核心素養視角下的試題評析——以2021年廣東省適應性測試化學試題18題為例

廣東 鐘國華

1 背景介紹

《普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)》將化學學科的核心素養凝練為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”五個方面。學生學科核心素養的發展需在課堂教學中落實，而素養的達成情況需在相關測評中得以檢測。近年來高考的命題立意已由知識立意過渡到能力、素養立意，這就引導廣大教育工作者對學科核心素養進行研究與思考。

2021年廣東省適應性考試化學試題是廣東省新高考的前奏，分析本次適應性測試旨在促進教師更好地了解試題與素養的關系，積極發揮“指揮棒”的導向作用，從而增強復習的有效性。

2 試題評析

化工流程題是歷年高考化學試題的常見題型，以真實工藝流程為背景，將工業生產的主要階段以框圖形式抽象出來，創設陌生的問題情境，考查學生從陌生情境中識別信息、提取信息并解決問題的能力。此類試題綜合性強，對學生能力要求高，能夠很好地把化學素養高的學生選拔出來。

2.1 2021年廣東省適應性測試18題呈現

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，并進一步利用鎵鹽制備具有優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始形成氫氧化物沉淀的pH見表1。

②金屬離子在工藝條件下的萃取率(進入有機層中金屬離子的百分數)見表2。

表2 金屬離子的萃取率

(1)Ga2(Fe2O4)3中Ga的化合價為________，“浸出”時其發生反應的離子方程式為________________。

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

(3)Ga與Al同主族，化學性質相似。反萃取后，鎵的存在形式為________(填化學式)。

(4)電解過程包括電解反萃取液制粗鎵和粗鎵精煉兩個步驟。精煉時，以粗鎵為陽極，以NaOH溶液為電解液，陰極的電極反應式為____________________。

(5)GaN可采用MOCVD(金屬有機物化學氣相淀積)技術制得：以合成的三甲基鎵為原料，使其與NH3發生系列反應得到GaN和另一種產物，該過程的化學方程式為________________。

(6)濾液1中殘余的Ga3+的濃度為________mol·L-1(寫出計算過程)。

2.2 內容分析

從試題素材背景來看，氮化鎵(GaN)是一種具有優異光性能的材料，常用鎵鹽制備。本題利用煉鋅礦渣為原料通過一系列化學、物理過程制得，充分體現化學學科的價值功能。

從試題核心價值來看，本題依托真實復雜的問題情境，要求學生調用已有的必備知識和關鍵能力，運用正確的價值取向、思想方法與觀念，在問題解決過程中體現學生化學學科核心素養的高低。本題各小問考查的核心素養維度見表3。

表3 本題各小問核心素養維度

續表

本題與近年全國卷流程題風格基本一致，即通過陌生的工藝流程情境由淺入深，層層推進，從而區分學生化學核心素養的高低。

3 教學啟示

“宏觀辨識與微觀探析”是化學核心素養的學科特征，主要考查涉及化學表征的問題和“結構決定性質”的核心觀念；“變化觀念與平衡思想”是依靠化學反應原理進行考查的化學核心素養的另一學科特征，主要涉及化學方法及分析能力和定量計算能力；“證據推理與模型認知”是重要的化學學科思維方法，是歷年化工流程題考查比重最大的化學核心素養。主要涉及化學語言及應用能力、化學方法及分析能力、基于證據和化學模型進行分析評價邏輯推理的能力。

因此，課堂教學應該提供大量情境，讓學生結合宏觀現象、微觀圖表、定量數據、已有模型不斷進行推理分析，最終實現問題解決。“三元整合策略”是符合該要求的高思維容量課堂教學策略。

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設計整合型情境，將化學實驗、物質性質和基本原理進行整合學習。

三元整合策略主張基于學生在化學實驗、物質性質、基本原理三大版塊的已有知識創設認知沖突，以“認知沖突”作為課堂教學的研究線索貫穿始終，以知識、方法、能力和素養為教學暗線，圍繞驅動問題不斷提出解釋和修正解釋，結合真實實驗強化學生有序觀察現象的能力和建立有效解決問題的思維。通過三重表征教學提高學生的邏輯思維與語言表達能力，在應用已有知識對外輸出過程中培育學生宏觀辨識、微觀探析、變化觀念、證據推理、實驗探究等核心素養。

3.2 三元整合策略指導下的案例實施

下面以教育部優課《基于“實驗-性質-原理”三元整合策略的鈉及其化合物復習專題》為例，探討高三微專題復習課的高效開展。本課時的教學活動由6個環節展開，主要教學內容如下所述。

3.2.1 環節一：提出問題

開篇引課：在復習指導書中提出利用CaCl2溶液能區分Na2CO3溶液與NaHCO3溶液，其中現象如何，原理如何，我們本節課將進行詳細探討。首先預測向一定量NaHCO3溶液中滴加幾滴CaCl2溶液的現象，說出判斷依據，并相互討論。

3.2.2 環節二：預測判斷

(1)學生結合已有知識進行預測。

(2)學生說出預測結果和判斷依據。

3.2.3 環節三：實驗驗證

(1)播放驗證實驗視頻。

(2)學生記錄實驗現象。

3.2.4 環節四：解釋推理

(1)推理產生認知沖突的原因和推理反應后期現象。

①上述實驗現象中，白色沉淀的成分最可能是什么？結合化學平衡相關知識解釋產生該白色沉淀的原因。

②除了產生白色沉淀外，預計還會有哪些現象？說出判斷依據。

(2)宏微結合，符號表征：結合上述現象，用離子方程式表示向NaHCO3溶液滴加CaCl2溶液的總反應。

3.2.5 環節五：建立程序

(1)反思評價，拓展遷移

稀釋NaHCO3溶液后滴入幾滴CaCl2溶液，預計現象與上述是否一致？說出判斷依據。

(2)實驗驗證

①現場演示實驗：將NaHCO3溶液稀釋2倍和20倍，分別進行實驗。

②學生記錄實驗現象。

(3)建立產生沉淀的思維模型

沉淀的生成、溶解、轉化都是Qc和Ksp的大小比較問題，這也是反應進行方向的判斷依據。所以，思考程序為成分分析→微觀行為→定量判斷→符號表征。

3.2.6 環節六：對外輸出

(1)舉一反三：向CaCl2溶液中通入過量CO2，預計過程會有怎樣的現象并說出推測依據。

(2)課后反思：實驗室制備乙炔時，硫酸銅溶液的作用是什么，反應后該溶液有何變化？這種變化與CO2通入CaCl2溶液一致嗎？請說出判斷依據。

該課利用學生熟悉的“NaHCO3和CaCl2能否反應”為實驗情景，創設驅動任務，在問題解決的過程中再次通過實驗創設問題情境，逐步增大思維難度，迫使學生突破知識板塊的限制，主動實現碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質、離子檢驗、弱電解質的電離、鹽類水解等物質性質、化學實驗和反應原理三個知識板塊的大融合。課堂中既有宏觀現象的預測，又有對粒子的微觀行為進行分析；既有通過控制濃度控制反應發生與否，又有從電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡的角度分析；既有基于現象證據、數據證據進行推理，又有基于平衡移動原理的模型分析；既有要從問題和假設出發設計實驗的科學探究，又有面對異常現象敢于提出自己見解的創新意識。