基于化学学科本质的高考试题探析

【摘 要】一年一度高考已经圆满结束，对高考试题的分析有多种角度，基于《普通高中化学课程标准（2017年版）》对化学学科本质特征的阐述，研究者以2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题为例进行探析，了解高考化学试题命制与化学学科本质特征之间的联系，以期为高中化学教学提供参考。

【关键词】高考化学;试题探析;学科本质

【作者简介】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。

“以实验为基础”一直被人们认为是化学学科的本质特征，但这一观点并不能反映化学学科的本质，因为同样属于自然科学的物理学、生物学也是“以实验为基础”的学科，它们之间有何区别？从实验层面无法得以说明。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）对化学的学科本质特征给予了定义：化学学科特征是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质[1]1。这一定义是从哲学本体论层面对化学与其他学科的区别进行阐述[2]。“认识物质和创造物质”是化学的本质特征，“从微观层次认识物质”即从原子、分子水平上认识物质，这是化学与其他学科认识物质角度不同的本质区别。这些论述使我们知道了什么是化学学科本质、我们应该怎么教化学、学生应该学习哪些化学知识。作为测试学生必备知识、关键能力和思维方法的化学高考是如何体现其学科本质呢？笔者就这个问题以2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题为例进行探析，以期为一线教师的教学、备考提供一些参考。

一、基于认识物质视角的考核

《课程标准》对化学学科认识物质进行了两次限定，一是微观层面，即化学是从微观角度认识物质的;二是在原子、分子水平上，即在众多构成物质的粒子中，化学是停留在原子、分子的角度认识物质的多样性的。2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题主要从以下几方面考核学生对物质的认识。

1.认识物质的结构

第9题、第13题和第35题考核物质的结构知识。第9题以阿伏加德罗常数为中心，考核一定量氮气、重水、水、石墨烯、金刚石、氯化钠溶液中的原子数、中子数、质子数、电子数的计算，学生必须认识这些物质的微观结构，才能准确作答。第13题是关于“原子结构、元素周期律”的考核，题目以短周期元素为考试范围，给出四种元素原子结构的核外电子数之间的关系和元素形成的两种化合物相遇产生白烟的條件，据此可推断出两种化合物分别是氨气、氯化氢，这是推断四种元素的突破口。考核的知识点是元素非金属性强弱判断、原子半径大小比较、含氧酸强弱、氧化物的水化物碱性强弱判断。第35题是关于人教版高中化学选修3内容的考核，以“一种具有潜力的固体储氢材料”氨硼烷（NH3BH3）为素材，考核原子半径大小、性质相似元素的判断、配位键、杂化轨道、电负性大小判断、等电子体、物质熔点判断、晶体密度的计算。

以上都是近年来化学学科高考常考的内容，是从微观层面认识物质的角度对学生的考核。解答此类问题，学生必须具备微粒观，才能更深入地了解和更正确地解释宏观事实和现象，才能进一步加深对微观世界的理解，才能更好地理解各种化学符号的意义。微粒观会成为学生学习化学知识的重要助力，对学生的终身学习起到帮助作用。

2.认识物质的性质

“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。”[1]1研究物质的性质是化学的本原性问题，物质的性质是高考化学试题的必考内容。2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题考核的元素、化合物有：第7题中的Cu（OH）2、CuCO3;第26题中的Cl2、KClO3、NaClO、Na2S、NaCl、Ca（OH）2、H2SO4;第27题中的Ni、Al、Fe及其氧化物，以及NaOH、NaAlO2、Fe2+、Fe3+、Ni2+、H2O2、NaClO、NiSO4·7H2O等。

高考化学试题中有关元素化合物的内容，考核的是学生的化学观念。如果学生只停留在记忆层面，就难以应对基于学科核心素养立意的高考化学试题。究其原因是学生缺乏化学学科观念，没有把有限的元素化合物知识构建成认知模型，将具体的知识结构化、系统化。结构观、分类观、变化观是学习元素化合物知识的重要观念。“结构决定性质，性质反映结构”是化学学科最重要的思想方法之一;分类观能帮助学生判断物质的性质，推测新物质的性质，进一步发现其特性;从价态变化的角度判断物质性质是变化观的基本观点，很多物质之间的反应涉及元素化合价的升降，学生应具备从氧化还原反应视角认识反应的实质，形成基于化合价升降的氧化还原反应思维。基于上述观念构建物质性质认知模型（如图1），有助于解决高考化学试题中元素化合物的性质问题。

例如，第7题根据类别判断Cu（OH）2属于弱碱，具有碱的通性，弱碱一般性质不稳定、受热易分解;CuCO3属于盐，具有盐的通性，不溶性碳酸盐性质不稳定、受热易分解。据此对第7题选项的正误做出判断。第26题根据价态判断Cl2、KClO3、NaClO等物质具有氧化性，这一题的实验目的是探究KClO3、NaClO的氧化还原性强弱。第27题工艺流程中H2O2具有氧化性，可知其作用是氧化Fe2+。Ni、Al、Fe及其氧化物，以及NaOH、NaAlO2等可根据其类别判断其酸碱性，从而理解工艺流程中各阶段的反应原理，为解答有关问题提供依据。

3.认识物质的转化原理

“化学不仅与经济发展、社会文明的关系密切，也是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础。化学在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用，是揭示元素到生命奥秘的核心力量。”[1]1这揭示了化学的学科价值和社会价值。化学在原子、分子水平上研究物质的转化及应用，才能造福人类，体现化学的社会价值。物质转化涉及物质之间的反应，只有认识物质之间的反应原理才能真正认识物质之间的转化，即知其然还要知其所以然。因此，高考化学试题对反应原理知识的考查是不可或缺的。试题通常以当前新科技、新产品或真实的工业生产为背景，考查化学反应与能量、化学反应速率与化学平衡、水溶液中的离子平衡、电化学基础等。2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题中考核化学基本原理的题目有第12题的电化学原理、第27题的沉淀溶解平衡原理、第28题的化学平衡原理。

第12题的电化学原理题和往年一样，以当前的新科技、新产品—— 一种高性能的碱性硼化钒（VB2）即空气电池为素材，考核电极反应式书写，正、负极区溶液的pH变化，电流方向判断等知识。学生只要对电化学基础知识掌握牢固，就不难解答这一题。

第27题从废镍催化剂中制备硫酸镍晶体的工艺流程，考核沉淀溶解平衡常数Ksp的计算、氧化还原离子反应方程式的书写等化学原理知识。这需要学生具有很好的综合迁移能力，解答关键在于正确分析工艺流程原理，难点在于Ksp的计算及“调pH”时pH的范围确定。

第28题以“二氧化碳催化加氢合成乙烯”为核心反应，考核化学平衡原理知识，这需要学生具有较强的知识获取能力。本题难点是确定图中曲线所代表的化学物质，需要学生从图中获取有效信息，即两反应物的初始投料之比等于化学计量数之比，由图中曲线的起点坐标判断c和a表示产物的物质的量分数之比为1∶3、d和b表示物质的物质的量分数之比为1∶4，再结合化学计量数之比判断，表示乙烯变化的曲线是d，表示二氧化碳变化的曲线是c。计算Kp时，学生需从图中获取氢气和水的物质的量分数均为0.39，再结合计量数比判断乙烯、二氧化碳物质的量分数，然后进行计算。若以三段式的固有思维进行计算将陷入困境，可见解答本题需要学生具备较强的获取知识的能力。

二、基于创造物质视角的考核

1.基于综合实验原理的考核

实验是化学家研究物质组成、结构和性质的重要方法，是不断发明和制造人类更有用的新物质的重要手段。高考化学对化学实验与探究能力的考核要求是：掌握化学实验的基本方法和技能，能初步实践化学实验的一般过程;在解决化学问题的过程中，运用化学原理和科学方法，能设计合理方案，初步实践科学探究。第26题为实验综合题，要求制备KClO3和NaClO，并探究其氧化还原性质。这一题主要考核学生关于氯气的实验室制备、除去氯气中混有的氯化氢的方法，氯气与氢氧化钾和氢氧化钠溶液在不同条件下的反应，尾气处理、结晶基本操作、物质氧化能力的比较等基本知识和应具备的化学实验基本方法、技能。

2.基于工艺流程原理的考核

《中国高考评价体系》对高考考核有“应用性”的要求。“应用性要求以贴近时代、贴近社会、贴近生活的生活实践或学习探索问题情境为载体，将陈述性知识与程序性知识的有机整合和运用作为考察目标，设计生产生活中的实际问题，体现对即将进入高等学校的学习者迁移课堂所学内容、理论联系实际水平的测量评价。”[3]化学工艺流程题是化学知识在工业生产上应用的问题，能衡量学生迁移课堂所学内容、理论联系实际解决问题的水平。第27题以从废镍催化剂中制备硫酸镍晶体的工艺流程为问题情境，将金属及其化合物的性质、沉淀溶解平衡常数Ksp及其计算、氧化还原离子反应方程式的书写、溶液中离子种类的判断、氧化剂替代物的选择、工艺流程顺序改变的影响、pH范围确定、陌生离子方程式书写、绿色化学思想等知识，融合于工艺生产流程中，充分体现了试题的应用性。

3.基于有机合成路线的考核

与往年一样，第36题考核的是有机化学综合知识。以近期我国科学家用PCBO与醛或酮发生[4+2]環加成反应，合成具有生物活性的多官能团化合物的部分合成路线为载体，展现了我国科学家在有机合成领域的成就。环加成反应对学生而言，是完全陌生的，需要学生能够正确解读题给信息，触类旁通、举一反三来解决问题。例如，对于B的结构简式推断须由题给信息、B到C的反应条件、C的结构简式等综合运用推断才能正确解答，这体现了试题命制的综合性。通过选用不同取代基对产率的影响，考核学生发现规律并解释原因，体现了试题命制的创新性。试题考查的仍然是官能团的结构、名称和性质，以及官能团相互转化的条件、有机物同分异构体的书写等基础知识，体现了试题的基础性。

三、基于以符号形式描述物质的考核

作为研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的学科，化学既研究物质宏观上的性质及变化，也研究物质微观上的组成及结构，化学符号是化学研究和交流的工具。化学知识表征方式有宏观表征、微观表征和符号表征，称为三重表征。三重表征思维是化学学科特有的思维方式。《中国高考评价体系》要求学生掌握运用语言或其他符号形式进行知识表达。化学学科高考也要求学生能将分析和解决问题的过程及成果，正确地运用化学术语、文字、图表、模型、图形等进行表达，并做出合理解释。2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题充分体现了这些方面，考核了离子方程式正误的判断、原电池电极反应式及电池总反应式的书写、离子方程式书写、有机物结构简式的书写。这些化学符号都是对学生在知识组织方式要求上的考核。

2020年全国新课标Ⅲ卷理综化学试题的命制体现了化学学科的本质特征。笔者认为，每一位从事化学教学工作的教师，都应该认真领会化学学科哲学层面的含义，理解什么是化学，怎样才能让学生学习真正的化学。《课程标准》为我们设置了新的课程内容体系，重视基于化学学科主题的课程内容结构化设计，将学科主题作为发展学生化学学科核心素养的基本内容构成单元[4]。新的内容体系更能体现化学学科的本质，学生通过课程内容的学习，其化学学科核心素养将会得到发展。

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）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]郑长龙.2017年版普通高中化学课程标准的重大变化及解析[J].化学教育（中英文），2018（9）：41-47.

[3]教育部考试中心.中国高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]郑长龙，孙佳林.“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018（4）：71-78.

（责任编辑：周彩珍）