如何强化化学方程式的育人功能

廖伟梁 邓优华 龚康佳 谷亚楠

【摘要】方程式是化学学科的基本语言和核心概念，研究方程式对高中化学教学具有重要意义。以2020年3套新课标全国化学高考题为素材，从考查形式、考查题型、反应类型、考查元素、考查方式和难易程度等6个角度统计3套高考题方程式的考查特点，结果显示：方程式在高考题中的考查形式多种多样、考查题型全面覆盖，方程式是体现高考试题基础性和应用性的重要方式，是考查学生分析与推测能力的重要载体，建议从强化方程式的地位、培养关键能力的重要作用以及育人功能等方面加强方程式的教学研究。

【关键词】方程式  高考题  分析与推测能力  育人功能

【基金项目】本文系广东省教育科研“十三五”规划2019年度重点科研项目（课题批准号：2019ZQJK026）“高中化学主题教学实践研究”、广东省教育研究院课题“中学化学深度学习的问题情境创设与实施研究”和广东省高中化学学科基地（2021-2023年）研究成果之一。

【中图分类号】G633.8   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2021）25-0158-03

1.引言

高考是高利害考试，命题倾向不仅关系到国家人才的选拔，还对中学教学起着指挥棒的作用[1]。方程式是高考题考查的重点，也是学生的重要失分点[2]。因此，对高考题方程式的研究对中学化学教学具有重要意义。新课标全国化学高考题，分为Ⅰ卷、Ⅱ卷和Ⅲ卷，共有全国26个省 （自治区、直辖市） 使用，具有覆盖面广、代表性强、影响力大的特点。本研究以2020年3套新课标全国化学高考题为素材，从考查形式、考查题型、反应类型、考查元素、考查方式和难易程度等6个角度统计3套高考题的方程式，从中发现化学高考题方程式的考查特点，为中学化学方程式教学提出有益建议。

2.研究设计

为了探查3套高考题方程式的考查特点，6个角度具体按照如下方式进行分类：考查形式分为化学方程式、离子方程式、电离方程式、热化学方程式和电极方程式;考查题型分为选择题和非选择题两部分，其中非选择题分为实验题、化工题、原理题、结构题、有机题;反应类型分为无机反应和有机反应两部分，其中无机反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应，有机反应分为取代反应、加成反应、消去反应、氧化反应、还原反应、加聚反应、缩聚反应;考查元素分为金属元素和非金属元素，两种元素又分别分为短周期元素和长周期元素，所有属于有机反应的全部归类为非金属元素，即碳元素;考查方式分为直接考查和间接考查，其中直接考查分为书写、配平、是否发生，间接考查分为产物及其性质、反应类型、反应条件、计算;考查难易程度分为常规反应和陌生反应，其中常规反应包含“教材基本反应”和“课堂拓展反应”，陌生反应是指学生需要通过已知条件和已有知识进行推断的反应。

3.结果分析

3.1 方程式在高考题中的考查形式多种多样、考查题型全面覆盖

从考查形式看，化学方程式、离子方程式、电离方程式、热化学方程式和电极方程式均有涉及，总个数在35～45之间，化学方程式的考查数量几乎占据一半;从考查题型看，3套试卷涉及方程式的考查分值均超过50分，选择题和非选择题均有涉及，超过半数的选择题涉及方程式的考查，非选择题中化工题的方程式考查分值最大，化工题每一小空几乎都涉及方程式的考查;令人意外的是，通常认为结构题一般不涉及方程式的考查，在Ⅱ卷打破了这一惯性思维（Ⅱ卷第35题第5小问要求考生根据反应原理示意图，用离子方程式表示利用稀土铕盐提升太阳能电池效率和使用寿命的反应过程）。由此可见，方程式作为化学学科的特有语言，在高考题中的考查形式多种多样、考查题型全面覆盖，这充分说明了方程式在“描述物质和创造物质”方面的独特性和不可替代性。

3.2方程式是考查学生分析与推测能力的重要载体

分析與推测能力是依据高考评价体系提炼的化学学科4个关键能力之一，是知识的抽象理论到具体应用，包括判断物质结构、分析物质性质、预测反应现象和推断反应结果[3]。

从考查方式看，直接考查的数量多于间接考查，间接考查以“产物及其性质”居多，直接考查以“是否发生”居多：“是否发生”要求学生根据物质结构和性质，预测反应的现象和结果，如Ⅰ卷选择题第8题B选项要学生判断紫花前胡醇是否可以使酸性重铬酸钾变色，考生需要利用题目给定的信息（紫花前胡醇的结构中含有碳碳双键），判断该反应的现象（由橙红色变为绿色）。从考查方式看，Ⅰ卷和Ⅱ卷以陌生反应居多，而III卷则以常规反应居多，因为III卷是云南、广西、贵州、四川、西藏五省（自治区）等西部省份考试用卷，这也从侧面上体现了全国高考题的地域适用性。

3.3 方程式是体现高考试题基础性和应用性的重要方式

基础性、综合性、应用性和创新性是高考评价体系提出的考查要求（简称“四翼”考查要求），也是高考化学试题命制的基本方向。“基础性”旨在考查学生对学科基本概念、基本原理、基本技能和思想方法的掌握和应用程度，“应用性”旨在考查学生迁移课堂所学内容、理论联系实际的能力和水平[4]。

从反应类型的角度看，无机反应的考查数量远远多于有机反应，无机反应是学习有机反应的基础;无机反应中，氧化还原反应的考查多于非氧化还原反应，非氧化还原反应也是学习氧化还原反应的基础;有机反应中，取代反应是有机化学方程式考查的主要反应类型，还原反应、加聚反应和缩聚反应的考查数量均为0，取代反应是高中阶段学习有机反应的基础反应。从考查元素的角度看，非金属元素的数量多于金属元素;非金属元素共涉及7种，分别是C、S、Cl、N、O、S、B，全部为短周期元素，总数排名前三位的元素分别是C（共37个）、Cl（共11个）、S（共8个）;金属元素共涉及13种，短周期元素有3种（Na、Mg、Al），长周期元素共有10种，总数排名前三位的元素分别是Fe（共11个）、Al（共7个）、Na（共6个）。

4.教学启示

4.1 强化方程式在化学学科的重要地位

方程式在化学学科中的重要性不言而喻，要强化方程式在化学学科的重要地位，首先要重视学生方程式书写能力的提高。有关方程式书写策略在很多文献记载[5-7]，在此推荐一种“化散为整”的教学策略，即通过适当替换、举一反三等方式，将类似的方程式进行归类，发掘其中的规律，通过一个方程式掌握一类方程式，达到举三反一、触类旁通的效果。如：氯气与二氧化硫在水溶液中反应（Cl2+SO2+2H2O       H2SO4+2HCl），这是一个高一化学必修阶段所学的一个常规反应，根据“化散为整”的策略，氧化剂（Cl2）可以派生出Br2、I2、MnO4-、Cr2O72-等一系列常见的氧化剂，还原剂（SO2）可以派生出SO32-、HSO3-、S2O52-、C2O42-、HC2O4-、H2C2O4等一系列常见的还原剂，考查的方式可以是书写、是否发生、产物及其性质、计算等等。这些考点在近几年的全国高考题中均以不同的方式进行了考查。

4.2 提高方程式培养关键能力的重要作用

关键能力是指面对真实复杂情境时，认识问题、分析问题、解决问题所必须具备的能力[8]。单旭峰[3]提出化学学科考试的4种关键能力分别为理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力、探究与创新能力。利用方程式培养学生的关键能力，需要教师善于挖掘方程式所传递的相关信息，并以此为线索，将相关化学概念、物质性质、反应原理、实验操作等知识融入其中，成为培养学生关键能力的最好素材。

以实验室制备氯气的化学方程式为例：MnO2+4HCl（浓）？勖  MnCl2+Cl2↑+2H2O，通过问题情境的设置，以相关知识为载体，提高学生的关键能力。在理解与辨析能力的培养方面，可以设置以下问题：如何快速确定4个基本概念（氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物）、如何辨析易混淆的概念（如氧化剂与氧化产物、还原剂与还原产物）、如何避免方程式书写的易错点（如气体符号、加热符号、配平等）;在分析与推测能力的培养方面，可以设置以下问题：该反应是否可以推测一些物质的氧化性及还原性强弱顺序（如MnO2的氧化性强于Cl2、浓盐酸的还原性强于Cl2）、预测反应有哪些现象（固体的变化、溶液颜色的变化、气体的颜色等）、如何避免反应的一些不良后果？（如何避免将氯气排放至空气中，如何处理反应后的溶液等）;在归纳与论证能力的培养方面，可以设置以下问题：氧化剂可以用哪些物质代替[如KClO3、KMnO4、Ca（ClO）2、PbO2等]、还原剂可以用哪些物质代替（如氯化钠固体与浓硫酸的混合物等）、实验室还有哪些物质也可以用类似的方法制取（如溴单质）;在探究与创新能力的培养方面，可以设置以下问题：如何设计“探究不同氧化剂（如MnO2和KClO3）制取氯气的优劣性”实验方案（如实验目的、实验用品、实验操作等）、可以通过哪些实验现象和实验数据衡量两者的优劣性、如何评价该实验方案的可行性等。

4.3 发挥方程式在化学学科的育人功能

2020年高考化学试题以化学方程式为载体，从传播基础知识、展现化学价值、激发科学精神和弘扬爱国主义四个方面落实育人功能[9]。如：Ⅰ卷第7题以新型冠状病毒肺炎诊疗方案作为考查情境，体现了化学工业为疫情防控提供的强有力物质支撑，让学生充分感受到化学对人类进步的重大贡献，深刻认识化学学科的社会价值;Ⅱ卷第7题以北宋沈括《梦溪笔谈》炼铜工艺为考查情境，让学生充分了解到中国古代化学的辉煌成就，有利于增强学生们对中华文化的自信;Ⅲ卷第36题以我国科学家在[4+2]环加成反应的研究成果为考查情境，有利于增强学生的民族自豪感，激发学生的爱国热情。另外，Ⅱ卷和Ⅲ卷第26题均围绕氯及其化合物展开，以其在杀菌、消毒和化工领域的应用为背景，考查学生对于化学知识应用于实际生活中融会贯通的能力，以Ⅱ卷中“84消毒液”与酸性清洁剂反应方程式的考查为例，体现了化学学科科学传播知识的能力和解释生活中化学问题的育人功能。

综上，在高考综合改革背景下，应该深入研究方程式在历年高考题的考查特点，真正发挥方程式在培养学生核心价值、学科素养、关键能力和必备知识的重要作用，提升化学方程式的育人功能。

参考文献：

[1]杨帆，吴成军.四十年来生物高考的历程、特点与展望[J].课程·教材·教法，2017，37（1）：82-88.

[2]邵伟，庞涛.活学化学反应  激活化学思维[J].化学教学，2013（3）：17-20.

[3]單旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J].中国考试，2019（12）：45-52.

[4]李勇，赵静宇，史辰羲.高考评价体系的基本内涵与主要特征[J].中国考试，2019（12）：7-12.

[5]田存现，田方.复杂离子反应的规律及其离子方程式书写策略[J].化学教育（中英文），2019，40（19）：47-54.

[6]董顺.直接法书写与量有关的离子方程式[J].化学教学，2016（7）：79-81.

[7]鲁名峰.与量有关的离子方程式的书写[J].中学化学教学参考，2010（7）：57-58.

[8]江合佩，单旭峰.基于高考评价体系的化学试题研究——以2019年高考化学试题为例[J].教育测量与评价，2020（2）：11-19

[9]单旭峰.试论高考化学的育人功能[J].教育与考试，2019（2）：11-15.