廣東 鐘國(guó)華

1 背景介紹

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》將化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)凝練為“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”“變化觀(guān)念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)方面。學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展需在課堂教學(xué)中落實(shí)，而素養(yǎng)的達(dá)成情況需在相關(guān)測(cè)評(píng)中得以檢測(cè)。近年來(lái)高考的命題立意已由知識(shí)立意過(guò)渡到能力、素養(yǎng)立意，這就引導(dǎo)廣大教育工作者對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行研究與思考。

2021年廣東省適應(yīng)性考試化學(xué)試題是廣東省新高考的前奏，分析本次適應(yīng)性測(cè)試旨在促進(jìn)教師更好地了解試題與素養(yǎng)的關(guān)系，積極發(fā)揮“指揮棒”的導(dǎo)向作用，從而增強(qiáng)復(fù)習(xí)的有效性。

2 試題評(píng)析

化工流程題是歷年高考化學(xué)試題的常見(jiàn)題型，以真實(shí)工藝流程為背景，將工業(yè)生產(chǎn)的主要階段以框圖形式抽象出來(lái)，創(chuàng)設(shè)陌生的問(wèn)題情境，考查學(xué)生從陌生情境中識(shí)別信息、提取信息并解決問(wèn)題的能力。此類(lèi)試題綜合性強(qiáng)，對(duì)學(xué)生能力要求高，能夠很好地把化學(xué)素養(yǎng)高的學(xué)生選拔出來(lái)。

2.1 2021年廣東省適應(yīng)性測(cè)試18題呈現(xiàn)

綜合利用煉鋅礦渣(主要含鐵酸鎵Ga2(Fe2O4)3、鐵酸鋅ZnFe2O4)獲得3種金屬鹽，并進(jìn)一步利用鎵鹽制備具有優(yōu)異光電性能的氮化鎵(GaN)，部分工藝流程如下：

已知：①常溫下，浸出液中各離子的濃度及其開(kāi)始形成氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)表1。

②金屬離子在工藝條件下的萃取率(進(jìn)入有機(jī)層中金屬離子的百分?jǐn)?shù))見(jiàn)表2。

表2 金屬離子的萃取率

(1)Ga2(Fe2O4)3中Ga的化合價(jià)為_(kāi)_______，“浸出”時(shí)其發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)_______________。

(2)濾液1中可回收利用的物質(zhì)是________，濾餅的主要成分是________；萃取前加入的固體X為_(kāi)_______。

(3)Ga與Al同主族，化學(xué)性質(zhì)相似。反萃取后，鎵的存在形式為_(kāi)_______(填化學(xué)式)。

(4)電解過(guò)程包括電解反萃取液制粗鎵和粗鎵精煉兩個(gè)步驟。精煉時(shí)，以粗鎵為陽(yáng)極，以NaOH溶液為電解液，陰極的電極反應(yīng)式為_(kāi)___________________。

(5)GaN可采用MOCVD(金屬有機(jī)物化學(xué)氣相淀積)技術(shù)制得：以合成的三甲基鎵為原料，使其與NH3發(fā)生系列反應(yīng)得到GaN和另一種產(chǎn)物，該過(guò)程的化學(xué)方程式為_(kāi)_______________。

(6)濾液1中殘余的Ga3+的濃度為_(kāi)_______mol·L-1(寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程)。

2.2 內(nèi)容分析

從試題素材背景來(lái)看，氮化鎵(GaN)是一種具有優(yōu)異光性能的材料，常用鎵鹽制備。本題利用煉鋅礦渣為原料通過(guò)一系列化學(xué)、物理過(guò)程制得，充分體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值功能。

從試題核心價(jià)值來(lái)看，本題依托真實(shí)復(fù)雜的問(wèn)題情境，要求學(xué)生調(diào)用已有的必備知識(shí)和關(guān)鍵能力，運(yùn)用正確的價(jià)值取向、思想方法與觀(guān)念，在問(wèn)題解決過(guò)程中體現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的高低。本題各小問(wèn)考查的核心素養(yǎng)維度見(jiàn)表3。

表3 本題各小問(wèn)核心素養(yǎng)維度

續(xù)表

本題與近年全國(guó)卷流程題風(fēng)格基本一致，即通過(guò)陌生的工藝流程情境由淺入深，層層推進(jìn)，從而區(qū)分學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的高低。

3 教學(xué)啟示

“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”是化學(xué)核心素養(yǎng)的學(xué)科特征，主要考查涉及化學(xué)表征的問(wèn)題和“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的核心觀(guān)念；“變化觀(guān)念與平衡思想”是依靠化學(xué)反應(yīng)原理進(jìn)行考查的化學(xué)核心素養(yǎng)的另一學(xué)科特征，主要涉及化學(xué)方法及分析能力和定量計(jì)算能力；“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是重要的化學(xué)學(xué)科思維方法，是歷年化工流程題考查比重最大的化學(xué)核心素養(yǎng)。主要涉及化學(xué)語(yǔ)言及應(yīng)用能力、化學(xué)方法及分析能力、基于證據(jù)和化學(xué)模型進(jìn)行分析評(píng)價(jià)邏輯推理的能力。

因此，課堂教學(xué)應(yīng)該提供大量情境，讓學(xué)生結(jié)合宏觀(guān)現(xiàn)象、微觀(guān)圖表、定量數(shù)據(jù)、已有模型不斷進(jìn)行推理分析，最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決?！叭喜呗浴笔欠显撘蟮母咚季S容量課堂教學(xué)策略。

3.1 三元整合策略的定義與主張

“三元整合策略”是指教師以某種元素為核心的一系列物質(zhì)設(shè)計(jì)整合型情境，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)性質(zhì)和基本原理進(jìn)行整合學(xué)習(xí)。

三元整合策略主張基于學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)、物質(zhì)性質(zhì)、基本原理三大版塊的已有知識(shí)創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，以“認(rèn)知沖突”作為課堂教學(xué)的研究線(xiàn)索貫穿始終，以知識(shí)、方法、能力和素養(yǎng)為教學(xué)暗線(xiàn)，圍繞驅(qū)動(dòng)問(wèn)題不斷提出解釋和修正解釋?zhuān)Y(jié)合真實(shí)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化學(xué)生有序觀(guān)察現(xiàn)象的能力和建立有效解決問(wèn)題的思維。通過(guò)三重表征教學(xué)提高學(xué)生的邏輯思維與語(yǔ)言表達(dá)能力，在應(yīng)用已有知識(shí)對(duì)外輸出過(guò)程中培育學(xué)生宏觀(guān)辨識(shí)、微觀(guān)探析、變化觀(guān)念、證據(jù)推理、實(shí)驗(yàn)探究等核心素養(yǎng)。

3.2 三元整合策略指導(dǎo)下的案例實(shí)施

下面以教育部?jī)?yōu)課《基于“實(shí)驗(yàn)-性質(zhì)-原理”三元整合策略的鈉及其化合物復(fù)習(xí)專(zhuān)題》為例，探討高三微專(zhuān)題復(fù)習(xí)課的高效開(kāi)展。本課時(shí)的教學(xué)活動(dòng)由6個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)，主要教學(xué)內(nèi)容如下所述。

3.2.1 環(huán)節(jié)一：提出問(wèn)題

開(kāi)篇引課：在復(fù)習(xí)指導(dǎo)書(shū)中提出利用CaCl2溶液能區(qū)分Na2CO3溶液與NaHCO3溶液，其中現(xiàn)象如何，原理如何，我們本節(jié)課將進(jìn)行詳細(xì)探討。首先預(yù)測(cè)向一定量NaHCO3溶液中滴加幾滴CaCl2溶液的現(xiàn)象，說(shuō)出判斷依據(jù)，并相互討論。

3.2.2 環(huán)節(jié)二：預(yù)測(cè)判斷

(1)學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(2)學(xué)生說(shuō)出預(yù)測(cè)結(jié)果和判斷依據(jù)。

3.2.3 環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

(1)播放驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)視頻。

(2)學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.2.4 環(huán)節(jié)四：解釋推理

(1)推理產(chǎn)生認(rèn)知沖突的原因和推理反應(yīng)后期現(xiàn)象。

①上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中，白色沉淀的成分最可能是什么？結(jié)合化學(xué)平衡相關(guān)知識(shí)解釋產(chǎn)生該白色沉淀的原因。

②除了產(chǎn)生白色沉淀外，預(yù)計(jì)還會(huì)有哪些現(xiàn)象？說(shuō)出判斷依據(jù)。

(2)宏微結(jié)合，符號(hào)表征：結(jié)合上述現(xiàn)象，用離子方程式表示向NaHCO3溶液滴加CaCl2溶液的總反應(yīng)。

3.2.5 環(huán)節(jié)五：建立程序

(1)反思評(píng)價(jià)，拓展遷移

稀釋NaHCO3溶液后滴入幾滴CaCl2溶液，預(yù)計(jì)現(xiàn)象與上述是否一致？說(shuō)出判斷依據(jù)。

(2)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

①現(xiàn)場(chǎng)演示實(shí)驗(yàn)：將NaHCO3溶液稀釋2倍和20倍，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

②學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

(3)建立產(chǎn)生沉淀的思維模型

沉淀的生成、溶解、轉(zhuǎn)化都是Qc和Ksp的大小比較問(wèn)題，這也是反應(yīng)進(jìn)行方向的判斷依據(jù)。所以，思考程序?yàn)槌煞址治觥⒂^(guān)行為→定量判斷→符號(hào)表征。

3.2.6 環(huán)節(jié)六：對(duì)外輸出

(1)舉一反三：向CaCl2溶液中通入過(guò)量CO2，預(yù)計(jì)過(guò)程會(huì)有怎樣的現(xiàn)象并說(shuō)出推測(cè)依據(jù)。

(2)課后反思：實(shí)驗(yàn)室制備乙炔時(shí)，硫酸銅溶液的作用是什么，反應(yīng)后該溶液有何變化？這種變化與CO2通入CaCl2溶液一致嗎？請(qǐng)說(shuō)出判斷依據(jù)。

該課利用學(xué)生熟悉的“NaHCO3和CaCl2能否反應(yīng)”為實(shí)驗(yàn)情景，創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)任務(wù)，在問(wèn)題解決的過(guò)程中再次通過(guò)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，逐步增大思維難度，迫使學(xué)生突破知識(shí)板塊的限制，主動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)、離子檢驗(yàn)、弱電解質(zhì)的電離、鹽類(lèi)水解等物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)和反應(yīng)原理三個(gè)知識(shí)板塊的大融合。課堂中既有宏觀(guān)現(xiàn)象的預(yù)測(cè)，又有對(duì)粒子的微觀(guān)行為進(jìn)行分析；既有通過(guò)控制濃度控制反應(yīng)發(fā)生與否，又有從電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的角度分析；既有基于現(xiàn)象證據(jù)、數(shù)據(jù)證據(jù)進(jìn)行推理，又有基于平衡移動(dòng)原理的模型分析；既有要從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究，又有面對(duì)異?，F(xiàn)象敢于提出自己見(jiàn)解的創(chuàng)新意識(shí)。