STSE教育理念在高考化學中的實踐

于曉明

(山東省東營市利津縣高級中學)

S(科學)T(技術)S(社會)E(環境)教育理念是實現學生化學學科核心素養培養的重要途徑,也是高考考查的熱點.STSE 教育理念詮釋了中學階段學生需要達成的品格、能力和價值觀,體現在高考化學試題中時,主要考查學生對基礎知識的掌握情況,難度不大,但需要學生透過現象發現試題的本質,明確試題考查的方向,屬于起點高、落點低類試題.本文主要探究了STSE教育理念在高考化學中的實踐,協助學生了解命題形式并總結解題步驟和方法.

1 情境類試題

為了加深學生對社會生活、化學史料、傳統文化、科研成果等的了解,每年的高考化學試卷都會以此為切入點,促使學生在平時的學習和復習過程中關注化學知識的實踐應用,提升學生的知識應用能力.此類試題中,STSE類信息只是作為試題的背景,常用于幫助學生了解化學知識的應用領域,對問題的解答思路影響較小.

例1(2021年全國乙卷)我國提出爭取在2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和,這對于改善環境、實現綠色發展至關重要.“碳中和”是指CO2的排放總量和消耗總量相當.下列措施中能促進碳中和最直接有效的是( ).

A.將重質油裂解為輕質油作為燃料

B.大規模開采可燃冰作為新能源

C.通過清潔煤技術減少煤燃燒污染

D.研發催化劑將CO2還原為甲醇

解析本題以我國針對氣候變化提出的重要戰略計劃為試題背景,既讓學生了解了我國對于環境問題的重視程度,加深學生對“綠色化學”重要性的認識,又讓學生意識到化學知識對于社會發展的重要作用.“碳中和”是指環境中CO2不再增加,排放多少CO2同時就要減少多少,據此分析各選項.將重質油裂解為輕質油作為燃料時,其燃燒的產物依然以CO2為主,會增加環境中的CO2含量,選項A 錯誤.可燃冰的主要成分是甲烷(CH4),甲烷燃燒時會產生大量的CO2,會增加環境中的CO2含量,選項B錯誤.清潔煤技術減少的是其中含有的S元素,對于CO2的排放量影響不大,選項C 錯誤.將CO2還原為甲醇(CH3OH)直接減少了CO2的排放量,故研發催化劑將CO2還原為甲醇能有效促進碳中和的實現,選項D正確.答案為D.

點評縱觀近幾年的全國理綜卷,在選擇題中總會出現1～2道涉及STSE的化學試題,考查的內容比較簡單,學生遇到此類試題時,首先要能從試題情境中了解考查的化學知識(如本題中的環境問題),然后找出試題的考查要點(如本題中的碳中和),最后結合化學認知依次判斷選項是否正確.

2 延伸類試題

延伸類試題以STSE 為素材,并以此為基礎拓展延伸到所學的化學知識上,讓學生了解化學學科的發展前景,加深對“化學是人類社會進步的關鍵”的認識.此類試題加深了STSE教育理念與高考化學的聯系,解答試題的過程中需要學生根據試題信息和所學知識共同解答所設問題,屬于中等難度試題.延伸類試題意在考查學生提取信息和類比遷移的能力.

例2(2020年山東卷)微生物脫鹽電池是一種高效、經濟的能源裝置,利用微生物處理有機廢水獲得電能,同時可實現海水淡化.現以NaCl溶液模擬海水,采用惰性電極,用圖1 裝置處理有機廢水(以含CH3COO－的溶液為例).下列說法錯誤的是( ).

圖1

A.負極反應為CH3COO－＋2H2O－8e－＝2CO2↑＋7H＋

B.隔膜1 為陽離子交換膜,隔膜2 為陰離子交換膜

C.當電路中轉移1mol電子時,模擬海水理論上除鹽58.5g

D.電池工作一段時間后,正、負極產生氣體的物質的量之比為2∶1

解析本題以技術微生物脫鹽電池為背景,探究電池的工作原理,是原電池知識的拓展延伸,由圖示可知,在a極發生的反應中CH3COO－是反應物,CO2和H＋是生成物,C 元素的化合價升高,失去電子,發生氧化反應,在原電池中作負極,則b極為原電池的正極,據此分析各選項.a極是負極,發生的反應是CH3COO－＋2H2O－8e－＝2CO2↑＋7H＋,選項A 說法正確.原電池中負離子移向負極,正離子移向正極,則海水中的Cl－移向a極、Na＋移向b極,故隔膜1為陰離子交換膜,隔膜2為陽離子交換膜,選項B說法錯誤.由電子守恒原理可知,當電路中轉移1mol電子時,轉移Cl－和Na＋的物質的量均為1mol,則模擬海水理論上除鹽58.5g,選項C說法正確.b極為正極,發生的反應為2H＋＋2e－＝H2↑,結合負極反應式可知,原電池中轉移8 mole－時,正極生成4molH2,負極生成2molCO2,兩者物質的量之比為2∶1,選項D 說法正確.答案為B.

點評原電池知識在電化學知識中是相對簡單的內容,但本題以學生陌生的微生物脫鹽為背景,瞬間讓試題變得“高大上”,這在一定程度上影響了學生的判斷.解答此類試題時,學生需排除試題情境的干擾,解讀題干時只需知道所給化學技術的原理或目的(如本題中此原電池的使用目的),要把重心放在讀圖上,認真分析圖示上的每一個信息.

3 綜合類試題

綜合類試題一般以工藝流程類試題、有機物的合成路線為主要命題方式,此類試題以制備某種化學物質為主要目標或任務,要求學生具備一定的邏輯推理能力.高考化學試題中,此類試題的目標或任務對于學生來說可能是陌生的,但其中涉及的化學知識是學生較為熟悉的,掌握扎實的化學理論知識和基本實驗操作是正確解答此類試題的關鍵.

例3(2021年廣東卷,節選)天然產物Ⅴ具有抗瘧活性,某研究小組以化合物Ⅰ為原料合成Ⅴ及其衍生物Ⅵ的路線如圖2所示(部分反應條件省略,Ph表示—C6H5).

圖2

(1)化合物Ⅰ中的含氧官能團有_________(填名稱).

(2)反應①的化學方程式可表示為Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ＋Z,化合物Z的分子式為________.

(3)化合物Ⅳ能發生銀鏡反應,結構簡式為____.

(4)反應②③④中屬于還原反應的有________,屬于加成反應的有_________.

解析本題以具有抗瘧活性的天然產物Ⅴ為背景,探究其合成路線,意在考查學生的邏輯推理和縝密思考能力.(1)由有機物Ⅰ的結構簡式可知,此有機物中含有的含氧官能團為(酚)羥基和醛基.(2)反應①的化學方程式為Ⅰ＋Ⅱ＝Ⅲ＋Z,結合路線中Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3種有機物的分子式和質量守恒定律可推測,Z的分子式為C18H15OP.(3)化合物Ⅳ的分子式為C8H8O2,此有機物能發生銀鏡反應,則該有機物中含有醛基,結合反應②可推測,化合物Ⅳ的結構簡式為.(4)還原反應在有機反應中時常表現為加氫或去氧,所以反應②③④中屬于還原反應的是②,其中反應②④屬于加成反應.

點評考查有機反應路線的試題在全國卷中是作為選做題出現的,在其他獨立命題的試卷中常作為壓軸題.學生解答此類試題時既要具備扎實的有機化學知識,還要具有較強的邏輯推理能力.因此,在平時的學習和復習中教師要引導學生總結此類試題的解題步驟和方法,歸納總結試題中涉及的考點.

STSE教育理念在每年的高考中都有所體現,所以教師和學生要關注新科技和新聞熱點,為高考做好鋪墊,同時夯實化學基礎知識和理論,在解題過程中認真審題,把握試題的關鍵點,在理解試題信息的基礎上進行合理遷移,進而提高學生的解題能力.

(完)