科学方法与高考化学测量

摘要：认为高考化学试题包含考察基本科学方法的要求，在一定程度上能推动科学方法教育和基础教育课程改革。总结和分析这些考查科学方法的试题，对于高中化学课程标准中的“过程与方法”目标的实施有积极的引导作用。

关键字：科学方法；高考；化学测量

文章编号： 1005–6629(2012)5–0055–03 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式，是人们有效地认识自然和改造自然的工具和手段。在科学研究中，科学方法被视作产生知识的“知识”，是由知识转化为能力的桥梁。在经历了几次基础教育课程改革之后，目前我国普通高中物理、化学、生物等自然科学的课程标准更加重视科学方法教育。2003年公布的《普通高中化学课程标准》中明确提出了“认识实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究的作用”，同时将“过程与方法”单列出来作为普通高中三维教学目标之一。课程标准的教科书中科学过程与科学方法教育得到充分的重视。

普通高考是检测高中所学知识、能力和科学方法的非常有效的途径，在推动中学课程改革和素质教育发挥着重大的作用。新课程的考试大纲考核目标中明确指出了“测试考生进一步学习所必需的知识、技能和方法，全面检测考生的化学科学素养”，同时在能力要求中指出“在解决简单化学问题的过程中，运用科学的方法，初步了解化学变化规律，并对化学现象提出合理的解释”。这里的方法是指一般科学方法和化学学科独特的研究方法。对历年高考化学试题进行分析研究发现，每年的试题都在不同程度上渗透着科学方法的考查。下面将选取比较经典的试题，分析高考化学试题对一般科学方法的考查，总结规律，希望能对中学科学方法教育起到推动作用。

1 感性认识的方法

1.1 观察法

观察法是指人们在自然的条件下，通过感官或借助于仪器，有目的、有计划地考察研究对象，从而获得经验材料的方法。通常化学中的观察对象包括实验现象、各种模型和数据图表等，要求从中获取信息。原大纲卷中将观察能力作为中学化学教学和考试重要的一种能力进行培养的考查。而在新课程考试大纲中要求“能够通过对实际事物、实验现象、实物、模型、图形、图表的观察，以及对自然界、社会、生产、生活中的化学现象的观察，获取有关的感性知识和印象”，由此可以看出考试大纲对于观察方法给予足够的重视。因此在历年高考化学试题中都对观察方法进行考查。如例1给出了一个分子的球棍模型，要求考生观察分子的空间结构模型中的原子的大小以及化学键链接的关系分析判断化合物类型。对于实验现象和图表观察的考查，每年的试题都有所涉及，在此就不一一列举。

例1 某期刊封面上有如下一个分子的球棍模型图：

图中“棍”代表单键或双键或三键。不同颜色的球代表不同元素的原子，该模型图可代表一种

A.卤代羧酸 B.酯

C.氨基酸 D.醇钠

1.2 实验方法

在科学研究中，事实材料的获取仅靠观察是不够的，许多情况下还需要通过实验。化学是一门实验科学，化学所取得的丰硕成果与实验的作用分不开的，实验是化学研究中获取事实材料的最基本和最重要的方法。实验不仅可以帮助学生获取新的化学知识，同时为获取新的知识提供事实依据。对于化学学科无论如何强调实验都不会过分。在高考化学试题中非常重视对化学实验方法的考查，不仅要求学生掌握通用的科学实验方法，同时要求灵活运用具体的学科化的实验方法。近年来对于通用的科学实验方法进行了考查，包括实验方案设计、实验条件控制以及实验数据分析和处理。例如2010年的高考理综的第29题对实验方案设计、实验条件控制方法进行了考查，探究了稀硫酸中硫酸铜的量对氢气生成速率的影响。而2007年海南高考化学试题的第17题，要求考生掌握控制变量的实验方法的基础上，分析实验数据，探究了不同实验条件对反应速率的影响。对实验方法的考查一直是高考化学考查的重点，每年的分数比例大约在25 %左右。在实施新课程之后，在教学过程中更加重视对学生的实验与探究能力的培养，在高考化学试题中也因此加大了对实验方法及相关技术及能力的考查，以此推动实验化学的开设，提高学生的化学学科素养和科学探究能力。

2 理性思维方法

2.1 分析与综合

分析是将研究对象的整体分解为若干部分、要素、阶段和层次，并分别加以研究的方法。综合是把研究对象的各个部分或各个方面联系起来全面考查，从整体上认识和把握研究对象的方法。如例2要求学生逐项分析影响甲苯硝化产物比例的因素，在逐项分析的基础上，从整体上综合考虑各种因素，得出不同催化剂及不同量的关系下影响反应的因素。

例2 下表给出了催化剂种类及用量对甲苯硝化反应影响的实验结果。

①NaHSO4催化制备对硝基甲苯时，催化剂与甲苯的最佳物质的量之比为 。

②由甲苯硝化得到的各种产物的含量可知，甲苯硝化反应的特点是 。

③与浓硫酸催化甲苯硝化相比，NaHSO4催化甲苯硝化的优点有 、 。

2.2 分类、比较与类比

2.2.1 分类、比较

分类是根据研究对象之间的共性和差异，将研究对象区分为不同的属种的逻辑方法。比较是辨别同异、区分事物之间的相同点和不同点的逻辑方法，比较的根据是研究对象之间客观存在着差异性和同一性。例 3就按照不同的性质对物质的分类进行了考查。例4 要求学生掌握不同物质在水中的电离程度，考查等浓度条件下不同强弱酸性物质的pH大小。

例3 某合作学习小组讨论辨析以下说法：①粗盐和酸雨都是混合物；②沼气和水煤气都是可再生能源；③冰和干冰既是纯净物又是化合物；④不锈钢和目前流通的硬币都是合金；⑤盐酸和食醋既是化合物又是酸；⑥纯碱和熟石灰都是碱；⑦豆浆和雾都是胶体。上述说法正确的是

A.①②③④ B.①②⑤⑥

C.③⑤⑥⑦ D.①③④⑦

例4 等浓度的下列稀溶液：①乙酸、②苯酚、③碳酸、④乙醇，它们的pH由小到大排列正确的是

A.④②③① B.③①②④

C.①②③④ D.①③②④

2.2.2 类比方法

类比是在分类及比较的基础上，从两个或两个研究对象的某些共有或相似属性，推导其中出一个对象可能具有另外一个对象所具有的属性的方法。分子结构及空间构型的考查经常要求考生利用类比的方法分析陌生化合物的结构。例5考查了分子的共平面问题，即分子的空间构型问题。对于A和B选项中的物质结构是在中学课本中出现过的，而氟苯和四氯乙烯的没有出现。学生就可以利用类比的方法找到其类似结构的物质，将氟苯类比成苯，四氯乙烯类比成学过的乙烯，问题就迎刃而解。解决这类问题的关键是找到与陌生化合物结构类似的已知化合物。

例5 下列化合物的分子中，所有原子都处于同一平面的有

A.乙烷 B.甲苯 C.氟苯 D.四氯乙烯

2.3 数学方法

数学方法就是运用数学工具，对研究对象进行分析、描述、推导和计算的方法，目的在于认识事物的运动变化及其规律性，并从数量关系上进行研究。中学化学对于数学方法的掌握要求不是特别高，这是由于中学化学所涉及的定量关系本身对应的数学知识就很浅，只包括简单的初等数学知识。因而在高考化学试题对数学方法的要求不是很高，也只是对应教材中的数学知识。但是1997年高考化学试题对富勒烯的考查，彰显了高考化学对数学方法的重视。此题给出了C60分子的结构模型和多面体的顶点数、面数和棱边数对应关系的欧拉定理，要求考生计算确定C60分子所含单键数以及C70分子中五边形和六边形的数目。题目结合了物质结构知识和立体几何的相关知识（欧拉定理），将化学问题抽象成数学问题，然后用数学方法解决化学问题。

2.4 归纳与演绎

归纳方法，就是实验和观测的事实材料、实验数据出发，推导出一般性结论的方法，是从个别到一般的方法。例6要求学生对给出含苯环不同结构的醇及其氧化反应数据等信息进行分析，归纳出此类醇在钯催化剂作用下的一般规律。

例6 醇在催化剂作用下氧化成醛的反应是绿色化学的研究内容之一。某科研小组研究了在一定条件下钯催化剂在氧气气氛中对一系列醇氧化成醛反应的催化效果，实验结果如下：

分析表中数据，得到钯催化剂催化效果的主要结论是 。

演绎方法，是从一般规律出发，运用数学的演算或者逻辑的方法，得出特殊事实应遵循的规律，是从一般到特殊的逻辑推理方法。对于演绎的方法在有机试题中考查较多，通常是给出一个一般性的反应通式，要求考生根据此反应通式演绎到具体的物质反应当中。几乎每年的高考试题中都会出现考查演绎方法的有机化学试题。近几年出现较多的反应是臭氧氧化烯烃生成醛、双烯合成、羟醛缩合以及生成碳碳键的各种偶联反应。学生不必提前学习这些有机反应，只要掌握了演绎方法，结合应有的知识，对于这类试题就迎刃而解了。

2.5 模型方法

在科学研究中，对客观对象进行观察并对所获得的科学事实进行初步概况之后，常常利用想象、抽象、类比或简化的方法，建立一个适当的概念、理论或者结构等来反映和代替客观对象，并通过对其的研究来揭示客观对象的形态、特征和本质。模型通常包括物质模型和思想模型。在中学阶段模型方法主要集中在物质的结构模型上，包括原子结构模型、分子结构模型和晶体结构模型。对模型方法的考查主要涉及原子结构示意图、分子的杂化轨道及空间构型和晶胞等等。特别是实施新课程以来，由于设置了“物质结构与性质”模块，在试题中加强了对物质结构模型的考查。例如 2009和2010年海南高考化学卷给出了CaF2和镧镍合金的晶体结构模型，要求考生根据模型计算化学式和密度。在2011年高考理综卷中文字描述了立方氮化硼的晶体结构模型，要求考生进行相关计算。

2.6 假说方法

假说是根据一定的事实材料和理论知识，对研究对象位置性质和规律的常识性解释和推测。例如在2009年海南高考化学卷中的第10题（例7）以化学史的形式考查门捷列夫根据元素周期律假说锗的存在以及预测了锗的某些物理化学性质。

例7 门捷列夫在描述元素周期表时，许多元素尚未发现，但他为第四周期的三种元素留下了空位，并对它们的一些性质做了预测，X是其中的一种“类硅”元素，后来被德国化学家文克勒发现，并证实门捷列夫当时的预测相当准确。根据元素周期律，下列有关X性质的描述中错误的是

A. X单质不易与水反应

B. XO2可被碳或氢还原为X

C. XCl4的沸点比SiCl4的高

D. XH4的稳定性比SiH4的高

实际上很多高考化学试题都对多种科学方法进行了综合考查。例1就是给出有机化合物结构的球棍模型，要求学生观察分析出其结构，此题同时考查了模型方法和观察方法。再如大多数实验题，在考查实验方法的基础上，要求考生利用分析综合、归纳演绎等方法分析实验数据，概况归纳实验结论，较全面地考查学生利用科学方法进行科学探究、解决化学问题的能力。在中学教学的各个环节中都应该渗透甚至专门进行科学方法教育，只有如此，才能提高学生的科学素养，推动学生的全面独立自主地可持续发展。作为全面测量和评价中学生的知识和能力的高考，同样应该推动科学方法教育，在今后的测量与评价中不仅要渗透测量学生对科学方法的掌握情况，同时应该研究设置专题专项考查学生综合运用科学方法进行科学探究的能力。

参考文献：

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