《普通高中化學(xué)課程標準(2017年版2020年修訂)》提出在化學(xué)教學(xué)設(shè)計和實施中“有目的、有計劃地引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)科學(xué)思維方式和方法學(xué)習(xí)化學(xué)知識”,即重視科學(xué)思維培養(yǎng)。2024年6月浙江省選考化學(xué)試題在保持相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)上,設(shè)置科學(xué)思維類試題,旨在考查學(xué)生的科學(xué)思維,助力拔尖創(chuàng)新人才的選拔和培養(yǎng)。
批判與轉(zhuǎn)化:沖破認知局限,啟迪創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是科學(xué)思維最具前瞻性和突破性的部分。試題第17題(1)小題根據(jù)晶胞計算化合物化學(xué)式,設(shè)置了思維障礙。學(xué)生從來沒有見過K3ClO這樣的化學(xué)式,要寫出K3ClO與足量NH4Cl溶液反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式,要求學(xué)生沖破認知局限,敢于質(zhì)疑和批判。學(xué)生熟悉KCl、KClO和K2O,K3ClO與這些常見物質(zhì)相比,貌似結(jié)構(gòu)不良,需要對常規(guī)認知進行質(zhì)疑,通過對比大膽把K3ClO轉(zhuǎn)化成KCl·K2O,把非常規(guī)轉(zhuǎn)化為常規(guī),劣構(gòu)轉(zhuǎn)化為良構(gòu),突破思維障礙,進而寫出化學(xué)方程式。此類題型設(shè)計,鼓勵學(xué)生以批判性的眼光審視傳統(tǒng)知識,培養(yǎng)敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神,為未來科學(xué)研究的探索之路鋪墊基石。
融合與開放:打破學(xué)科界限,催化復(fù)合思維。復(fù)合思維要求學(xué)生以打破學(xué)科界限、融合多學(xué)科的知識解決復(fù)雜問題。試題第19題(4)小題,將化學(xué)知識與物理學(xué)原理緊密相連,計算電能轉(zhuǎn)化效率,對學(xué)生的復(fù)合思維提出了挑戰(zhàn)。綜合利用物理和化學(xué)知識分析出H2熔融碳酸鹽燃料電池的正極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-,融合物理學(xué)科電荷量與電流的計算公式,利用其他已知條件,計算出氫氣將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為70%。通過此類問題的解決,學(xué)生能夠在實踐中體會跨學(xué)科復(fù)合思維的重要性,為成為具備寬廣視野的復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才打下堅實基礎(chǔ)。
推理與論證:解析多維條件,培育發(fā)散思維。發(fā)散思維要求學(xué)生對不確定性問題進行推理和論證,靈活運用多種策略。如第19題(2)小題利用硼氫化鈉固體儲氫材料水解生氫,NaBH4(S)+2H2O(l)=NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0,要求選出加快反應(yīng)速率的措施,需要有多維度思考的能力。本題反應(yīng)條件為25℃、101kPa、ΔH<0,忽略體積變化的影響,反應(yīng)體系各物質(zhì)聚集狀態(tài)涉及s(固體)、l(液體)、aq(溶液)、g(氣體),可以選擇的措施有升高溫度、加入少量異丙胺、加入少量固體硼酸和增大體系壓強。其中易錯選項“增大體系壓強”,因為有氣體生成,學(xué)生可能會直接想到反應(yīng)速率加快,但是本題是在溶液中進行反應(yīng),并且忽略體積變化,還在方程式中用“=”而不是平常的“?”作為生成符號。本題加入異丙胺和固體硼酸性質(zhì)未知,對反應(yīng)速率的影響存在不確定性,需要利用物質(zhì)結(jié)構(gòu)推斷理化性質(zhì),再分析其與反應(yīng)體系相互作用進而產(chǎn)生的影響。這種設(shè)計考查學(xué)生解析多維限制條件的發(fā)散思維和辯證推理能力,培養(yǎng)在未知領(lǐng)域探索和創(chuàng)造的能力。
實驗和建模:獲取實證證據(jù),構(gòu)建系統(tǒng)思維。系統(tǒng)思維強調(diào)從整體出發(fā),思考事物之間的相互聯(lián)系和影響。第18題鉛鋅礦(主要成分為PbS、ZnS)的利用涉及復(fù)雜的化學(xué)知識,解決這類復(fù)雜問題,把握整體至關(guān)重要。題目要求“探究X為何種元素”,不管是探究F還是Cl,都需要先加入足量NaOH溶液,將X元素轉(zhuǎn)化為NaX。然后根據(jù)所學(xué)AgCl為白色沉淀,結(jié)合題中所給AgF易溶于水,二者性質(zhì)具有差異性,可用AgNO3溶液進行探究,從而得出探究方案??忌龅竭@里通常就認為已經(jīng)完成此題,但是,構(gòu)建好系統(tǒng)還需要進行評價。評價時不難發(fā)現(xiàn),在將X元素轉(zhuǎn)化為NaX的過程中,產(chǎn)生了Na2SO4,而SO42-在加入AgNO3溶液時干擾檢驗,需要事先除去SO42-。這種設(shè)計先通過邏輯推理出可能的實驗結(jié)果,再設(shè)計合理的實驗方案,構(gòu)建理想的實驗?zāi)P?,讓學(xué)生模擬體驗在科研環(huán)境中通過推理、實證和建模的系統(tǒng)思維過程。
(作者系浙江省嘉善高級中學(xué)副校長、高級教師)
《中國教育報》2024年11月22日 第06版
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