学习化学有进阶，设计作业要分层

罗书昌

【摘要】学习进阶理论对教材研究和作业设计都有一定的指导作用。通过重点对物质结构、守恒观念和有机化学进行系统整体研究，依据学生思维进阶和课标要求，将教材划分为初中化学、高中化学必修、高中化学选择性必修和高中化学强基计划等四个阶段，并指出每个阶段的主要任务和要求。通过引导学生针对以上四个阶段的相关问题设计作业，使作业有层次有梯度，提高作业质量。

【关键词】学习进阶；教材研究；分层作业

所谓学习进阶理论，“进”就是学生认知水平和思维能力螺旋提升的进展，“阶”就是把学生学习某些重要必备知识的起点和终点依据某些标志性的要求划分成各个阶层，既要注重必备知识的整体性系统性，又要必备知识在不同学习阶段的层次性。学习进阶理论对教材研究和作业设计都有一定的指导作用。

一、教材研究

教材是培养学生核心素养的载体。运用学习进阶理论对教材中重要的必备知识进行整体系统地研究，将教材划分为初中化学、高中化学必修、高中化学选择性必修和高中化学强基计划等四个阶段，每个阶段都有相应的目标和要求，进行针对性教学，有利于提高教学质量。以下选取物质结构、守恒观念和有机化学进行举例阐述。

宏观辨识和微观探析是中学化学最基础最重要的核心素养，结构决定性质是贯穿化学的核心观念，教学中要遵循螺旋上升循序渐进原则。初中阶段，初步了解分子、原子和元素的概念，原子的结构及其核外电子排布简单规律（了解1—20号元素原子结构示意图）、化合价、元素周期表的周期和族等。高中化学必修阶段，熟练掌握原子的结构及其核外电子排布规律，元素周期表的构造以及与核外电子排布的关系，元素周期律以及与核外电子排布的关系等，化学键以及与化学反应能量变化的关系等。高中化学选择性必修阶段，从能层、能级、原子轨道等多角度理解原子核外电子运动状态及其核外电子排布规律；丰富元素周期表的知识（周期、族、区）以及与核外电子排布的关系；深度认识原子半径、电离能、电负性等元素性质的意义及其周期性变化规律；深入了解共价键的形成、类别和特点，并能从键的极性角度认识有机物的性质及其反应机理；以微粒间的作用力为线索认识分子的结构与性质，认识晶体的结构、类型与性质。高中化学强基计划阶段，熟练运用主量子数、角量子数、磁量子数、自旋方向等四个量子数描述原子核外电子运动状态并能解释相关规律；能够准确判断复杂分子中某些原子的杂化方式及其一些键角的相对大小；能从微粒堆积方式的角度认识晶体结构的对称性和周期性，理解四面体空隙、八面体空隙、立方体空隙等，利用空间想象能力确定微粒的三维原子坐标、以及计算键长、键角、配位数、晶体密度和空间利用率等复杂问题。

养成守恒观念也要遵循螺旋上升循序渐进过程。初中阶段，初步认知质量守恒定律，宏观上了解参加反应的反应物总质量等于生成物总质量；知道溶液稀释过程中溶质的质量保持不变；原子呈电中性即原子核（质子）所带正电荷总数等于核外电子所带负电荷总数；分子呈电中性即分子中所有元素的化合价的代数和等于零。高中化学必修阶段，熟练掌握质量守恒定律，微观认知化学变化前后原子种类和个数保持不变是质量守恒定律的原因；理解电子守恒，氧化还原反应中氧化剂的电子总数等于还原剂失电子总数或化合价升高总数等于化合价降低总数；理清电荷守恒，离子反应中等号两侧离子所带电荷数相等，溶液呈电中性即阳离子所带正电荷总数等于阴离子所带负电荷总数；感知能量守恒：在化学反应过程中总能量的变化量与断键吸收的能量成键释放的能量的加和性近似相等；运用溶液稀释过程中溶质的物质的量保持不变进行简单计算。高中化学选择性必修阶段，运用能量守恒在化学反应过程中总能量的变化量与断键吸收的能量成键释放的能量的加和性近似相等进行简单计算，判断反应方向；理清物料守恒，某组成元素电离水解等物质转化中其种类和数目保持不变，以及组成元素间存在的定量关系保持不变；掌握电荷守恒，电解质溶液阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数。高中化学强基计划阶段，熟练运用能量守恒，计算吉布斯自由能并判断反应的方向和程度；综合物料守恒、电荷守恒和质子守恒规律，能解决有关分布系数等复杂问题。

学习有机化学也是有进阶的。初中阶段，初步知道有机物的概念和组成元素；初步了解与生活密切相关的甲烷、乙醇等有机物的组成元素、化学式，蛋白质、糖类、油脂、维生素等基本有机营养成分的组成元素、化学式和营养功能；认知塑料、合成纤维、合成橡胶等高分子材料对日常生活、现代工业、国防科技等的贡献，同时由于过量不当地使用造成白色污染危害。高中化学必修阶段，知道有机分子的空间结构、碳原子的成键特点和常见官能团，认识甲烷、乙烯、乙醇、乙酸等典型有机物的性质，知道常见的氧化还原、加成取代、加聚缩聚等有机反应类型，结合实例感悟有机高分子、糖类、油脂、蛋白质等有机物的重要应用价值。高中化学选择性必修阶段，通过深入学习有机物的组成与结构，烃及其衍生物、生物大分子、有机高分子的结构、性质和应用，建立“組成、结构决定性质”的基本观念；形成基于官能团、化学键、共价键的极性与反应类型认识有机物思维模型；设计科学绿色的重要有机物的合成路线，培养化学学科核心素养。高中化学强基计划阶段，运用共轭效应和诱导效应等电子效应理论理解有机物的结构和有机反应机理，能设计出重要有机物的复杂科学绿色的合成路线，解决复杂的有机问题。

二、作业设计

在教材研究的基础上，设计出分层的适合学生需求的典型作业，有利于提质减负。以下提供教师设计的两道作业和学生设计的两道作业进行举例说明。

作业1：金属活动性顺序表在中学化学中应用较为广泛，请结合金属活动性顺序表回答下列问题。

（1）实验室用锌与稀硫酸制取氢气，请写出对应的化学方程式 ；（2）晋葛洪《抱朴子内篇·黄白》中记载“以曾青（CuSO4溶液）涂铁，铁赤色如铜”，请写出所涉及化学方程式 ；（3）写出金属铜与稀硝酸反应的离子方程式 ；（4）写出硝酸铜受热分解的化学方程式 ；（5）写出工业上冶炼金属铝的化学方程式 ；（6）设计一个实验，使铜和稀硫酸溶液能发生化学反应 ；（7）写出金属活动性顺序表中位于第三周期的元素符号 ；（8）写出金属活动性顺序表中最外层只有一个电子的元素有 种；（9）解释王水能够溶解金的原因 ；（10）金属锂若放在金属活动性顺序表中，你认为放在什么位置比较合理，并说明理由 。

【参考答案】

（1）Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑（初中阶段）；（2）Fe+CuSO4=

FeSO4+Cu（初中阶段）；（3）3Cu+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+

4H2O（高中化学必修阶段）；（4）2Cu（NO3）2加热2CuO+4NO2↑+O2↑（高中化学必修阶段）。依据金属活动顺序表掌握硝酸盐受热分解规律：钾钙钠的硝酸盐受热分解生成亚硝酸盐；金属活动顺序表中从Mg到Cu对应的盐受热时生成金属氧化物、NO2和O2；金属活动顺序表中Cu以后的金属对应的盐受热时生成金属单质、NO2和O2。（5）（高中化学必修阶段）。依据金属活动顺序表掌握金属冶炼的规律：钾钙钠镁、铝因其金属还原强常采用电解法制备；金属活动顺序表中从Zn到Cu常采用热还原法制备；金属活动顺序表中Ag以后的金属常采用热分解法制备；（6）方案1：加热蒸发稀硫酸，增大硫酸浓度，使稀硫酸变为浓硫酸，铜与浓硫酸反应生成硫酸铜和二氧化硫（高中化学必修阶段）方案2：设计成电解池，铜作阳极，稀硫酸作电解质溶液，总反应为：铜与稀硫酸反应生成硫酸铜和氢气（高中化学选择性必修阶段）；（7）Na、Mg、Al（高中化学必修阶段）；（8）7（K、Na、H、Cu、Ag、Pt、Au）（高中

化学选择性必修阶段）；（9）Au+4HCl+HNO3=H[AuCL4]+

NO+2H2O，金不溶于浓硝酸，金能溶于王水，王水是浓硝酸和浓盐酸按照体积为1：3混合的。由于氯离子的配位作用，形成[AuCL4]-，降低了金的电极电势，增强金的还原能力；同时增大氢离子浓度，增强浓硝酸的氧化性。（高中化学强基计划阶段）；（10）依据E（Li+/Li）=-3.04VE（K+/K）=-2.93V，金属锂应排在金属活动性顺序表的首位，钾的前面。依据元素周期表可知金属性：K>Na>Li，根据斜对角线相似性，锂的金属性与镁相似，但依据电极电势可知在金属活动性顺序表锂的金属性强于钾。因为金属活动性顺序主要依据金属在水溶液中的标准电极电势大小排列的，既考虑金属单质金属键的强弱和金属原子失电子能力，又考虑金属离子在水溶液中的水合焓，因为Li+的半径比K+的半径小得多，即Li+的离子势比K+的离子势大得多，水合焓对电极电势的影响程度较为显著造成的。（高中化学强基计划阶段）

作业2：碳酸氢钠可用于治疗胃酸、发酵焙制糕点、泡沫灭火剂等。回答下列有关碳酸氢钠的问题：

（1）碳酸氢钠俗名为 ；属于哪类物质 （填“酸”“碱”或“盐”）；（2）碳酸氢钠可用于治疗胃酸，请写出碳酸氢钠与胃酸（盐酸）反应离子方程式 ；（3）碳酸氢钠与明矾混合产生大量的二氧化碳，可用于灭火剂，请写出对应的离子方程式 ；（4）澄清石灰水中加入过量的碳酸氢钠溶液，会变浑浊，请写出对应的离子方程式 ；（5）碳酸氢钠受热易分解，已知：①2NaOH（s）+CO2（g）==Na2CO3（s）+H2O（g）ΔH1=-127.4 kJ·mol-1，②NaOH（s）+CO2（g）==NaHCO3（s）ΔH1=-131.5 kJ·mol-1反应2NaHCO3（s）==Na2CO3（s）+H2O（g）+CO2（g）的ΔH= kJ·mol-1；（6）已知常温下碳酸的两级电极常数：H2CO3，Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11，在0.1mol/L碳酸氢钠溶液中，①其质子守恒关系式为 ；②判断该溶液中c（H+）与c（OH-）大小关系并通过计算说明理由 ；③判断该溶液中c（CO32-）与c（OH-）大小关系并通过计算说明理由 ；（7）人体血液中的碳酸和碳酸氢盐存在平衡：H+ + HCO3- H2CO3，当有少量酸性或碱性物质进入血液中时，血液的pH变化不大。测得某人体血液的pH=7.40（100.4≈2.5），求该人体血液中的碳酸和碳酸氢根浓度之比为 ；（8）已知，H2CO3，Ka1=4.3×10-7，Ka2=5.6×10-11；H2CO3（aq）H2O（l）+CO2（g），K（H2CO3）=600；Ksp（BaCO3）=2.6×10-9。请通过计算判断0.1mol/L碳酸氢钠溶液与0.1mol/L氯化钡溶液混合是否有沉淀生成？ 。

【参考答案】

（1）小苏打、盐（初中阶段）；（2）HCO3-+H+=CO2↑+H2O（高中化学必修阶段）；（3）3HCO3-+ Al3+ =3CO2↑+Al（OH）3↓（高中化学选择性必修阶段）；（4）Ca2++2HCO3-+2OH-= CaCO3↓+CO32-+2H2O（高中化学必修阶段）；（5）+135.6（高中化学选择性必修阶段）；（6）c（CO32-）+c（OH-）= c（H2CO3）+c（H+）c（H+）<c（OH-）Kh=Kw/Ka1=2.3×10-8>Ka2水解大于电离c（CO32-）>c（OH-）HCO3- +HCO3-H2CO3+CO32-K=Ka2/Ka1=1.3×10-4>Kh=Kw/Ka1=2.3×10-8自耦电离大于水解电离（高中化学选择性必修阶段）。

作业3：化合物M（图1）是一种从海南诺丽果中提取出的有机新物质，具有降血糖等功效。假设你是一位高考命题专家，以下面两个有机合成路线为情景，模仿海南高考化学试题命制一道选择题和一道有机综合高考试题，并分享你的设计思路，考查其他小组，请对方给予评价。

学生命题Ⅰ：化合物M（图1）是一种从海南诺丽果中提取出的有机新物质，具有降血糖的功效。下列说法错误的是（    ）

A.M的分子式為：C12H19O2

B.1mol M最多与4mol H2发生加成反应

C.M分子式中存在1个手性碳原子

D.M分子中含有2种官能团

【参考答案】  A

A选项考查键线式与分子式的关联，以及不饱和度（高中化学必修阶段）；B选项考查官能团的定量反应，羰基、碳碳双键与氢气反应均为1：1（高中化学必修阶段）；C选项考查碳原子的成键特点，手性碳原子的特点和判断（高中化学选择性必修阶段）；D选项考查常见官能团的认知（高中化学选择性必修阶段）。

学生命题Ⅱ：

（1）有机物B的名称是 ；A与足量H2反应的产物是 。（2）B的核磁共振氢谱有 组峰；（3）C→D的反应类型是 。（4）M中所含官能团名称为： ；（5）有机物X的结构简式： 。

【参考答案】

（1）3-氧代丁醛（CH3）2CHCH2CH（OH）CH3（高中化学必修阶段）；（2）3（高中化学选择性必修阶段）；（3）羟醛缩合反应（高中化学选择性必修阶段）；（4）羰基、碳碳双键（高中化学选择性必修阶段）；（5）（CH3）2CH=O（高中化学选择性必修阶段）。

【参考文献】

[1]陈洁.基于学习进阶的高中化学整体性教学设计与实践研究[D].银川：宁夏大学，2021.

（基金项目：本文系海南省教育科学规划2021年度一般课题“高中化学分层次、多类型作业设计的研究与实践”的阶段性成果，课题编号QJY20211034）