大型跨海橋隧組合公路大橋，使用壽命達120年，可抗16級臺風、8級地震，這些數據令世人嘆為觀止、令國人自豪驕傲。大橋主跨采用“雙塔雙索鋼箱梁斜拉橋”，其景觀效果也是世界一流。大橋的施工不僅處于惡劣的海上氣候條件下完成，還碰到了世界頂級的3個難題：①在軟弱地層上填海修建人工島;②海底隧道建筑;③長22公里的全鋼橋梁建造。可以說，港珠澳大橋是人類橋梁建筑史上的奇跡，代表著國人最高層次的聰明智慧和無比創造力。再次是思想情感方面的教育，大橋是在港澳回歸祖國懷抱，實現“一國兩制”框架下，粵港澳三地首次合作建造而成的，充分顯示出中國特有的“一國兩制”特色發展的魅力與優勢，也是改革開放、特區優先發展的最好見證。

（2）科研化學

例2：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題9）南京理工大學胡炳成團隊用新方法制得NaNs.3H20。該化合物中含有Ns等微粒，已知N為7號元素，則下列有關說法正確的是（

）

A.Ns是一種單質

B.1個Ns共含有35個質子

C.1個Ns帶一個單位的負電荷

D.1個Ns共含有35個電子

初中生雖然對陰離子Ns還不甚了解，但有著1-20號原子序數及原子結構示意圖的知識基礎，因而完成本題的正確選擇難度不大。在完成本題的同時，學生能深深感受到我國高校科研團隊的強大，尤其是南理工，科技創新是南理工跨越式發展的第一推動力，南理工胡炳成團隊這次成功合成出全氮陰離子鹽，是該領域的突破性成果。理論上，全氮類物質的能量水平相當于TNT炸藥的10到100倍。新型超高能含能材料是國家核心軍事能力和軍事技術制高點的重要標志，全氮陰離子鹽的成功合成，不僅為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅實基礎，更有助于我國核心軍事能力的提升，同樣全氮陰離子的合成對全氮含能材料的發展具有重要科學意義[1]。答題的過程中潛移默化地影響著學生，激發學生學習化學的熱情，引領學生站在最前沿的化學研究高度，審視化學學科的價值，立志將來從事與科研創新或化學高端研究相關工作，使學生深深體驗到化學學習的重要意義。

（3）宇宙化學

例3：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題22）2019年1月11日，嫦娥四號登月成功，玉兔二號漫游車在月球上的一小步卻是中華民族的一大步。

①月球上有豐富的氦-3，氦-3可以和氫的一種同位素發生核聚變，可釋放大量的能量，如果能將氦-3運至地球，該反應有可能為地球提供____;氦一3原子的質子數是一。

②嫦娥四號和玉兔二號身上的國旗材料是由一種聚酰亞胺的有機高分子薄膜材料制作的。化學纖維織物、絲綢、棉布、紙張等地面常見國旗材料無法經受月球環境考驗的原因可能是____。

③月球的礦產資源極為豐富，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，月球上的鐵主要是氧化鐵，從氧化鐵冶煉鐵可選擇的還原劑是____。

A.焦炭; B.-氧化碳; C.氫氣; D.氧氣

學生閱讀第①題的題干，能深切感受到中國航空航天的高尖端技術，處于世界的領先水平，人類探索宇宙、遨游太空從此變為現實，這是國人的驕傲與自豪。雖然初中生對高中化學的同位素概念還缺乏了解，對氦-3是氦的同位素，含有2個質子和1個中子，可以與氫的一種同位素一氘進行核聚變，其過程不產生中子、放射性小，無污染、安全等化學知識較為茫然，但能感知到氦-3是一種極為寶貴的太空資源，為解決人類能源危機另辟蹊徑，提供了一種全新的可能與途徑。第②題實際考查的是環境化學問題，由于月球表面不存在大氣層，屬于真空狀態，其溫差在300℃以上，溫度最低可達-180℃，并且紫外線輻射強烈，所以用聚酰亞胺有機高分子材料制作的薄膜無法經受月球惡劣環境的考驗。這道題從另一個側面告訴學生大氣層對于地球與人類的生存是如此的重要，臭氧層的作用實在不可小覷，保持自然界CO2的平衡至關重要。現在多數初中生由于整天“游題海”，科普閱讀面狹窄，一提到C02就想到“溫室效應”，是引起氣候變化的罪魁禍首，是一種可惡的物質。其實任何事物都具有“兩面性”，自然界中的任何物質都存在利與弊，引領學生從哲學的角度、思辯的視角看待問題、分析問題，是化學課堂教學不可或缺的主要內容之一。

2與科學歷史交融結合

（1）經典周期律

例4：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題3）2019年是俄國化學家門捷列夫發明元素周期表150周年，被聯合國定為“國際化學元素周期表年（the In-ternational Year of the Periodic Table of Chemical Ele-ments）”，簡稱“IYPT 2019”。下列關于元素周期表說法正確的是（

）

A.目前已發現的所有元素占據了周期表里全部位置，不可能再有新的元素被發現

B.元素周期表的第一周期有八種元素

C.元素的性質隨著原子序數的增加而呈周期性變化

D.元素周期表中的非金屬元素種類多于金屬元素

元素周期表的學習雖然不是初中生學習化學的重點，但這道題的解答對于初中生而言并沒有難度，因為學生在學習離子及其符號書寫的階段，已基本了解1-20號元素的原子核外電子的排布情況，粗略知道元素周期表的結構與排布規律。通過這道題的題干閱讀，能使學生深切地感受到給元素王國立法的化學家門捷列夫，對化學學科的發展所做出的巨大貢獻。早在1869年，門捷列夫就將已經發現的63種元素按原子量遞增順序排列制成元素周期表，結束了化學元素雜亂無章的歷史，堪稱為“美的杰作”。元素周期性發現的理論價值就在于：①將科學實驗得到的知識，經過綜合分析形成理論，具有科學的預見性;②把各種元素看作有內在聯系的統一體，而不是彼此孤立的簡單堆積，為尋找新元素提供理論上的向導;③不但演繹當時已知的元素性質，還能預言未知元素的性質。為了紀念門捷列夫，1955年美國科學家把新發現的101號元素，命名為鍆（Md）[2]。今年又恰逢元素周期表發明150周年，聯合國將此定為“國際化學元素周期表年”，每當見到“IYPT 2019”這樣的標識，人們便自然想起化學巨匠門捷列夫對化學作出的杰出貢獻。

（2）古代中醫學

例5：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題4）我國清代《本草綱目拾遺》中記敘無機藥物335種，其中“強水”條目下寫道：“性最烈，能蝕五金……其水甚強，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛”。這里的“強水”是指（ ）

A.氨水;

B.鹵水;

C.醋;

D.硝酸

“讀史使人明智”中國文化源遠流長。化學既是一門自然科學，也是人類文化的有機組成部分，其中蘊含了豐富的科學與人文歷史。《本草綱目》是明代李時珍用了近30年的時間編寫而成，書中收載藥物1892種，藥圖1000余幅，闡發藥物的性味、主治、用藥法則、產地、形態、采集、炮制、方劑配伍等，并載附方10000余種，不僅考正了過去本草學中的若干錯誤，綜合了大量科學資料，提出了較科學的藥物分類方法，融人先進的生物進化思想，還反映了豐富的臨床實踐，是一部具有世界性影響力的博物學著作，可謂是16世紀之前藥學成就之大成，被國外學者譽為中國之百科全書。閱讀解答這道題，一種民族自豪感油然而生，同時也聯想到我國著名的化工專家、創造了“候氏聯合制堿法”的侯德榜，尤其是為戰勝影響世界上人數最多的疾病——瘧疾，而孜孜以求、從青蒿中分離提取出活性物質——青蒿素的屠呦呦，“青蒿素的發現是中國傳統醫學給人類的一份禮物”，挽救了發展中國家的數百萬人生命。研究的過程并非一帆風順，實驗經歷191次后才成功提取，屠呦呦曾以身試毒，弄壞肝臟，2015年83歲的屠呦呦終于獲得諾貝爾生理醫學獎，成為迄今為止第一位獲得諾貝爾科學獎項的本土中國科學家。學生在解題的過程中能激發刻苦學習、報效祖國的熱情。

3.與人們生活息息相關

（1）環境化學

例6：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題5）“霧霾”一直是備受關注的環境問題。目前省環保部門按新修訂的《環境空氣質量標準》，增加了細顆粒物（PM2.5）和臭氧（03）這兩個監測指標。下列說法正確的是（ ）

A.燃放鞭炮不會造成大氣污染

B.可吸人細顆粒物對人體健康有危害

C.化學在環境監測和保護中起重要作用

D.臭氧（03）是一種特殊氧化物

“霧霾”、PM2.5和臭氧（03）這些名詞，對于初中生來說并不陌生，但是學生對它們的作用或危害并不十分清楚。例如臭氧（03）：在距離地表10-50千米的平流層中，充滿著在常溫、常壓下無色，卻具有刺激性氣味的、濃度不超過0.4%的臭氧（03），全球總量大約在30億噸，被稱之為人類的“保護傘”，其原因有3方面：①它可以吸收波長最短的，對生物體具有巨大殺傷力的紫外線C;②也能吸收波長稍長、能嚴重傷害生物體的紫外線B;③讓紫外線更長的紫外線A穿越大氣層到達地球表面，不僅可以殺菌，還能促進人體內維生素D的合成，防止佝僂病的發生。目前南極已經出現臭氧層空洞，到20世紀末，其面積已經達到2830平方千米，相當于我國領土面積的3倍。臭氧層空洞的出現主要是由于氟利昂等氯氟烴在紫外線的照射下，釋放出活潑性很強的游離氯原子或溴原子而造成的[3]。而臭氧污染是大氣層中的抗氧化物和碳氫化合物等被太陽照射，發生光化學反應而形成的。長時間接觸高濃度臭氧的人會出現疲乏、咳嗽、惡心、記憶力衰退、視力下降等癥狀。這些知識有待于我們老師在課堂教學中，結合課本上的知識點適當地向學生進行傳授，通過本題的回答，能促使學生認識到化學在緩解人類面臨的一系列問題，如環境污染、能源危機等方面所做出的積極貢獻，進一步增強學生環保、“低碳”的生活意識和學習化學的價值追求，以及對自然和社會的責任感。

（2）藥物化學

例7：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題7）現今有些藥房出售“沖泡式”感冒藥。這類藥劑經溫水調和，杯中會有氣泡，飲用方便。“沖泡式”感冒藥劑之所以會有氣泡，是因其含有檸檬酸以及下列物質中的（

）

A.碳酸氫鈉

B.氫氧化鎂

C.阿司匹林

D.咖啡因

“生活處處皆化學”是化學新課程一直倡導的教學理念，義務教育課程標準（2011年版）“課程目標”明確指出：“注意從學生已有的經驗出發，讓他們在熟悉的生活情景和社會實踐中感受化學的重要性，了解化學與日常生活的密切聯系，逐步學會分析和解決與化學有關的一些簡單的實際問題”[4]。我們常說，初中化學教師是引領學生踏進化學之門的領路人，學生是否對化學真正有興趣，高考選修時，是否還愿意繼續選修化學，或將來是否愿意從事與化學相關的科研工作，能否愿意埋頭鉆研，成為化學領域中的拔尖人才，初中化學教師的作用是非常巨大的。從很多科學家的成長經歷來看，他們對化學學科的喜愛，大多數得益于啟蒙教師的啟迪和引導，在于啟蒙階段學習興趣的激發。

二、兩點思考

1.在實踐中尋索

教授化學，既可能是一件痛苦的事，也可以是一件快樂的事，僅僅為了應對考試，始終圍繞“三件套”（即教材、教參、教輔）“轉”，盡管教了幾十年，最終只不過教給學生一堆終身無用的題目。為了激發學生興趣，提升學生學科素養，為將來的可持續發展打下基礎，就得重新審視我們的教學思路與策略。筆者認為：最關鍵的核心問題是化學學科教育的價值與追求，倘若你想讓學生真正喜歡化學，就該把課演繹得生動有味;倘若你想讓學生體驗科學探索精神，就該少布置些書面作業，多一些探究活動實踐類的任務;倘若你想使學生獲得創造力，就該多走出教室，不惜把孩子的手弄“臟”;倘若你想要學生具有豐富的想象力，就該在課堂上多一點有趣的科學故事。這樣的課堂似乎不同尋常，在別人看來是“不務正業”，甚至是“另類”的課堂教學，其實長久堅持卻能曲徑通幽。有人要問，面對九年級學生，升學壓力這么重，家長期望值這么高，你敢嗎？歸根結底還是那句話，“為什么而教”，當你堅持“為學生的終身發展而教”“為未來而教”的信念時，你就有膽魄、有勇氣與底氣這么做。不過，現實一點說，當下僅著眼于長遠而規避應試是不現實的，必然會陷入“四面楚歌”的境地。既不放棄教育的理想，又不無視直接涉及學生發展的現實約束，維護知識的“生態平衡”，這無論是對于教師還是學生，都是極大的挑戰。

2.在閱讀中前行

隨著新課程的實施不斷向深水區發展，化學教育越來越多地注重學科與人文的結合;注重科學與社會發展的關系;關注科學探究的方法;關心科學前沿的進展。然而，隨著知識的發展日新月異，任何一位教師也不可能做到完全熟悉和充分了解新知識的發現與更新，這就需要不斷地學習與“充電”，需要新知識的及時補充才能在課堂上游刃有余、高瞻遠矚。“教教材”與“用教材教”看似是文字游戲，其實是教學理念、教學價值的迥異。要使得課堂教學在課本知識與內容的基礎上，向外適度的延伸與拓展，教師就需要廣泛的閱讀。例如有關臭氧層的問題：1976年，聯合國環境規劃署通過了第一個“關于臭氧層行動的世界計劃”，1985年4月，《保護臭氧層維也納公約》在奧地利首都維也納通過，1987年9月16日，在加拿大蒙特利爾會議上，通過了著名的協議書：《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，減少5種氟利昂和3種溴化物的生產與使用。因此，就將9月16日確定為“國際保護臭氧層日”[5]。這些知識內容從何而來，只有靠平時日積月累的閱讀，豐厚教學底蘊，不囿于教材而駕馭教材，必使課堂出新出彩。

參考文獻

[1]鄭晉鳴，我合成全球首個全氮陰離子鹽[N].光明日報.2017-02-03（006）

[2]周公度，化學是什么[M].北京：北京大學出版社，2011：47-48

[3][5]余宇.課本上學不到的化學1[M].上海：上海科技教育出版社.2013：26-33

[4]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012：3