2020年全国卷Ⅰ理综化学试题评析及能力结构研究

◇ 北京 王 春

(作者单位:北京教育学院)

最新颁布的《关于深化考试招生制度改革的实施意见》中提出:“科学设计命题内容,增强基础性、综合性,着重考查学生独立思考和运用所学知识分析问题、解决问题的能力.”由此可见,高考试题的命题特点和试题形式对今后的复习备考具有较强的导向性,备受广大教师的关注.本文结合2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题进行命题特点分析,借助SOLO 分类理论分析试题考查的能力结构,并对今后化学高考复习备考提出几点建议.

1 试题命题特点评析

2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题以《中国高考评价体系》提出的“一核四层四翼”基本内涵作为命题指南,以《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出的课程目标学业水平考试命题建议为命题依据,试题整体难度适中,传承中有发展、平稳中蕴新意.试题注重对化学基础知识和核心内容的考查,注重依托情境素材对学生化学核心素养和学科关键能力的考查,试题凸显化学与社会、生产生活实际的紧密联系,引导学生切身感受化学学科发展对人类的重要作用.试题命制呈现如下特点.

1.1 试题凸显育人价值,突出立德树人,注重发展学生化学综合素质

2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题紧密联系生产、生活实际问题,关注化学学科在各个领域中的应用,体现化学与生活的和谐发展,体现科技创新对社会发展的贡献或推动作用,体现了核心素养中的科学态度与社会责任.试题中多处融入绿色化学和可持续发展理念,引导学生关注环境问题,促进学生关注化学发展、关注社会,激发学生学习化学的热情,增强民族自豪感.例如,第7题以国家卫健委公布的新型冠状病毒肺炎疫情诊疗方案提出的一些与化学相关的常用灭活病毒药品为素材,融入新冠肺炎疫情防控知识,展示化学学科的育人价值;第8题以中药材提取的前列胡醇为命题素材考查有机物的结构和性质,弘扬我国中医药文化,展现中医药的神奇魅力和作用;第12题以我国科学家发明的一种新型Zn-CO2水介质电池,将温室气体CO2转化为储氢物质甲酸等为命题素材,考查了电化学的基础知识,增强了学生的环境保护意识和开发新能源的责任感、民族自信心和自豪感.

1.2 试题凸显素养导向,突出知识迁移,注重对学生学科关键能力的考查

2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题在突出对化学基础知识考查的同时,更加重视对学生学科素养和关键能力的考查.试题在信息设置时除了文字表述之外,侧重于对数据、表格、图象等非文字信息的处理,考查学生的信息获取和加工能力以及分析和解决化学问题的能力.例如,第10题通过文献报道的铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－催化甲醇羰基化的反应历程图考查学生根据循环反应历程图结合图示箭头方向准确判断反应物、中间体、产物以及催化剂等,全面考查了学生的证据推理与模型认知学科核心素养及理解与辨析的学科关键能力;第13题以NaOH 溶液滴定二元酸H2A 相关知识为命题背景,将酸碱中和滴定曲线图与分布系数图融合成新的图表曲线,考查学生依据水溶液中离子平衡的原理推理滴定过程与溶液pH 间的关系及弱电解质电离平衡体系中微粒浓度及电离常数Ka的定量计算,全面考查了学生的变化观念与平衡思想学科核心素养及归纳与论证的学科关键能力.

1.3 试题凸显学科价值,突出素材情境,注重对学生实际问题解决能力的考查

2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题中融入了大量生产生活和科技发展中的实际情境,旨在向学生传达化学在人类发展过程中的重要性,展现化学在不同领域的重要作用,充分体现了化学学科价值和应用价值,综合考查了学生在复杂情境中运用学科知识解决实际问题的能力和品质.例如,第26题以黏土钒矿制备NH4VO3的工艺流程为情境载体,考查工艺流程图的分析、物质的分离和提纯、化学反应条件的控制、陌生情境中氧化还原反应方程式的书写等知识内容和运用所学知识解决实际工艺生产问题的能力;第35题以2019年诺贝尔化学奖获得者在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献为命题情境素材,综合考查了基态原子电子排布规律、第一电离能的周期性变化规律、分子或离子空间构型判断、通过陌生晶胞的晶胞结构示意图判断晶胞组成及相关计算等知识内容和学科能力.

2 试题能力结构研究

2.1 研究方法

传统的研究方法很难评价到学生的思维层次,因此本文运用SOLO 分类理论,基于试卷内在复杂性的视角,尝试按考查学生的思维能力水平将高考试题分为不同的层级,侧重研究高考试题所考查的能力结构分布特点.

SOLO 分类理论是一种学习评价方法,是以等级描述为特征的定质评价方法,它来源于皮亚杰的认知发展阶段论.SOLO 分类法将学生的学习结果按照思维由低级到高级分为5个不同层次,如表1所示.

表1 SOLO 层次及其具体含义

2.2 研究过程

依据SOLO 分类标准,笔者结合自己的思考与分析,编制了一个包含SOLO 层次、题号、分值、考查内容的“2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题SOLO 结构分析表”,根据试题所考查的能力结构,进行数据的统计与整理.

2.3 研究结果与分析

1)结构分析范例

笔者以2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题部分题目为例,按照SOLO 各层次划分的方法和依据,对试题分析如下:

a)单一结构水平(U)

示例(第9题)下列气体去除杂质的方法中,不能实现目的的是( )._______________________

______________气体(杂质) 方法____A__________SO2(H2S) 通过酸性高锰酸钾溶液________________BCl2(HCl) 通过饱和的食盐水______________________C N2(O2) 通过灼热的铜丝网______________________DNO(NO2) 通过氢氧化钠溶液_______

分析本题考查知识内容为中学化学常见的气体混合物除杂净化的知识,只要运用除杂操作过程中遵循避免引入新杂质、除杂方法简单且避免产品损失的原则即可顺利对本试题进行作答,试题考查的知识内容及学科能力为单一知识结构.因此,本题按照SOLO 分类层次中的水平可划分为单一结构水平.

b)多元结构水平(M)

示例(第10题)铑的配合物离子[Rh(CO)2I2]－可催化甲醇羰基化,反应过程如图1所示.下列叙述错误的是( ).

A.CH3COI是反应中间体

B.甲醇羰基化反应为

C.反应过程中Rh的成键数目保持不变

D.存在反应CH3OH＋HI＝CH3I＋H2O

图1

分析本题考查的知识内容涉及根据反应机理图示推断反应中间体、反应历程中发生的化学反应、典型物质的成键数目.配体种类变化情况.试题考查考生对新情境素材的分析能力、对复杂反应历程的归纳推理能力和化学学科知识的应用能力等.因此,本题按照SOLO分类层次中的水平划分可划分为多元结构水平.

c)关联结构水平(R)

示例(第 13 题) 以 酚 酞 为 指 示 剂,用0.1000mol·L－1的 NaOH 溶液滴定20.00mL 未知浓度的二元酸H2A 溶液.溶液中,pH、分布系数δ 随滴加NaOH 溶液体积V(NaOH)的变化关系如图2所示.下列叙述正确的是( ).[比如 A2－的分布系数:

图2

A.曲线①代表δ(H2A),曲线② 代表δ(HA－)

B.H2A 溶液的浓度为0.2000mol·L－1

C.HA－的电离常数Ka＝1.0×10－2

D.滴定终点时,溶液中c(Na＋)＜2c(A2－)＋c(HA－)

分析本题考查的知识内容涉及微粒曲线的识别、H2A 的电离情况推断、二元弱酸的浓度及微粒的Ka的计算,微粒的浓度大小比较等知识.试题考查的能力有根据粒子分布分数δ 与溶液pH 随V(NaOH)的变化关系识别微粒对应的曲线变化能力、根据酸碱中和滴定知识及曲线信息推算二元弱酸的浓度及微粒的Ka能力及根据酸碱中和滴定知识判断滴定终点溶液微粒浓度大小的能力.试题考查的学科能力相互关联.因此,本题按照SOLO 分类层次中的水平划分可划分为关联结构水平.

d)拓展抽象结构水平(Ea)

示例(第28题)硫酸是一种重要的基本化工产品,接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化－98kJ·mol－1.回答下列问题:

(1)钒催化剂参与反应的能量变化如图3所示,V2O5(s)与SO2(g)反应生成VOSO4(s)和V2O4(s)的热化学方程式为________.

(2)当SO2(g)、O2(g)和 N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时,在压强分别为0.5MPa、2.5MPa和5.0MPa下,SO2平衡转化率α随温度的变化如图4所示.反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝________,判断的依据是________.影响α 的因素有________.

图3

图4

(3)将组成(物质的量分数)为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器,在温度t、压强p 条件下进行反应.平衡时,若SO2转化率为α,则SO3压强为________,平衡常数 Kp＝________(以分压表示,分压＝总压×物质的量分数).

(4)研究表明,SO2催化氧化的反应速率方程为

式中k 为反应速率常数,随温度t 升高而增大;α 为SO2平衡转化率,α′为某时刻SO2转化率;n 为常数.在α′＝0.90时,将一系列温度下的k、α 值代入上述速率方程,得到v-t曲线,如图5所示.

图5

曲线上v 最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tmt.＜tm时,v 逐渐提高;t＞tm后,v 逐渐下降.原因是________.

分析本题考查的知识内容涉及根据反应能量变化图象书写热化学方程式、根据化学平衡体系相关数据计算物质的转化率α 及化学平衡常数Kp、根据反应速率方程分析图象曲线变化的原因.本题涉及的知识点虽然不多,但该题对学生处理图表信息的能力、推理计算能力、综合应用知识解决实际问题的能力提出了较高的要求.因此,本题按照SOLO 分类层次中的水平划分可划分为拓展抽象结构水平.

2)统计结果与分析

2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题中SOLO 结构层次如表2所示,从整体上看,试题在命题能力层次上从简单的U 层次到较高思维水平的E 层次都有所涵盖,考查的能力结构相对较完整.从每个维度进行具体分析可知,该试卷对单一结构水平和演绎推理的拓展抽象层次的考查相对较少,而对多元结构水平和关联结构水平的考查比重较高,这说明了2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题不只是考查了学生学习的基础知识,更主要考查了学生在新的化学问题情境下所展现出来的解决实际问题的能力,对学生的综合分析问题能力提出了更高的要求.

表2 2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题中SOLO 结构层次

3 教学启示

针对2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题的命题特点及能力结构分析,在新一轮的高考化学复习备考过程中,应重点注意以下几个方面.

3.1 认真研读《普通高中化学课程标准(2017 年版)》,重视学科基础知识和主干知识的复习

《普通高中化学课程标准(2017年版)》是高考化学试题命制的重要依据,教师在高考化学复习备考过程中要仔细研读化学课程标准中所划分的化学学科素养水平和学业质量水平层次要求,整体把握复习内容的深广度.对于化学学科的基础知识,如:核素和同位素、氧化还原反应基本概念、离子反应及共存、电化学基础、同系物和同分异构体、有机反应类型、化学键及分子间作用力等知识内容,教师需要引导学生深入理解概念本质,通过针对性的训练进行巩固;对于化学学科的主干知识,如:无机物性质及转化,化学反应与能量变化,化学反应速率与限度,水溶液中的离子平衡,有机物的合成与推断,化学综合实验探究等知识内容,教师需要引导学生进行专题性深度复习,不断总结提炼解题的规律和方法.

3.2 注重情境素材选取,重视学科素养和学科关键能力的培养

高考化学试题的命制注重以化学与生活、化学科学技术、化学与社会发展和生态环境等方面的内容作为情境素材,以生活实际问题为测试任务考查学生的学科素养和学科关键能力.因此,教师在教学过程中应融入更多的基于解决实际问题的内容,密切联系实际生活及社会热点问题,引导学生认识化学对人类社会生活和可持续发展的重要价值,引导学生基于化学的视角关注与化学相关联的最新科技前沿发展,解决化学与社会生产、生活中的实际问题,注重培养学生的科学素养、创新精神和运用所学知识综合解决实际问题的学科能力.

3.3 加强化学实验教学,重视实验探究能力和实验操作能力的培养

近年来的全国高考化学实验试题加大了对化学基础实验和综合探究性实验的考查力度,旨在引导教师在教学过程中重视化学实验教学,重视对学生实验探究能力的培养,激发学生开展化学探究性学习的兴趣.因此,教师在教学过程中既要引导学生对化学实验试题进行分类练习,提炼解题方法策略,又要积极引导学生走进实验室亲自动手实验,让学生切实熟练掌握化学实验的基本操作,熟悉各种化学仪器的基本功能,逐步提升学生化学实验方案的设计与优化能力,提高学生的实验探究能力和实验操作能力.

3.4 加强规范性答题训练,重视化学用语表达能力的培养

近年来的全国高考化学试题注重考查学生化学用语的书写能力和语言表达能力,对规范答题要求有所提高.因此,教师在教学过程中,应在课中加强规范性答题教学,课后加强规范性答题训练,对学生的错误及时进行纠正,提高学生答题的准确性.同时,在教学过程中,多给学生创造口头与书面表达和锻炼的机会,切实提高学生用化学用语表达的能力.

总之,2020年高考全国卷Ⅰ理综化学试题凸显立德树人、价值引领、引导教学的高考目标,聚焦学科主干内容,着力考查学生必备知识、关键能力和核心素养,凸显化学学科特点,对新课程改革方案下的教学有良好的导向作用.