展現(xiàn)化學(xué)之美、回歸基礎(chǔ)本源

發(fā)布時(shí)間：2020年04月29日 來(lái)源：中國(guó)化學(xué)會(huì)

——2019全國(guó)高中生化學(xué)奧林匹克競(jìng)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(wèn)學(xué)者2019.9– 今      鄭州大學(xué)化學(xué)學(xué)院國(guó)家級(jí)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(guó)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(guó)化學(xué)奧林匹克（決賽）暨冬令營(yíng)于2019年11月28日至12月4日在鄭州舉辦，來(lái)自全國(guó)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(duì)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)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(shí)靈活分析解決問(wèn)題的能力。作為一個(gè)通過(guò)化學(xué)競(jìng)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(guó)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(jìng)賽參賽選手科學(xué)視野、知識(shí)寬度的驚人變化，這也從一個(gè)側(cè)面反映出了我國(guó)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(duì)本次比賽的命題思路、出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，加以個(gè)人對(duì)化學(xué)競(jìng)賽的思考，希望能為為輔導(dǎo)化學(xué)競(jìng)賽的一線教師和參加化學(xué)競(jìng)賽的學(xué)生提供有益的幫助。
對(duì)于高中生化學(xué)競(jìng)賽來(lái)說(shuō)，通過(guò)參加競(jìng)賽培養(yǎng)廣大學(xué)生對(duì)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(guò)試題表現(xiàn)出的化學(xué)之美，激起學(xué)生對(duì)于化學(xué)的熱愛(ài)。通過(guò)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(guò)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(lái)，趣味十足。

第六題介紹了一種具有高度對(duì)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(wèn)題。更重要的是，本題將2017年國(guó)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(guò)介紹這一由中國(guó)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(duì)化學(xué)的熱愛(ài)。

在筆者作為選手參加競(jìng)賽的2004年，那時(shí)還幾乎沒(méi)有什么網(wǎng)絡(luò)資源，對(duì)于新的化學(xué)進(jìn)展和動(dòng)向，我們只能通過(guò)圖書(shū)館訂閱的《化學(xué)進(jìn)展》等中文雜志來(lái)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(yǔ)，當(dāng)時(shí)學(xué)生主要的知識(shí)儲(chǔ)備主要都來(lái)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(guó)決賽的選手的文獻(xiàn)閱讀量甚至超過(guò)了我們的很多碩士、博士生；JACS、Angew等頂級(jí)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(kù)”，這樣的現(xiàn)狀實(shí)際上已經(jīng)背離了化學(xué)競(jìng)賽考察的初衷。對(duì)于化學(xué)競(jìng)賽來(lái)說(shuō)，考察的應(yīng)該是參賽選手的思維能力，而非知識(shí)的儲(chǔ)量。因此，在此次命題中，我們能夠傳遞出讓化學(xué)競(jìng)賽回歸基礎(chǔ)本源的思想。利用基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)，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(guò)度的知識(shí)儲(chǔ)備。同樣的內(nèi)容，看過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)的同學(xué)和沒(méi)有看過(guò)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(guò)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(méi)有看到該文獻(xiàn)的同學(xué)，也能有充分的信息，通過(guò)邏輯推導(dǎo)得到正確的答案。而恰巧看到過(guò)該文獻(xiàn)的同學(xué)，對(duì)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(guò)程中，我們也特別注意將化學(xué)知識(shí)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(guó)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(guò)程，將元素化學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)融入其中，考察其分析解決化學(xué)生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題的能力。又如，在第七題中，通過(guò)家用制氧機(jī)的例子，介紹物理化學(xué)過(guò)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(guò)程類似我們做化學(xué)研究，需要通過(guò)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(duì)整個(gè)化學(xué)過(guò)程的理解。在此過(guò)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(jí)反應(yīng)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，而未通過(guò)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(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯思維，是我們今后在競(jìng)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(guò)本次比賽試題，為參加化學(xué)競(jìng)賽的學(xué)生展現(xiàn)化學(xué)之美、為輔導(dǎo)化學(xué)競(jìng)賽的一線教師傳遞回歸基礎(chǔ)本源的思想。對(duì)于高中生化學(xué)競(jìng)賽來(lái)說(shuō)，能力培養(yǎng)的意義遠(yuǎn)大于知識(shí)儲(chǔ)備的意義。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的熱愛(ài)、建立科學(xué)的思維方法、更好的為國(guó)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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