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考查高阶科学思维 助力培养创新人才

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  《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》提出在化学教学设计和实施中“有目的、有计划地引导学生运用化学科学思维方式和方法学习化学知识”,即重视科学思维培养。2024年6月浙江省选考化学试题在保持相对稳定的基础上,设置科学思维类试题,旨在考查学生的科学思维,助力拔尖创新人才的选拔和培养。

  批判与转化:冲破认知局限,启迪创新思维。创新思维是科学思维最具前瞻性和突破性的部分。试题第17题(1)小题根据晶胞计算化合物化学式,设置了思维障碍。学生从来没有见过K3ClO这样的化学式,要写出K3ClO与足量NH4Cl溶液反应的化学反应方程式,要求学生冲破认知局限,敢于质疑和批判。学生熟悉KCl、KClO和K2O,K3ClO与这些常见物质相比,貌似结构不良,需要对常规认知进行质疑,通过对比大胆把K3ClO转化成KCl·K2O,把非常规转化为常规,劣构转化为良构,突破思维障碍,进而写出化学方程式。此类题型设计,鼓励学生以批判性的眼光审视传统知识,培养敢于质疑、勇于创新的精神,为未来科学研究的探索之路铺垫基石。

  融合与开放:打破学科界限,催化复合思维。复合思维要求学生以打破学科界限、融合多学科的知识解决复杂问题。试题第19题(4)小题,将化学知识与物理学原理紧密相连,计算电能转化效率,对学生的复合思维提出了挑战。综合利用物理和化学知识分析出H2熔融碳酸盐燃料电池的正极反应式为O2+4e-+2CO2=2CO32-,融合物理学科电荷量与电流的计算公式,利用其他已知条件,计算出氢气将化学能转化为电能的转化率为70%。通过此类问题的解决,学生能够在实践中体会跨学科复合思维的重要性,为成为具备宽广视野的复合型拔尖创新人才打下坚实基础。

  推理与论证:解析多维条件,培育发散思维。发散思维要求学生对不确定性问题进行推理和论证,灵活运用多种策略。如第19题(2)小题利用硼氢化钠固体储氢材料水解生氢,NaBH4(S)+2H2O(l)=NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH<0,要求选出加快反应速率的措施,需要有多维度思考的能力。本题反应条件为25℃、101kPa、ΔH<0,忽略体积变化的影响,反应体系各物质聚集状态涉及s(固体)、l(液体)、aq(溶液)、g(气体),可以选择的措施有升高温度、加入少量异丙胺、加入少量固体硼酸和增大体系压强。其中易错选项“增大体系压强”,因为有气体生成,学生可能会直接想到反应速率加快,但是本题是在溶液中进行反应,并且忽略体积变化,还在方程式中用“=”而不是平常的“⇌”作为生成符号。本题加入异丙胺和固体硼酸性质未知,对反应速率的影响存在不确定性,需要利用物质结构推断理化性质,再分析其与反应体系相互作用进而产生的影响。这种设计考查学生解析多维限制条件的发散思维和辩证推理能力,培养在未知领域探索和创造的能力。

  实验和建模:获取实证证据,构建系统思维。系统思维强调从整体出发,思考事物之间的相互联系和影响。第18题铅锌矿(主要成分为PbS、ZnS)的利用涉及复杂的化学知识,解决这类复杂问题,把握整体至关重要。题目要求“探究X为何种元素”,不管是探究F还是Cl,都需要先加入足量NaOH溶液,将X元素转化为NaX。然后根据所学AgCl为白色沉淀,结合题中所给AgF易溶于水,二者性质具有差异性,可用AgNO3溶液进行探究,从而得出探究方案。考生做到这里通常就认为已经完成此题,但是,构建好系统还需要进行评价。评价时不难发现,在将X元素转化为NaX的过程中,产生了Na2SO4,而SO42-在加入AgNO3溶液时干扰检验,需要事先除去SO42-。这种设计先通过逻辑推理出可能的实验结果,再设计合理的实验方案,构建理想的实验模型,让学生模拟体验在科研环境中通过推理、实证和建模的系统思维过程。

  (作者系浙江省嘉善高级中学副校长、高级教师)

《中国教育报》2024年11月22日 第06版

作者:何海

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