如何強化化學方程式的育人功能

廖偉梁 鄧優華 龔康佳 谷亞楠

【摘要】方程式是化學學科的基本語言和核心概念，研究方程式對高中化學教學具有重要意義。以2020年3套新課標全國化學高考題為素材，從考查形式、考查題型、反應類型、考查元素、考查方式和難易程度等6個角度統計3套高考題方程式的考查特點，結果顯示：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，方程式是體現高考試題基礎性和應用性的重要方式，是考查學生分析與推測能力的重要載體，建議從強化方程式的地位、培養關鍵能力的重要作用以及育人功能等方面加強方程式的教學研究。

【關鍵詞】方程式? 高考題? 分析與推測能力? 育人功能

【基金項目】本文系廣東省教育科研“十三五”規劃2019年度重點科研項目（課題批準號：2019ZQJK026）“高中化學主題教學實踐研究”、廣東省教育研究院課題“中學化學深度學習的問題情境創設與實施研究”和廣東省高中化學學科基地（2021-2023年）研究成果之一。

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

1.引言

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

2.研究設計

為了探查3套高考題方程式的考查特點，6個角度具體按照如下方式進行分類：考查形式分為化學方程式、離子方程式、電離方程式、熱化學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驗題、化工題、原理題、結構題、有機題;反應類型分為無機反應和有機反應兩部分，其中無機反應分為氧化還原反應和非氧化還原反應，有機反應分為取代反應、加成反應、消去反應、氧化反應、還原反應、加聚反應、縮聚反應;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，所有屬于有機反應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、是否發生，間接考查分為產物及其性質、反應類型、反應條件、計算;考查難易程度分為常規反應和陌生反應，其中常規反應包含“教材基本反應”和“課堂拓展反應”，陌生反應是指學生需要通過已知條件和已有知識進行推斷的反應。

3.結果分析

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，化學方程式、離子方程式、電離方程式、熱化學方程式和電極方程式均有涉及，總個數在35～45之間，化學方程式的考查數量幾乎占據一半;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，通常認為結構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小問要求考生根據反應原理示意圖，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過程）。由此可見，方程式作為化學學科的特有語言，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“描述物質和創造物質”方面的獨特性和不可替代性。

3.2方程式是考查學生分析與推測能力的重要載體

分析與推測能力是依據高考評價體系提煉的化學學科4個關鍵能力之一，是知識的抽象理論到具體應用，包括判斷物質結構、分析物質性質、預測反應現象和推斷反應結果[3]。

從考查方式看，直接考查的數量多于間接考查，間接考查以“產物及其性質”居多，直接考查以“是否發生”居多：“是否發生”要求學生根據物質結構和性質，預測反應的現象和結果，如Ⅰ卷選擇題第8題B選項要學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（紫花前胡醇的結構中含有碳碳雙鍵），判斷該反應的現象（由橙紅色變為綠色）。從考查方式看，Ⅰ卷和Ⅱ卷以陌生反應居多，而III卷則以常規反應居多，因為III卷是云南、廣西、貴州、四川、西藏五省（自治區）等西部省份考試用卷，這也從側面上體現了全國高考題的地域適用性。

3.3 方程式是體現高考試題基礎性和應用性的重要方式

基礎性、綜合性、應用性和創新性是高考評價體系提出的考查要求（簡稱“四翼”考查要求），也是高考化學試題命制的基本方向。“基礎性”旨在考查學生對學科基本概念、基本原理、基本技能和思想方法的掌握和應用程度，“應用性”旨在考查學生遷移課堂所學內容、理論聯系實際的能力和水平[4]。

從反應類型的角度看，無機反應的考查數量遠遠多于有機反應，無機反應是學習有機反應的基礎;無機反應中，氧化還原反應的考查多于非氧化還原反應，非氧化還原反應也是學習氧化還原反應的基礎;有機反應中，取代反應是有機化學方程式考查的主要反應類型，還原反應、加聚反應和縮聚反應的考查數量均為0，取代反應是高中階段學習有機反應的基礎反應。從考查元素的角度看，非金屬元素的數量多于金屬元素;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.教學啟示

4.1 強化方程式在化學學科的重要地位

方程式在化學學科中的重要性不言而喻，要強化方程式在化學學科的重要地位，首先要重視學生方程式書寫能力的提高。有關方程式書寫策略在很多文獻記載[5-7]，在此推薦一種“化散為整”的教學策略，即通過適當替換、舉一反三等方式，將類似的方程式進行歸類，發掘其中的規律，通過一個方程式掌握一類方程式，達到舉三反一、觸類旁通的效果。如：氯氣與二氧化硫在水溶液中反應（Cl2+SO2+2H2O? ? ? ?H2SO4+2HCl），這是一個高一化學必修階段所學的一個常規反應，根據“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、是否發生、產物及其性質、計算等等。這些考點在近幾年的全國高考題中均以不同的方式進行了考查。

4.2 提高方程式培養關鍵能力的重要作用

關鍵能力是指面對真實復雜情境時，認識問題、分析問題、解決問題所必須具備的能力[8]。單旭峰[3]提出化學學科考試的4種關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、探究與創新能力。利用方程式培養學生的關鍵能力，需要教師善于挖掘方程式所傳遞的相關信息，并以此為線索，將相關化學概念、物質性質、反應原理、實驗操作等知識融入其中，成為培養學生關鍵能力的最好素材。

以實驗室制備氯氣的化學方程式為例：MnO2+4HCl（濃）？勖? MnCl2+Cl2↑+2H2O，通過問題情境的設置，以相關知識為載體，提高學生的關鍵能力。在理解與辨析能力的培養方面，可以設置以下問題：如何快速確定4個基本概念（氧化劑、還原劑、氧化產物、還原產物）、如何辨析易混淆的概念（如氧化劑與氧化產物、還原劑與還原產物）、如何避免方程式書寫的易錯點（如氣體符號、加熱符號、配平等）;在分析與推測能力的培養方面，可以設置以下問題：該反應是否可以推測一些物質的氧化性及還原性強弱順序（如MnO2的氧化性強于Cl2、濃鹽酸的還原性強于Cl2）、預測反應有哪些現象（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，如何處理反應后的溶液等）;在歸納與論證能力的培養方面，可以設置以下問題：氧化劑可以用哪些物質代替[如KClO3、KMnO4、Ca（ClO）2、PbO2等]、還原劑可以用哪些物質代替（如氯化鈉固體與濃硫酸的混合物等）、實驗室還有哪些物質也可以用類似的方法制取（如溴單質）;在探究與創新能力的培養方面，可以設置以下問題：如何設計“探究不同氧化劑（如MnO2和KClO3）制取氯氣的優劣性”實驗方案（如實驗目的、實驗用品、實驗操作等）、可以通過哪些實驗現象和實驗數據衡量兩者的優劣性、如何評價該實驗方案的可行性等。

4.3 發揮方程式在化學學科的育人功能

2020年高考化學試題以化學方程式為載體，從傳播基礎知識、展現化學價值、激發科學精神和弘揚愛國主義四個方面落實育人功能[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，體現了化學工業為疫情防控提供的強有力物質支撐，讓學生充分感受到化學對人類進步的重大貢獻，深刻認識化學學科的社會價值;Ⅱ卷第7題以北宋沈括《夢溪筆談》煉銅工藝為考查情境，讓學生充分了解到中國古代化學的輝煌成就，有利于增強學生們對中華文化的自信;Ⅲ卷第36題以我國科學家在[4+2]環加成反應的研究成果為考查情境，有利于增強學生的民族自豪感，激發學生的愛國熱情。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、消毒和化工領域的應用為背景，考查學生對于化學知識應用于實際生活中融會貫通的能力，以Ⅱ卷中“84消毒液”與酸性清潔劑反應方程式的考查為例，體現了化學學科科學傳播知識的能力和解釋生活中化學問題的育人功能。

綜上，在高考綜合改革背景下，應該深入研究方程式在歷年高考題的考查特點，真正發揮方程式在培養學生核心價值、學科素養、關鍵能力和必備知識的重要作用，提升化學方程式的育人功能。

參考文獻：

[1]楊帆，吳成軍.四十年來生物高考的歷程、特點與展望[J].課程·教材·教法，2017，37（1）：82-88.

[2]邵偉，龐濤.活學化學反應? 激活化學思維[J].化學教學，2013（3）：17-20.

[3]單旭峰.基于高考評價體系的化學科考試內容改革實施路徑[J].中國考試，2019（12）：45-52.

[4]李勇，趙靜宇，史辰羲.高考評價體系的基本內涵與主要特征[J].中國考試，2019（12）：7-12.

[5]田存現，田方.復雜離子反應的規律及其離子方程式書寫策略[J].化學教育（中英文），2019，40（19）：47-54.

[6]董順.直接法書寫與量有關的離子方程式[J].化學教學，2016（7）：79-81.

[7]魯名峰.與量有關的離子方程式的書寫[J].中學化學教學參考，2010（7）：57-58.

[8]江合佩，單旭峰.基于高考評價體系的化學試題研究——以2019年高考化學試題為例[J].教育測量與評價，2020（2）：11-19

[9]單旭峰.試論高考化學的育人功能[J].教育與考試，2019（2）：11-15.