考查高階科學(xué)思維 助力培養(yǎng)創(chuàng)新人才

　　《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出在化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施中“有目的、有計(jì)劃地引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)科學(xué)思維方式和方法學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)”，即重視科學(xué)思維培養(yǎng)。2024年6月浙江省選考化學(xué)試題在保持相對(duì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，設(shè)置科學(xué)思維類試題，旨在考查學(xué)生的科學(xué)思維，助力拔尖創(chuàng)新人才的選拔和培養(yǎng)。

　　批判與轉(zhuǎn)化：沖破認(rèn)知局限，啟迪創(chuàng)新思維。創(chuàng)新思維是科學(xué)思維最具前瞻性和突破性的部分。試題第17題（1）小題根據(jù)晶胞計(jì)算化合物化學(xué)式，設(shè)置了思維障礙。學(xué)生從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)過(guò)K3ClO這樣的化學(xué)式，要寫(xiě)出K3ClO與足量NH4Cl溶液反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式，要求學(xué)生沖破認(rèn)知局限，敢于質(zhì)疑和批判。學(xué)生熟悉KCl、KClO和K2O，K3ClO與這些常見(jiàn)物質(zhì)相比，貌似結(jié)構(gòu)不良，需要對(duì)常規(guī)認(rèn)知進(jìn)行質(zhì)疑，通過(guò)對(duì)比大膽把K3ClO轉(zhuǎn)化成KCl·K2O，把非常規(guī)轉(zhuǎn)化為常規(guī)，劣構(gòu)轉(zhuǎn)化為良構(gòu)，突破思維障礙，進(jìn)而寫(xiě)出化學(xué)方程式。此類題型設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)學(xué)生以批判性的眼光審視傳統(tǒng)知識(shí)，培養(yǎng)敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新的精神，為未來(lái)科學(xué)研究的探索之路鋪墊基石。

　　融合與開(kāi)放：打破學(xué)科界限，催化復(fù)合思維。復(fù)合思維要求學(xué)生以打破學(xué)科界限、融合多學(xué)科的知識(shí)解決復(fù)雜問(wèn)題。試題第19題（4）小題，將化學(xué)知識(shí)與物理學(xué)原理緊密相連，計(jì)算電能轉(zhuǎn)化效率，對(duì)學(xué)生的復(fù)合思維提出了挑戰(zhàn)。綜合利用物理和化學(xué)知識(shí)分析出H2熔融碳酸鹽燃料電池的正極反應(yīng)式為O2+4e-+2CO2=2CO32-，融合物理學(xué)科電荷量與電流的計(jì)算公式，利用其他已知條件，計(jì)算出氫氣將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)化率為70%。通過(guò)此類問(wèn)題的解決，學(xué)生能夠在實(shí)踐中體會(huì)跨學(xué)科復(fù)合思維的重要性，為成為具備寬廣視野的復(fù)合型拔尖創(chuàng)新人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　推理與論證：解析多維條件，培育發(fā)散思維。發(fā)散思維要求學(xué)生對(duì)不確定性問(wèn)題進(jìn)行推理和論證，靈活運(yùn)用多種策略。如第19題（2）小題利用硼氫化鈉固體儲(chǔ)氫材料水解生氫，NaBH4(S)+2H2O(l)=NaBO2(aq)+4H2(g) ΔH＜0，要求選出加快反應(yīng)速率的措施，需要有多維度思考的能力。本題反應(yīng)條件為25℃、101kPa、ΔH＜0，忽略體積變化的影響，反應(yīng)體系各物質(zhì)聚集狀態(tài)涉及s（固體）、l（液體）、aq（溶液）、g（氣體），可以選擇的措施有升高溫度、加入少量異丙胺、加入少量固體硼酸和增大體系壓強(qiáng)。其中易錯(cuò)選項(xiàng)“增大體系壓強(qiáng)”，因?yàn)橛袣怏w生成，學(xué)生可能會(huì)直接想到反應(yīng)速率加快，但是本題是在溶液中進(jìn)行反應(yīng)，并且忽略體積變化，還在方程式中用“=”而不是平常的“?”作為生成符號(hào)。本題加入異丙胺和固體硼酸性質(zhì)未知，對(duì)反應(yīng)速率的影響存在不確定性，需要利用物質(zhì)結(jié)構(gòu)推斷理化性質(zhì)，再分析其與反應(yīng)體系相互作用進(jìn)而產(chǎn)生的影響。這種設(shè)計(jì)考查學(xué)生解析多維限制條件的發(fā)散思維和辯證推理能力，培養(yǎng)在未知領(lǐng)域探索和創(chuàng)造的能力。

　　實(shí)驗(yàn)和建模：獲取實(shí)證證據(jù)，構(gòu)建系統(tǒng)思維。系統(tǒng)思維強(qiáng)調(diào)從整體出發(fā)，思考事物之間的相互聯(lián)系和影響。第18題鉛鋅礦（主要成分為PbS、ZnS）的利用涉及復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)，解決這類復(fù)雜問(wèn)題，把握整體至關(guān)重要。題目要求“探究X為何種元素”，不管是探究F還是Cl，都需要先加入足量NaOH溶液，將X元素轉(zhuǎn)化為NaX。然后根據(jù)所學(xué)AgCl為白色沉淀，結(jié)合題中所給AgF易溶于水，二者性質(zhì)具有差異性，可用AgNO3溶液進(jìn)行探究，從而得出探究方案?？忌龅竭@里通常就認(rèn)為已經(jīng)完成此題，但是，構(gòu)建好系統(tǒng)還需要進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)時(shí)不難發(fā)現(xiàn)，在將X元素轉(zhuǎn)化為NaX的過(guò)程中，產(chǎn)生了Na2SO4，而SO42-在加入AgNO3溶液時(shí)干擾檢驗(yàn)，需要事先除去SO42-。這種設(shè)計(jì)先通過(guò)邏輯推理出可能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，再設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，構(gòu)建理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停寣W(xué)生模擬體驗(yàn)在科研環(huán)境中通過(guò)推理、實(shí)證和建模的系統(tǒng)思維過(guò)程。

　　（作者系浙江省嘉善高級(jí)中學(xué)副校長(zhǎng)、高級(jí)教師）

《中國(guó)教育報(bào)》2024年11月22日 第06版