“化学反应速率与限度”高考试题特征分析及启示

陈爱民 杨玉琴

摘要： 从试题容量、呈现方式、试题情境、学科知识、学习水平、思想方法等角度，对2001至2020年全国高考1卷涉及“化学反应速率与限度”的试题特征进行演进分析，发现高考试题要求学生展现以问题情境为导向的问题解决能力，并逐年强调学科思想方法的考查，彰显化学平衡思想，体现化学学科价值。

关键词： 化学反应速率与限度; 化学平衡; 高考试题; 特征分析; 发展研究

文章编号： 1005-6629（2022）05-0089-06

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

“化学反应速率与限度”主题历来是中学化学课程内容的重要组成部分，对学生形成“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”等学科核心素养具有不可替代的作用[1]。高考评价对日常教学具有重要的导向作用，本文对2001至2020年理综化学高考全国1卷（简称“全国1卷”）涉及“化学反应速率与限度”的试题进行梳理与命题演进分析，以把握高考评价特征，为该主题高考命题及教学的改进提供借鉴。

1 研究方法

1.1 研究样本

选取2001～2020年全国1卷中与“化学反应速率与限度”内容相关的试题，如表1所示。之所以选择全国1卷的试题，是因为全国卷具有权威性和统摄性，能够体现当时教学的导向，且有纵向可比性，对以后的教学具有引领和指导作用。

1.2 分析框架

龚伟、王祖浩等认为，化学试题特征是指试题在容量、题型结构、试题情境、学科知识、学科思想方法等多方面的综合特征，并构建了相应的分析框架[2]。此框架与《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出的“核心素养、真实情境、实际问题、化学知识”高考命题框架具有较高的一致性。因此，以此框架为基础，将原框架中的“内容情境”改为“试题情境”，并将情境内涵界定为与实验、生产、科学研究等实际应用相关的真实应用背景，以更符合课程标准的要求（如表2所示）。现以2019年全国1卷第28题[3]为例作具体说明。

2 命题特征分析

根据表2框架对试题样本进行分类统计。对于试题情境、学科知识和学科思想方法等的分类是由两位研究者先独立进行，然后互相比对、协商，取得一致后再进行统计和分析。

2.1 试题容量分析

由表1可见，从2001～2020年全国1卷对“化学反应速率与限度”的考查形式，以2010年为分水岭，之前除2004年以外分值皆为6分，分值固定;之后分值明显增加，尤其是2013、 2014、 2015年除填空外还多1道选择，故分值高达21分;2015年之后只有填空题，分值又回到14～15分，总设问数在6～10之间。可见，2010年之后高考1卷对“化学反应速率与限度”内容的考查量明显增加，显示对该主题的重视，这与该主题在高中化学教学内容中的重要地位和作用相符。

2.2 呈现方式分析

试题的题型结构与信息呈现方式如表3所示。

2.2.1 題型结构

由表3可见，题型涉及选择、填空、计算，2010年前题型主要以选择题型为主，只有2004年题型以计算题形式出现。2010年首次以填空题呈现，且之后涉及“化学反应速率与限度”的考查都是填空形式。填空题作为一种半限制性的题型，通过多层次的设问将考查内容引向深入，往往要求学生组织或建构一个答案，对学生的思维能力和表达能力要求都较高[4]。因此，从题型结构的变化来看，对“化学反应速率与限度”的考查要求后10年比前10年显然要高。

2.2.2 信息呈现方式

由表3可见，信息呈现主要是通过图像图表载体、化学用语、文字表述等。20年高考中通过图像（表）呈现的有14年，属于高频考查，且常考常新。看似年年不同，考察角度在变，但实质是以外界条件温度、浓度、压强等单一因素的改变影响反应物或生成物的量（浓度、含量、转化率）的变化来分析平衡移动情况为主，即采用控制变量法探究外在条件对化学反应速率、限度的影响。不过，图像中的信息量是逐步发生变化的。图1～4分别呈现了随年份变化的几种不同的典型图像。图1、图2的图像较为简单，提取的信息量少，仅呈现物质的量或浓度与时间的关系，呈现反应的变化趋势。图3所示为2014年第28题呈现的平衡转化率与温度、压强的关系，图4所示为2019年第28题呈现的分压随时间变化的关系。显然，图3、图4比图1、图2复杂，图3中呈现平衡转化率与温度、压强的关系，多了一种变化量，要用控制变量法进行分析。图4呈现的是分压与时间的关系，但图4中曲线多，要结合题中的信息作出判断（H2的分压始终高于CO）继而进行后续分析。说明近几年图像考查内容和角度多变，对“化学反应速率与限度”知识的理解及运用能力的要求在逐年提高，并要求学生具有阅读图像、运用图像解决问题的能力。

可见，2010～2020年高考要求学生通过观察分析数据曲线、通过材料分析提取图像信息的能力要求有逐步增加的趋势，逐渐注重学生学科能力的考查。

2.3 试题情境分析

试题情境分析结果统计如表4所示。

可见，2010年前的选择题题干及设问皆以考查学科知识和技能为主，没有设置实际应用情境。2010年后，除了2016年外，皆设置了真实的应用情境，其中2010～2020年间研究情境设置最多。研究情境是根据国内外科学工作者研究的新信息设计考查背景，需要学生具有“准确提取实质性内容，并与已有知识块整合重组为新知识块的能力”[5]。如2011年，以科学家利用太阳能分解水生成的氢气在催化剂作用下与二氧化碳反应生成甲醇，并开发出甲醇燃料电池这一研究背景为真实情境。情境中提供太阳能分解水的信息，要求学生利用氢气燃烧与水分解互为逆反应，焓变数值相等，解决水分解耗能的真实问题;提供氢气与二氧化碳生成甲醇的信息，要求学生根据氢气、一氧化碳的燃烧热，运用盖斯定律解决甲醇不完全燃烧的焓变的真实问题。工业生产是化学学科实现社会价值的主要途径，生产情境试题选材重视理论联系实际，关注与化学有关的科学技术、社会经济和生态环境的协调发展[6]。2010～2020年间有2年采用了生产情境，如2014年，以乙烯气相直接水合法或间接水合法生产乙醇为情境，要求学生从中提取工艺条件、生产成本等关键信息，解决工业生产中的原料循环利用、酸液处理等问题，通过直接水合法和间接水合法的比较渗透安全意识以及环保观念等。

可见，全国1卷对“化学反应速率与限度”主题的考查载体从2010年前的纯粹的学科知识背景过渡到真实的科学研究、工业生产等真实应用背景，重视真实情境、实际问题与学科知识三者之间的融合，考查学生运用知识解决实际问题的能力，彰显了化学学习的重要意义与学科价值。

2.4 学科知识分析

“化学反应速率与限度”专题知识点统计结果如表5所示。考查的知识点主要涉及反应速率、转化率及产率、平衡移动、平衡常数、溶度积常数等。其中，平衡移动知识点考查最多，搭配转化率、反应速率、平衡常数等进行考查。并且，考查的知识点显示出逐渐增多的趋势，2001～2009年段中知识点考查比较常规、单一，每题僅有1～2个知识点;2010～2020年之后考查知识点增多，每题有4～6个知识点，呈现一题多点，且许多知识点是通过情境创设、科学探究呈现。

2.5 学习水平分析

对各知识点的考查层次要求统计如图5所示。可见除溶度积常数外，各知识点不同水平层次的考查都有体现，其中由于平衡移动考查次数最多，故在不同水平层次的考查点也最多。相较而言，对于平衡常数的考查知识水平要求较高，而溶度积常数主要在了解和理解水平层次进行考查。

从考查年份来看，本主题平衡移动知识点考查以2010年为分水岭。2010年前定性考查平衡移动的方向为主，能运用勒夏特列原理作出平衡移动方向的判断，考查要求属于了解层次。2010年之后定量考查平衡移动的结果（转化率、产率）以及反应速率为主，定性定量考查转化率知识点相对保持不变。2010年后的情境化试题给出与定量计算有关的新信息，需要学生调用已有的知识与新信息之间建立实质性联系，建构新的知识体系，形成化学学科的关键能力，考查要求属于理解（掌握）层次。化学平衡常数和溶度积常数知识点考查是近10年高考的热点，溶度积常数知识点要求相对较低，没有考查到综合应用的层次。涉及化学平衡常数的考查水平层次总体较平稳，但2018、 2019、 2020年化学平衡常数的考查用到气体物质的量浓度、物质的量分数或气体的分压来表示进行定量计算，其综合程度高、能力要求强。

2.6 学科思想方法

学科思想与学科方法合称为学科思想方法，特指反映学科本质、思维和规律，对学科的发展起关键性作用的核心思想、观念与方法。其分为转化思想、联合思想与辩证思想三种。转化思想又分为动态平衡思想、条件控制与选择思想等;联合思想又分为定性与定量相结合思想、微观与宏观相结合思想等;辩证思想又分为量变质变思想、对立统一思想等[7]。本专题统计近20年试题所涉及的学科思想方法结果如表6所示。

由表6可见，研究发现全国1卷试题体现动态平衡思想有17年，只有2001、 2002、 2004年的考查为纯计算。这与该主题本身的内容特点有关，用动态平衡思想考察化学反应，预测在一定条件下物质可能发生的化学变化或转化也是核心素养背景下高中化学教学的具体要求。

宏微结合思想是指将宏观与微观相联系的思维方式，从微观层次认识物质的组成、结构、性质和变化。2001～2010年全国1卷试题没有体现宏微结合，2011～2020年每年都有体现宏微结合试题，涉及考查物质的性质、化学反应转化等，同时考查化学用语书写、能量变化、反应的活化能、微粒电子等，从微观层面分析解释化学反应速率和限度。高考要求从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题体现了化学学科的特征思维方式。

化学反应速率与限度受多种因素影响的问题往往比较复杂，为简化问题的研究，只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变，这种方法称为控制变量法[8]，即在其他条件不变的情况下分别得出浓度、温度、压强、催化剂、反应物的表面积等条件对化学反应速率或限度的影响结论。控制变量法是科学探究中非常重要的思想，由表6可见，20年高考中有5年涉及控制变量法的试题。

3 结论与启示

由前分析可知，全国1卷20年“化学反应速率与限度”试题以2010年为分水岭，题型从选择题过渡到填空题，试题容量增大，分值大致稳定在14～16分。考查知识点逐渐增多，且水平要求逐渐提高。2010年之前，选择题题干及设问皆以考查学科知识和技能为主;之后，填空题中考查学生发现、分析、解决真实情境问题的能力逐渐凸显，运用图像信息获取、加工与处理数据的要求逐渐提高。且以真实情境为考查载体，彰显化学学科价值。重视在考查基本知识的同时，考查化学学科思想方法和学科关键能力。在“新课标、新高考、新教材”背景下，基于素养为本的教、学、评一体化要求，在教学中应该关注如下几点。

3.1 重视创设真实的教学情境引导知识建构

新高考强调“试题的测试任务应融入真实、有意义的测试情境”[9]，“素养立意”的高考命题会更加注重日常生活、生产环保、学术探索、实验探究、化学史料等情境的使用。故教学中要重视情境的创设，从化学学科视角和思维去构建问题，解释生活中的现象，解决生产中的问题。只有在真实的问题解决中引导知识建构，学生才能灵活迁移到新情境中解决问题。“化学反应速率与限度”主题教学可从生产生活、科研和实验中选取真实情境，如利用工业合成氨、镍的精制、水煤气、高压氧舱治疗以及二氧化氮-四氧化二氮平衡影响的数字传感器实验为真实情境。例如，可利用工业合成氨加压原料气、低于500℃、催化剂、压缩机、不断移去液氨等生产信息，针对不同的生产实际进行具体分析，综合考虑各种影响化学反应速率、反应限度因素的必备知识，以及解决原料的选择、反应条件的选择和优化、提高转化率的方法等实际问题，培养学生综合分析和解决问题的能力。

3.2 重视学生读图和数据分析能力的培养

基于数据曲线的化学反应速率和限度的图像题是全国1卷多年来考查化学反应速率和限度的重要形式。因此，在教学中要有意识地培养学生查找资料、利用图表收集和处理数据、分析数据、获得结论的能力。如在化学反应的限度教学中，以2NO2N2O4转化为例，在25℃用不同起始浓度的二氧化氮或四氧化二氮进行反应，得到二氧化氮、四氧化二氮不同时间段浓度的实验数据为素材，让学生分别计算各个时间段的反应速率，画出正反应和逆反应速率随时间变化的曲线图。通过学生的自主分析归纳得出化学平衡的定义，以及化学平衡是一个动态平衡的结论。

另外，还需加强涉及转化率（或产率）与温度、压强的关系图，产率与投料比图、分压与温度图的读图训练。第一强化识图，会看点、线、面。多变量常用“定一议二”法，如图象中有三个量时，应固定一个量来分别讨论另两个量之间的关系;第二强化图文轉换，读情境、读图表、读问题，运用语言的描述，对图、表、文进行信息获取和整合，运用相关原理进行数据分析与处理;第三强化寻找真实情境、实际问题、解决问题所需的必备知识三者的相互联系，关注生产生活中的实际问题，拓宽学生的视野。

3.3 重视教学内容的结构化

该主题考查的知识点较多且通常需要综合运用相关知识来分析和解决问题，因此，在平时教学中要重视主题内容的结构化。第一，从知识关联角度进行结构化处理。如在化学反应控制条件教学中，可将为何控制条件、控制哪些条件、怎样控制条件等相关学科知识结构化;第二，基于认识思路结构化。如化学反应中温度条件的控制，分析思路可从反应快慢、平衡移动、有副反应发生、物质本身的物理性质和化学性质等角度入手;第三，基于核心观念的结构化。本主题可在化学平衡观、控制变量法这些大观念下统整教学内容开展教学。

参考文献：

[1][9]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 5， 78.

[2][5]龚伟， 王祖浩， 谢安琪. 新课程高考“化学反应原理”试题特征的比较研究[J]. 化学教育， 2012， （1）： 33～38.

[3]陆军. 情境化试题的基本要素、背景类型与品质追求[J]. 化学教学， 2019， （12）： 79～80.

[4]（美）迈克尔·罗德里格兹， 安东尼·阿尔巴诺等. 面向测试开发者、研究者及教师的试题编写技术[J]. 考试研究， 2011， （4）： 85～94.

[6]王后雄， 李佳. 化学教育测量与评价[M]. 北京： 北京大学出版社， 2013： 142.

[7]孙建明， 王后雄. 基于学科思想方法整合的高考化学命题研究[J]. 课程·教材·教法， 2014， （3）： 67～72.

[8]王祖浩主编. 普通高中教科书·化学（必修第二册）[M]. 南京： 江苏凤凰教育出版社， 2020： 5.