2019年“金钥匙”科技竞赛（初三学生CESL活动）决试题对教学的启示

王光朝

摘要：本章对“2019年江苏省‘金钥匙科技竞赛（初三学生CESL活动）”7道经典的化学试题，从题干的内容与素材的组织角度，进行了思考与挖掘，从中探寻对化学课堂教学所具有的积极意义与功能作用，并就此活动产生了两点感悟。

关键词：科技竞赛;学科素养;试题赏析;课堂教学

文章编号：1008-0546（2020）03-0027-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.007

由江苏省教育厅、科技厅、科协以及文明办联合举办的“金钥匙”科技竞赛（初三学生CESL活动），是全国中小学“金钥匙”科技竞赛的系列活动之一。CESL分别是Chemistry Environment、Society和Life四个英文单词的缩写，突出活动的主题，围绕化学、环境、社会和生活4个关键词而开展，活动重在传播科学知识、提升学生学科素养、推进素质教育的深入实施。因而决赛试题在素材的选择、题型的设置、设问的视角均与中考有所不同，十分注重化学与社会、科技、生活及环境的密切联系，及其在真实的情境中分析问题、解决问题的思维方法。试题赏心悦目、内容与时俱进，倍感核心素养引领下的化学教学改革带来的阵阵“清香”，不仅能使化学基础知识扎实、阅读面宽广、科学素养优异的学生脱颖而出，而且试题中有许多素材也是教师日常教学中难得一见的极好资源，稍加处理应用于课堂教学，有利于优化教师的教学知识结构，高瞻远瞩、游刃有余，丰厚课堂教学的内容;有助于拓展学生的知识眼界，学到课本上学不到的知识，强化对化学核心知识的深度理解。下面摘选其中部分经典的、别具特色的试题，与同行们共同赏析，并从中谈几点个人对教学的启发与思考，旨在共同推进这项活动深入、持久地开展。

一、试题的风格特点

1.与现代科技密切联系

（1）桥梁化学

例1：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题1）全球最长跨海大桥——港珠澳大桥于2018年10月24日正式通车运营。港珠澳大桥跨越伶仃洋，东接香港特别行政区，西接广东省珠海市和澳门特别行政区，全长55公里，使用寿命120年，可抗16级台风、8级地震，是在“一国两制”框架下，粤港澳三地首次合作建设的超大型跨海交通工程。下列说法正确的是（ ）

A.桥梁的开通大大地缩短了香港、珠海、澳门之间的通行时间

B.鋪设隧道的不锈钢具有韧性好、硬度小的性能

C.桥栏杆等使用了大量建筑材料大理石，其主要成分是二氧化硅

D.建桥所用主梁钢板的含碳量在0.03% - 2%之间

考虑到目前多数学生还没有时间与机会游览香港、澳门和珠海，这道题首先明晰了港珠澳大桥的具体地理位置，在伶仃洋的东岸香港、西岸珠海与澳门之间的海洋上建筑而成，使学生在头脑中形成港珠澳大桥的大致地理轮廓，弥补了部分学生港珠澳地理位置知识的缺失。其次是大桥的建筑奇迹，大桥设有6车道，全长55公里，将会是世界上最长的、超大型跨海桥隧组合公路大桥，使用寿命达120年，可抗16级台风、8级地震，这些数据令世人叹为观止、令国人自豪骄傲。大桥主跨采用“双塔双索钢箱梁斜拉桥”，其景观效果也是世界一流。大桥的施工不仅处于恶劣的海上气候条件下完成，还碰到了世界顶级的3个难题：①在软弱地层上填海修建人工岛;②海底隧道建筑;③长22公里的全钢桥梁建造。可以说，港珠澳大桥是人类桥梁建筑史上的奇迹，代表着国人最高层次的聪明智慧和无比创造力。再次是思想情感方面的教育，大桥是在港澳回归祖国怀抱，实现“一国两制”框架下，粤港澳三地首次合作建造而成的，充分显示出中国特有的“一国两制”特色发展的魅力与优势，也是改革开放、特区优先发展的最好见证。

（2）科研化学

例2：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题9）南京理工大学胡炳成团队用新方法制得NaNs.3H20。该化合物中含有Ns等微粒，已知N为7号元素，则下列有关说法正确的是（

）

A.Ns是一种单质

B.1个Ns共含有35个质子

C.1个Ns带一个单位的负电荷

D.1个Ns共含有35个电子

初中生虽然对阴离子Ns还不甚了解，但有着1-20号原子序数及原子结构示意图的知识基础，因而完成本题的正确选择难度不大。在完成本题的同时，学生能深深感受到我国高校科研团队的强大，尤其是南理工，科技创新是南理工跨越式发展的第一推动力，南理工胡炳成团队这次成功合成出全氮阴离子盐，是该领域的突破性成果。理论上，全氮类物质的能量水平相当于TNT炸药的10到100倍。新型超高能含能材料是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志，全氮阴离子盐的成功合成，不仅为全氮阴离子高能化合物的制备奠定了坚实基础，更有助于我国核心军事能力的提升，同样全氮阴离子的合成对全氮含能材料的发展具有重要科学意义[1]。答题的过程中潜移默化地影响着学生，激发学生学习化学的热情，引领学生站在最前沿的化学研究高度，审视化学学科的价值，立志将来从事与科研创新或化学高端研究相关工作，使学生深深体验到化学学习的重要意义。

（3）宇宙化学

例3：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题22）2019年1月11日，嫦娥四号登月成功，玉兔二号漫游车在月球上的一小步却是中华民族的一大步。

①月球上有丰富的氦-3，氦-3可以和氢的一种同位素发生核聚变，可释放大量的能量，如果能将氦-3运至地球，该反应有可能为地球提供____;氦一3原子的质子数是一。

②嫦娥四号和玉兔二号身上的国旗材料是由一种聚酰亚胺的有机高分子薄膜材料制作的。化学纤维织物、丝绸、棉布、纸张等地面常见国旗材料无法经受月球环境考验的原因可能是____。

③月球的矿产资源极为丰富，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，月球上的铁主要是氧化铁，从氧化铁冶炼铁可选择的还原剂是____。

A.焦炭; B.-氧化碳; C.氢气; D.氧气

学生阅读第①题的题干，能深切感受到中国航空航天的高尖端技术，处于世界的领先水平，人类探索宇宙、遨游太空从此变为现实，这是国人的骄傲与自豪。虽然初中生对高中化学的同位素概念还缺乏了解，对氦-3是氦的同位素，含有2个质子和1个中子，可以与氢的一种同位素一氘进行核聚变，其过程不产生中子、放射性小，无污染、安全等化学知识较为茫然，但能感知到氦-3是一种极为宝贵的太空资源，为解决人类能源危机另辟蹊径，提供了一种全新的可能与途径。第②题实际考查的是环境化学问题，由于月球表面不存在大气层，属于真空状态，其温差在300℃以上，温度最低可达-180℃，并且紫外线辐射强烈，所以用聚酰亚胺有机高分子材料制作的薄膜无法经受月球恶劣环境的考验。这道题从另一个侧面告诉学生大气层对于地球与人类的生存是如此的重要，臭氧层的作用实在不可小觑，保持自然界CO2的平衡至关重要。现在多数初中生由于整天“游题海”，科普阅读面狭窄，一提到C02就想到“温室效应”，是引起气候变化的罪魁祸首，是一种可恶的物质。其实任何事物都具有“两面性”，自然界中的任何物质都存在利与弊，引领学生从哲学的角度、思辩的视角看待问题、分析问题，是化学课堂教学不可或缺的主要内容之一。

2与科学历史交融结合

（1）经典周期律

例4：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题3）2019年是俄国化学家门捷列夫发明元素周期表150周年，被联合国定为“国际化学元素周期表年（the In-ternational Year of the Periodic Table of Chemical Ele-ments）”，简称“IYPT 2019”。下列关于元素周期表说法正确的是（

）

A.目前已发现的所有元素占据了周期表里全部位置，不可能再有新的元素被发现

B.元素周期表的第一周期有八种元素

C.元素的性质随着原子序数的增加而呈周期性变化

D.元素周期表中的非金属元素种类多于金属元素

元素周期表的学习虽然不是初中生学习化学的重点，但这道题的解答对于初中生而言并没有难度，因为学生在学习离子及其符号书写的阶段，已基本了解1-20号元素的原子核外电子的排布情况，粗略知道元素周期表的结构与排布规律。通过这道题的题干阅读，能使学生深切地感受到给元素王国立法的化学家门捷列夫，对化学学科的发展所做出的巨大贡献。早在1869年，门捷列夫就将已经发现的63种元素按原子量递增顺序排列制成元素周期表，结束了化学元素杂乱无章的历史，堪称为“美的杰作”。元素周期性发现的理论价值就在于：①将科学实验得到的知识，经过综合分析形成理论，具有科学的预见性;②把各种元素看作有内在联系的统一体，而不是彼此孤立的簡单堆积，为寻找新元素提供理论上的向导;③不但演绎当时已知的元素性质，还能预言未知元素的性质。为了纪念门捷列夫，1955年美国科学家把新发现的101号元素，命名为钔（Md）[2]。今年又恰逢元素周期表发明150周年，联合国将此定为“国际化学元素周期表年”，每当见到“IYPT 2019”这样的标识，人们便自然想起化学巨匠门捷列夫对化学作出的杰出贡献。

（2）古代中医学

例5：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题4）我国清代《本草纲目拾遗》中记叙无机药物335种，其中“强水”条目下写道：“性最烈，能蚀五金……其水甚强，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛”。这里的“强水”是指（ ）

A.氨水;

B.卤水;

C.醋;

D.硝酸

“读史使人明智”中国文化源远流长。化学既是一门自然科学，也是人类文化的有机组成部分，其中蕴含了丰富的科学与人文历史。《本草纲目》是明代李时珍用了近30年的时间编写而成，书中收载药物1892种，药图1000余幅，阐发药物的性味、主治、用药法则、产地、形态、采集、炮制、方剂配伍等，并载附方10000余种，不仅考正了过去本草学中的若干错误，综合了大量科学资料，提出了较科学的药物分类方法，融人先进的生物进化思想，还反映了丰富的临床实践，是一部具有世界性影响力的博物学著作，可谓是16世纪之前药学成就之大成，被国外学者誉为中国之百科全书。阅读解答这道题，一种民族自豪感油然而生，同时也联想到我国著名的化工专家、创造了“候氏联合制碱法”的侯德榜，尤其是为战胜影响世界上人数最多的疾病——疟疾，而孜孜以求、从青蒿中分离提取出活性物质——青蒿素的屠呦呦，“青蒿素的发现是中国传统医学给人类的一份礼物”，挽救了发展中国家的数百万人生命。研究的过程并非一帆风顺，实验经历191次后才成功提取，屠呦呦曾以身试毒，弄坏肝脏，2015年83岁的屠呦呦终于获得诺贝尔生理医学奖，成为迄今为止第一位获得诺贝尔科学奖项的本土中国科学家。学生在解题的过程中能激发刻苦学习、报效祖国的热情。

3.与人们生活息息相关

（1）环境化学

例6：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题5）“雾霾”一直是备受关注的环境问题。目前省环保部门按新修订的《环境空气质量标准》，增加了细颗粒物（PM2.5）和臭氧（03）这两个监测指标。下列说法正确的是（ ）

A.燃放鞭炮不会造成大气污染

B.可吸人细颗粒物对人体健康有危害

C.化学在环境监测和保护中起重要作用

D.臭氧（03）是一种特殊氧化物

“雾霾”、PM2.5和臭氧（03）这些名词，对于初中生来说并不陌生，但是学生对它们的作用或危害并不十分清楚。例如臭氧（03）：在距离地表10-50千米的平流层中，充满着在常温、常压下无色，却具有刺激性气味的、浓度不超过0.4%的臭氧（03），全球总量大约在30亿吨，被称之为人类的“保护伞”，其原因有3方面：①它可以吸收波长最短的，对生物体具有巨大杀伤力的紫外线C;②也能吸收波长稍长、能严重伤害生物体的紫外线B;③让紫外线更长的紫外线A穿越大气层到达地球表面，不仅可以杀菌，还能促进人体内维生素D的合成，防止佝偻病的发生。目前南极已经出现臭氧层空洞，到20世纪末，其面积已经达到2830平方千米，相当于我国领土面积的3倍。臭氧层空洞的出现主要是由于氟利昂等氯氟烃在紫外线的照射下，释放出活泼性很强的游离氯原子或溴原子而造成的[3]。而臭氧污染是大气层中的抗氧化物和碳氢化合物等被太阳照射，发生光化学反应而形成的。长时间接触高浓度臭氧的人会出现疲乏、咳嗽、恶心、记忆力衰退、视力下降等症状。这些知识有待于我们老师在课堂教学中，结合课本上的知识点适当地向学生进行传授，通过本题的回答，能促使学生认识到化学在缓解人类面临的一系列问题，如环境污染、能源危机等方面所做出的积极贡献，进一步增强学生环保、“低碳”的生活意识和学习化学的价值追求，以及对自然和社会的责任感。

（2）药物化学

例7：（2019年“金钥匙”科技竞赛决赛试题7）现今有些药房出售“冲泡式”感冒药。这类药剂经温水调和，杯中会有气泡，饮用方便。“冲泡式”感冒药剂之所以会有气泡，是因其含有柠檬酸以及下列物质中的（

）

A.碳酸氢钠

B.氢氧化镁

C.阿司匹林

D.咖啡因

“生活处处皆化学”是化学新课程一直倡导的教学理念，义务教育课程标准（2011年版）“课程目标”明确指出：“注意从学生已有的经验出发，让他们在熟悉的生活情景和社会实践中感受化学的重要性，了解化学与日常生活的密切联系，逐步学会分析和解决与化学有关的一些简单的实际问题”[4]。我们常说，初中化学教师是引领学生踏进化学之门的领路人，学生是否对化学真正有兴趣，高考选修时，是否还愿意继续选修化学，或将来是否愿意从事与化学相关的科研工作，能否愿意埋头钻研，成为化学领域中的拔尖人才，初中化学教师的作用是非常巨大的。从很多科学家的成长经历来看，他们对化学学科的喜爱，大多数得益于启蒙教师的启迪和引导，在于启蒙阶段学习兴趣的激发。

二、两点思考

1.在实践中寻索

教授化学，既可能是一件痛苦的事，也可以是一件快乐的事，仅仅为了应对考试，始终围绕“三件套”（即教材、教参、教辅）“转”，尽管教了几十年，最终只不过教给学生一堆终身无用的题目。为了激发学生兴趣，提升学生学科素养，为将来的可持续发展打下基础，就得重新审视我们的教学思路与策略。笔者认为：最关键的核心问题是化学学科教育的价值与追求，倘若你想让学生真正喜欢化学，就该把课演绎得生动有味;倘若你想让学生体验科学探索精神，就该少布置些书面作业，多一些探究活动实践类的任务;倘若你想使学生获得创造力，就该多走出教室，不惜把孩子的手弄“脏”;倘若你想要学生具有丰富的想象力，就该在课堂上多一点有趣的科学故事。这样的课堂似乎不同寻常，在别人看来是“不务正业”，甚至是“另类”的课堂教学，其实长久坚持却能曲径通幽。有人要问，面对九年级学生，升学压力这么重，家长期望值这么高，你敢吗？归根结底还是那句话，“为什么而教”，当你坚持“为学生的终身发展而教”“为未来而教”的信念时，你就有胆魄、有勇气与底气这么做。不过，现实一点说，当下仅着眼于长远而规避应试是不现实的，必然会陷入“四面楚歌”的境地。既不放弃教育的理想，又不无视直接涉及学生发展的现实约束，维护知识的“生态平衡”，这无论是对于教师还是学生，都是极大的挑战。

2.在阅读中前行

随着新课程的实施不断向深水区发展，化学教育越来越多地注重学科与人文的结合;注重科学与社会发展的关系;关注科学探究的方法;关心科学前沿的进展。然而，随着知识的发展日新月异，任何一位教师也不可能做到完全熟悉和充分了解新知识的发现与更新，这就需要不断地学习与“充电”，需要新知识的及时补充才能在课堂上游刃有余、高瞻远瞩。“教教材”与“用教材教”看似是文字游戏，其实是教学理念、教学价值的迥异。要使得课堂教学在课本知识与内容的基础上，向外适度的延伸与拓展，教师就需要广泛的阅读。例如有关臭氧层的问题：1976年，联合国环境规划署通过了第一个“关于臭氧层行动的世界计划”，1985年4月，《保护臭氧层维也纳公约》在奥地利首都維也纳通过，1987年9月16日，在加拿大蒙特利尔会议上，通过了著名的协议书：《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》，减少5种氟利昂和3种溴化物的生产与使用。因此，就将9月16日确定为“国际保护臭氧层日”[5]。这些知识内容从何而来，只有靠平时日积月累的阅读，丰厚教学底蕴，不囿于教材而驾驭教材，必使课堂出新出彩。

参考文献

[1]郑晋鸣，我合成全球首个全氮阴离子盐[N].光明日报.2017-02-03（006）

[2]周公度，化学是什么[M].北京：北京大学出版社，2011：47-48

[3][5]余宇.课本上学不到的化学1[M].上海：上海科技教育出版社.2013：26-33

[4]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012：3