江合佩 單旭峰 王 春

2014 年，《國務(wù)院關(guān)于深化考試招生制度改革的實施意見》提出要選拔具有學(xué)科特長和創(chuàng)新潛質(zhì)的優(yōu)秀學(xué)生。2019 年，《國務(wù)院辦公廳關(guān)于新時代推進普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》中進一步強調(diào)“培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力，提升人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)”[1]。北京師范大學(xué)中國教育創(chuàng)新研究院與美國21 世紀學(xué)習(xí)聯(lián)盟開展合作，于2020 年提出“21 世紀核心素養(yǎng)5C 模型”，5C 模型包括5 個維度，創(chuàng)新素養(yǎng)就是其中之一，它包含創(chuàng)新人格、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐3 個要素。[2]根據(jù)國家頂層設(shè)計要求，為促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實，《普通高中化學(xué)課程標準（2017 年版2020 年修訂）》要求培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實踐能力。[3]因此，東北師范大學(xué)鄭長龍教授指出“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的精髓是創(chuàng)新”[4]。中國高考評價體系“一核四層四翼”考查要求部分在基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性的基礎(chǔ)上特別提出了創(chuàng)新性，鼓勵學(xué)生擺脫思維定式的束縛，積極主動探索新方法、解決新問題 。[5]由此可見，無論是高校招生制度改革、高中育人方式改革、指導(dǎo)教學(xué)的中小學(xué)課程標準，還是指導(dǎo)命題評價的高考評價體系，都將目標直指創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，直指創(chuàng)造性思維的培育。因此，融合已有研究成果，進行基于創(chuàng)造性思維評估的高考試題分析，探查試題在創(chuàng)造性思維考查方面的特點和規(guī)律，有著重要的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

一、創(chuàng)造性思維評估的主要內(nèi)容

PISA 2021 將創(chuàng)造性思維定義為:有效參與想法的提出、評價和改進的能力，同時這些想法能夠形成原創(chuàng)而有效的解決方案，能夠促進知識提升以及想象力的有效表達。[6]該定義有以下特征：創(chuàng)造性思維的促成因素有個體促成因素、社會促成因素以及成就與進展（問題解決、知識創(chuàng)造、創(chuàng)新的表達）；聚焦學(xué)生參與創(chuàng)造性思維的過程性；強調(diào)學(xué)生在真實情境下解決復(fù)雜的現(xiàn)實問題所需要的創(chuàng)造性思維及綜合品質(zhì)。[7]

PISA 2021 分別從“文字表達”和“視覺表達”考查學(xué)生表達性領(lǐng)域的創(chuàng)造性思維，從“社會問題解決”和“科學(xué)問題解決”考查學(xué)生知識創(chuàng)造和問題解決能力，并以“產(chǎn)生多樣化想法”“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”“評價與改進想法”3 個能力層次依次進階，其能力模型如圖1[6]所示。

圖1 PISA 2021 創(chuàng)造性思維測試能力模型

在創(chuàng)造性思維的4 個內(nèi)容維度方面，“文字表達”要求學(xué)生以書面的形式運用各種文字表達形式表明自己的想法；“視覺表達”要求學(xué)生針對任務(wù)提示中提供的不同視覺表達形式完成開放性任務(wù)或做出創(chuàng)造性改進；“社會問題解決”要求學(xué)生根據(jù)所給的情境提出解決社會問題方案的想法并提出原創(chuàng)性改進思路；“科學(xué)問題解決”要求學(xué)生在給定的情境中提出科學(xué)問題假設(shè)或解決方案并對解決方案進行改進。

在創(chuàng)造性思維的3 個能力層次方面，“產(chǎn)生多樣化想法”主要考查學(xué)生思維的靈活性、“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”主要考查學(xué)生思維的原創(chuàng)性、“評價與改進想法”主要考查學(xué)生思維的優(yōu)化能力。針對PISA 2021 創(chuàng)造性思維的內(nèi)涵及水平層級，結(jié)合我國高考（或?qū)W業(yè)水平等級性考試）命題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性特點，引入SOLO 分類理論，本研究進一步具化了3 個水平層次的創(chuàng)造性思維，形成了創(chuàng)造性思維的內(nèi)容維度、水平層次維度[8]及模型表征[9]，如表1 所示。

表1 創(chuàng)造性思維的內(nèi)容維度、水平層次維度的內(nèi)涵和模型表征

“產(chǎn)生多樣化想法”主要指向分析與推測能力的考查，體現(xiàn)綜合性，主要涉及學(xué)科內(nèi)綜合、學(xué)科間綜合、方法綜合以及形式綜合，SOLO 能力結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)多元結(jié)構(gòu)水平；“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”主要指向歸納與論證能力的考查，體現(xiàn)應(yīng)用性，力求實現(xiàn)對知識、能力和素養(yǎng)的動態(tài)和全面的評價，SOLO 能力結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平；“評價與改進想法”主要指向探究與創(chuàng)新能力的考查，體現(xiàn)創(chuàng)新性，主要涉及內(nèi)容創(chuàng)新、形式創(chuàng)新、方法創(chuàng)新以及思維創(chuàng)新，SOLO 能力結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)擴展抽象結(jié)構(gòu)水平。

二、基于高考化學(xué)創(chuàng)造性思維考查的試題分析

1.試題創(chuàng)造性思維內(nèi)容維度的考查情況

根據(jù)創(chuàng)造性思維2 大內(nèi)容領(lǐng)域4 個維度的分類，本研究對2021 年全國15 套高考（或?qū)W業(yè)水平等級性考試）化學(xué)試題（文中簡稱2021 年全國15 套高考化學(xué)試題）從“文字表達”“視覺表達”“社會問題解決”“科學(xué)問題解決”4 個維度進行統(tǒng)計，如表2 所示。

為了更加直觀地反映試題中創(chuàng)造性思維的考查情況，筆者將表2 中各套試題的創(chuàng)造性思維內(nèi)容維度考查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖2。

表2 2021 年高考化學(xué)創(chuàng)造性思維內(nèi)容維度考查情況統(tǒng)計

由圖2 可知，2021 年全國15 套高考化學(xué)試題都關(guān)注了創(chuàng)造性思維內(nèi)容的考查。在創(chuàng)造性思維總分方面，廣東卷、河北卷、北京卷位列前三，可能是因為這3 個省市教育質(zhì)量水平較高，高考試題有足夠的區(qū)分度。在4 個維度考查方面，主要以“視覺表達”“文字表達”“科學(xué)問題解決”為主，“社會問題解決”相對較少。

圖2 2021 年高考化學(xué)創(chuàng)造性思維內(nèi)容維度考查分布

在“視覺表達”維度的考查上，河北卷、廣東卷等表現(xiàn)突出。該類試題通過圖示、裝置圖、流程圖、結(jié)構(gòu)圖、表格等呈現(xiàn)形式，考查學(xué)生從中篩選、分類、歸納、整合關(guān)鍵信息，歸納總結(jié)得出新結(jié)論的能力。河北卷第16 題聚焦碳中和問題，呈現(xiàn)了電解質(zhì)水溶液中，3種不同催化劑（a，b，c）上CO2電還原為CO 的反應(yīng)進程（H+被還原為H2的反應(yīng)可同時發(fā)生），要求學(xué)生根據(jù)相對能量變化的兩幅圖，綜合分析得出CO2電還原為CO 從易到難的順序。廣東卷第19 題聚焦CH4與CO2重整反應(yīng)實現(xiàn)碳中和，呈現(xiàn)了3 個反應(yīng)的相對壓力平衡常數(shù)ln隨（溫度的倒數(shù)）的變化圖像，要求學(xué)生分析其中哪些屬于吸熱反應(yīng)，并計算其中一個反應(yīng)的及平衡轉(zhuǎn)化率，該題圖像呈現(xiàn)形式和概念呈現(xiàn)形式新穎，設(shè)問角度多元，充分體現(xiàn)了創(chuàng)造性思維的考查。遼寧卷第15題將某二元酸的分布分數(shù)δ隨pH 變化曲線及滴定曲線的兩幅圖通過縱坐標pH 有效耦合在一起，考查特殊點離子濃度大小比較、Ka的計算及滴定終點的判斷，呈現(xiàn)形式新穎，視角獨特。遼寧卷第16 題呈現(xiàn)各種形態(tài)五價釩粒子總濃度的對數(shù)［lgc總(V)］與pH 關(guān)系圖，要求學(xué)生分析pH=3.0 時，與膠體共沉降的五價釩粒子的存在形態(tài)，并在陌生復(fù)雜情境中根據(jù)目標找出最優(yōu)條件。

在“文字表達”維度的考查上，北京卷、江蘇卷、天津卷、福建卷表現(xiàn)相對突出。該類試題要求學(xué)生運用規(guī)范和富有邏輯性的語言進行清晰、有條理的表達，以及運用化學(xué)用語表達復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。北京卷第16 題為了驗證“Ag++Fe2+Fe3++Ag ↓”為可逆反應(yīng)，小組同學(xué)采用電化學(xué)裝置從平衡移動角度進行驗證，考生需要補全電化學(xué)裝置示意圖,寫出操作及現(xiàn)象。整道題圖文并茂，要求學(xué)生針對問題進行系統(tǒng)性實驗設(shè)計。江蘇卷第17 題以軟錳礦粉為原料制備電池級MnO2，呈現(xiàn)圖像、文字信息，要求學(xué)生整合圖文信息，為獲得較高產(chǎn)率的MnO2補充實驗方案。整個實驗方案不同于以往從單一視角對實驗進行設(shè)計，要求學(xué)生從圖像中提取關(guān)鍵信息，然后與教材中的離子檢驗、物質(zhì)分離提純等相關(guān)知識進行整合，進行有序的文字表達，對學(xué)生的能力要求高。

在“科學(xué)問題解決”維度的考查上，廣東卷、全國乙卷、全國甲卷、山東卷、天津卷表現(xiàn)相對突出。該類試題遴選前沿學(xué)術(shù)情境，要求學(xué)生合理組織調(diào)用相關(guān)學(xué)科知識，實施探究活動，采用嚴謹求實、實證的邏輯思維方法提出問題或發(fā)現(xiàn)新問題，并尋求有效的問題解決方案。全國乙卷第28 題以一氯化碘的化學(xué)史為情境素材，通過“Liebig →McMorris →Kistiakowsky”3 位科學(xué)家的研究脈絡(luò)，考查了利用宏微結(jié)合證據(jù)推理確定元素、平衡常數(shù)的計算、分析lgKp1～和lgKp2～雙變量曲線圖像進而計算出ΔH和K，分析光化學(xué)分解反應(yīng)的動力學(xué)反應(yīng)機理并進行能量守恒相關(guān)計算，全方位展現(xiàn)了科學(xué)研究的一般過程，讓學(xué)生體驗科學(xué)問題解決的魅力。山東卷第20 題以甲醇與烯烴的液相反應(yīng)制得汽油原添加劑2-甲氧基-2-甲基丁烷（TAME）為情境素材，將有機化學(xué)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)原理有效綜合，創(chuàng)造性地將溫度T與平衡常數(shù)Kx1的變化關(guān)系與蓋斯定律進行有效關(guān)聯(lián)，確定目標反應(yīng)，進而用系統(tǒng)命名法命名。試題接著分別從熱力學(xué)視角計算反應(yīng)的Kx，然后從動力學(xué)結(jié)合圖像判斷曲線及速率大小。該題物質(zhì)新、反應(yīng)新、概念新、圖像新、設(shè)問新，處處體現(xiàn)了命題者的良苦用心，有利于激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性。

在“社會問題解決”維度的考查上，遼寧卷、廣東卷、福建卷表現(xiàn)相對突出。該類試題聚焦社會熱點，引導(dǎo)學(xué)生了解和關(guān)注化學(xué)學(xué)科對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重大貢獻，同時深化對基本概念、基礎(chǔ)知識、基本原理的靈活運用的考查，以培育學(xué)生正確的價值觀。廣東卷第1 題聚焦五一人文考古游涉及的合金材料，第2 題聚焦廣東本地的國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)如廣東剪紙、粵繡、潮汕工夫茶藝、香云紗染整技藝等蘊含的化學(xué)問題，第6 題聚焦社區(qū)服務(wù)、學(xué)農(nóng)活動、家務(wù)勞動、自主探究等勞動項目中的化學(xué)問題，真正體現(xiàn)了“無價值，不入題”的命題理念。

2.試題創(chuàng)造性思維水平層次維度的考查情況

根據(jù)創(chuàng)造性思維的3 個水平層次，本研究對2021 年全國15 套高考化學(xué)試題從“產(chǎn)生多樣化想法”“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”“評價及改進想法”3個維度進行統(tǒng)計，如表3 所示。

為了更加直觀地反映試題中創(chuàng)造性思維的考查情況，筆者將表3 中各套試題的創(chuàng)造性思維水平層次維度考查數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖3。

表3 2021 年高考化學(xué)創(chuàng)造性思維水平層次維度考查情況統(tǒng)計

由圖3 可知，2021 年全國15 套高考化學(xué)試題都關(guān)注了創(chuàng)造性思維不同水平層次的考查。其中，“產(chǎn)生多樣化想法”水平層次的考查分值明顯高出“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”和“評價與改進想法”兩個高階層次，說明在創(chuàng)造性思維水平層次維度的考查方面，全國都處于探索階段，為了保證試卷在平穩(wěn)過渡的同時兼顧創(chuàng)造性思維的有效融入，采取了積極引入、穩(wěn)步推進的策略。

圖3 2021 年高考化學(xué)創(chuàng)造性思維水平層次維度考查分布

在“產(chǎn)生多樣化想法”維度的考查上，全國甲卷、河北卷、福建卷表現(xiàn)相對突出。該類試題旨在考查學(xué)生思維的靈活性，即提出一個問題的不同解決方案或用不同的方式呈現(xiàn)一個想法。全國甲卷第27 題以某小組用工業(yè)廢銅焙燒得到的CuO 為原料與稀硫酸反應(yīng)制備膽礬為試題情境，第（2）題“將 CuO 加到適量稀硫酸中，加熱，與直接用廢銅和濃硫酸反應(yīng)相比，該方法的優(yōu)點是________________” ，要求學(xué)生產(chǎn)生多樣化想法，即從環(huán)境保護和二氧化硫的利用率多角度分析，進而得出“不會產(chǎn)生二氧化硫且產(chǎn)生等量膽礬消耗硫酸少”這一結(jié)論；第（3）題“控制溶液pH 值為3.5 ～4 的目的是______________”，要求學(xué)生分別從調(diào)節(jié)pH 調(diào)控沉淀溶解平衡及鹽類水解平衡的移動等多樣化想法來分析問題，進而得到“除盡鐵，抑制硫酸銅水解”的結(jié)論。

在“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”維度的考查上，全國乙卷、北京卷、湖北卷表現(xiàn)相對突出。該類試題旨在考查學(xué)生在開放的場景中詳細闡述原創(chuàng)想法的能力。全國乙卷第27 題以“通過氧化剝離石墨制備氧化石墨烯”學(xué)術(shù)探索情境為素材，第（6）題“步驟Ⅴ（蒸餾水洗滌沉淀）可用 pH 試紙檢測來判斷 Cl-是否洗凈，其理由是_____________”，要求學(xué)生有創(chuàng)新性想法，跨模塊思考問題。該題步驟IV用稀鹽酸洗滌沉淀，步驟V洗滌過量的鹽酸，H+與Cl-存在電離平衡，洗出液接近中性時，可認為Cl-洗凈。北京卷第19（4）題“Ag 分別與1mol·L-1的鹽酸、氫溴酸和氫碘酸混合，Ag 只與氫碘酸發(fā)生置換反應(yīng)，試解釋原因：_____________ ”，這個實驗事實本身就很挑戰(zhàn)學(xué)生的認知與思維，學(xué)生在初中學(xué)過Ag 的金屬性活動順序在H 之后，Ag 怎么還能置換出酸中的H 呢？這就要求學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)新想法，從沉淀溶解平衡和氧化還原平衡相互競爭及促進的創(chuàng)新性視角來分析和解決問題，由此得到的解釋原因為：比較AgX 的溶解度，AgI 溶解度最小，Ag++I-====AgI ↓使得Ag 還原性增強最多，使得2Ag+2H+====2Ag++ H2↑反應(yīng)得以發(fā)生。

在“評價與改進想法”維度的考查上，廣東卷、山東卷、北京卷表現(xiàn)相對突出。該類試題旨在考查學(xué)生在開放的情境中評價自身既定想法并找到改進這些想法的原創(chuàng)性方法的能力。廣東卷第20（6）①題“圖9b 為Ge 晶胞中部分Ge 原子被Hg 和Sb 取代后形成的一種單元結(jié)構(gòu)，它不是晶胞單元，理由是__________________ ”，要求學(xué)生評價及改進想法，對比分析圖9b 和圖9c 可得X 晶體的晶胞中上下兩個單元內(nèi)的原子位置不完全相同，不符合晶胞是晶體的最小重復(fù)單位要求，由此可得“由圖9c 可知，圖9b 中Sb 和Hg 原子取代位置除圖9b 外還有其他形式”。

3.典型例題分析

（1）文字表達

【例1】（2021 年全國乙卷第28 題節(jié)選）一氯化碘（ICl） 是一種鹵素互化物，具有強氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：

（3）McMorris 測定和計算了在136℃～180℃范圍內(nèi)下列反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp。

得到lgKp1～和lgKp2～均為線性關(guān)系，如下圖所示：

本題以化學(xué)史料情境為載體，展現(xiàn)已有研究數(shù)據(jù)，真實再現(xiàn)已有成果的研發(fā)過程，考查學(xué)生思考問題的方法和過程，促進學(xué)生獨立思考，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維。必備知識涉及反應(yīng)變化與規(guī)律中的反應(yīng)熱、化學(xué)平衡及其移動，關(guān)鍵能力涉及歸納與論證能力中的科學(xué)推理論證、處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)、歸納總結(jié)規(guī)律，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認知的學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生感悟科學(xué)精神，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，創(chuàng)造性思維屬于“文字表達”范疇。本題在考查上有“三新”：一是曲線呈現(xiàn)形式新穎，為了更好研究Kp與T之間的函數(shù)關(guān)系，將Kp轉(zhuǎn)變?yōu)閘gKp1，縮小10x倍，溫度由T轉(zhuǎn)變?yōu)?，因此溫度與Kp實質(zhì)上呈反比例關(guān)系；二是由傳統(tǒng)的單一變量進階到雙變量，同時研究溫度對兩個反應(yīng)K的影響；三是改變了以往文字表達純粹分條目式的考查方式，要求學(xué)生結(jié)合熱化學(xué)方程式、曲線定量數(shù)據(jù)，利用函數(shù)關(guān)系進行數(shù)學(xué)推導(dǎo)論證，得出合理結(jié)論。由已知信息2NO(g)+2ICl(g)2NOCl(g)+I2(g)和2NOCl(g)2NO(g)+Cl2(g)并結(jié)合蓋斯定律得出2ICl(g)====Cl2(g)+I2(g)，則反應(yīng)2ICl(g)====Cl2(g)+I2(g)的K=Kp1·Kp2；令T1＞T2，則lgK(T1)-lgK(T2)=lgKp1(T1)·Kp2(T1)-lgKp1(T2)·Kp2(T2)=lgKp1(T1)+lgKp2(T1)-lgKp1(T2)-lgKp2(T2)=lgKp2(T1)-lgKp2(T2)-［lgKp1(T2)-Kp1(T1)］。由 圖 中 信 息 可知，lgKp2隨著溫度的升高而增大，則lgKp2(T1)-lgKp2(T2)＞0，lgKp1隨著溫度的升高而減小，則lgKp1(T2)-lgKp1(T1)＞0，lgKp1～和lgKp2～均為線性關(guān)系，且lgKp2～曲線更陡，則lgKp2(T1)－lgKp2(T2) ＞lgKp1(T2)－lgKp1(T1)，說 明lgK(T1)－lgK(T2)＞0，升高溫度，K值變大，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，ΔH大于0。整個推理過程參考的標準答案達到4 行之多，為近年來之最，對推理的嚴謹性和數(shù)學(xué)建模能力要求都特別高，在創(chuàng)造性思維考查方面達到了歷年來的新高，因此可將本題創(chuàng)造性思維水平層次劃分為“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”。

（2）視覺表達

【例2】（2021 年江蘇卷第18 題節(jié)選） 甲烷是重要的資源，通過下列過程可實現(xiàn)由甲烷到氫氣的轉(zhuǎn)化。

（3）利用銅-鈰氧化物（xCuO·yCeO2，Ce 是活潑金屬）催化氧化可除去H2中少量CO，催化氧化過程中，Cu，Ce 的化合價均發(fā)生變化，可能機理如題18 圖-2 所示。將n(CO)∶n(O2)∶n(H2)∶n(N2)= 1 ∶1 ∶49 ∶49的混合氣體以一定流速通過裝有xCuO·yCeO2催化劑的反應(yīng)器，CO 轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如題18 圖-3 所示：

題18 圖-2

題18 圖-3

① C e 基態(tài)原子核外電子排布式為［Xe］4f15d16s2。題18 圖-2 所示機理的步驟（i）中，元素Cu，Ce 化合價發(fā)生的變化為______________。

② 當(dāng)催化氧化溫度超過150℃時，催化劑的催化活性下降，其可能原因是______________。

本題以學(xué)術(shù)探索情境新型催化技術(shù)為載體，必備知識涉及反應(yīng)變化與規(guī)律中的動力學(xué)反應(yīng)機理、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中化學(xué)鍵，關(guān)鍵能力涉及歸納與論證中的科學(xué)推理論證，發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)化學(xué)是人類進步的關(guān)鍵的學(xué)科本質(zhì)價值，創(chuàng)造性思維考查屬于“視覺表達”。目前各種類型的反應(yīng)機理圖要么是活化能圖、能壘圖、循環(huán)圖，像本題這樣通過表征微觀粒子之間的行為來判斷化合價的變化還是比較新穎的。開始時銅-鈰氧化物（xCuO·yCeO2）中Cu 為+2 價，Ce 為+3 價，根據(jù)題18 圖-2 中（i）處知，CO 進入，CO2生成，O 原子數(shù)目減小1 個，則銅-鈰氧化物中負價減小2，顯然正價也應(yīng)減小2，即Cu 和Ce 的化合價應(yīng)下降，所以推知Cu 由+2 價降為+1 價，降1，則Ce 的化合價也降1 價，即由+4 價變?yōu)?3 價。關(guān)于溫度升高，催化劑失活已經(jīng)是老生常談，但為什么會失活，如何從反應(yīng)體系來進行具體分析，這些問題卻很少有人涉及。除去H2中少量CO，而催化劑是xCuO·yCeO2，屬于氧化物，很顯然可能被H2（或CO）還原為Cu。試題要求學(xué)生將化學(xué)反應(yīng)原理動力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)化學(xué)鍵進行有效關(guān)聯(lián)，因此可將本題創(chuàng)造性思維水平層次劃分為“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”。

（3）社會問題解決

【例3】（2021 年遼寧卷第13 題）利用化法從煙氣中分離CO2的原理如圖。已知氣體可選擇性通過膜電極，溶液不能通過。下列說法錯誤的是（ ）

A. a 為電源負極

B. 溶液中Q 的物質(zhì)的量保持不變

C. CO2在M 極被還原

D. 分離出的CO2從出口2 排出

本題以生產(chǎn)環(huán)保情境中的自然資源利用為載體，必備知識涉及物質(zhì)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用中的新型電解池分析，關(guān)鍵能力涉及歸納與論證中的科學(xué)推理論證，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認知的學(xué)科核心素養(yǎng)，幫助學(xué)生樹立可持續(xù)發(fā)展意識，滲透綠色化學(xué)理念，體現(xiàn)學(xué)科社會價值，創(chuàng)造性思維考查屬于“社會問題解決”。本題在社會問題解決上有以下三大創(chuàng)新：一是將傳統(tǒng)的化學(xué)方法優(yōu)化為電化學(xué)分離，分離效率大大提高；二是借助有

（4）科學(xué)問題解決

【例4】（2021 年廣東卷第17（4）題）某合作學(xué)習(xí)小組進行以下實驗探究。

①實驗任務(wù)。通過測定溶液電導(dǎo)率，探究溫度對AgCl 溶解度的影響。

②查閱資料。電導(dǎo)率是表征電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的物理量。溫度一定時，強電解質(zhì)稀溶液的電導(dǎo)率隨溶液中離子濃度的增大而增大；離子濃度一定時，稀溶液電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。25℃時，Ksp(AgCl)=1.8×10-10。

③提出猜想。

猜想a：較高溫度的AgCl 飽和溶液的電導(dǎo)率較大。

猜想b：AgCl 在水中的溶解度S（45℃）＞S（35℃）＞S（25℃）。

④設(shè)計實驗、驗證猜想。取試樣Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ（不同溫度下配制的AgCl 飽和溶液），在設(shè)定的測試溫度下，進行表中實驗1～3，記錄數(shù)據(jù)。

實驗序號 ________________________試樣 測試溫度/℃電導(dǎo)率/（μS·cm-1）__1 Ⅰ：25℃的AgCl 飽和溶液 25 A1___________2 Ⅱ：35℃的AgCl 飽和溶液 35 A2___________3 Ⅲ：45℃的AgCl 飽和溶液 45 A3_________

⑤數(shù)據(jù)分析、交流討論。25℃的AgCl 飽和溶液中，c(Cl-)=_______mol·L-1。

實驗結(jié)果為A3＞ A2＞A1。小組同學(xué)認為，此結(jié)果可以證明③中的猜想a 成立，但不足以證明猜想b 成立。結(jié)合②中信息，猜想b 不足以成立的理由有_______。

⑥優(yōu)化實驗。小組同學(xué)為進一步驗證猜想b，在實驗1～3 的基礎(chǔ)上完善方案，進行實驗4 和5。請在答題卡上完成表中內(nèi)容。

?

⑦實驗總結(jié)。根據(jù)實驗1～5 的結(jié)果，并結(jié)合②中信息，小組同學(xué)認為猜想b 也成立。猜想b成立的判斷依據(jù)是_______。

三、思考與建議

通過對2021 年全國15 套高考試題內(nèi)容和水平層次2 個維度的統(tǒng)計分析，可以得出未來創(chuàng)造性思維考查將會由定性的經(jīng)驗型向定量的科學(xué)型邁進。為了進一步優(yōu)化課堂教學(xué)，促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的提升，筆者特提出以下思考與建議。

1.重視有效信息與學(xué)科必備知識的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，提升文字表達能力

文字表達是學(xué)生外顯邏輯思維、體現(xiàn)歸納與論證能力、適應(yīng)未來學(xué)習(xí)生活和工作最重要的能力。在日常教學(xué)過程中，中學(xué)化學(xué)教師要充分挖掘教學(xué)素材，讓學(xué)生主動提取其中有效信息，并與學(xué)科必備知識進行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)文字表達能力。以工業(yè)合成氨的熱力學(xué)和動力學(xué)分析為例，可給出該反應(yīng)的速率方程ν=kc(N2)·kc(H2)1.5·c(NH3)-1和 反 應(yīng) 機 理 圖，然后設(shè)問為什么n(N2)∶n(H2)=1 ∶2.8，而不是n(N2)∶n(H2)=1 ∶3。此時學(xué)生如果僅僅是從化學(xué)方程式本身分析，就很容易僅從熱力學(xué)視角分析得出增大n(N2)有利于提高n(H2)的平衡轉(zhuǎn)化率這樣“單一角度”的回答。學(xué)生如果注意到了速率方程和反應(yīng)機理，就會增加從動力學(xué)競爭吸附的視角分析問題，通過這樣的設(shè)問發(fā)展學(xué)生產(chǎn)生多樣化想法的文字表達能力。接下來教師可以繼續(xù)追問：將生成的氨氣液化及時分離的主要目的是什么？大多數(shù)學(xué)生在前面設(shè)問的引導(dǎo)下會想到利用速率方程信息，及時分離氨氣，氨氣濃度減小，反應(yīng)速率增大。但此時學(xué)生很少能利用反應(yīng)機理圖進行分析，即氨氣及時脫附，有利于空出活性位點，有利于氮氣的吸附活化。這樣追問有利于培養(yǎng)學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)新想法的文字表達能力。接下來教師還可以進一步啟發(fā)：工業(yè)合成氨的產(chǎn)品氨氣可用于生產(chǎn)化學(xué)肥料尿素，為了進一步節(jié)約能源，提高轉(zhuǎn)化效率，請?zhí)岢龊侠泶胧?。此時學(xué)生需要從反應(yīng)機理的過程進行分析，優(yōu)化改進反應(yīng)機理，變原來吸附活化氮氣后再在氮原子上吸附氫原子為碳氮偶聯(lián)，這樣將多步反應(yīng)一步耦合，在充分理解信息和學(xué)科核心知識的基礎(chǔ)上評價與改進自己的想法，進行有序文字表達，最終提升高階的文字表達能力。

2.關(guān)注體驗與過程，培育視覺表達能力

美國學(xué)者Ian Jukes 等人在《教育未來簡史——顛覆性時代的學(xué)習(xí)之道》一書中描述數(shù)字化一代的學(xué)習(xí)特性時指出，學(xué)生傾向于在處理文本信息之前先處理圖像、聲音、色彩和視頻信息。[10]中學(xué)化學(xué)教師要順應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變化，在課堂教學(xué)中多進行視覺表達，關(guān)注學(xué)生的體驗，外顯學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。在學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)過程中的能量變化”和“化學(xué)反應(yīng)的焓變”時，教師可以讓學(xué)生自主畫出吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的能量或焓變示意圖，此時只需要關(guān)注反應(yīng)物總能量和生成物總能量的差值，即反應(yīng)物的總能量大于或小于生成物的總能量。這樣的教學(xué)活動有利于培育學(xué)生“產(chǎn)生多樣化想法”的創(chuàng)造性思維。在學(xué)習(xí)“催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響”時，教師可以讓學(xué)生試著畫出基元反應(yīng)“2N2O →2N2+O2”反應(yīng)進程隨能量變化的示意圖，學(xué)生不僅要關(guān)注到該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此反應(yīng)物能量大于生成物總能量，還需要關(guān)注到使用催化劑以后反應(yīng)活化能降低，這時就需要學(xué)生關(guān)聯(lián)思考并進行視覺表達，有利于發(fā)展學(xué)生“產(chǎn)生創(chuàng)新想法”的創(chuàng)造性思維。接下來，教師提供真實情境，即CO2催化加氫制備甲醇反應(yīng)，同時給出：CO2催化加氫制備CO（反應(yīng)1）為吸熱反應(yīng)且為慢反應(yīng)、CO 加氫制備甲醇（反應(yīng)2）為放熱反應(yīng)。學(xué)生需要自主完成反應(yīng)歷程隨能量變化的示意圖。此時學(xué)生要先利用蓋斯定律計算出總反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)1 為慢反應(yīng)則反應(yīng)1 為決速步，即反應(yīng)1 的活化能大于反應(yīng)2，再融入反應(yīng)1 和反應(yīng)2 的反應(yīng)物與生成物總能量的差值系統(tǒng)關(guān)聯(lián)畫出圖像，有利于培養(yǎng)學(xué)生利用視覺表達評價與改進想法的能力。

3.積極開展社會性科學(xué)議題項目化學(xué)習(xí)，提升社會問題解決能力

社會問題不僅與本學(xué)科有關(guān)，還涉及很多跨學(xué)科的知識和內(nèi)容，綜合性強、跨度大，對學(xué)生系統(tǒng)關(guān)聯(lián)能力要求高。因此在日常教學(xué)過程中，中學(xué)化學(xué)教師積極開展社會性科學(xué)議題項目化學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)生的社會問題解決能力。以論證重污染天氣“汽車限行”的合理性為例，教師可將該問題拆解為3 個項目學(xué)習(xí)活動，分別為：科學(xué)認識社會性科學(xué)議題，尋找利與弊；學(xué)習(xí)科學(xué)論證，論證利與弊；權(quán)衡利弊，做出決策。首先，可讓學(xué)生明晰應(yīng)對重污染天氣“汽車限行”議題涉及哪些科學(xué)問題，該議題涉及哪些物質(zhì)及其變化。這樣就將社會問題轉(zhuǎn)化為化學(xué)問題：先引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建氮元素“類—價”二維圖，利用“類—價”二維圖將氮的氧化物轉(zhuǎn)化為無污染的物質(zhì)，再引導(dǎo)學(xué)生分別從環(huán)境、經(jīng)濟、社會等視角列舉應(yīng)對重污染天氣采取“汽車限行”的利與弊。其次，可以“汽車限行”能夠減輕空氣污染這一觀點為例進行論證交流，并對各小組提出的各種利與弊進行科學(xué)論證，形成可靠的觀點。最后，將經(jīng)過論證的利與弊進行分析，分清主次，權(quán)衡利弊，做出決策。整個項目活動從社會問題入手，先經(jīng)過學(xué)科抽象轉(zhuǎn)化為學(xué)科問題，然后利用“類—價”二維圖實現(xiàn)目標轉(zhuǎn)化，再綜合其他學(xué)科領(lǐng)域視角，形成關(guān)于該問題的統(tǒng)攝性的科學(xué)認識，做出合理決策，實現(xiàn)社會問題的解決。

4.積極開展探究性教學(xué)，提升科學(xué)問題解決能力

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，中學(xué)化學(xué)教師在日常教學(xué)過程中針對常規(guī)實驗進行深度探究，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)問題解決能力。例如，實驗室以軟錳礦和濃鹽酸加熱制備氯氣，可分別通過飽和食鹽水和濃硫酸，得到干燥純凈的氯氣。使用飽和食鹽水的目的是除去揮發(fā)出來的HCl，那為什么飽和食鹽水可以除掉HCl又能夠抑制Cl2在水中的溶解呢？很多教師以“Cl2(aq)+H2OH++Cl-+HClOK1=4.2×10-4（反應(yīng)1）”平衡體系進行分析，即加入NaCl，增大Cl-濃度，平衡逆向移動，抑制Cl2與H2O 的反應(yīng)。按照這個平衡的分析邏輯，學(xué)生可以得出結(jié)論：將飽和食鹽水替換為稀硫酸，即增大H+的濃度，平衡逆向移動。那日常實驗過程中為什么不將飽和食鹽水替換為稀硫酸呢？教師可引導(dǎo)學(xué)生開展探究性教學(xué)，經(jīng)過實驗探究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽酸的濃度超過0.2 mol·L-1以后，隨著鹽酸濃度的增大，氯氣的溶解度顯著提高。顯然,上述平衡的觀點解釋不通，從單一孤立的視角進行分析有很大的局限性。此時，通過查閱資料發(fā)現(xiàn)體系中還存在“Cl2(aq)+ Cl-ClK2=0.19（反應(yīng)2）”，氯氣剛通過的時候因為氯氣溶于水釋放的Cl-較低，此時反應(yīng)1 為主要因素，隨著HCl 的帶入，溶液中的Cl-大大提高，此時反應(yīng)2 為主導(dǎo)因素。通過以上探究，學(xué)生發(fā)現(xiàn)不能將飽和食鹽水替換為稀硫酸。科學(xué)探究的魅力即在于此。教師要從單一孤立的視角走向系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的視角，遵循科學(xué)探究的一般程序和方法，幫助學(xué)生將日常應(yīng)然的結(jié)論提升為經(jīng)過探究和深化的結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與態(tài)度，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。