例談高考化學(xué)真題中學(xué)科交叉融合*

牛寶妮

(甘肅省慶陽第一中學(xué)，甘肅 慶陽 745000)

我國中學(xué)階段是以分科課程學(xué)習(xí)為主，但從近幾年的高考化學(xué)試題中發(fā)現(xiàn)，綜合性的理念已經(jīng)逐漸整合到分科課程中[1]。例如，STSE選擇題，古文、詩句頻頻出現(xiàn)；電化學(xué)試題中微生物電池、濃差電池交叉滲透了物理和生物知識；晶胞從簡單的平行六面體考到三棱柱、六棱柱，信息中的投影、四面體空隙、八面體空隙數(shù)等對數(shù)學(xué)能力的要求逐漸提高等。目前中學(xué)化學(xué)的教學(xué)過程中，并沒有將化學(xué)與其他學(xué)科很好地結(jié)合起來，短期不利于提高學(xué)生的高考成績，長遠(yuǎn)不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力[2]。本文以化學(xué)高考真題為例，淺談高中化學(xué)與語文、數(shù)學(xué)、物理、生物的交叉融合現(xiàn)象[3]。

1 高考化學(xué)和語文的交叉融合

語文是其他學(xué)科的基礎(chǔ)，語文對其他學(xué)科是先行的。

近幾年高考試題特點(diǎn)鮮明。首先，中華傳統(tǒng)文化的滲透。比如文言文和古詩詞(2019年全國二卷和2020年全國二卷)，這是化學(xué)科學(xué)語言和古漢語文學(xué)的碰撞，但翻譯文言文成難點(diǎn)。其次，信息量大。信息五六行司空見慣，很多信息來自前沿雜志。如何從海量信息中提取有價值的東西并整合，這些能力源于閱讀能力，新高考化學(xué)對語文素養(yǎng)要求會越來越高。

【2020年全國二卷】7.北宋沈括《夢溪筆談》中記載：“信州鉛山有苦泉，流以為澗。挹其水熬之則成膽礬，烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”。

【2019年全國二卷】7.“春蠶到死絲方盡，蠟炬成灰淚始干”是唐代詩人李商隱的著名詩句，下列關(guān)于該詩句中所涉及物質(zhì)的說法錯誤的是。

首先，化學(xué)老師要提高認(rèn)識，認(rèn)同中華文化并弘揚(yáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，進(jìn)而讓學(xué)生喜愛中國文化。其次，教師平常要多讀書，讀好書，讓化學(xué)課堂充滿理性的光輝和人文情懷，實(shí)現(xiàn)育人功能。然后，教師要講究科學(xué)的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生在大信息量中尋找關(guān)鍵字詞，獲取有效信息并整合為自己的語言。最后，高3二輪復(fù)習(xí)STSE題型時，古文題抓關(guān)鍵字，總結(jié)操作方法的古語表達(dá)。還可以邀請語文老師互助教學(xué)，語文老師翻譯，化學(xué)老師分析選項(xiàng)，這種創(chuàng)新教學(xué)可能會提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2 高考化學(xué)和數(shù)學(xué)的交叉融合

數(shù)學(xué)是研究人類思維方式的科學(xué)，也是學(xué)習(xí)工具。高考化學(xué)有10分左右的計算題，它能拉開優(yōu)等生和中等生的差距，但很多學(xué)生會放棄[8]。

這類題的特點(diǎn)一：大多數(shù)題型固定。比如，滴定計算，化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡常數(shù)、晶體密度的計算。特點(diǎn)二：穩(wěn)中有變。晶胞計算創(chuàng)新點(diǎn)多，晶胞從簡單的平行六面體考到三棱柱、六棱柱，信息中的投影、四面體空隙(如2019卷全卷一卷)、八面體空隙數(shù)對學(xué)生的空間想象能力要求能高，難度增大，立體幾何的基礎(chǔ)尤為重要。特點(diǎn)三：水溶液中的離子平衡這道題，圖像和計算都比較復(fù)雜。比如，對數(shù)、負(fù)對數(shù)、P(離子濃度)(如2021年全國甲卷)，對學(xué)生識圖和計算能力要求越來越高。

【2019年全國一卷】35題：圖(a)是MgCu2的拉維斯結(jié)構(gòu)，Mg以金剛石方式堆積，八面體空隙和半數(shù)的四面體空隙中，填入以四面體方式排列的Cu。圖(b)是沿立方格子對角面取得的截圖。可見，Cu原子之間最短距離x=pm，Mg原子之間最短距離y=pm。設(shè)阿伏加德羅常數(shù)的值為NA，則MgCu2的密度是g·cm-3(列出計算表達(dá)式)。

下列說法正確的是

A.曲線①代表BaCO3的沉淀溶解曲線

B.該溫度下BaSO4的Ksp(BaSO4)值為1.0×10-10

C.加適量BaCl2固體可使溶液由a點(diǎn)變到b點(diǎn)

如何應(yīng)對化學(xué)高考中的計算題？首先，高考化學(xué)計算題要比高考數(shù)學(xué)簡單，老師要幫助學(xué)生克服懼怕心理，從心理上打敗“紙老虎”；其次，知識模型化、數(shù)學(xué)化，這和數(shù)學(xué)建模是很相似的,即在化學(xué)中運(yùn)用已經(jīng)學(xué)會的數(shù)學(xué)工具, 通過細(xì)心分析已知量和未知量的相互關(guān)系, 建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系或數(shù)學(xué)模型,達(dá)到解題的目的；最后，固定題型要總結(jié)方法，如滴定、速率、化學(xué)平衡常數(shù)、轉(zhuǎn)化率、晶體密度的計算，講練結(jié)合，讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)，以期學(xué)生熟能生巧，快速準(zhǔn)確解題。

3 高考化學(xué)和物理的交叉融合

有句話說“物化不分家”，可見化學(xué)和物理聯(lián)系緊密[4]。首先，化學(xué)和物理交叉融合的知識多。比如，原子結(jié)構(gòu)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、核能等方面。我們要在扎實(shí)的物理基礎(chǔ)上建構(gòu)這些化學(xué)知識。下面這兩道題電化學(xué)題(2013、2015全國卷)，電流強(qiáng)度和能量密度，學(xué)生只要把基礎(chǔ)物理中的電學(xué)學(xué)好，做起來是很容易的。

【2015年新課標(biāo)Ⅱ卷題26節(jié)選】酸性鋅錳干電池是一種一次性電池，外殼為金屬鋅，中間是炭棒，其周圍是由炭粉、MnO2、ZnCl2和 NH4Cl等組成的糊狀填充物。該電池放電過程產(chǎn)生 MnOOH。(2)維持電流強(qiáng)度為 0.5 A，電池工作 5 min，理論上消耗鋅g。(已知F=96500 C·mol-1)

【2013年新課標(biāo)Ⅰ卷題28節(jié)選】二甲醚(CH3OCH3)是無色氣體，可作為一種新型能源。(5)二甲醚直接燃料電池具有啟動快、效率高等優(yōu)點(diǎn)，其能量密度高于甲醇直接燃料電池(5. 93 kW·h·kg-1)。若電解質(zhì)為酸性，二甲醚直接燃料電池的負(fù)極反應(yīng)為，一個二甲醚分子經(jīng)過電化學(xué)氧化，可以產(chǎn)生個電子的電量; 該電池的理論輸出電壓為 1.20 V，能量密度E=(列式計算。能量密度=電池輸出電能/燃料質(zhì)量，1 kW·h=3.6×106J)

以上對我們的啟示是：老師要拓展自己的知識面，多鉆研化學(xué)和物理融合的知識。一方面，對學(xué)生已有的物理基礎(chǔ)知識，教師可以利用相關(guān)物理知識進(jìn)行引導(dǎo)。比如，化學(xué)反應(yīng)速率可以借鑒物理學(xué)科中物體運(yùn)動快慢的表示方法；原電池的工作原理可以從物理電學(xué)進(jìn)行引導(dǎo)，外電路中電子從負(fù)極流入正極，負(fù)極就要發(fā)生失電子的氧化反應(yīng)，正極發(fā)生得電子的還原反應(yīng)。原電池和電解池中離子的移動方向，大部分老師根據(jù)溶液顯電中性進(jìn)行解釋，其實(shí)還可以從物理學(xué)中的電場入手，學(xué)生已經(jīng)知道帶正電荷粒子的移動方向和電流一致，帶負(fù)電荷的則相反，多角度解釋有助于學(xué)生更好的掌握；阿伏伽德羅定律和推論對學(xué)生來說抽象，但如果從理想氣態(tài)方程入手，可以化難為簡。另一方面，還可以用已有的物理知識解釋抽象的化學(xué)現(xiàn)象。比如，丁達(dá)爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因和物理光學(xué)中的散射有關(guān)。對此多數(shù)老師只是點(diǎn)到為止或者讓學(xué)生自己看課本，事實(shí)很多老師和學(xué)生并沒有弄懂其中真正的原由。如果化學(xué)老師能解釋清楚，不僅提高在學(xué)生心目中的形象，而且有助于學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

4 高考化學(xué)和生物的交叉融合

【2018年全國一卷】下列說法錯誤的是：

A.蔗糖，果糖，麥芽糖均為雙糖；

B.酶是一類具有高選擇催化性能的蛋白質(zhì)；

C.植物油含不飽和脂肪酸酯，能使酸性高錳酸鉀溶液褪色；

D.淀粉和纖維素水解的最終產(chǎn)物均為葡萄糖。

這道題網(wǎng)上爭議很大，學(xué)生提出質(zhì)疑。正確答案給的是A，實(shí)際上B也是有問題的。高中生物書上說：“酶多數(shù)是蛋白質(zhì)，少數(shù)是RNA”。從科學(xué)的角度來看，如果用這樣一句話來給酶下定義，那肯定是不全面的。所以，爭議最后選A和B都給分。從這個案例可以看出，學(xué)科并不是孤立的，不兼?zhèn)鋵W(xué)科交叉滲透，必然會給學(xué)生帶來困擾。

此外，很多高考化學(xué)綜合題以生物知識為題干，選項(xiàng)涉及生物、化學(xué)或生物和化學(xué)關(guān)聯(lián)的知識點(diǎn)。

上述實(shí)例證明了高中化學(xué)與生物交叉融合的必要性。高中化學(xué)和生物的交叉知識比較多，老師應(yīng)該做做到心中有數(shù)，在教學(xué)時進(jìn)行自然巧妙地聯(lián)系。首先，老師可以在備課時知道“哪個地方跟生物有重復(fù)”“我們跟它的區(qū)別是什么”“怎樣講課才能做到互補(bǔ)”“哪個學(xué)科先上這個知識？”這樣在教學(xué)中，有的放矢，靈活運(yùn)用教材，不僅減輕師生負(fù)擔(dān)，而且有利于學(xué)生對知識綜合掌握。其次，高考化學(xué)綜合性強(qiáng)，在平時上課時，可以選擇化學(xué)和生物交叉的案例進(jìn)行研究。比如，生命健康，不僅可以開闊學(xué)生視野，而且鍛煉學(xué)生用化學(xué)、生物或多學(xué)科解決現(xiàn)實(shí)問題，能綜合、會綜合也是創(chuàng)新能力的體現(xiàn)。

5 小結(jié)

高考試題的風(fēng)向標(biāo)給了我們?nèi)缦聠⑹荆?/p>

一方面，我們可以清楚地認(rèn)識到學(xué)科交叉融合的必要性[5]。新時代我們需要更加包容全面的老師，老師不能固步自封，需要不斷的學(xué)習(xí)鉆研，除了本學(xué)科以外，也要涉及其他學(xué)科。培養(yǎng)綜合人才，首先要有博學(xué)的老師。

另一方面，可以預(yù)測學(xué)科交叉融合是趨勢，“天下大事,合久必分,分久必合”。學(xué)科交叉融合是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)。近幾年自然科學(xué)諾貝爾獎多數(shù)融合多個學(xué)科，比如，鋰離子電池的發(fā)明，需要融合化學(xué)和物理知識，物理提供技術(shù)，化學(xué)提供材料。法拉第和居里夫人，公認(rèn)的物理學(xué)家和化學(xué)家，在物理和化學(xué)上都有很大貢獻(xiàn)。有趣的是，近幾年很多的諾貝爾x學(xué)科的獎卻頒發(fā)給了y科學(xué)家。可見，科學(xué)不孤立，科學(xué)要開放，“一花獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園。”