培养关键能力 发展核心素养——浙江2023年1月真题第19题评析及教学启示

李芳芳 沈坤华

(1.上海外国语大学附属宏达高级中学;2.凤鸣高级中学)

浙江省是全国高考综合改革试点省份,化学学科作为7门选考科目之一,从最初的学考和选考科目两卷合一,卷后增加30分选考试题,到学考与选考实行分卷命题、分卷考试;从高中各年级段学生均可参加选考到仅高三学生参加选考;从使用苏教版化学教材到使用人教版化学新教材,浙江的高考改革在探索中前行。2023届学生是第一届使用人教版新教材的学生,所以今年1月份的选考科目内容、难度备受各界关注。1月份的化学选考试题紧紧依据《中国高考评价体系》 《普通高中化学课程标准》(2017年版2020年修订)(以下简称《化学新课标》),聚焦对化学学科关键能力和核心素养的考查,试题注重基础性、应用性、综合性和创新性,体现了高考考查“四翼”要求。试题亮点多,题目新颖,得到广大一线化学教师的认可赞赏,起到为高等学校选才和引导中学化学教学改革的作用。自从浙江化学学科学考、选考分卷以来,每次选考试题中均有一道化学反应原理试题,难度中等偏上,区分度高,部分学生对此题感到害怕,产生畏难情绪,得满分学生很少。本文拟对试卷第19题化学反应原理题进行剖析,探讨考查内容与要求,以及对化学教学的启示。

1.试题

“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一,相关的主要反应有:

ΔH1=+247 kJ·mol-1,K1

请回答:

(1)有利于提高CO2平衡转化率的条件是________。

A.低温低压 B.低温高压

C.高温低压 D.高温高压

(3)恒压、750℃时,CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。

图1

①下列说法正确的是________。

A.Fe3O4可循环利用,CaO不可循环利用

B.过程ⅱ,CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移

C.过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收,在过程ⅲ被排出

D.相比于反应Ⅰ,该流程的总反应还原1 mol CO2需吸收的能量更多

②过程ⅱ平衡后通入He,测得一段时间内CO物质的量上升,根据过程ⅲ,结合平衡移动原理,解释CO物质的量上升的原因________________。

①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料,某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图2,请在图3中画出400～1 000℃之间R的变化趋势,并标明1 000℃时R值。

图3

②催化剂X可提高R值,另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如表所示:

温度/℃480500520550CH4转化率/%7.911.520.234.8R2.62.42.11.8

下列说法不正确的是________。

A.R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率

B.温度越低,含氢产物中H2O占比越高

C.温度升高,CH4转化率增加,CO2转化率降低,R值减小

D.改变催化剂提高CH4转化率,R值不一定增大

【答案】(1)C

(4)①如图4所示 ②C

图4

由于文章篇幅有限,试题分析与解题过程略。

2.试题评析

《化学新课标》提出了学业水平考试命题建议,命题必须坚持以化学学科核心素养为导向,准确把握“素养”“情境”“问题”和“知识”4个要素在命题中的定位与相互关系,构建以化学学科核心素养为导向的命题框架,同时提出了4个命题原则。现以《中国高考评价体系》为指导,以命题框架、命题原则为主要依据,审视、评价该试题。

图5 命题框架

2.1 关于试题情境

学术探索情境,是指以化学学科前沿问题为背景,按照学术研究的一般路径呈现真实情境,主要用于检测化学问题的建构与解决,渗透学科思想与学术意识的导引,体现综合性与创新性的考查要求。本题素材来自真实前沿科技、国际顶级刊物《science》的研究成果——基于勒夏特列原理的甲烷超干重整以改进二氧化碳的利用。论文中将二氧化碳和甲烷两种温室气体同时转化为可利用的化学品,具有能源和环境上的双重意义。试题以CH4高效还原CO2的反应体系为具体命题素材,属于学术探索情境。研究成果围绕社会热点问题,体现成果的潜在应用价值。它不仅是考试命题背景材料,同时也是对学生潜移默化的教育资料,能让学生感悟学科前沿,激发学习兴趣,体会化学知识在解决社会重大问题中的作用,体现学科社会价值。试题中反应循环图、温度-转化率关系图具有针对性、启发性、过程性和科学性,在此基础上设计的问题新颖、独特,有助于学生理解与辨析、分析与推测、探究与创新等关键能力的考查,有利于培养学生科学态度与社会责任,体现了《中国高考评价体系》 《化学新课标》的要求,起到很好的价值引领作用。

2.2 关于化学知识

化学学科必备知识的考查意在引导中学化学教学注重教材资源的挖掘与利用,提高学生学习的针对性和有效性,注重培养学生的信息素养和对核心概念与完整知识体系的建构。试题通过不断进阶情境素材的陌生度,考查有关反应热力学、反应动力学等问题。考查的必备知识包括:影响化学平衡移动的因素,盖斯定律,Fe3O4与Fe、CaO与 CaCO3的相互转化,化学反应速率,转化率等知识,每个设问陌生度不同,难度也有差异,需要考生灵活应用化学知识审题,尤其是第4小题第1问,学生在考场上现场学习、理解CH4还原能力的概念,并应用于陌生情境中分析、推理、作图解题,对考生迁移创新能力要求较高。试题较好体现了“以化学知识为解决问题的工具”的命题原则,考查了高中化学反应原理必备知识的掌握情况。

2.3 关于实际问题

命题原则之一是以实际问题为测试任务,试题的测试任务融入了真实、有意义的测试情境,试题中的6个问题的知识与能力要求符合新课标中的内容要求,与学业水平要求保持一致,形成了选择题、填空题、问答题、作图题等多层次、多视角不同难度的问题系列,突出了化学核心概念与观念的考查,较好评价了化学关键能力和学科核心素养水平。

综上分析,以命题框架为基础,结合中国高考评价体系各项要素,分析实际问题的考查要求与考查内容,归纳如表所示。

3.教学启示

3.1 重视情境创设,建构化学知识

《化学新课标》强调“试题的测试任务应融入真实、有意义的测试情境”,素养为本的高考命题更加重视日常生活、工业生产、实验探究和学术探索等情境的使用。加强对教学情境的研究,从情境中提取合适的学习任务,从而引出真实的问题,在问题解决中引导学生建构知识,形成认知模型,使学生灵活迁移所学知识与技能在新情境中解决新问题,培养学生迁移创新能力。在“化学反应原理”主题教学中,可从生产生活、创新实验、科学研究和化学史实等素材中选取真实情境,如工业合成氨工艺、工业水煤气制备以及二氧化氮气体平衡移动的数字化创新实验等真实情境。如:压强对二氧化氮与四氧化二氮平衡移动的影响实验,将橡皮塞切成方形,使之恰好塞紧比色皿口,并将收集了二氧化氮的针筒插入比色皿,连接色度传感器、数据采集器和计算机,反复压缩、拉伸针筒,电脑实时、快速绘制透光率随时间变化曲线。在实验情境中探究压强对化学平衡移动的影响,培养学生分析问题、解决问题的能力,发展学生证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想等学科核心素养。

3.2 重视培养学生识图和数据分析能力

此外,强化图表转化成文字的能力。结合要解答的问题,研究图表、数据,并对这些信息进行分析、加工、整合,用化学语言进行描述。如本题(3)②小题,试题错误率较高,考生没有读懂题给的循环图,不理解ⅰ、ⅱ、ⅲ过程中的物质变化本质,不能结合平衡移动原理进行描述。这种形式的填空题是考生应重点关注的题型之一。

3.3 研究高考真题,提高复习实效

在“新课程、新教材、新高考”背景下,高考不再局限于学生对化学基本知识、基本概念的掌握,更加注重学生信息素养、分析与解决问题能力的考查。因此,教师平时可收集整理近几年全国及各省(市)的高考化学反应原理试题,列表分析考查载体、考查的知识、能力要求与思维方法等关键要素,分析学生失分原因,寻找高考试题命制与解题规律。还要注重高考试题变式训练,提升学生在陌生情境下解决实际问题的能力,做到举一反三,提高复习实效,让高考试题成为高三学生自主学习反思与教师自觉改进教学的助推器,培养学生关键能力,有效落实化学核心素养。

浙江新高考化学试题的亮点颇多,笔者仅选择一题分析与评价,与同行交流探讨,以起抛砖引玉之用。