摘要： 化學(xué)學(xué)科能力分為學(xué)習(xí)理解能力、應(yīng)用實踐能力和遷移創(chuàng)新能力，具體分為九個水平?；诨瘜W(xué)學(xué)科能力分析近五年（2019～2023年）北京高考試卷“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”模塊試題，歸納總結(jié)試題的特點與學(xué)科能力表現(xiàn)水平，進一步提出相應(yīng)的備考建議與備考方案。實施備考方案能有效提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力，達到化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的相關(guān)要求。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科能力表現(xiàn)； 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡； 備考建議； 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2024）07-0086-06 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

高考試題在核心素養(yǎng)培育過程中起到評價和導(dǎo)向的作用［1］?；瘜W(xué)高考試題在考查核心知識的同時，注重考查學(xué)生的關(guān)鍵能力。2023年北京市高考評價報告中指出，化學(xué)試卷中考查的關(guān)鍵能力包括：辨識理解能力、概括應(yīng)用能力、分析推理能力和探究創(chuàng)新能力。這些能力與化學(xué)學(xué)科能力有相似之處，自2016年王磊團隊提出化學(xué)學(xué)科能力后，化學(xué)學(xué)科能力作為一種試題分析和教學(xué)改進的工具，一直被廣泛運用。本文運用化學(xué)學(xué)科能力表現(xiàn)模型作為試題分析工具，歸納總結(jié)相關(guān)試題的變化特點，探索基于核心素養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)及備考工作。

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）在“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”模塊上多次提出學(xué)生要對“數(shù)據(jù)、圖表”進行描述、分析、解釋、說明、提出解決方案等能力要求。數(shù)據(jù)、圖表來源于真實的工業(yè)生產(chǎn)，解決真實問題就是在落實核心素養(yǎng)的要求。該模塊與化學(xué)五大核心素養(yǎng)密切相關(guān)。以“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)為例，課標將該素養(yǎng)分為四個層級，難度由低到高分別對應(yīng)第一級到第四級。分析課標中對“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”的相關(guān)要求，發(fā)現(xiàn)其核心素養(yǎng)發(fā)展水平主要集中在第三級和第四級，屬于較高的核心素養(yǎng)發(fā)展水平，這也決定了化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡的相關(guān)內(nèi)容對于學(xué)生復(fù)習(xí)備考來說是重點，也是難點，研究這個模塊的試題變化對于提升學(xué)生的關(guān)鍵能力很有價值。

1 化學(xué)學(xué)科能力及表現(xiàn)簡介

王磊團隊提出的“學(xué)科能力構(gòu)成模型”（見圖1）包括四個維度［2］。其中，核心知識及活動經(jīng)驗需轉(zhuǎn)化為自覺主動的學(xué)科認識方式才能成為學(xué)科能力，進一步形成學(xué)科素養(yǎng)。研究對象及問題情境會影響學(xué)科認識方式的形成。

學(xué)科能力具體分為三個一級要素（A、B、C）和九個二級要素（A1～C3）。九大學(xué)科能力內(nèi)涵各異，從A1到C3依次遞增，A層著重知識理解，B層強調(diào)應(yīng)用實踐，C層體現(xiàn)遷移創(chuàng)新能力（見表1）。

2 基于化學(xué)學(xué)科能力表現(xiàn)的試題分析

對2019～2023五年北京高考中的“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”相關(guān)試題分布及學(xué)科能力進行分析，得到表2。選擇題以每一個題為單位、非選擇題以每一個小空為單位進行統(tǒng)計。

以2023年19（1）③中的第三個空為例（見圖2），說明題目與化學(xué)學(xué)科能力的關(guān)系。本題以Cu被I2氧化為實驗探究情境，該情境對于學(xué)生來說屬于陌生情境。在陌生情境中，學(xué)生需要運用一定的銅及其化合物、氧化還原、速率平衡的基礎(chǔ)知識，調(diào)用“基于實驗現(xiàn)象的復(fù)雜證據(jù)推理”的科學(xué)思維和基于資料信息的現(xiàn)場學(xué)習(xí)能力才能給出正確答案。首先，學(xué)生需明確銅未完全反應(yīng)的事實說明Cu和I2的反應(yīng)速率變慢。通過速率的影響因素論證速率變慢的原因：由于Cu表面覆蓋了CuI，使得反應(yīng)物之間的接觸面積變小，導(dǎo)致反應(yīng)速率下降；其次，學(xué)生還需要充分反思：為什么Cu表面會覆蓋CuI？通過對本題表格中實驗設(shè)計過程及現(xiàn)象的推理分析，明確c（I-）低時，Cu表面形成難溶的CuI，才會存在覆蓋問題。經(jīng)過以上復(fù)雜的推理過程，學(xué)生作答：由于c（I-）低，導(dǎo)致Cu表面會覆蓋CuI，使得反應(yīng)物之間的接觸面積變小，使反應(yīng)速率下降。這些推理過程是基于真實問題需要學(xué)生進行多角度、多步驟的系統(tǒng)推理，因此該問題屬于化學(xué)學(xué)科能力中的C1水平。

由表1進一步統(tǒng)計可知，每年度在“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”的考查分值情況見表3。

由表3可知，從分值來看，呈現(xiàn)先升后降的趨勢，2021年達到最大值，當(dāng)年高考卷也是公認的最難的一套北京試卷。分值越高，學(xué)生感受整套試卷越難。由此可知：速率、平衡的試題決定了整套試卷的難度。因此，在備考復(fù)習(xí)中要加大速率、平衡的比例。從2021年來看，16分的考查內(nèi)容不僅是速率、平衡單一模塊的考查，而是原理結(jié)合了結(jié)構(gòu)、無機、實驗等的跨模塊綜合考查，增加了思維難度。此外，高考試卷要考查核心素養(yǎng)，落實素養(yǎng)的題目必然是真實問題，真實問題一般是復(fù)雜且陌生的，陌生的程度決定了思維難度。試題越陌生，學(xué)生解決試題的思維路徑越長、越曲折、需要多角度認知，因此原理的備考復(fù)習(xí)，必然要結(jié)合大量的真實復(fù)雜陌生的實際問題。

由表2進行“化學(xué)平衡”內(nèi)部核心知識的二次統(tǒng)計分析，得到圖3。該雷達圖直觀展示：“用平衡移動解釋實際問題”的考查頻次最多，這也是高考備考復(fù)習(xí)的重點。

由表2進行“化學(xué)反應(yīng)速率”內(nèi)部核心知識的二次統(tǒng)計，得到圖4。由圖4可知，考查分值最高的是“從速率的影響因素視角解釋復(fù)雜問題”，這也是備考復(fù)習(xí)的一個重點。因而在復(fù)習(xí)中要增加真實問題的比例，將速率的影響因素視角模型化，多次引導(dǎo)學(xué)生面對真實問題時能從速率的影響因素視角切入，快速解決。

由表2進行學(xué)科能力考查分值的統(tǒng)計分析，得到不同學(xué)科能力維度下的分值統(tǒng)計如圖5所示。五年試題中，A3和C1的學(xué)科能力考試頻次最高。因而在備考復(fù)習(xí)中，要重視題目設(shè)問指向“A3、 C1“的能力培養(yǎng)。教師可以通過讓學(xué)生多說多講，鍛煉說明論證的能力。同時，增加真實復(fù)雜陌生試題的練習(xí)比例，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

3 基于化學(xué)學(xué)科能力表現(xiàn)的化學(xué)復(fù)習(xí)思考

基于高考試題的分析，針對北京高考的特點，在備考復(fù)習(xí)中，應(yīng)該從知識維度上增加“用平衡移動解釋問題”“速率的影響因素解釋復(fù)雜問題”的比例，從學(xué)科能力維度上重視“A3和C1”能力的培養(yǎng)?！盎瘜W(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”屬于核心知識多、考查能力高的模塊，因此破解該模塊的備考復(fù)習(xí)策略之一是：將復(fù)雜問題分類歸納成若干專題，進行專題式復(fù)習(xí)，才能幫助學(xué)生養(yǎng)成解決速率、平衡問題的能力。復(fù)習(xí)專題應(yīng)該由易到難，以下是一種復(fù)習(xí)方案設(shè)計（見圖6）。第一個專題是落實速率、平衡基礎(chǔ)知識，方式是以思維導(dǎo)圖將知識形成體系，落實課標“知識結(jié)構(gòu)化”的要求。第二個專題是落實教材出現(xiàn)的實驗，方式是重現(xiàn)實驗、培養(yǎng)“證據(jù)推理”意識，將近些年的高考、模擬題進行關(guān)聯(lián)，提高學(xué)生問題解決的能力。第三個專題是從速率的影響因素視角解釋實際問題。為了幫助學(xué)生養(yǎng)成速率解決問題的認知角度，需要把真題、模擬題中的真實問題進行分類研究——一種典型的圖像“先升后降”、自催化、凈消耗問題（即消耗速率大于生成速率模型）、凈生成問題（即生成速率大于消耗速率模型）、主副反應(yīng)競爭（催化劑選擇性），基于反應(yīng)機理、催化機理、決速步等角度的真實問題解決等。

簡單的歸類不會讓學(xué)生形成思維定勢，而是幫助學(xué)生建立一定的分析視角，有了分析視角后，遇到新的問題時，學(xué)生就能從學(xué)過的視角進行遷移。第四個專題是從“平衡移動視角”解釋真實圖表問題。具體細化為5個二級專題進行細致復(fù)習(xí)。

第一，單一平衡體系——以工業(yè)合成氨為例，如何調(diào)控反應(yīng)。第二，多平衡體系——協(xié)同關(guān)系，如何系統(tǒng)解釋平衡移動帶來的影響。第三，多平衡體系——競爭關(guān)系，如何選擇影響體系結(jié)果的主要平衡？如何選擇平衡移動的主要影響因素？第四，平衡計算。單平衡體系如何通過三段式解決轉(zhuǎn)化率問題？在多平衡體系中，如何基于多重平衡常數(shù)進行計算？第五，對于平衡移動的方向和結(jié)果，如何形成模型化的解決思路？

以其中一個專題（一種典型的圖像“先升后降”）為例，闡述備考復(fù)習(xí)如何展開。該專題的驅(qū)動型問題是：面對“先升后降”圖像類問題，如何形成系統(tǒng)化思維？“先升后降”類圖像，主要考查學(xué)生對圖像的分析解釋能力，以及基于圖像的證據(jù)推理能力。面對圖像，首先要理解圖像的意義，其次要通過題干分析操作條件，之后要找準題目的研究對象：什么物質(zhì)、什么反應(yīng)。之后是最難的一步：界定問題——是速率問題還是平衡問題？然后進行分析作答。下面以2023年北京高考18題（3）②為例，題目如7所示。本題中的“沉淀率”暗示為速率問題（即界定問題），操作條件是時間，沉銀的核心反應(yīng){①2［AgCl2］-+Fe2Ag+Fe2++4Cl-、 ②2H++FeFe2++H2↑、 ③2Fe3++Fe3Fe2+}是研究對象。隨著時間的延長，沉銀率先升高后降低，說明這里面有兩個反應(yīng)。一個是生成銀的反應(yīng)，一個是消耗銀的反應(yīng)。生成銀的反應(yīng)是核心反應(yīng)①，消耗銀的反應(yīng)需要學(xué)生從體系中利用Ag的性質(zhì)來尋找。不難發(fā)現(xiàn)，體系中有Fe3+，可以消耗Ag，或者是環(huán)境中的O2可以氧化Ag，因此“先升”說明生成Ag的反應(yīng)速率大于消耗Ag的反應(yīng)速率；“后降”說明生成Ag的反應(yīng)速率小于消耗Ag的反應(yīng)速率。

本題典型的錯誤是從平衡移動角度進行分析。因此界定問題的屬性至關(guān)重要。

通過對高考題的分析，總結(jié)出解決這一類問題的思維范式：從理解圖像意義到分析操作條件，到找準研究對象，到界定問題再到運用導(dǎo)語信息“自洽”作答。操作條件往往是：溫度、濃度、催化劑、接觸面積等。界定問題時引導(dǎo)學(xué)生思考是速率問題還是平衡問題。速率問題應(yīng)該從影響因素出發(fā)，平衡問題更多的是考查外界條件對平衡移動的影響。根據(jù)題目的導(dǎo)語信息，在表述時邏輯自洽即可，如圖8所示。

依據(jù)圖8的思維模型，現(xiàn)在來解決一個真實問題：2023年海淀二模第16題（2）②（見圖9）。本題中有兩個設(shè)問。一是研究溫度升高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降的原因，二是研究溫度升高甲醇的實驗產(chǎn)率降低的原因?！癈O2的平衡產(chǎn)率降低”明確給出了平衡視角?！凹状嫉膶嶒灝a(chǎn)率降低”的信息需要學(xué)生判斷是平衡問題還是速率問題。實驗產(chǎn)率沒有達到平衡產(chǎn)率，因此反應(yīng)沒有達到平衡，應(yīng)該是速率問題。這里的操作條件是溫度，涉及的反應(yīng)是括號1中的制備甲醇的主反應(yīng)和括號1所問的副反應(yīng)。在“CO2的平衡產(chǎn)率降低”設(shè)問處，學(xué)生需分析出主反應(yīng)放熱而副反應(yīng)吸熱，溫度對兩個平衡移動的影響方向不一致，這就涉及平衡的另一類問題：多平衡體系的競爭問題?！凹状嫉膶嶒灝a(chǎn)率降低”的設(shè)問，調(diào)用的是“溫度升高，影響了催化劑活性”的視角。經(jīng)過系統(tǒng)化復(fù)習(xí)后，學(xué)生很容易調(diào)用平衡控制及速率控制的相關(guān)視角，給出正確作答。

4 結(jié)束語

近五年北京高考“化學(xué)反應(yīng)速率”模塊主要考查的是“從速率的影響因素視角解釋復(fù)雜問題”，“化學(xué)平衡”模塊主要考查的是“用平衡移動解釋真實問題”。從化學(xué)學(xué)科能力角度來看，主要考查的是A3和C1兩個水平，C1已經(jīng)屬于“遷移創(chuàng)新”的學(xué)科能力水平，說明速率、平衡專題考查難度較大。在復(fù)習(xí)備考中，將速率、平衡進行分模塊復(fù)習(xí)，每個模塊形成突破學(xué)生思維障礙的解決問題的模型。通過“模型建構(gòu)及運用”的方式，幫助學(xué)生從沒有思路（或具備部分思路）到具備分析復(fù)雜問題的完整思路。同時，在復(fù)習(xí)過程中應(yīng)使用大量的真實情境的素材，設(shè)置A3和C1水平難度的化學(xué)問題，提高學(xué)生對復(fù)雜問題“分析解釋”和“復(fù)雜推理”的學(xué)科能力，落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的相關(guān)要求。

參考文獻：

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（北京市海淀區(qū)教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃一般課題“核心素養(yǎng)理念下提升高中化學(xué)思維能力的課堂教學(xué)研究” （編號：HDGH20211262）研究成果。）