發(fā)布時(shí)間:2020年04月29日 來源:中國化學(xué)會(huì)
——2019全國高中生化學(xué)奧林匹克競賽命題思路解析
李愷
學(xué)習(xí)工作經(jīng)歷:2004.8– 2008.7 清華大學(xué)化學(xué)系本科2008.8– 2009.7 參加團(tuán)中央扶貧接力計(jì)劃,赴青海支教一年2009.8– 2014.7 清華大學(xué)化學(xué)系碩博連讀2012.7– 2012.9 香港科技大學(xué)唐本忠院士課題組交流2014.7– 今 鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院 副教授2017.3– 2017.9 香港科技大學(xué)唐本忠院士課題組訪問學(xué)者2019.9– 今 鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院國家級實(shí)驗(yàn)示范教學(xué)中心副主任研究領(lǐng)域:研究方向?yàn)榫奂T導(dǎo)發(fā)光材料、團(tuán)簇發(fā)光材料、光致變色材料,以主持人身份承擔(dān)各類項(xiàng)目6項(xiàng),包括國家自然科學(xué)青年基金、聯(lián)合基金等項(xiàng)目。鄭州大學(xué)青年拔尖人才計(jì)劃入選者。以通訊作者或第一作者發(fā)表SCI論文40余篇,部分代表作如下:Angew.Chem. Int. Ed.2020,DOI:10.1002/anie.201915844.CCS Chem. 2019, 1,553-560.Adv.Sci.2019, 6,1801304.Chem.Sci.2017,8,7258-7267.J. Am. Chem. Soc. 2014,136, 1643-1649.
展現(xiàn)化學(xué)之美、回歸基礎(chǔ)本源第33屆中國化學(xué)奧林匹克(決賽)暨冬令營于2019年11月28日至12月4日在鄭州舉辦,來自全國30個(gè)代表隊(duì)的348位優(yōu)秀選手匯聚黃河之濱,交流學(xué)習(xí)。本屆試題注重對化學(xué)基礎(chǔ)知識的考察,具有體現(xiàn)最新科研成果、發(fā)掘化學(xué)之美、融合思政教育、將適賽性和趣味性相結(jié)合等特點(diǎn),綜合考察學(xué)生利用化學(xué)知識靈活分析解決問題的能力。作為一個(gè)通過化學(xué)競賽道路走進(jìn)大學(xué)并最終從事化學(xué)教學(xué)科研的親歷者,筆者有幸參與了本次比賽的命題和組織工作。此次比賽的理論試題中,筆者與命題組同事一起,在中國化學(xué)會(huì)的指導(dǎo)下,參與了第一、二、四、六、七題的命題工作。從2004年的參賽選手到2019年的命題人,兩種不同的角色讓我真切感受到了化學(xué)競賽參賽選手科學(xué)視野、知識寬度的驚人變化,這也從一個(gè)側(cè)面反映出了我國化學(xué)事業(yè)的飛速發(fā)展。本文將從本次比賽部分理論試題出發(fā),對本次比賽的命題思路、出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行簡單介紹,加以個(gè)人對化學(xué)競賽的思考,希望能為為輔導(dǎo)化學(xué)競賽的一線教師和參加化學(xué)競賽的學(xué)生提供有益的幫助。
對于高中生化學(xué)競賽來說,通過參加競賽培養(yǎng)廣大學(xué)生對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣是其根本目的。因此,在本次命題工作中,我們特別注重試題的趣味性,希望通過試題表現(xiàn)出的化學(xué)之美,激起學(xué)生對于化學(xué)的熱愛。通過廣泛查閱資料,我們選擇了一系列具有優(yōu)美化學(xué)結(jié)構(gòu)的分子,經(jīng)過討論和篩選,最終確定了兩例體現(xiàn)在試題之中。
第一題介紹了一種結(jié)構(gòu)有趣的有機(jī)分子,一個(gè)分子上同時(shí)包含了同一族的四種不同元素,這樣的結(jié)構(gòu),宛如一個(gè)“糖葫蘆”,把同一族的不同元素串聯(lián)起來,趣味十足。
第六題介紹了一種具有高度對稱性、精巧組裝結(jié)構(gòu)的金屬簇有機(jī)框架,與一般的金屬有機(jī)框架不同,金屬簇結(jié)點(diǎn)的加入,使其結(jié)構(gòu)更為宏偉也更為精密,充分展現(xiàn)了化學(xué)之美。同時(shí),第六題也體現(xiàn)了反映科學(xué)前沿、融合思政教育的命題理念。題目涉及的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”、“金屬團(tuán)簇基自組裝材料”等內(nèi)容皆為化學(xué)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題。更重要的是,本題將2017年國家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)成果“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”的概念引入題干中,通過介紹這一由中國科學(xué)家首先提出并推廣的科學(xué)概念,融合思政教育,提升學(xué)生民族自豪感,促進(jìn)其對化學(xué)的熱愛。
在筆者作為選手參加競賽的2004年,那時(shí)還幾乎沒有什么網(wǎng)絡(luò)資源,對于新的化學(xué)進(jìn)展和動(dòng)向,我們只能通過圖書館訂閱的《化學(xué)進(jìn)展》等中文雜志來進(jìn)行獲取。其時(shí)效性和視野寬度與網(wǎng)絡(luò)資源發(fā)達(dá)的今天不可同日而語,當(dāng)時(shí)學(xué)生主要的知識儲(chǔ)備主要都來源于經(jīng)典化學(xué)教材。在與廣大教學(xué)同行的交流中我們得知,現(xiàn)在參加全國決賽的選手的文獻(xiàn)閱讀量甚至超過了我們的很多碩士、博士生;JACS、Angew等頂級化學(xué)期刊甚至已成了培訓(xùn)老師和參賽學(xué)生每周必刷的“題庫”,這樣的現(xiàn)狀實(shí)際上已經(jīng)背離了化學(xué)競賽考察的初衷。對于化學(xué)競賽來說,考察的應(yīng)該是參賽選手的思維能力,而非知識的儲(chǔ)量。因此,在此次命題中,我們能夠傳遞出讓化學(xué)競賽回歸基礎(chǔ)本源的思想。利用基礎(chǔ)化學(xué)知識,結(jié)合科學(xué)的思維方法就能完成題目的解答,而不需要過度的知識儲(chǔ)備。同樣的內(nèi)容,看過相關(guān)文獻(xiàn)的同學(xué)和沒有看過相關(guān)文獻(xiàn)的同學(xué)應(yīng)該能在同一起跑線上進(jìn)行判斷。以第一題為例,我們給出了“糖葫蘆”型分子的結(jié)構(gòu),題目中指出“A、B、C和D四種元素位于同一族的相鄰周期”,提示了這四種元素是副族元素的可能性極低,因?yàn)榈谄咧芷诘母弊逶鼗緦儆诓环€(wěn)定放射性元素。通過觀察有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn),A、B、C、D每個(gè)元素價(jià)鍵飽和度為3,即可初步判定它們屬于VA族。這樣的題目設(shè)計(jì),使得即使沒有看到該文獻(xiàn)的同學(xué),也能有充分的信息,通過邏輯推導(dǎo)得到正確的答案。而恰巧看到過該文獻(xiàn)的同學(xué),對A、B、C和D四種元素的順序也不可能完全記憶,仍然需要結(jié)合題目中的其他條件,進(jìn)一步思考才能完成解答。在本次命題過程中,我們也特別注意將化學(xué)知識在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用展現(xiàn)給參賽選手,讓他們知道化學(xué)不是空中樓閣、化學(xué)是為國民經(jīng)濟(jì)服務(wù)的、化學(xué)是有用的。
例如,在第四題中,利用石硫合劑這種化學(xué)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程,將元素化學(xué)的基礎(chǔ)知識融入其中,考察其分析解決化學(xué)生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。又如,在第七題中,通過家用制氧機(jī)的例子,介紹物理化學(xué)過程在生活中的應(yīng)用。然而,在賽后總結(jié)中我們發(fā)現(xiàn),這些基于實(shí)際生產(chǎn)生活例子的試題的答題情況不甚理想,其中第四題的得分率在所有題目中最低。這主要是由于題目其中隱藏信息較多,需要細(xì)心發(fā)掘。其解答過程類似我們做化學(xué)研究,需要通過不同的實(shí)驗(yàn)、不同的表征,結(jié)合每一個(gè)化學(xué)現(xiàn)象,拼圖式的完成對整個(gè)化學(xué)過程的理解。在此過程中,嚴(yán)密的邏輯思維必不可少。例如,本次比賽的第二題中,許多選手直接把相同時(shí)間間隔內(nèi)吸光度的比值為一常數(shù),作為一級反應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn),而未通過朗伯比爾定律將吸光度與濃度相關(guān)聯(lián),從而遺憾失分。因此,提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力,培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維,是我們今后在競賽培訓(xùn)和學(xué)生培養(yǎng)中所需要進(jìn)一步加強(qiáng)的。我們希望通過本次比賽試題,為參加化學(xué)競賽的學(xué)生展現(xiàn)化學(xué)之美、為輔導(dǎo)化學(xué)競賽的一線教師傳遞回歸基礎(chǔ)本源的思想。對于高中生化學(xué)競賽來說,能力培養(yǎng)的意義遠(yuǎn)大于知識儲(chǔ)備的意義。培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)的熱愛、建立科學(xué)的思維方法、更好的為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的化學(xué)人才,我們?nèi)沃氐肋h(yuǎn)。
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