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(shí)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(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見》中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)“培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)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(jì)學(xué)習(xí)聯(lián)盟開展合作，于2020 年提出“21 世紀(jì)核心素養(yǎng)5C 模型”，5C 模型包括5 個(gè)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(shí)踐3 個(gè)要素。[2]根據(jù)國家頂層設(shè)計(jì)要求，為促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版2020 年修訂）》要求培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、創(chuàng)新精神和實(shí)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(jià)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(lì)學(xué)生擺脫思維定式的束縛，積極主動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)，還是指導(dǎo)命題評價(jià)的高考評價(jià)體系，都將目標(biāo)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(jìn)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(diǎn)和規(guī)律，有著重要的現(xiàn)實(shí)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(jià)和改進(jìn)的能力，同時(shí)這些想法能夠形成原創(chuàng)而有效的解決方案，能夠促進(jìn)知識(shí)提升以及想象力的有效表達(dá)。[6]該定義有以下特征：創(chuàng)造性思維的促成因素有個(gè)體促成因素、社會(huì)促成因素以及成就與進(jìn)展（問題解決、知識(shí)創(chuàng)造、創(chuàng)新的表達(dá)）；聚焦學(xué)生參與創(chuàng)造性思維的過程性；強(qiáng)調(diào)學(xué)生在真實(shí)情境下解決復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)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(dá)”和“視覺表達(dá)”考查學(xué)生表達(dá)性領(lǐng)域的創(chuàng)造性思維，從“社會(huì)問題解決”和“科學(xué)問題解決”考查學(xué)生知識(shí)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(jià)與改進(jìn)想法”3 個(gè)能力層次依次進(jìn)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(gè)內(nèi)容維度方面，“文字表達(dá)”要求學(xué)生以書面的形式運(yùn)用各種文字表達(dá)形式表明自己的想法；“視覺表達(dá)”要求學(xué)生針對任務(wù)提示中提供的不同視覺表達(dá)形式完成開放性任務(wù)或做出創(chuàng)造性改進(jìn)；“社會(huì)問題解決”要求學(xué)生根據(jù)所給的情境提出解決社會(huì)問題方案的想法并提出原創(chuàng)性改進(jìn)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(jìn)行改進(jìn)。

在創(chuàng)造性思維的3 個(gè)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(jià)與改進(jìn)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(jí)，結(jié)合我國高考（或?qū)W業(yè)水平等級(jí)性考試）命題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性、創(chuàng)新性特點(diǎn)，引入SOLO 分類理論，本研究進(jìn)一步具化了3 個(gè)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(shí)現(xiàn)對知識(shí)、能力和素養(yǎng)的動(dòng)態(tài)和全面的評價(jià)，SOLO 能力結(jié)構(gòu)層次對應(yīng)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平；“評價(jià)與改進(jìn)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(kuò)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(gè)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(jí)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(dá)”“視覺表達(dá)”“社會(huì)問題解決”“科學(xué)問題解決”4 個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(jì)

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?yàn)檫@3 個(gè)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(gè)維度考查方面，主要以“視覺表達(dá)”“文字表達(dá)”“科學(xué)問題解決”為主，“社會(huì)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(dá)”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(jìn)程（H+被還原為H2的反應(yīng)可同時(shí)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(shí)現(xiàn)碳中和，呈現(xiàn)了3 個(gè)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(jì)算其中一個(gè)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?jǐn)?shù)δ隨pH 變化曲線及滴定曲線的兩幅圖通過縱坐標(biāo)pH 有效耦合在一起，考查特殊點(diǎn)離子濃度大小比較、Ka的計(jì)算及滴定終點(diǎn)的判斷，呈現(xiàn)形式新穎，視角獨(dú)特。遼寧卷第16 題呈現(xiàn)各種形態(tài)五價(jià)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(shí)，與膠體共沉降的五價(jià)釩粒子的存在形態(tài)，并在陌生復(fù)雜情境中根據(jù)目標(biāo)找出最優(yōu)條件。

在“文字表達(dá)”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(yùn)用規(guī)范和富有邏輯性的語言進(jìn)行清晰、有條理的表達(dá)，以及運(yùn)用化學(xué)用語表達(dá)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程。北京卷第16 題為了驗(yàn)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(dòng)角度進(jìn)行驗(yàn)證，考生需要補(bǔ)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(jìn)行系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。江蘇卷第17 題以軟錳礦粉為原料制備電池級(jí)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(bǔ)充實(shí)驗(yàn)方案。整個(gè)實(shí)驗(yàn)方案不同于以往從單一視角對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(yàn)、物質(zhì)分離提純等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合，進(jìn)行有序的文字表達(dá)，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(shí)，實(shí)施探究活動(dòng)，采用嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、實(shí)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(jì)算、分析lgKp1～和lgKp2～雙變量曲線圖像進(jìn)而計(jì)算出ΔH和K，分析光化學(xué)分解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)理并進(jìn)行能量守恒相關(guān)計(jì)算，全方位展現(xiàn)了科學(xué)研究的一般過程，讓學(xué)生體驗(yàn)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(jī)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(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，確定目標(biāo)反應(yīng)，進(jìn)而用系統(tǒng)命名法命名。試題接著分別從熱力學(xué)視角計(jì)算反應(yīng)的Kx，然后從動(dòng)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(huì)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(huì)熱點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生了解和關(guān)注化學(xué)學(xué)科對國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，同時(shí)深化對基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理的靈活運(yùn)用的考查，以培育學(xué)生正確的價(jià)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(jí)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(yùn)含的化學(xué)問題，第6 題聚焦社區(qū)服務(wù)、學(xué)農(nóng)活動(dòng)、家務(wù)勞動(dòng)、自主探究等勞動(dòng)項(xiàng)目中的化學(xué)問題，真正體現(xiàn)了“無價(jià)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(gè)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(jià)及改進(jìn)想法”3個(gè)維度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，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(jì)

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(jià)與改進(jìn)想法”兩個(gè)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(shí)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(jìn)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(gè)問題的不同解決方案或用不同的方式呈現(xiàn)一個(gè)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(diǎn)是________________” ，要求學(xué)生產(chǎn)生多樣化想法，即從環(huán)境保護(hù)和二氧化硫的利用率多角度分析，進(jìn)而得出“不會(huì)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(dòng)等多樣化想法來分析問題，進(jìn)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(xì)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(shí)，可認(rèn)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(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)本身就很挑戰(zhàn)學(xué)生的認(rèn)知與思維，學(xué)生在初中學(xué)過Ag 的金屬性活動(dòng)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(jìn)的創(chuàng)新性視角來分析和解決問題，由此得到的解釋原因?yàn)椋罕容^AgX 的溶解度，AgI 溶解度最小，Ag++I-====AgI ↓使得Ag 還原性增強(qiáng)最多，使得2Ag+2H+====2Ag++ H2↑反應(yīng)得以發(fā)生。

在“評價(jià)與改進(jìn)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(jià)自身既定想法并找到改進(jìn)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(jià)及改進(jìn)想法，對比分析圖9b 和圖9c 可得X 晶體的晶胞中上下兩個(gè)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(dá)

【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(qiáng)氧化性，可與金屬直接反應(yīng)，也可用作有機(jī)合成中的碘化劑?；卮鹣铝袉栴}：

（3）McMorris 測定和計(jì)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(shí)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(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考，啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維。必備知識(shí)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(dòng)，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(rèn)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(dá)”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(shí)質(zhì)上呈反比例關(guān)系；二是由傳統(tǒng)的單一變量進(jìn)階到雙變量，同時(shí)研究溫度對兩個(gè)反應(yīng)K的影響；三是改變了以往文字表達(dá)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(jìn)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(gè)推理過程參考的標(biāo)準(zhǔn)答案達(dá)到4 行之多，為近年來之最，對推理的嚴(yán)謹(jǐn)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(dá)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(dá)

【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(shí)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(jià)均發(fā)生變化，可能機(jī)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(jī)理的步驟（i）中，元素Cu，Ce 化合價(jià)發(fā)生的變化為______________。

② 當(dāng)催化氧化溫度超過150℃時(shí)，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(shí)涉及反應(yīng)變化與規(guī)律中的動(dòng)力學(xué)反應(yīng)機(jī)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(shí)與微觀探析的學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)化學(xué)是人類進(jìn)步的關(guān)鍵的學(xué)科本質(zhì)價(jià)值，創(chuàng)造性思維考查屬于“視覺表達(dá)”。目前各種類型的反應(yīng)機(jī)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(jià)的變化還是比較新穎的。開始時(shí)銅-鈰氧化物（xCuO·yCeO2）中Cu 為+2 價(jià)，Ce 為+3 價(jià)，根據(jù)題18 圖-2 中（i）處知，CO 進(jìn)入，CO2生成，O 原子數(shù)目減小1 個(gè)，則銅-鈰氧化物中負(fù)價(jià)減小2，顯然正價(jià)也應(yīng)減小2，即Cu 和Ce 的化合價(jià)應(yīng)下降，所以推知Cu 由+2 價(jià)降為+1 價(jià)，降1，則Ce 的化合價(jià)也降1 價(jià)，即由+4 價(jià)變?yōu)?3 價(jià)。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(huì)失活，如何從反應(yīng)體系來進(jìn)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(dòng)力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)化學(xué)鍵進(jìn)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(huì)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?dú)怏w可選擇性通過膜電極，溶液不能通過。下列說法錯(cuò)誤的是（ ）

A. a 為電源負(fù)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(shí)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(rèn)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(shí)，滲透綠色化學(xué)理念，體現(xiàn)學(xué)科社會(huì)價(jià)值，創(chuàng)造性思維考查屬于“社會(huì)問題解決”。本題在社會(huì)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(jìn)行以下實(shí)驗(yàn)探究。

①實(shí)驗(yàn)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(shí)，強(qiáng)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(shí)，稀溶液電導(dǎo)率隨溫度的升高而增大。25℃時(shí)，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(jì)實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)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(jìn)行表中實(shí)驗(yàn)1～3，記錄數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)序號(hào) ________________________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(shí)驗(yàn)結(jié)果為A3＞ A2＞A1。小組同學(xué)認(rèn)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(shí)驗(yàn)。小組同學(xué)為進(jìn)一步驗(yàn)證猜想b，在實(shí)驗(yàn)1～3 的基礎(chǔ)上完善方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)4 和5。請?jiān)诖痤}卡上完成表中內(nèi)容。

?

⑦實(shí)驗(yàn)總結(jié)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)1～5 的結(jié)果，并結(jié)合②中信息，小組同學(xué)認(rèn)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(gè)維度的統(tǒng)計(jì)分析，可以得出未來創(chuàng)造性思維考查將會(huì)由定性的經(jīng)驗(yàn)型向定量的科學(xué)型邁進(jìn)。為了進(jìn)一步優(yōu)化課堂教學(xué)，促進(jìn)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(shí)的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，提升文字表達(dá)能力

文字表達(dá)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(dòng)提取其中有效信息，并與學(xué)科必備知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)文字表達(dá)能力。以工業(yè)合成氨的熱力學(xué)和動(dòng)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(jī) 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(shí)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(jī)理，就會(huì)增加從動(dòng)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(dá)能力。接下來教師可以繼續(xù)追問：將生成的氨氣液化及時(shí)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(huì)想到利用速率方程信息，及時(shí)分離氨氣，氨氣濃度減小，反應(yīng)速率增大。但此時(shí)學(xué)生很少能利用反應(yīng)機(jī)理圖進(jìn)行分析，即氨氣及時(shí)脫附，有利于空出活性位點(diǎn)，有利于氮?dú)獾奈交罨＿@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(dá)能力。接下來教師還可以進(jìn)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(jìn)一步節(jié)約能源，提高轉(zhuǎn)化效率，請?zhí)岢龊侠泶胧?。此時(shí)學(xué)生需要從反應(yīng)機(jī)理的過程進(jìn)行分析，優(yōu)化改進(jìn)反應(yīng)機(jī)理，變原來吸附活化氮?dú)夂笤僭诘由衔綒湓訛樘嫉悸?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(shí)的基礎(chǔ)上評價(jià)與改進(jìn)自己的想法，進(jìn)行有序文字表達(dá)，最終提升高階的文字表達(dá)能力。

2.關(guān)注體驗(yàn)與過程，培育視覺表達(dá)能力

美國學(xué)者Ian Jukes 等人在《教育未來簡史——顛覆性時(shí)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(shí)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(jìn)行視覺表達(dá)，關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)，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(shí)，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(shí)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(dòng)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(shí)，教師可以讓學(xué)生試著畫出基元反應(yīng)“2N2O →2N2+O2”反應(yīng)進(jìn)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(shí)就需要學(xué)生關(guān)聯(lián)思考并進(jìn)行視覺表達(dá)，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(shí)情境，即CO2催化加氫制備甲醇反應(yīng)，同時(shí)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(shí)學(xué)生要先利用蓋斯定律計(jì)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(dá)評價(jià)與改進(jìn)想法的能力。

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

社會(huì)問題不僅與本學(xué)科有關(guān)，還涉及很多跨學(xué)科的知識(shí)和內(nèi)容，綜合性強(qiáng)、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(huì)性科學(xué)議題項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，有助于提升學(xué)生的社會(huì)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(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，分別為：科學(xué)認(rèn)識(shí)社會(huì)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(huì)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(jià)”二維圖，利用“類—價(jià)”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(jì)、社會(huì)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(diǎn)為例進(jìn)行論證交流，并對各小組提出的各種利與弊進(jìn)行科學(xué)論證，形成可靠的觀點(diǎn)。最后，將經(jīng)過論證的利與弊進(jìn)行分析，分清主次，權(quán)衡利弊，做出決策。整個(gè)項(xiàng)目活動(dòng)從社會(huì)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(jià)”二維圖實(shí)現(xiàn)目標(biāo)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(rèn)識(shí)，做出合理決策，實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)行分析，即加入NaCl，增大Cl-濃度，平衡逆向移動(dòng)，抑制Cl2與H2O 的反應(yīng)。按照這個(gè)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(dòng)。那日常實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)解釋不通，從單一孤立的視角進(jìn)行分析有很大的局限性。此時(shí)，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(shí)候因?yàn)槁葰馊苡谒尫诺腃l-較低，此時(shí)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(shí)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(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。