促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的評(píng)價(jià)研究
——以高中化學(xué)反應(yīng)原理試題為例

張麗華 劉延衛(wèi)

(北京市首都師范大學(xué)附屬房山學(xué)校)

1.問(wèn)題的提出

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn),是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展是一個(gè)不斷自我構(gòu)建和提升的過(guò)程,學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)對(duì)于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)具有診斷和發(fā)展的功能,可以體現(xiàn)出學(xué)生在基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理、基本方法、基本技能等各方面的掌握情況,還可以引導(dǎo)學(xué)生在新的情境中靈活調(diào)用已有的知識(shí)和技能,提升學(xué)科能力水平,逐漸形成解決問(wèn)題的一般思路和方法。

化學(xué)反應(yīng)原理是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ),它給學(xué)生提供了更多的獲取知識(shí)的方法和渠道,學(xué)生可以運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)規(guī)律和理論知識(shí)以及相應(yīng)的認(rèn)識(shí)方式解釋、解決科學(xué)探究和生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題,促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。化學(xué)反應(yīng)原理試題是評(píng)價(jià)中常見(jiàn)題型,可以在真實(shí)的情境下全面診斷學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力水平。

教師研究化學(xué)反應(yīng)原理試題的命制,可以促進(jìn)教師深入探索化學(xué)反應(yīng)原理模塊的教學(xué)策略,提高化學(xué)學(xué)科理解能力,改進(jìn)教學(xué)模式,有目的地培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科能力,將教學(xué)與評(píng)價(jià)相結(jié)合、相輔相成,從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

2.北京高考化學(xué)反應(yīng)原理試題特點(diǎn)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)中指出:化學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)對(duì)于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有診斷和發(fā)展的功能,并且提出了命題原則:以核心素養(yǎng)為測(cè)試宗旨、以真實(shí)情境為測(cè)試載體、以實(shí)際問(wèn)題為測(cè)試任務(wù)、以化學(xué)知識(shí)為解決問(wèn)題的工具。

北京卷原理試題都源于生產(chǎn)生活中的真實(shí)情境,在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和能力的發(fā)展水平。具體分析見(jiàn)表1。

表1 2020～2022年北京高考化學(xué)反應(yīng)原理試題特點(diǎn)

反應(yīng)原理試題大多取材于真實(shí)的學(xué)術(shù)研究或生產(chǎn)實(shí)踐,引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問(wèn)題,體會(huì)“像科學(xué)家一樣思考,像工程師一樣實(shí)踐”,感受先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)我國(guó)現(xiàn)代化的關(guān)鍵,培育學(xué)生的家國(guó)情懷。試題多采用圖表的方式呈現(xiàn)關(guān)鍵信息,圖表也是科研成果常用的展示方式,并且比文字表達(dá)更直觀,簡(jiǎn)潔明了,有助于學(xué)生理解數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。在學(xué)科能力方面,試題通過(guò)合理設(shè)計(jì)設(shè)問(wèn)梯度,考查學(xué)生的不同層級(jí)能力水平,尤其側(cè)重考查學(xué)生的應(yīng)用實(shí)踐能力,評(píng)價(jià)學(xué)生在真實(shí)情境中表現(xiàn)出來(lái)的提取信息、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力水平。

3.基于學(xué)科核心培養(yǎng)的區(qū)域試題命制

3.1 素材的選取與命制思路

根據(jù)張旭梅老師撰寫(xiě)的《釕/氮摻雜石墨烯催化硼氫化鈉水解制氫的研究》,介紹了硼氫化鈉水解制氫體系,考查了硼氫化鈉的濃度、反應(yīng)溫度等對(duì)硼氫化鈉制氫的催化性能的影響。選擇該素材的原因:一是氫是能量密度高、來(lái)源廣泛、產(chǎn)物無(wú)污染的能源,硼氫化鈉(NaBH4)是研究最廣泛的儲(chǔ)氫材料之一;二是NaBH4水溶液的性質(zhì)、NaBH4的濃度對(duì)制氫速率的影響等是化學(xué)原理部分的重點(diǎn)考查內(nèi)容。因此,該素材兼具知識(shí)和素養(yǎng)的雙重發(fā)展功能,用于高三模擬題的命制是較為適合的。

3.2 試題呈現(xiàn)與命題意圖

【試題】氫氣是一種清潔能源,氫氣的制取與儲(chǔ)存是氫能源利用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

Ⅰ.制取氫氣

(1)甲醇和水蒸氣制取氫氣的過(guò)程中有下列反應(yīng):

寫(xiě)出以甲醇為原料制取氫氣的熱化學(xué)方程式______________________________。

(2)理論上,能提高H2平衡產(chǎn)率的措施有______________

(寫(xiě)出一條即可)。

Ⅱ.儲(chǔ)存氫氣

硼氫化鈉(NaBH4)是研究最廣泛的儲(chǔ)氫材料之一。

已知:ⅰ.B的電負(fù)性為2.0,H的電負(fù)性為2.1;

ⅱ.25℃下NaBH4在水中的溶解度為55 g,NaBO2在水中的溶解度為0.28 g。

(3)在配制NaBH4溶液時(shí),為了防止發(fā)生水解反應(yīng),可以加入少量的________(填寫(xiě)化學(xué)式)。

(4)向NaBH4水溶液中加入催化劑Ru/NGR后,能夠迅速反應(yīng),生成偏硼酸鈉(NaBO2)和氫氣。寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式_________。

(5)通過(guò)改變NaBH4的濃度,研究對(duì)催化劑Ru/NGR活性的影響,結(jié)果如圖1所示。增加NaBH4的濃度到B點(diǎn),制氫反應(yīng)中產(chǎn)氫速率反而下降,推斷可能的原因是_________。

圖1

(6)在堿性條件下,用惰性電極電解NaBO2溶液可制得NaBH4,實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的循環(huán)使用,制備裝置如圖2所示。

圖2

①鈦電極的電極反應(yīng)式是_________。

②電解過(guò)程中,陰極區(qū)溶液pH________(填“變大” “變小”或“不變”)。

(2)增大水蒸氣濃度等合理答案

(3)NaOH

(5)NaBO2溶解度低,易結(jié)晶析出附著在催化劑的表面,影響催化劑的活性

試題以氫氣的制取與儲(chǔ)存為測(cè)試情境,以化學(xué)原理知識(shí)為主線(xiàn),以“變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨,命題意圖如下:

一、基本化學(xué)原理知識(shí)的落實(shí)。具體涉及化學(xué)反應(yīng)與能量,化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率,水溶液中的離子平衡等,例如試題的第(1)(2)(3)(4)。

二、強(qiáng)化信息解讀。通過(guò)元素電負(fù)性判斷元素的化合價(jià),從而進(jìn)行電極反應(yīng)式的正確書(shū)寫(xiě),通過(guò)物質(zhì)在水中的溶解度大小對(duì)催化劑活性下降的原因進(jìn)行推斷,例如試題的第(5)(6)。

三、注重化學(xué)學(xué)科能力的提升。在試題命制過(guò)程中,結(jié)合學(xué)業(yè)質(zhì)量水平,即在學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐和遷移創(chuàng)新等3×3學(xué)科能力的具體評(píng)價(jià)要求,從核心知識(shí)的工具性、問(wèn)題結(jié)構(gòu)及情境等角度出發(fā),突出問(wèn)題結(jié)構(gòu)對(duì)學(xué)科能力的考查,注重對(duì)學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)化知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力的考查。

3.3 教學(xué)診斷

通過(guò)考試數(shù)據(jù)反饋,本題的得分率見(jiàn)表2:

表2 反應(yīng)原理模擬試題得分率

第(1)(2)(4)得分率超過(guò)了0.7,說(shuō)明學(xué)生對(duì)于基本化學(xué)原理知識(shí)掌握較好,對(duì)于陌生信息的處理和實(shí)際任務(wù)的解決還有待提高。

4.教學(xué)建議

從學(xué)生的得分情況來(lái)看,第(1)(2)(4)問(wèn)得分較高,反映出學(xué)生對(duì)“化學(xué)反應(yīng)與能量”的掌握情況較好,并能較好地利用“化學(xué)平衡與速率”中相關(guān)知識(shí)來(lái)解釋相關(guān)現(xiàn)象。而第(3)(5)(6)得分較低,反映出學(xué)生在“水溶液中的離子平衡”模塊中,將相關(guān)知識(shí)運(yùn)用于解決真實(shí)問(wèn)題的能力不足。基于以上情況,現(xiàn)提出以下幾點(diǎn)教學(xué)建議:

4.1 研究高考真題,總結(jié)解題方法

深入研究近幾年的高考試題,發(fā)現(xiàn)高考試題中情境不斷變化,變化的情境主要體現(xiàn)在從不同角度考查學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。理解分為比較、歸納、類(lèi)比、演繹,但考查的知識(shí)和方法是不變的。這就要求在平時(shí)的復(fù)習(xí)中要重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力、信息加工能力、重新整合信息的能力。通過(guò)整合高考試題,歸納解題的思路和方法,培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

4.2 梳理化學(xué)知識(shí),選定答題角度

以本原創(chuàng)題為例,本試題需要從題中領(lǐng)悟相關(guān)知識(shí),選準(zhǔn)角度回答問(wèn)題。例如,第(3)問(wèn)通過(guò)讀題,可以領(lǐng)悟出本題需要從“影響化學(xué)平衡的因素”的角度進(jìn)行解答。又如,第(5)問(wèn)通過(guò)文字和圖的相關(guān)信息,可以總結(jié)出本題需要從“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”的角度進(jìn)行解答。所以,選定角度,有利于學(xué)生迅速組織語(yǔ)言,從而規(guī)范解答。

4.3 及時(shí)了解科技前沿,嘗試命制考題

所謂的化學(xué)核心素養(yǎng)測(cè)試,就是測(cè)評(píng)學(xué)生利用化學(xué)知識(shí)解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題的能力。此題以“氫氣的制取和儲(chǔ)存”為情境,將熱化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率、電化學(xué)的知識(shí)融合在一起進(jìn)行考查,體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律及其應(yīng)用,要求學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。教師在命制考題時(shí),要注意以下幾點(diǎn):

1.將設(shè)置的問(wèn)題融入在情境之中。讓學(xué)生學(xué)會(huì)利用情境信息,憑借必備知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題,如第(3)(4)問(wèn)的設(shè)置。

2.優(yōu)化并豐富情境的創(chuàng)設(shè),提高試題的靈活性,增強(qiáng)試題的延伸性。如第(5)問(wèn)的設(shè)置,學(xué)生可以同時(shí)借助文字和圖形信息,解答該題目。

3.注重必備知識(shí)考查的全面性。例如,本題中考查了化學(xué)反應(yīng)原理中的熱化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)平衡、化學(xué)反應(yīng)速率及電化學(xué)四個(gè)必備知識(shí)模塊。學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)要將知識(shí)點(diǎn)整合,提升從多角度解決問(wèn)題的能力。

中國(guó)化學(xué)會(huì)化學(xué)教育委員會(huì)“十四五”規(guī)劃2022年重點(diǎn)課題“促進(jìn)學(xué)科能力發(fā)展的高中化學(xué)命題評(píng)價(jià)研究”(課題立項(xiàng)號(hào):HJ2022-0003)。