董 淑 梅

(廣州大同中學(xué), 廣州 510000)

一、提出問(wèn)題

通過(guò)對(duì)近三年的廣東省高考試題和2023年全國(guó)卷對(duì)比發(fā)現(xiàn),在試題中有對(duì)學(xué)生進(jìn)行2個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵能力的融合考查?；谡鎸?shí)的探究實(shí)驗(yàn)或具體的工業(yè)生產(chǎn)情境,體現(xiàn)“四重表征”中描述宏觀物質(zhì)的變化情況,結(jié)合現(xiàn)象、圖表曲線的數(shù)據(jù)、操作結(jié)論進(jìn)行對(duì)微觀粒子間的反應(yīng)分析推測(cè)或歸納論證進(jìn)行設(shè)問(wèn)[1]。尤其通過(guò)讀圖表和曲線獲取論據(jù)設(shè)計(jì)問(wèn)題,維持了較穩(wěn)定的占比。大部分通過(guò)表格數(shù)據(jù)呈現(xiàn)、曲線圖形變化趨勢(shì),特殊點(diǎn)和對(duì)比數(shù)據(jù)的異同來(lái)設(shè)問(wèn),但是學(xué)生對(duì)圖形通常感到畏懼,經(jīng)常覺得圖形所給的信息抽象,難以提取,或者提取出的信息難以實(shí)現(xiàn)和宏-微-符三重表征間的有效轉(zhuǎn)化。

(一)關(guān)鍵能力

單旭峰依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)的學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量水平,梳理能力要求等關(guān)鍵詞,將化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力歸結(jié)為如圖1所示的理解與辨析、分析與推測(cè)、歸納與論證、探究與創(chuàng)新等4個(gè)維度。一方面,關(guān)鍵能力是高考評(píng)價(jià)體系設(shè)定的關(guān)鍵能力群的學(xué)科化體現(xiàn),另一方面,這些關(guān)鍵能力是學(xué)業(yè)要求的綜合化表現(xiàn),是學(xué)科素養(yǎng)在特定形勢(shì)下的具體內(nèi)涵和技能表現(xiàn)[2]。

圖1 化學(xué)關(guān)鍵能力內(nèi)涵

(二)“四重表征”教學(xué)

1993年,蘇格蘭約翰斯頓提出學(xué)習(xí)者可從宏觀、微觀和符號(hào)三種表征水平上認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)知識(shí)。隨著科技的進(jìn)步,2009年,錢揚(yáng)義基于手持技術(shù)背景,將化學(xué)與計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等學(xué)科相結(jié)合,提出曲線表征,以此將原有的三重表征拓展四重表征。分別為: 宏觀表征表示宏觀信息在個(gè)體大腦中呈現(xiàn)和記錄的方式;微觀表征從微觀粒子角度研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)、性質(zhì)及其相互作用、反應(yīng)機(jī)理等信息;符號(hào)表征表示化學(xué)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)等符號(hào)在學(xué)習(xí)者大腦中的反映;曲線表征是將化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化以坐標(biāo)曲線的形式在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映。

“四重表征”的教學(xué)模式是一種提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng),建立正確的化學(xué)基本觀念、提升化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力的一種有效的方式。而且教師可按學(xué)習(xí)進(jìn)度的要求設(shè)計(jì)四重表征的認(rèn)知發(fā)展路徑,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“四重表征”間的轉(zhuǎn)換,減輕學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān),便于知識(shí)的遷移應(yīng)用,提高問(wèn)題解決能力[3]。

表3 學(xué)生認(rèn)知路徑的發(fā)展與教師教學(xué)活動(dòng)的建議[3]

二、圖表主題高考試題分析

(一)2021-2023年廣東高考試題圖信息提取題分布情況

試題類型表格信息對(duì)比圖形曲線變化圖形特殊點(diǎn)提取提取數(shù)據(jù)處理2023全國(guó)甲卷7 7 10(2)7 10(2) 2023全國(guó)乙卷11(2)7 10(1)(3)7 10(1)(3)7 10(1)(3)2023新課標(biāo)卷7 10(4)77 10(1)(4)2021廣東卷10 17(4)⑤⑥14 19(4)14 19(4)14 19(4)2022廣東卷17①② 18(2)13 15 17i 19(2)②③15 17i 18(3)19(2)②2023廣東卷10 17(3)15 19(2)19(4)19(4)

2023年全國(guó)卷是理綜部分,對(duì)于圖表信息提取及“四重表征”之間相互轉(zhuǎn)化解決問(wèn)題考察占15分左右,而在廣東近三年的高考試題中分值在20分左右,尤其是圖表中信息對(duì)比分析、控制變量找異同點(diǎn)及曲線中特殊點(diǎn)的提示、數(shù)據(jù)分析處理。下面以2022、2023年廣東卷部分試題進(jìn)行分析。

1.表格題中提取有效信息解決問(wèn)題:

序號(hào)反應(yīng)試劑體系溫度/℃反應(yīng)前反應(yīng)后iii0.20mol·L-1CuSO”4溶液100mL1.20gFe粉ab0.56gFe粉ac

①溫度:b________c(填“>”“<”或“=”)。

②________(選擇表中一組數(shù)據(jù)計(jì)算)。結(jié)果表明,該方法可行。學(xué)生通過(guò)表中給出的數(shù)據(jù)判斷過(guò)量問(wèn)題,因?yàn)榉磻?yīng)后的體系溫度即反應(yīng)的吸放熱量的多少與反應(yīng)物的物質(zhì)的量成正比的,在圖表信息中分析數(shù)據(jù)的異同點(diǎn),控制變量數(shù)據(jù)表征處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)就能秒出①的“>”,然后要選擇其中一組數(shù)據(jù)結(jié)合前面給的Q的計(jì)算公式及已有知識(shí)Q與ΔH的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算出②的答案。

以學(xué)生熟悉的反應(yīng)創(chuàng)設(shè)情境,提出問(wèn)題將蓋斯定律與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有機(jī)地相結(jié)合,考查對(duì)蓋斯定律本質(zhì)的理解與運(yùn)用,考查學(xué)生分析物質(zhì)性質(zhì)、識(shí)別有效證據(jù)、推斷反應(yīng)結(jié)果及對(duì)圖表中給出的數(shù)據(jù)表征進(jìn)行分析處理的多重關(guān)鍵能力。

例2.(2022年廣東卷17題) 用濃度均為0.1mol/L的HAc和NaAc溶液,按下表配制總體積相同的系列溶液;測(cè)定PH,記錄數(shù)據(jù)。

序號(hào)V(HAc)/mLV(NaAc)/mLV(N2O)/mLn(NaAc)∶n(HAc)pHⅠ40.00//02.86Ⅱ4.00/36.0003.36

②由實(shí)驗(yàn)Ⅰ和Ⅱ可知,稀釋HAc溶液,電離平衡________(填”正”或”逆”)向移動(dòng);結(jié)合表中數(shù)據(jù),給出判斷理由:________。

抓住題中總體積相同,通過(guò)控制變量的方式變換表中數(shù)據(jù),結(jié)合圖表中數(shù)據(jù)變化的情況結(jié)合宏觀的PH數(shù)據(jù)變化將信息處理轉(zhuǎn)化為用化學(xué)符號(hào)表示的微觀電離平衡移動(dòng)的本質(zhì),再用文字表述出來(lái)就是答案。

解決這兩個(gè)問(wèn)題都是通過(guò)數(shù)據(jù)表征結(jié)合宏觀表征轉(zhuǎn)化成用化學(xué)符號(hào)表示的微觀變化表征,以此考查學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)表征的加工和整理能力及四重表征間的相互轉(zhuǎn)化能力。

(二)圖形題中提取有效信息解決問(wèn)題

例1.(2023年廣東卷19題(2))某研究小組對(duì)(1)中②的反應(yīng)進(jìn)行了研究。用濃度分別為2.0mol·L-1、2.5mol·L-1、3.0mol·L-1的HNO3溶液進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn),得到c([FeR3]2+)隨時(shí)間t的變化在曲線如圖。

①c(HNO3)=3.0mol·L-1時(shí),0～0.1min內(nèi),[FeR3]2+的平均消耗速率=________。

②下列有關(guān)說(shuō)法中,正確的有________。

B．[FeR3]2+平衡轉(zhuǎn)化率:αⅢ>αⅡ>αⅠ

C．三組實(shí)驗(yàn)中,反應(yīng)速率都隨反應(yīng)進(jìn)程一直減小

D．體系由橙紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榈{(lán)色所需時(shí)間:tⅢ>tⅡ>tⅠ

考查學(xué)生對(duì)圖形中曲線上特殊點(diǎn)的提取,通過(guò)起點(diǎn)、拐點(diǎn)和保持不變的一段線段所呈現(xiàn)出的數(shù)據(jù)表征進(jìn)行提取、分析處理、應(yīng)用解決①②中的問(wèn)題。①中的問(wèn)題通過(guò)讀圖獲取起點(diǎn)數(shù)據(jù)1.5mol·L-1,1分鐘時(shí)曲線Ⅲ在圖中對(duì)應(yīng)的是1.0mol·L-1,根據(jù)速率公式學(xué)生應(yīng)該很快做出答案。對(duì)于平時(shí)思維嚴(yán)謹(jǐn),認(rèn)真細(xì)致的同學(xué)會(huì)注意到縱坐標(biāo)的濃度標(biāo)識(shí)為數(shù)量級(jí)10-6mol·L-1,如果平時(shí)不細(xì)致的同學(xué)就會(huì)容易忽略掉這一信息點(diǎn),看似送分的空卻沒有送出去。②中的B、C、D三個(gè)選項(xiàng)都可以通過(guò)讀圖分析出來(lái),平衡轉(zhuǎn)化率就等于轉(zhuǎn)化的比上起始的濃度,三者起點(diǎn)相同意味著初始物質(zhì)的量濃度相同,三條曲線的拐點(diǎn)(平衡點(diǎn))出現(xiàn)的高度不同Ⅰ高于Ⅱ高于Ⅲ,即平衡濃度Ⅰ大于Ⅱ大于Ⅲ,很容易得出轉(zhuǎn)化率Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ;當(dāng)平衡點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)濃度不變即反應(yīng)速率就不變,故C中的一直減小就是錯(cuò)誤的;D拐點(diǎn)出現(xiàn)得越早說(shuō)明時(shí)間越短,故D錯(cuò)誤。

研究組用吸收光譜法研究了(3)中M與L反應(yīng)體系。

當(dāng)c0(L)=1.0×10-5mol·L-1時(shí),測(cè)得平衡時(shí)各物種c平/c0(L)隨c0(M)/c0(L)的變化曲線如圖。c0(M)/c0(L)=0.51時(shí),計(jì)算M的平衡轉(zhuǎn)化率________(寫出計(jì)算過(guò)程,結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)。

該問(wèn)解決的關(guān)鍵是讀取圖形中曲線的交點(diǎn),學(xué)生通過(guò)曲線變化過(guò)程中的交點(diǎn)記錄的數(shù)據(jù)分析轉(zhuǎn)化成宏觀體系中處于平衡狀態(tài)時(shí)L與ML的量相同,結(jié)合化學(xué)符號(hào)表征的微觀粒子的變化列出三段式進(jìn)行計(jì)算,如果對(duì)微觀粒子變化和化學(xué)符號(hào)表征轉(zhuǎn)化能力強(qiáng)的同學(xué)還可以用M和L原子守恒的方法更快的解決問(wèn)題。

解決這兩個(gè)問(wèn)題都是通過(guò)曲線表征中的特殊點(diǎn)給出的宏觀表征轉(zhuǎn)化成用化學(xué)符號(hào)表示的微觀變化表征,利用符號(hào)表征進(jìn)行計(jì)算得出結(jié)果。以此考查學(xué)生獲取有效信息、識(shí)別有效證據(jù)、處理轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)的多重關(guān)鍵能力,及四重表征間的相互轉(zhuǎn)化能力。

三、教學(xué)啟示

在平時(shí)的高三教學(xué)中我們可以挑選有代表性的習(xí)題分微專題進(jìn)行復(fù)習(xí):

(一)圖表中關(guān)注變量

化學(xué)中通?？疾斓膯我蛔兞?因此在表格中數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來(lái)時(shí),要“定多議一”即每次控制其他量相同的情況下只對(duì)比一個(gè)變量,2021廣東卷17題為例分析建構(gòu)解決問(wèn)題的思維模型,通過(guò)弱電解質(zhì)的電離平衡和難溶電解質(zhì)的溶解平衡結(jié)合電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)曲線表征;控制溫度或者是溶解的溶質(zhì)的濃度二者其一保持不變來(lái)解決問(wèn)題;再選取典型習(xí)題進(jìn)行鞏固。

(二)圖形中關(guān)注曲線的變化及特殊點(diǎn)

在原理部分例如強(qiáng)弱電解質(zhì)的電離程度比較,平衡移動(dòng)的影響因素、中和滴定曲線的繪制等都可以用“四重表征”模式教學(xué)[4]。

1.利用已有圖形引導(dǎo)學(xué)生分析

借鑒同行們做的實(shí)驗(yàn)視頻或者是繪制出的曲線數(shù)據(jù)表征,在預(yù)測(cè)和分析過(guò)程中即培養(yǎng)學(xué)生提取有效信息分析解決問(wèn)題的關(guān)鍵能力,又幫助學(xué)生開拓了新的分析問(wèn)題的思維方式,而且從圖形中能提取出有效的信息對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)已經(jīng)是成功的體驗(yàn)、歸納與分析能力的培養(yǎng),學(xué)生從認(rèn)知的層級(jí)來(lái)理解知識(shí)點(diǎn),減少學(xué)生記憶的負(fù)擔(dān),同時(shí)構(gòu)建出曲線表征的圖形,完成由圖形——理論的相互轉(zhuǎn)換,降低了抽象知識(shí)理解的難度。

2.利用宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析引導(dǎo)學(xué)生繪制圖形

可將一部分傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步改進(jìn)為實(shí)時(shí)、可視化的手持技術(shù)實(shí)驗(yàn),手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單快捷,有條件的可以課堂上演示,現(xiàn)場(chǎng)繪制出圖形給出數(shù)據(jù)更有視覺沖擊對(duì)大腦思維的震撼效果,讓學(xué)生感受到科學(xué)技術(shù)的力量。對(duì)不能用手持技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)做出來(lái)的曲線可以通過(guò)表格給出相應(yīng)的數(shù)據(jù)由學(xué)生繪制例如溶液中的離子平衡圖像題中經(jīng)?？疾斓腜H與某個(gè)離子百分含量之間的曲線,學(xué)生繪制一次后就會(huì)有深刻的體會(huì),不會(huì)在恐懼這些變化的曲線交織在一起了。

總之,一幅圖形的出現(xiàn)勝過(guò)教師的萬(wàn)語(yǔ)千言。養(yǎng)成學(xué)生通過(guò)理論預(yù)測(cè)、宏觀現(xiàn)象觀察、曲線圖形數(shù)據(jù)表征驗(yàn)證預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性、合理性;養(yǎng)成看圖析圖進(jìn)而學(xué)會(huì)繪圖的習(xí)慣,達(dá)到提升關(guān)鍵能力的目的。