基于學科大概念與核心素養的高考化學命題分析

【摘要】本文基于新高考評價體系要求構建以測試學生化學學科核心素養水平為目的的命題框架，從學科大概念的視角分析高考化學命題中對應化學學科核心素養所體現的學科大概念思想，旨在為教師在化學教學中落實學科核心素養提供幫助。

【關鍵詞】大概念 核心素養 高考命題

高中化學

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2023）05-0084-05

傳統的學業水平考試命題注重考查學生對化學知識的掌握程度，而新高考評價體系則要求以考查學生化學學科核心素養水平為目的，并以核心素養為核心構建命題框架，要求學生把握好“情境”與“問題”以及“知識”與“素養”之間的聯系。命題框架要求題目設置以真實情境為載體，以情境題干中所設問的問題為實際任務，讓學生將實際任務轉化為化學問題，再運用所學化學知識加以解決，考查學生在解決實際問題過程中的核心素養。

考試標準要求以“核心素養”為考查中心，那么，課堂教學設計也必然圍繞“核心素養”展開。怎樣的教學設計可以推動學科核心素養的落地呢？筆者認為，核心在于學科大概念。從大概念的角度進行教學設計，將課程內容結構化、情境化，有助于學生構建更完善的知識體系，更容易理解知識內容背后更本質的思想觀念，從而促進思維能力的高階遷移，推動學科核心素養的發展。

大概念不能局限于字面上的“概念”，它是一個大觀念，其核心特點是“高位”，概括性高，遷移能力強。學科大概念是指體現學科本質，具有抽象、概括、統攝、遷移價值的學科思想和理念。核心素養的核心是真實性，它的指向是解決真實情境中的問題，而學科大概念思想則是核心素養落地的重要支撐，可以幫助學生實現高通路遷移。例如，“物質是由微粒組成的，化學反應的實質是微粒之間的相互作用，宏觀現象是微觀作用的外在反映”是學科大概念，能揭示和概括化學變化，體現“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。因此，考試命題中對核心素養的考查，本質上也是對學科大概念的考查，在高考命題中同樣如此。

本文從學科大概念的角度出發，分析化學學科核心素養在高考化學命題中所體現的學科大概念思想，每個核心素養對應概括1—2個學科大概念，旨在幫助教師在化學教學中落實學科核心素養培養。

一、“宏觀辨識與微觀探析”對應大概念

“物質是由微粒組成的，化學反應的實質是微粒之間的相互作用，宏觀現象是微觀作用的外在反映。”這是理解化學反應本質的一個大概念。

在新課標中，“素養1宏觀辨識與微觀探析”等級4的要求是，能夠從宏觀與微觀結合的角度對物質及其變化進行歸類、表述。高考命題往往考查的是陌生物質之間的轉換關系。在這個大概念的指導下，教師在指導學生分析溶液中的離子反應時，首先要思考的問題是：溶液中的物質是以何種微粒形式存在的？微粒之間會產生什么樣的相互作用？發生作用所對應的宏觀現象又是什么？各微粒發生作用后數量發生了怎樣的變化？由此建立思維模型：宏觀物質→微觀粒子→相互作用→微粒數量。

根據化學反應的宏觀現象，運用思維模型輔助分析反應的微觀變化過程，能夠幫助學生在分析陌生反應的新情境中，找到解題思路和方法。在分析化學反應微觀變化過程中，許多化學變化微粒之間的相互結合會涉及“定量”的問題，通過數據來支持分析微觀變化過程，可以幫助我們更好地描述物質變化。從宏觀上的“定性變化”上升到“定量分析”即“定性定量結合”的角度來理解化學變化，這也是一個學科大概念。

【例1】（2021·全國甲卷·26） 碘（紫黑色固體，微溶于水）的一種制備方法如下圖所示：

①加入Fe粉進行轉化反應的離子方程式 ? ，生成的沉淀與硝反應，生成 ? 后可循環使用。

②通入Cl2的過程中，若氧化物只有一種，反應的化學方程式為_________? ?；若反應物用量比為[n（Cl2）n（FeI2）]=1.5時，氧化產物為_________? ；當n（Cl2）/n（FeI2）>1.5，單質碘的收率會降低，原因是___________________________。

【“宏微結合”大概念解析】AgNO3加入含I-的海水，Ag+與I-結合生成AgI懸濁液。根據題干提供的宏觀證據“加入鐵粉，懸濁液轉化為沉淀”可知鐵粉發生了氧化反應，只能是AgI中+1價Ag將其氧化，AgI自身被還原為Ag沉淀。因此加入Fe粉進行轉化反應為：2AgI+Fe[_________? ?]2Ag+Fe2++2I-。

【“定性定量結合”大概念解析】通入Cl2的過程中，因I-還原性強于Fe2+，Cl2先氧化還原性強的I-，若氧化產物只有一種，則該氧化產物只能是I2，故反應的化學方程式為FeI2+Cl2[_________? ?]I2+FeCl2。若反應物用量比為[n（Cl2）n（FeI2）]=1.5時即Cl2過量，先氧化全部I-再氧化Fe2+，恰好將全部I-和Fe2+氧化，故氧化產物為I2、FeCl3；當[n（Cl2）n（FeI2）]>1.5即Cl2過量特別多，多余的Cl2會與生成的I2繼續發生氧化還原反應，單質碘的收率會降低。

【例2】（2021·北京卷·9 節選） 已知反應①為：H2S+CuSO4[_________? ?]CuS↓+H2SO4

選項B是否正確？（B.不能依據反應①比較硫酸與氫硫酸的酸性強弱）

【“宏微結合，定性定量結合”大概念解析】在分析B選項正確與否時，不能停留在初中階段是否滿足復分解反應的條件，即生成沉淀、氣體或水，而應從離子反應的微觀本質“某些離子濃度的降低”來分析。因硫化氫是弱酸，硫酸是強酸，所以該反應能發生并非強酸制弱酸，而是Cu2+和S2-結合生成了極難溶的CuS。教師在日常教學中還可以從定性分析上升到定量分析，讓學生通過定量計算，從而更深層次地理解該反應的本質。已知：CuS（s）[_________? ?]Cu2+（aq）+S2-（aq） KSP=1.3×10-36 mol2·L-2；H2S：Ka1=1.1×10-7 Ka2=1.3×10-13，可以把反應H2S+CuSO4[_________? ?]CuS↓+H2SO4變成一個可逆反應，計算出它的平衡常數，通過計算可知該反應的發生是應沉淀驅動所致。通過分析，教師幫助學生從微觀角度上理解這是一個多平衡的競爭體系，并從定量的數據幫助學生理解離子反應的本質。從定性到定量這個物質變化觀念的應用，并非把簡單的問題復雜化，而是讓學生深刻理解本質，形成素養，才能解決更陌生復雜的情境問題。

【例5】［2022·北京卷·18（3），題干見例3］ “浸鎂”過程中，取固體B與一定濃度的（NH4）SO4溶液混合，充分反應后MgO的浸出率低于60%。加熱蒸餾，MgO的浸出率隨餾出液體積增大而增大，最終可達98.9%。從化學平衡的角度解釋浸出率增大的原因是____________________________________。

【“平衡思想”大概念解析】“浸鎂”的微觀過程分析可類比“浸鈣”，其過程發生反應為：MgO+H2O[]Mg（OH）2；Mg（OH）2+[2NH+4][][Mg2+]+2NH3·H2O；NH3·H2O[△]NH3↑+H2O。有人提出氧化鈣可以與水反應，但氧化鎂可以嗎？基于這個疑問，學生就質疑了加硫酸銨能“浸鎂”的可行性，使流程分析陷入停滯。這時，教師要指導學生運用大概念思維“任何反應都有一定的限度，可以通過改變條件加以調控”進行思考：氧化鎂與水微弱反應，加入[NH+4]促進反應正向進行，再通過加熱蒸餾隨即逸出大量氨，平衡正向移動，有利于氫氧化鎂轉化為可溶性鎂鹽。

四、“科學探究與創新意識”對應大概念

“提出問題或猜想，設計驗證方案，實施實驗操作，獲取數據或證據，分析解釋和構建模型，得出結論”是科學探究的重要步驟，也是核心大概念，指導人們開展科學探究。

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，通過實驗探究手段獲取化學知識是化學學習的必要手段。從問題和假設出發，設計符合探究目的的實驗方案，并依據實驗資料和證據作出結論，是科學探究的重要方法。在解決實際情境問題的過程中，通過實驗的設計、操作和評價，學生的高階思維可以得到更好的發展，從而促進核心素養的發展。因此，建立科學實驗探究的大概念，用實驗探究的思想來指導化學學習，對學生掌握知識和發展素養都更加有利。近幾年的高考命題中，對實驗探究能力的考查也有所增加。

【例6】［2020·全國Ⅲ卷·26（5），題干見例4］ 取少量KClO3和NaClO溶液分別置于1號和2號試管中，滴加中性KI溶液。1號試管溶液顏色不變。2號試管溶液變為棕色，加入CCl4振蕩，靜置后CCl4層顯_________?色。可知該條件下KClO3的氧化能力_________?NaClO（填“大于”或“小于”）。

【“實驗探究”大概念解析】這題題干沒有明顯按實驗探究的幾個步驟來呈現，但實驗探究的幾個要素都已隱含其中。提出問題：探究KClO3和NaClO的氧化能力→設計驗證方案（分別在KClO3和NaClO溶液中滴入中性KI溶液）→實施實驗操作→獲取證據（兩支試管的顏色變化情況）→分析解釋（溶液變色說明I-被NaClO氧化為I2）→得出結論（KClO3的氧化能力小于NaClO）。定性實驗的設計，應注意要有明顯的實驗現象，通常實驗結論必須根據實驗現象所反映出的事實得出。

五、“科學精神與社會責任”對應大概念

“能從化學的角度分析，運用所學的化學知識和方法，對生成生活中的化學問題進行解釋或解決?！边@是體現化學學科價值的核心大概念。

化學源于生活，服務于生活，對人類文明的發展有著不可替代的作用?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版2020修訂）》提出學生應在化學與社會發展方面形成和發展STSE核心觀念，包括化學在材料、能源、健康、環境等領域的應用。學生應該能認識材料的化學組成、特征和用途，能從可持續發展角度認識能源的開發及應用，能認識化學在藥物合成、人類健康方面的關系，等等?；瘜W最重要的學科價值在于促進人類文明的發展，學生應該了解和掌握必備的化學知識，發展“科學精神和社會責任”核心素養。

【例7】（2020·全國Ⅲ卷·7） 化學與人體健康及環境保護息息相關。下列敘述正確的是（ ?）。

A.食品加工時不可添加任何防腐劑

B.掩埋廢舊電池不會造成環境污染

C.天然氣不完全燃燒會產生有毒氣體

D.使用含磷洗滌劑不會造成水體污染

【“學科價值”大概念解析】本題考查了化學在人類健康及環境保護中的作用，體現了化學服務于生活的學科價值。食品中可以添加適量的防腐劑，要辯證地看待化學物質的“毒性”；廢舊電池中含有汞、鎘、鉛、錳等金屬離子，會造成土壤污染、水體污染等；天然氣主要成分為甲烷，含碳燃料不完全燃燒會產生一氧化碳等有毒氣體；含磷洗滌劑的排放，使水中磷過多，造成水中藻類瘋長，消耗水中溶解的氧，水體變渾濁。

新課標和新高考評價體系都聚焦核心素養，而核心素養的發展離不開課堂教學。以學科大概念為核心的課堂教學，旨在培養學生具有深度學習的能力，使學生能夠真正學會遷移應用，實現思維的發展和提升，對學生的學科核心素養起到促進和發展作用。基于大概念對高考試題中的考點進行研究，有利于加深教師對學科核心素養考核形式的認識，進而指導日常教學，使高考試題的教學導向功能得到更好的發揮。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］劉微.大概念教學：素養導向的單元整體設計［M］.北京：教育科學出版社，2022.

注：本文系南寧市“十四五”規劃課題“基于新高考評價體系的元素及化合物情境化命題的設計及應用研究”（2021C020）的研究成果。

作者簡介：趙偉華（1982— ），廣西天等人，本科，學士，高級教師，主要研究方向為高中化學教學。