王光朝

摘要：本章對“2019年江蘇省‘金鑰匙科技競賽（初三學(xué)生CESL活動）”7道經(jīng)典的化學(xué)試題，從題干的內(nèi)容與素材的組織角度，進行了思考與挖掘，從中探尋對化學(xué)課堂教學(xué)所具有的積極意義與功能作用，并就此活動產(chǎn)生了兩點感悟。

關(guān)鍵詞：科技競賽;學(xué)科素養(yǎng);試題賞析;課堂教學(xué)

文章編號：1008-0546（2020）03-0027-04

中圖分類號：G632.41

文獻標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.007

由江蘇省教育廳、科技廳、科協(xié)以及文明辦聯(lián)合舉辦的“金鑰匙”科技競賽（初三學(xué)生CESL活動），是全國中小學(xué)“金鑰匙”科技競賽的系列活動之一。CESL分別是Chemistry Environment、Society和Life四個英文單詞的縮寫，突出活動的主題，圍繞化學(xué)、環(huán)境、社會和生活4個關(guān)鍵詞而開展，活動重在傳播科學(xué)知識、提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)、推進素質(zhì)教育的深入實施。因而決賽試題在素材的選擇、題型的設(shè)置、設(shè)問的視角均與中考有所不同，十分注重化學(xué)與社會、科技、生活及環(huán)境的密切聯(lián)系，及其在真實的情境中分析問題、解決問題的思維方法。試題賞心悅目、內(nèi)容與時俱進，倍感核心素養(yǎng)引領(lǐng)下的化學(xué)教學(xué)改革帶來的陣陣“清香”，不僅能使化學(xué)基礎(chǔ)知識扎實、閱讀面寬廣、科學(xué)素養(yǎng)優(yōu)異的學(xué)生脫穎而出，而且試題中有許多素材也是教師日常教學(xué)中難得一見的極好資源，稍加處理應(yīng)用于課堂教學(xué)，有利于優(yōu)化教師的教學(xué)知識結(jié)構(gòu)，高瞻遠(yuǎn)矚、游刃有余，豐厚課堂教學(xué)的內(nèi)容;有助于拓展學(xué)生的知識眼界，學(xué)到課本上學(xué)不到的知識，強化對化學(xué)核心知識的深度理解。下面摘選其中部分經(jīng)典的、別具特色的試題，與同行們共同賞析，并從中談幾點個人對教學(xué)的啟發(fā)與思考，旨在共同推進這項活動深入、持久地開展。

一、試題的風(fēng)格特點

1.與現(xiàn)代科技密切聯(lián)系

（1）橋梁化學(xué)

例1：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題1）全球最長跨海大橋——港珠澳大橋于2018年10月24日正式通車運營。港珠澳大橋跨越伶仃洋，東接香港特別行政區(qū)，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區(qū)，全長55公里，使用壽命120年，可抗16級臺風(fēng)、8級地震，是在“一國兩制”框架下，粵港澳三地首次合作建設(shè)的超大型跨海交通工程。下列說法正確的是（ ）

A.橋梁的開通大大地縮短了香港、珠海、澳門之間的通行時間

B.鋪設(shè)隧道的不銹鋼具有韌性好、硬度小的性能

C.橋欄桿等使用了大量建筑材料大理石，其主要成分是二氧化硅

D.建橋所用主梁鋼板的含碳量在0.03% - 2%之間

考慮到目前多數(shù)學(xué)生還沒有時間與機會游覽香港、澳門和珠海，這道題首先明晰了港珠澳大橋的具體地理位置，在伶仃洋的東岸香港、西岸珠海與澳門之間的海洋上建筑而成，使學(xué)生在頭腦中形成港珠澳大橋的大致地理輪廓，彌補了部分學(xué)生港珠澳地理位置知識的缺失。其次是大橋的建筑奇跡，大橋設(shè)有6車道，全長55公里，將會是世界上最長的、超大型跨海橋隧組合公路大橋，使用壽命達(dá)120年，可抗16級臺風(fēng)、8級地震，這些數(shù)據(jù)令世人嘆為觀止、令國人自豪驕傲。大橋主跨采用“雙塔雙索鋼箱梁斜拉橋”，其景觀效果也是世界一流。大橋的施工不僅處于惡劣的海上氣候條件下完成，還碰到了世界頂級的3個難題：①在軟弱地層上填海修建人工島;②海底隧道建筑;③長22公里的全鋼橋梁建造?？梢哉f，港珠澳大橋是人類橋梁建筑史上的奇跡，代表著國人最高層次的聰明智慧和無比創(chuàng)造力。再次是思想情感方面的教育，大橋是在港澳回歸祖國懷抱，實現(xiàn)“一國兩制”框架下，粵港澳三地首次合作建造而成的，充分顯示出中國特有的“一國兩制”特色發(fā)展的魅力與優(yōu)勢，也是改革開放、特區(qū)優(yōu)先發(fā)展的最好見證。

（2）科研化學(xué)

例2：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題9）南京理工大學(xué)胡炳成團隊用新方法制得NaNs.3H20。該化合物中含有Ns等微粒，已知N為7號元素，則下列有關(guān)說法正確的是（

）

A.Ns是一種單質(zhì)

B.1個Ns共含有35個質(zhì)子

C.1個Ns帶一個單位的負(fù)電荷

D.1個Ns共含有35個電子

初中生雖然對陰離子Ns還不甚了解，但有著1-20號原子序數(shù)及原子結(jié)構(gòu)示意圖的知識基礎(chǔ)，因而完成本題的正確選擇難度不大。在完成本題的同時，學(xué)生能深深感受到我國高?？蒲袌F隊的強大，尤其是南理工，科技創(chuàng)新是南理工跨越式發(fā)展的第一推動力，南理工胡炳成團隊這次成功合成出全氮陰離子鹽，是該領(lǐng)域的突破性成果。理論上，全氮類物質(zhì)的能量水平相當(dāng)于TNT炸藥的10到100倍。新型超高能含能材料是國家核心軍事能力和軍事技術(shù)制高點的重要標(biāo)志，全氮陰離子鹽的成功合成，不僅為全氮陰離子高能化合物的制備奠定了堅實基礎(chǔ)，更有助于我國核心軍事能力的提升，同樣全氮陰離子的合成對全氮含能材料的發(fā)展具有重要科學(xué)意義[1]。答題的過程中潛移默化地影響著學(xué)生，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，引領(lǐng)學(xué)生站在最前沿的化學(xué)研究高度，審視化學(xué)學(xué)科的價值，立志將來從事與科研創(chuàng)新或化學(xué)高端研究相關(guān)工作，使學(xué)生深深體驗到化學(xué)學(xué)習(xí)的重要意義。

（3）宇宙化學(xué)

例3：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題22）2019年1月11日，嫦娥四號登月成功，玉兔二號漫游車在月球上的一小步卻是中華民族的一大步。

①月球上有豐富的氦-3，氦-3可以和氫的一種同位素發(fā)生核聚變，可釋放大量的能量，如果能將氦-3運至地球，該反應(yīng)有可能為地球提供____;氦一3原子的質(zhì)子數(shù)是一。

②嫦娥四號和玉兔二號身上的國旗材料是由一種聚酰亞胺的有機高分子薄膜材料制作的?；瘜W(xué)纖維織物、絲綢、棉布、紙張等地面常見國旗材料無法經(jīng)受月球環(huán)境考驗的原因可能是____。

③月球的礦產(chǎn)資源極為豐富，僅月面表層5厘米厚的沙土就含有上億噸鐵，月球上的鐵主要是氧化鐵，從氧化鐵冶煉鐵可選擇的還原劑是____。

A.焦炭; B.-氧化碳; C.氫氣; D.氧氣

學(xué)生閱讀第①題的題干，能深切感受到中國航空航天的高尖端技術(shù)，處于世界的領(lǐng)先水平，人類探索宇宙、遨游太空從此變?yōu)楝F(xiàn)實，這是國人的驕傲與自豪。雖然初中生對高中化學(xué)的同位素概念還缺乏了解，對氦-3是氦的同位素，含有2個質(zhì)子和1個中子，可以與氫的一種同位素一氘進行核聚變，其過程不產(chǎn)生中子、放射性小，無污染、安全等化學(xué)知識較為茫然，但能感知到氦-3是一種極為寶貴的太空資源，為解決人類能源危機另辟蹊徑，提供了一種全新的可能與途徑。第②題實際考查的是環(huán)境化學(xué)問題，由于月球表面不存在大氣層，屬于真空狀態(tài)，其溫差在300℃以上，溫度最低可達(dá)-180℃，并且紫外線輻射強烈，所以用聚酰亞胺有機高分子材料制作的薄膜無法經(jīng)受月球惡劣環(huán)境的考驗。這道題從另一個側(cè)面告訴學(xué)生大氣層對于地球與人類的生存是如此的重要，臭氧層的作用實在不可小覷，保持自然界CO2的平衡至關(guān)重要?，F(xiàn)在多數(shù)初中生由于整天“游題?！?，科普閱讀面狹窄，一提到C02就想到“溫室效應(yīng)”，是引起氣候變化的罪魁禍?zhǔn)?，是一種可惡的物質(zhì)。其實任何事物都具有“兩面性”，自然界中的任何物質(zhì)都存在利與弊，引領(lǐng)學(xué)生從哲學(xué)的角度、思辯的視角看待問題、分析問題，是化學(xué)課堂教學(xué)不可或缺的主要內(nèi)容之一。

2與科學(xué)歷史交融結(jié)合

（1）經(jīng)典周期律

例4：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題3）2019年是俄國化學(xué)家門捷列夫發(fā)明元素周期表150周年，被聯(lián)合國定為“國際化學(xué)元素周期表年（the In-ternational Year of the Periodic Table of Chemical Ele-ments）”，簡稱“IYPT 2019”。下列關(guān)于元素周期表說法正確的是（

）

A.目前已發(fā)現(xiàn)的所有元素占據(jù)了周期表里全部位置，不可能再有新的元素被發(fā)現(xiàn)

B.元素周期表的第一周期有八種元素

C.元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的增加而呈周期性變化

D.元素周期表中的非金屬元素種類多于金屬元素

元素周期表的學(xué)習(xí)雖然不是初中生學(xué)習(xí)化學(xué)的重點，但這道題的解答對于初中生而言并沒有難度，因為學(xué)生在學(xué)習(xí)離子及其符號書寫的階段，已基本了解1-20號元素的原子核外電子的排布情況，粗略知道元素周期表的結(jié)構(gòu)與排布規(guī)律。通過這道題的題干閱讀，能使學(xué)生深切地感受到給元素王國立法的化學(xué)家門捷列夫，對化學(xué)學(xué)科的發(fā)展所做出的巨大貢獻。早在1869年，門捷列夫就將已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的63種元素按原子量遞增順序排列制成元素周期表，結(jié)束了化學(xué)元素雜亂無章的歷史，堪稱為“美的杰作”。元素周期性發(fā)現(xiàn)的理論價值就在于：①將科學(xué)實驗得到的知識，經(jīng)過綜合分析形成理論，具有科學(xué)的預(yù)見性;②把各種元素看作有內(nèi)在聯(lián)系的統(tǒng)一體，而不是彼此孤立的簡單堆積，為尋找新元素提供理論上的向?qū)?③不但演繹當(dāng)時已知的元素性質(zhì)，還能預(yù)言未知元素的性質(zhì)。為了紀(jì)念門捷列夫，1955年美國科學(xué)家把新發(fā)現(xiàn)的101號元素，命名為鍆（Md）[2]。今年又恰逢元素周期表發(fā)明150周年，聯(lián)合國將此定為“國際化學(xué)元素周期表年”，每當(dāng)見到“IYPT 2019”這樣的標(biāo)識，人們便自然想起化學(xué)巨匠門捷列夫?qū)瘜W(xué)作出的杰出貢獻。

（2）古代中醫(yī)學(xué)

例5：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題4）我國清代《本草綱目拾遺》中記敘無機藥物335種，其中“強水”條目下寫道：“性最烈，能蝕五金……其水甚強，五金八石皆能穿第，惟玻璃可盛”。這里的“強水”是指（ ）

A.氨水;

B.鹵水;

C.醋;

D.硝酸

“讀史使人明智”中國文化源遠(yuǎn)流長?；瘜W(xué)既是一門自然科學(xué)，也是人類文化的有機組成部分，其中蘊含了豐富的科學(xué)與人文歷史?！侗静菥V目》是明代李時珍用了近30年的時間編寫而成，書中收載藥物1892種，藥圖1000余幅，闡發(fā)藥物的性味、主治、用藥法則、產(chǎn)地、形態(tài)、采集、炮制、方劑配伍等，并載附方10000余種，不僅考正了過去本草學(xué)中的若干錯誤，綜合了大量科學(xué)資料，提出了較科學(xué)的藥物分類方法，融人先進的生物進化思想，還反映了豐富的臨床實踐，是一部具有世界性影響力的博物學(xué)著作，可謂是16世紀(jì)之前藥學(xué)成就之大成，被國外學(xué)者譽為中國之百科全書。閱讀解答這道題，一種民族自豪感油然而生，同時也聯(lián)想到我國著名的化工專家、創(chuàng)造了“候氏聯(lián)合制堿法”的侯德榜，尤其是為戰(zhàn)勝影響世界上人數(shù)最多的疾病——瘧疾，而孜孜以求、從青蒿中分離提取出活性物質(zhì)——青蒿素的屠呦呦，“青蒿素的發(fā)現(xiàn)是中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)給人類的一份禮物”，挽救了發(fā)展中國家的數(shù)百萬人生命。研究的過程并非一帆風(fēng)順，實驗經(jīng)歷191次后才成功提取，屠呦呦曾以身試毒，弄壞肝臟，2015年83歲的屠呦呦終于獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎，成為迄今為止第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎項的本土中國科學(xué)家。學(xué)生在解題的過程中能激發(fā)刻苦學(xué)習(xí)、報效祖國的熱情。

3.與人們生活息息相關(guān)

（1）環(huán)境化學(xué)

例6：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題5）“霧霾”一直是備受關(guān)注的環(huán)境問題。目前省環(huán)保部門按新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，增加了細(xì)顆粒物（PM2.5）和臭氧（03）這兩個監(jiān)測指標(biāo)。下列說法正確的是（ ）

A.燃放鞭炮不會造成大氣污染

B.可吸人細(xì)顆粒物對人體健康有危害

C.化學(xué)在環(huán)境監(jiān)測和保護中起重要作用

D.臭氧（03）是一種特殊氧化物

“霧霾”、PM2.5和臭氧（03）這些名詞，對于初中生來說并不陌生，但是學(xué)生對它們的作用或危害并不十分清楚。例如臭氧（03）：在距離地表10-50千米的平流層中，充滿著在常溫、常壓下無色，卻具有刺激性氣味的、濃度不超過0.4%的臭氧（03），全球總量大約在30億噸，被稱之為人類的“保護傘”，其原因有3方面：①它可以吸收波長最短的，對生物體具有巨大殺傷力的紫外線C;②也能吸收波長稍長、能嚴(yán)重傷害生物體的紫外線B;③讓紫外線更長的紫外線A穿越大氣層到達(dá)地球表面，不僅可以殺菌，還能促進人體內(nèi)維生素D的合成，防止佝僂病的發(fā)生。目前南極已經(jīng)出現(xiàn)臭氧層空洞，到20世紀(jì)末，其面積已經(jīng)達(dá)到2830平方千米，相當(dāng)于我國領(lǐng)土面積的3倍。臭氧層空洞的出現(xiàn)主要是由于氟利昂等氯氟烴在紫外線的照射下，釋放出活潑性很強的游離氯原子或溴原子而造成的[3]。而臭氧污染是大氣層中的抗氧化物和碳?xì)浠衔锏缺惶栒丈?，發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而形成的。長時間接觸高濃度臭氧的人會出現(xiàn)疲乏、咳嗽、惡心、記憶力衰退、視力下降等癥狀。這些知識有待于我們老師在課堂教學(xué)中，結(jié)合課本上的知識點適當(dāng)?shù)叵驅(qū)W生進行傳授，通過本題的回答，能促使學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)在緩解人類面臨的一系列問題，如環(huán)境污染、能源危機等方面所做出的積極貢獻，進一步增強學(xué)生環(huán)保、“低碳”的生活意識和學(xué)習(xí)化學(xué)的價值追求，以及對自然和社會的責(zé)任感。

（2）藥物化學(xué)

例7：（2019年“金鑰匙”科技競賽決賽試題7）現(xiàn)今有些藥房出售“沖泡式”感冒藥。這類藥劑經(jīng)溫水調(diào)和，杯中會有氣泡，飲用方便。“沖泡式”感冒藥劑之所以會有氣泡，是因其含有檸檬酸以及下列物質(zhì)中的（

）

A.碳酸氫鈉

B.氫氧化鎂

C.阿司匹林

D.咖啡因

“生活處處皆化學(xué)”是化學(xué)新課程一直倡導(dǎo)的教學(xué)理念，義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）“課程目標(biāo)”明確指出：“注意從學(xué)生已有的經(jīng)驗出發(fā)，讓他們在熟悉的生活情景和社會實踐中感受化學(xué)的重要性，了解化學(xué)與日常生活的密切聯(lián)系，逐步學(xué)會分析和解決與化學(xué)有關(guān)的一些簡單的實際問題”[4]。我們常說，初中化學(xué)教師是引領(lǐng)學(xué)生踏進化學(xué)之門的領(lǐng)路人，學(xué)生是否對化學(xué)真正有興趣，高考選修時，是否還愿意繼續(xù)選修化學(xué)，或?qū)硎欠裨敢鈴氖屡c化學(xué)相關(guān)的科研工作，能否愿意埋頭鉆研，成為化學(xué)領(lǐng)域中的拔尖人才，初中化學(xué)教師的作用是非常巨大的。從很多科學(xué)家的成長經(jīng)歷來看，他們對化學(xué)學(xué)科的喜愛，大多數(shù)得益于啟蒙教師的啟迪和引導(dǎo)，在于啟蒙階段學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)。

二、兩點思考

1.在實踐中尋索

教授化學(xué)，既可能是一件痛苦的事，也可以是一件快樂的事，僅僅為了應(yīng)對考試，始終圍繞“三件套”（即教材、教參、教輔）“轉(zhuǎn)”，盡管教了幾十年，最終只不過教給學(xué)生一堆終身無用的題目。為了激發(fā)學(xué)生興趣，提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)，為將來的可持續(xù)發(fā)展打下基礎(chǔ)，就得重新審視我們的教學(xué)思路與策略。筆者認(rèn)為：最關(guān)鍵的核心問題是化學(xué)學(xué)科教育的價值與追求，倘若你想讓學(xué)生真正喜歡化學(xué)，就該把課演繹得生動有味;倘若你想讓學(xué)生體驗科學(xué)探索精神，就該少布置些書面作業(yè)，多一些探究活動實踐類的任務(wù);倘若你想使學(xué)生獲得創(chuàng)造力，就該多走出教室，不惜把孩子的手弄“臟”;倘若你想要學(xué)生具有豐富的想象力，就該在課堂上多一點有趣的科學(xué)故事。這樣的課堂似乎不同尋常，在別人看來是“不務(wù)正業(yè)”，甚至是“另類”的課堂教學(xué)，其實長久堅持卻能曲徑通幽。有人要問，面對九年級學(xué)生，升學(xué)壓力這么重，家長期望值這么高，你敢嗎？歸根結(jié)底還是那句話，“為什么而教”，當(dāng)你堅持“為學(xué)生的終身發(fā)展而教”“為未來而教”的信念時，你就有膽魄、有勇氣與底氣這么做。不過，現(xiàn)實一點說，當(dāng)下僅著眼于長遠(yuǎn)而規(guī)避應(yīng)試是不現(xiàn)實的，必然會陷入“四面楚歌”的境地。既不放棄教育的理想，又不無視直接涉及學(xué)生發(fā)展的現(xiàn)實約束，維護知識的“生態(tài)平衡”，這無論是對于教師還是學(xué)生，都是極大的挑戰(zhàn)。

2.在閱讀中前行

隨著新課程的實施不斷向深水區(qū)發(fā)展，化學(xué)教育越來越多地注重學(xué)科與人文的結(jié)合;注重科學(xué)與社會發(fā)展的關(guān)系;關(guān)注科學(xué)探究的方法;關(guān)心科學(xué)前沿的進展。然而，隨著知識的發(fā)展日新月異，任何一位教師也不可能做到完全熟悉和充分了解新知識的發(fā)現(xiàn)與更新，這就需要不斷地學(xué)習(xí)與“充電”，需要新知識的及時補充才能在課堂上游刃有余、高瞻遠(yuǎn)矚?！敖探滩摹迸c“用教材教”看似是文字游戲，其實是教學(xué)理念、教學(xué)價值的迥異。要使得課堂教學(xué)在課本知識與內(nèi)容的基礎(chǔ)上，向外適度的延伸與拓展，教師就需要廣泛的閱讀。例如有關(guān)臭氧層的問題：1976年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署通過了第一個“關(guān)于臭氧層行動的世界計劃”，1985年4月，《保護臭氧層維也納公約》在奧地利首都維也納通過，1987年9月16日，在加拿大蒙特利爾會議上，通過了著名的協(xié)議書：《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，減少5種氟利昂和3種溴化物的生產(chǎn)與使用。因此，就將9月16日確定為“國際保護臭氧層日”[5]。這些知識內(nèi)容從何而來，只有靠平時日積月累的閱讀，豐厚教學(xué)底蘊，不囿于教材而駕馭教材，必使課堂出新出彩。

參考文獻

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