基于化学学科理解的高考化学试题分析

汤希雁 黄剑锋

【摘 要】化学学科理解指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识。文章从化学学科理解的角度出发，以2021年高考全国甲卷理综化学试题为例，从考查化学学科知识、化学学科思维、学生“做事”能力等方面进行分析，以期为高中化学学科教学探寻有效途径。

【关键词】 化学学科理解;化学学科知识;化学学科思维

【作者简介】汤希雁，副教授，南宁市第八批优秀青年专业技术人才，南宁市第十批新世纪学术与技术带头人，主要研究方向为中学化学教学;黄剑锋，正高级教师，广西特级教师，全国优秀教师，主要研究方向为高中化学教学。

【基金项目】2021年度广西教育科学“十四五”规划A类重点课题“‘三新视域下高中化学‘科学探究与创新意识培养策略的实践研究”（2021A051）

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出，化学学科理解是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识，它不仅仅只是对化学知识的理解，还包括对具有化学学科特质的思维方式和方法的理解[1]。本文从化学学科理解的角度出发，对2021年高考全国甲卷理综化学试题进行分析，以期为高中化学学科教学探寻有效途径。

一、考查化学学科知识

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科。因此，化学学科知识是关于认识物质的知识，即从微观层面认识物质的组成和结构，对物质的性质和变化进行描述，解释物质的应用及其转化。2021年高考全国甲卷理综化学试题考查的化学学科知识可以归纳为以下几个方面。

（一）考查化学物质知识

1.考查物质的组成、结构

第8题通过重水（D2O）中的质子数、NO2与H2O完全反应时转移的电子数、环状S8分子中含有的S-S键数、K2Cr2O7溶液中含有的Cr2O72-离子数，考查阿伏加德罗常数的值NA的计算。第11题考查原子结构、元素周期律的知识，题目以短周期主族元素为考查范圍，给出的信息是W、X、Y、Z四种元素的最外层电子数之间的关系，以及W和X的单质常温下均为气体，判断关于原子半径比较、元素形成化合物数目、氧化物性质、化学键类型的叙述是否正确。第35题是关于物质结构与性质的考查，以太阳能燃料合成项目为素材，考查原子电子排布式、晶体类型、原子轨道杂化类型、化学键类型、物质沸点高低的原因、晶胞中离子配位数、化学式中原子数目计算的表达式。

2.考查物质的性质、变化

第10题考查了甲醇、乙醇、乙酸、烷烃的性质。第26题以单质碘制备流程为背景，考查了Cl2、I2、Fe、FeI2、NaIO3、NaHSO3、KI、CuSO4、CuI等物质的性质，利用物质的氧化性、还原性实现物质之间的转化。

（二）考查获得化学物质的知识

1.考查化学科学实践

第9题考查了氨气、二氧化氮、硫化氢、氧气的实验室制备方法。第27题考查了实验室制备胆矾的方法及其结晶水数目的计算。第36题通过大豆素的合成及其衍生化的一种工艺路线，考查获得有机物的合成路线、有机物命名、物质转化需要的氢气的量、有机化学方程式的书写、反应类型的判断、有条件限制的有机物同分异构体的书写、有机合成路线的设计。

2.考查化学科学认知

第12题考查了有关BaSO4、BaCO3溶度积的图像问题，判断沉淀溶解曲线、BaSO4的Ksp计算、曲线上点的变化、离子浓度比较是否正确。第13题考查了电解原理在重要化工生产中的作用，判断有关试剂作用、电极反应式书写、转移电子物质的量计算、离子运动方向叙述的正误。第28题以二氧化碳催化加氢制甲醇为核心反应，围绕该反应考查反应热效应的计算、根据信息判断反应能量变化示意图、用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数表达式、判断等压过程的曲线及其理由、计算平衡转化率、判断反应条件。

（三）考查化学物质知识的价值

对于化学物质知识的价值的考查主要包括化学知识对人类生活、社会发展方面的作用。如第7题是化学与科学·技术·社会·环境（STSE）的考题，考查日常生活中与化学有关的问题。第26、27、28、35、36题都体现了化学在促进社会可持续发展方面所起的作用。

总之，2021年高考全国甲卷理综化学试题考查的知识是高考评价体系中的必备知识，考查学生是否具备化学专业学习与研究、社会生活实践所要求的必备知识，主要概括为五个方面：化学用语与基本概念，实验基本原理与方法，物质组成、结构与性质，化学反应原理与规律，物质相互转化与应用。

二、基于化学学科思维的考查

学科思维是指在系统学习某一学科时，通过体验、认识及内化等过程逐步形成了关于该学科稳定的思考问题、解决问题的思维方法和价值观[2]。化学学科思维则是指从化学视角认识物质，逐步形成相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法[3]。问题的解答与思维方法的正确运用密不可分，根据具体问题的特点，采取有效的思维方法十分重要。

化学学科核心素养包括五个方面：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任。化学学科核心素养与化学思维有必然联系，宏观辨识与微观探析是化学学科的思维方式，变化观念与平衡思想是化学学科的思维品质，证据推理与模型认知是化学学科的思维方法，在科学探究过程中，学生的创新意识和创新思维得到培养，科学态度与社会责任则要求学生应具有社会责任感和科学精神[4]。

（一）基于宏观辨识与微观探析思维方式的考查

宏观辨识要求学生能从宏观视角认识物质，根据实验现象辨识物质及其反应，能从物质的宏观特征入手，对物质及其反应进行分类。微观探析指能从微观视角分析反应的实质，能用微观结构图式描述物质及其变化的过程。

（二）基于变化观念与平衡思想思维品质的考查

化学物质是能够相互转化的，学生要有变化观念，认识物质的基本变化，厘清物质是否会变化、会怎样变化、为什么会变化等基本问题，并知道物质的变化是有一定限度的，即存在平衡。因此，要求学生具有平衡思想，这也是化学学科本质的体现。

（三）基于证据推理与模型认知化学学科思维的考查

化学是认识物质的科学，认识物质需要对其组成、结构及其变化提出假设。证据推理指通过分析推理加以证实或证伪，模型认知即建构认知模型，用所建构的模型来理解、解释或解决一类化学问题。

对于第35题第（4）问，学生要基于模型认知的化学思维方法，能够对四方ZrO2晶胞进行正确分析，以晶胞中右侧面心的Zr4+为例，同一晶胞中与Zr4+连接最近且等距的O2-数为4，同理可知右侧晶胞中有4个O2-与Zr4+相连。因此，Zr4+离子在晶胞中的配位数是4+4=8，1个晶胞中含有4个ZrO2微粒，据此可计算出1个晶胞的质量和体积，进而求出其密度。化学式ZnxZr1-xOy中y的值可根据化合价代数和为零的原则进行计算，这也是基于模型认知的思维方法。

（四）基于科学探究与创新意识化学思维培养的考查

实验探究是科学探究的重要手段，其包括提出问题、建立假设、设计实验、进行实验、交流讨论、得出结论等过程。通过实验探究，学生能体验科学探究的过程，提高科学探究能力，培养创新意识。科学探究的本质是实践创新，探究过程中对一些“异常现象”的科学解释即为学生在科学探究实践中创新意识的体现。

（五）基于科学态度与社会责任的考查

科学态度与社会责任属于情感、态度与价值观的素养范畴，影响着学生的化学思维。化学为人类的进步做出了突出贡献，在全球经济发展迅猛的今天，在当代众多行业中，尤其是对当代医学的进步，化学发挥了重大作用。化学学科具有实践性和应用性的特点，在社会责任担当层面具有重要作用。高考化学试题重视学生科学态度与社会责任意识的考查，有的取材于生活实际，如第7题;有的取材于真实实验，如第9题;有的取材于科研文献，如第35题;有的取材于生命科学和能源科学发展成果，等等。

三、对学生“做事”能力的考查

高考化学试题以核心素养为测试宗旨，学科核心素养是指学生通过某学科的学习后所获得的关于该学科的关键能力、必备品格与价值观念。如何衡量学生是否获得了该学科的核心素养，最好的方法就是考查学生的“做事”能力，考查其在“做事”过程中运用知识解决问题的能力、展现出来的技能，以及情感、态度、价值观的表现。笔者认为，“做事”能力就是解决问题的能力，面对高考化学试题，学生应该具备以下“做事”能力。

（一）学会快速选择

一些选择题的选项正确与否很明显，学生要能快速做出判断，减少不必要的时间浪费。例如第7题的C选项“天然气不完全燃烧会产生有毒气体”，根据常识很快能判断该叙述是正确的，其余选项没必要再花时间去探究。再如第10题的B选项“用饱和碳酸氢钠溶液可以鉴别乙酸和乙醇”，学生只要具备基本知识即可判断该叙述是正确的，很快能确定选项，提高解题速度。

（二）学会获取信息

高考化学试题不仅考查学生对已学知识的掌握和应用能力，还包括获取陌生知识和信息的能力。高考化学试题中常有模型、图表、流程图等类型信息，学生要能从中提取关键内容，并与有关知识进行整合，最终解答问题。例如第13题，从图示中获取的信息是从乙二酸变为乙醛酸发生了还原反应，该反应发生在铅电极一边，说明铅为电解池阴极，石墨为电解池阳极，电解过程中阳离子向阴极移动，由此快速判断D选项“双极膜中间层中的H+在外电场作用下向铅电极方向迁移”是正确的。

（三）学会分析推测

（四）学会归纳论证

学生要学会识别题目中的有效证据、科学论证，懂得处理转化数据和归纳总结规律。如第28题第（2）问中等压过程的曲线判断及理由的描述，第35题第（3）问中“甲醇的沸点（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之间”的原因叙述等，都需要学生具有挖掘有效证据、归纳论证的能力。

四、教学启示

从化学学科理解视角对2021年高考全国甲卷理综化学试题进行分析，笔者认为，教师在日常教学中要重视以下几个方面。

（一）化学知识的学科功能化

知识的学科功能化是素养落地的体现，这样学生才能运用知识解决实际问题。例如，氧化还原反应知识是认识物质性质的一个重要方面，从氧化还原反应角度能认识物质的氧化性、还原性，这体现了氧化还原反应知识的学科功能。第26题第（2）问中从氧化还原反应角度写出制备I2的总反应的离子方程式，就是体现了知识的学科功能化。

（二）“一”的抽提和认识视角的凝练

“一”的抽提，就是要引导学生基于具体的化学知识来建构具有广泛迁移价值的“一”，从而形成“举一反三”甚至“举一反十”[6]。例如，对于第35题第（3）问“甲醇的沸点（64.7℃）介于水（100℃）和甲硫醇（CH3SH，7.6℃）之间”的原因解释，就是基于物质熔沸点高低比较方法抽提的“一”的迁移应用。

（三）认识思路的构建

认识思路就是让学生知道怎么想。例如，对陌生物质性质的认识思路，首先基于物质类别判断物质的性质，然后再从物质核心元素的化合价判断其氧化性、还原性。学生具备了这样的认识思路，面对陌生物质也能从容应对。例如，第26题第（2）问中，向NaIO3溶液中加入计量的NaHSO3，生成碘化物，应从核心元素化合价角度思考该反应。基于这样的思路，这个问题自然迎刃而解。

总的来说，从化学学科理解的角度出发，研究新高考题中化学学科知识特征，科学把握化学学科核心素养的内涵，在实践中多维度促进学生化学学科思维的发展，提高学生在新情境中解决问题的“做事”能力，有利于学生在高考中取得更高、更快、更强的实战效果。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]李艺，钟柏昌.谈“核心素养”[J].教育研究，2015（9）：17-23，63.

[3]朱鹏飞.学科核心素养的研究进展及其对中学化学教学的启示[J].化学教学，2017（1）：8-15.

[4]刘树领.化学模型认知教学的策略探析：以金属晶胞知识的教学为例[J].中小学课堂教学研究，2021（2）：21-24.

[5]黄剑锋.基于化学学科本质的高考试题探析：以2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题为例[J].中小学课堂教学研究，2020（9）：50-53.

[6]郑长龙.化学学科理解与“素养为本”的化学课堂教学[J]. 课程·教材·教法，2019（9）：120-125.

（責任编辑：罗小荧）