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展现化学之美、回归基础本源

发布时间:2020年04月29日 来源:华体会app官网下载

——2019全国高中生化学奥林匹克竞赛命题思路解析


李恺

学习工作经历:2004.8– 2008.7  清华大学化学系本科2008.8– 2009.7  参加团中央扶贫接力计划,赴青海支教一年2009.8– 2014.7  清华大学化学系硕博连读2012.7– 2012.9  香港科技大学唐本忠院士课题组交流2014.7– 今      郑州大学化学学院 副教授2017.3– 2017.9  香港科技大学唐本忠院士课题组访问学者2019.9– 今      郑州大学化学学院国家级实验示范教学中心副主任研究领域:研究方向为聚集诱导发光材料、团簇发光材料、光致变色材料,以主持人身份承担各类项目6项,包括国家自然科学青年基金、联合基金等项目。郑州大学青年拔尖人才计划入选者。以通讯作者或第一作者发表SCI论文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.

展现化学之美、回归基础本源第33届中国化学奥林匹克(决赛)暨冬令营于2019年11月28日至12月4日在郑州举办,来自全国30个代表队的348位优秀选手汇聚黄河之滨,交流学习。本届试题注重对化学基础知识的考察,具有体现最新科研成果、发掘化学之美、融合思政教育、将适赛性和趣味性相结合等特点,综合考察学生利用化学知识灵活分析解决问题的能力。作为一个通过化学竞赛道路走进大学并最终从事化学教学科研的亲历者,笔者有幸参与了本次比赛的命题和组织工作。此次比赛的理论试题中,笔者与命题组同事一起,在华体会app官网下载的指导下,参与了第一、二、四、六、七题的命题工作。从2004年的参赛选手到2019年的命题人,两种不同的角色让我真切感受到了化学竞赛参赛选手科学视野、知识宽度的惊人变化,这也从一个侧面反映出了我国化学事业的飞速发展。本文将从本次比赛部分理论试题出发,对本次比赛的命题思路、出发点进行简单介绍,加以个人对化学竞赛的思考,希望能为为辅导化学竞赛的一线教师和参加化学竞赛的学生提供有益的帮助。
对于高中生化学竞赛来说,通过参加竞赛培养广大学生对化学学习的兴趣是其根本目的。因此,在本次命题工作中,我们特别注重试题的趣味性,希望通过试题表现出的化学之美,激起学生对于化学的热爱。通过广泛查阅资料,我们选择了一系列具有优美化学结构的分子,经过讨论和筛选,最终确定了两例体现在试题之中。

第一题介绍了一种结构有趣的有机分子,一个分子上同时包含了同一族的四种不同元素,这样的结构,宛如一个“糖葫芦”,把同一族的不同元素串联起来,趣味十足。

第六题介绍了一种具有高度对称性、精巧组装结构的金属簇有机框架,与一般的金属有机框架不同,金属簇结点的加入,使其结构更为宏伟也更为精密,充分展现了化学之美。同时,第六题也体现了反映科学前沿、融合思政教育的命题理念。题目涉及的“聚集诱导发光”、“金属团簇基自组装材料”等内容皆为化学研究的前沿热点问题。更重要的是,本题将2017年国家自然科学一等奖成果“聚集诱导发光”的概念引入题干中,通过介绍这一由中国科学家首先提出并推广的科学概念,融合思政教育,提升学生民族自豪感,促进其对化学的热爱。

在笔者作为选手参加竞赛的2004年,那时还几乎没有什么网络资源,对于新的化学进展和动向,我们只能通过图书馆订阅的《化学进展》等中文杂志来进行获取。其时效性和视野宽度与网络资源发达的今天不可同日而语,当时学生主要的知识储备主要都来源于经典化学教材。在与广大教学同行的交流中我们得知,现在参加全国决赛的选手的文献阅读量甚至超过了我们的很多硕士、博士生;JACS、Angew等顶级化学期刊甚至已成了培训老师和参赛学生每周必刷的“题库”,这样的现状实际上已经背离了化学竞赛考察的初衷。对于化学竞赛来说,考察的应该是参赛选手的思维能力,而非知识的储量。因此,在此次命题中,我们能够传递出让化学竞赛回归基础本源的思想。利用基础化学知识,结合科学的思维方法就能完成题目的解答,而不需要过度的知识储备。同样的内容,看过相关文献的同学和没有看过相关文献的同学应该能在同一起跑线上进行判断。以第一题为例,我们给出了“糖葫芦”型分子的结构,题目中指出“A、B、CD四种元素位于同一族的相邻周期”,提示了这四种元素是副族元素的可能性极低,因为第七周期的副族元素基本属于不稳定放射性元素。通过观察有机分子的结构可以发现,A、B、C、D每个元素价键饱和度为3,即可初步判定它们属于VA族。这样的题目设计,使得即使没有看到该文献的同学,也能有充分的信息,通过逻辑推导得到正确的答案。而恰巧看到过该文献的同学,对A、B、CD四种元素的顺序也不可能完全记忆,仍然需要结合题目中的其他条件,进一步思考才能完成解答。在本次命题过程中,我们也特别注意将化学知识在实际生产生活中的应用展现给参赛选手,让他们知道化学不是空中楼阁、化学是为国民经济服务的、化学是有用的。

例如,在第四题中,利用石硫合剂这种化学产品的生产过程,将元素化学的基础知识融入其中,考察其分析解决化学生产实际问题的能力。又如,在第七题中,通过家用制氧机的例子,介绍物理化学过程在生活中的应用。然而,在赛后总结中我们发现,这些基于实际生产生活例子的试题的答题情况不甚理想,其中第四题的得分率在所有题目中最低。这主要是由于题目其中隐藏信息较多,需要细心发掘。其解答过程类似我们做化学研究,需要通过不同的实验、不同的表征,结合每一个化学现象,拼图式的完成对整个化学过程的理解。在此过程中,严密的逻辑思维必不可少。例如,本次比赛的第二题中,许多选手直接把相同时间间隔内吸光度的比值为一常数,作为一级反应的判断标准,而未通过朗伯比尔定律将吸光度与浓度相关联,从而遗憾失分。因此,提高学生分析问题、解决问题的能力,培养严密的逻辑思维,是我们今后在竞赛培训和学生培养中所需要进一步加强的。我们希望通过本次比赛试题,为参加化学竞赛的学生展现化学之美、为辅导化学竞赛的一线教师传递回归基础本源的思想。对于高中生化学竞赛来说,能力培养的意义远大于知识储备的意义。培养学生对化学的热爱、建立科学的思维方法、更好的为国家培养优秀的化学人才,我们任重道远。

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