張建海

摘? 要：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)引領(lǐng)下的化學(xué)教學(xué)，彰顯著化學(xué)學(xué)科的育人價值，促進(jìn)著學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力的提升。本文以近幾年的浙江化學(xué)高考第29題說理題及其他試題為例，以“證據(jù)推理”和“平衡思想與變化觀念”等素養(yǎng)為依托，通過“模型構(gòu)建”的方式淺談高三課堂的復(fù)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);模型構(gòu)建;說理

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”。楊玉琴認(rèn)為“模型認(rèn)知”能力是指能夠運(yùn)用模型描述化學(xué)研究對象、解釋化學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律、預(yù)測可能的結(jié)果，并建構(gòu)模型展示自己對化學(xué)事實的理解和解釋能力。馮品鈺、何彩霞提議把“模型認(rèn)知”分為兩大方面，一是利用模型認(rèn)識事物及其變化，二是通過建構(gòu)認(rèn)知模型建立解決問題的思考框架。

上述研究者的觀點為一線教師的教學(xué)實踐指出了一個方向，也為教學(xué)評價提供了一種思路。

一、化學(xué)復(fù)習(xí)中的問題透視

高考年年考，失分不會少。2021年1月份的浙江化學(xué)高考第29題說理題著重考察了“平衡思想與變化觀念”的核心素養(yǎng)，同時需要學(xué)生具備很好的“證據(jù)推理”素養(yǎng)，該類試題無論是對學(xué)生的學(xué)習(xí)而言還是教師的教學(xué)來說都存在的較大的困難，高投入低產(chǎn)出甚至零產(chǎn)出（零分）是常見現(xiàn)象。筆者經(jīng)過多年教學(xué)實踐，發(fā)現(xiàn)通過“建構(gòu)模型”能較為方便、快捷且正確的解決相應(yīng)問題。

二、化學(xué)復(fù)習(xí)中的思維建模

（一）模型建構(gòu)

在課堂教學(xué)過程中，堅持引導(dǎo)學(xué)生對題型分類歸納，并構(gòu)建合理的解題模型或者答題模板不失為一種有效的應(yīng)試技巧，同時也是一種素養(yǎng)的養(yǎng)成，使學(xué)生在高三之后，大學(xué)之時，甚至工作生活之中面對更為繁雜的知識體系和千頭萬緒的事情時能有有效的處理能力。

基于平衡與變化在中學(xué)階段的知識脈絡(luò)，反應(yīng)原理說理題總體上可使用下列思維模型來進(jìn)行分析處理，如圖1。

（二）模型釋義

一個說理題，往往會涉及多種因數(shù)以及多種對象，基于不同的試題場景，該模型具體使用時大致可分為以下幾種情況：1. 反應(yīng)自發(fā)性的說理題，2. 單因素單反應(yīng)速率問題;3. 單因素單反應(yīng)平衡問題，4. 多因素單反應(yīng)速率問題，5. 單因素多反應(yīng)速率問題;6. 單因素多反應(yīng)平衡問題等?；诰唧w的情況，模型需要做適當(dāng)演變。僅舉2例說明如下。

反應(yīng)自發(fā)性的說理題：結(jié)合焓變與熵變以及溫度對△G的影響，從一致性和矛盾性兩方面考慮，進(jìn)而結(jié)合數(shù)據(jù)以及反應(yīng)耦合等角度來說明問題，演變模型如圖2。

多因素單反應(yīng)速率問題：如已知N2（g）+3H2（g）[=]2NH3（g），△H>0在不同溫度下催化劑的催化效率與氨氣的生成速率如圖3所示。

分析氨氣生成速率隨溫度升高而變化的原因。

該題可以分為3段來分析說明，同樣可以從反應(yīng)速率的影響因數(shù)角度分為一致性和矛盾性兩方面，進(jìn)而綜合考慮，模型演變?nèi)鐖D4。

（三）運(yùn)用要點

該模型的使用與演變，關(guān)鍵之處在于找準(zhǔn)對象和影響因數(shù)，筆者在實際的課堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生從2個方面進(jìn)行分析。

1. 精準(zhǔn)審題，找對證據(jù)

精準(zhǔn)審題不僅是學(xué)生應(yīng)試的必備技能，也是提取有效證據(jù)的必要手段，進(jìn)而推理歸化到變化與平衡的化學(xué)核心知識與素養(yǎng)上去，在具體課堂教學(xué)中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從以下三個層級來審題。

2. 理清脈絡(luò)，正確回歸

平衡與變化主要闡述了量變和質(zhì)變、內(nèi)因與外因等關(guān)系。在課堂教學(xué)中，需要幫助學(xué)生理清知識脈絡(luò)：從量變和質(zhì)變、內(nèi)因與外因等關(guān)系全方位分析化學(xué)變化;從不同層級與不同維度對反應(yīng)自發(fā)性、速率、平衡的判斷與影響進(jìn)行討論。筆者同樣從三個層級來引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識體系。

三、化學(xué)思維模型的運(yùn)用

下面以浙江2021-1-29題節(jié)選及其他試題為例，說明該模型的具體運(yùn)用。

例如工業(yè)上，常采用“加碳氯化”的方法以高鈦渣（主要成分為TiO2）為原料生產(chǎn)TiCl4，相應(yīng)的化學(xué)方程式為：

ⅠTiO2（s）+2Cl2（g）[=]TiCl4（g）+O2（g）

△HI=181kJ·mol-1，K1=3.4×10-29

Ⅱ2C（s）+O2（g）[=]2CO（g）

△HII=-221kJ·mol-1，K2=1.2×1048

結(jié)合數(shù)據(jù)說明氯化過程中加碳的理由_________。

首先，從三個層級對該題進(jìn)行審題，尋找證據(jù)

一級：明確要求結(jié)合數(shù)據(jù)說明氯化過程中加碳的理由。

尋得證據(jù)：生成TiCl4。

二級：基于證據(jù)分析得出是“自發(fā)性”方向的說理題，然后結(jié)合反應(yīng)Ⅰ產(chǎn)物中有TiCl4的生成，但是反應(yīng)Ⅰ是一個熵減和吸熱的反應(yīng)，顯然是非自發(fā)的。

三級：再結(jié)合要求，用數(shù)據(jù)說明，必然需要反應(yīng)Ⅱ與反應(yīng)I耦合，得到反應(yīng)Ⅲ：

2C（s）+TiO2（s）+2Cl2（g）[=]TiCl4（g）+2CO（g）

該反應(yīng)的△H3=-40kJ·mol-1且K3=K1×K2=4.1×1019。

再如（浙江2021-1選考題改編）在一定溫度下，以I2為催化劑，氯苯和Cl2在CS2中發(fā)生平行反應(yīng)，分別生成鄰二氯苯和對二氯苯，兩產(chǎn)物濃度之比與反應(yīng)時間無關(guān)。反應(yīng)物起始濃度均為0.5mol·L-1，反應(yīng)30min測得氯苯15%轉(zhuǎn)化為鄰二氯苯，25%轉(zhuǎn)化為對二氯苯。保持其他條件不變，若要提高產(chǎn)物中鄰二氯苯的比例，可采用適當(dāng)提高反應(yīng)溫度的方法。

請解釋原因________________________________。

一級：要求提高產(chǎn)物中鄰二氯苯，證據(jù)：兩產(chǎn)物濃度之比與反應(yīng)時間無關(guān);采用適當(dāng)提高溫度的方法;分別生成鄰二氯苯和對二氯苯。

二級：因為濃度之比與時間無關(guān)，必然是二個平行反應(yīng)以一固定的速率比在進(jìn)行，從而歸化為速率問題。

三級：單因素（采用適當(dāng)提高溫度的方法）、雙反應(yīng)（分別生成鄰二氯苯和對二氯苯）。

其次，基于證據(jù)，合理歸化，回歸知識，同樣從三個層級展開。

一級：著重關(guān)注基本判據(jù)和因數(shù)對自發(fā)性、速率以及平衡的影響，同時也是有效證據(jù)的落腳點。如本題為“自發(fā)性”的問題，要?dú)w化到“自發(fā)性”的相關(guān)影響因數(shù)上去。

二級：著重關(guān)注相關(guān)因數(shù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)和更本質(zhì)更內(nèi)涵的影響原因。

①△H、△S、T的關(guān)聯(lián)是△G=△H-T△S;

②從反應(yīng)機(jī)理角度認(rèn)識催化劑，濃度等因素對反應(yīng)速率的影響，舉例1進(jìn)行分析;

③從碰撞理論和過渡態(tài)理論的角度去解釋溫度、濃度等因素為何可以影響速率;

④從濃度商Q與平衡常數(shù)K的比較來判斷平衡移動;

⑤從快慢反應(yīng)來分析動態(tài)平衡與整體反應(yīng)。

三級：著重關(guān)注多因素影響后的一致性與競爭性以及實際生產(chǎn)過程中條件選擇的多維度性。

①轉(zhuǎn)化率（或產(chǎn)率）分為平衡前轉(zhuǎn)化率（或平衡前產(chǎn)率）和平衡轉(zhuǎn)化率（或平衡產(chǎn)率），工業(yè)生產(chǎn)中往往都是一定時間內(nèi)的平衡前轉(zhuǎn)化率。

②反應(yīng)的選擇性往往包含速率控制的選擇性與平衡控制的選擇性。

最后，套用和演變模型。

通過分析，該題可以套用圖2自發(fā)性的模型來解答。

再如（浙江2020-7選考題節(jié)選）研究CO2氧化C2H6制C2H4對資源綜合利用有重要意義。相關(guān)的主要化學(xué)反應(yīng)有：

Ⅰ C2H6（g）+CO2（g）[=]C2H4（g）+H2O（g）+CO（g）

Ⅱ C2H6（g）+2CO2（g）[=]3H2（g）+4CO（g）

采用選擇性膜技術(shù)（可選擇性地讓某氣體通過而離開體系）可提高C2H4的選擇性（生成C2H4的物質(zhì)的量與消耗C2H6的物質(zhì)的量之比）。在773K，乙烷平衡轉(zhuǎn)化率為9.1%，保持溫度和其他實驗條件不變，采用選擇性膜技術(shù)，乙烷轉(zhuǎn)化率可提高到11.0%。結(jié)合具體反應(yīng)說明乙烷轉(zhuǎn)化率增大的原因是________________________。

一級：該題中“乙烷平衡轉(zhuǎn)化率”指明為平衡問題，而影響化學(xué)平衡移動的基本因數(shù)無非就“T、C、P”這三種，所以“采用選擇性膜技術(shù)（可選擇性地讓某氣體通過而離開體系）可提高C2H4的選擇性”可以歸為濃度或者分壓的因數(shù)。

二級：進(jìn)一步通過濃度因數(shù)對化學(xué)平衡的影響角度來分析回答問題。

三級：通過進(jìn)一步分析可判斷出這是一個單因數(shù)單反應(yīng)對象的問題。

最后，結(jié)合模型就很容易解決了。

四、化學(xué)建模的實踐反思

在教育改革不斷深化的今天，我們的教學(xué)必須符合國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時也要深刻認(rèn)識到現(xiàn)在的高考評價方式也在不斷變化，越來越突出對素養(yǎng)的考察，而不僅僅是對知識的考察，所以高三教學(xué)，應(yīng)該把傳統(tǒng)的應(yīng)試教學(xué)與素養(yǎng)提升統(tǒng)一起來，通過不斷地改進(jìn)教學(xué)方式，運(yùn)用“證據(jù)推理”來強(qiáng)化“平衡觀與變化觀”，并不斷總結(jié)提，最終通過“構(gòu)建模型”幫助學(xué)生聚三歸一，舉一反三，從而讓學(xué)生在血液中流淌有化學(xué)素養(yǎng)的基因。

（責(zé)任編輯：汪旦旦）

參考文獻(xiàn)：

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