全国化学竞赛试题的特点及培训对策

全国化学竞赛试题的特点及培训对策一、近年来我国化学竞赛试题的特点全国化学竞赛已经如火如荼的开展二十年了，它是一项有影响的中学生课外活动，它以普及科学知识，激发青少年科学兴趣，促进化学教学改革，探索发现科学人才的途径为目的，同时，也有选拔大学免试保送生和选拔参加国际化学奥林匹克竞赛的选手的功能。纵观近几年来，国家队教练命制的试题（包括全国初赛试题和国家队选拔试题）在很大程度上已逐渐演化成一场智力竞赛。试题要求竞赛选手在较好的情商前提下具有很强的观察能力、思维能力、想象能力和最为重要的创造能力，而对记忆能力要求不高。这种试题有力的澄清了目前大多数高中生所认为的“化学是理科中的文科”等模糊认识，有助于吸引更多的资优学生参与化学竞赛。下面我们首先谈一谈全国化学竞赛试题（本文特指国家队教练的试题）的命题特点。仔细分析历届试题，不论从试题结构和选拔功能，还是从题型上都发生了深刻的变化，现简要归纳如下：1．试题选拔功能的变化从选拔功能上看，化学竞赛最开始以考查竞赛选手的知识深浅度和考查学生能力并举的方式安排试卷，试卷中出现了大量的构成题，以考查学生的信息迁移能力。这种做法虽然能在一定程度上考查竞赛选手的能力，但在相当程度上考查的是终结性知识，只要大学知识功底扎实，能力虽然一般，也能考出很好的成绩，同时造成各地名校纷纷聘请当地大学老师“填鸭式”教授大学知识的恶性竞争局面，这些做法都不利于选拔优秀的创造型人才。近年来试题的选拔功能出现了一些可喜的变化：（1）化学试题紧密联系生产、生活实际；（2）化学试题联系化学发展前沿；（3）化学试题关注社会热点问题；（4）化学试题广泛联系其他科学与技术。这些变化使得偏重于考查化学知识的立意转变成为以考查竞赛选手能力为主的立意，即主要考查竞赛选手的创造性思维能力。怎样考查中学生的创造性思维能力?国家队资深命题专家吴国庆先生认为，可以通过下面几个方面加以考查：考查竞赛选手“崭新”的观察能力；考查竞赛选手对信息理解、加工和归纳的能力；考查竞赛选手对化学在人类进步、社会发展、环境保护等人类社会活动以及对其他科学与技术的发展作用与意义的理解与关心；考查竞赛选手对科学家的思想和方法的领悟能力；考查竞赛选手思维的品质（想象、逻辑、演绎、归纳、创造等）。试题尽可能使竞赛选手身处陌生情景，利用原有的知识基础，提取、加工、理解新情境下的信息，提出解决问题的方案、战略和策略，形成知识，发展知识，达到考查竞赛选手学、识、才三者统一的水平。2．化学竞赛题型的变化我国化学竞赛试题最开始曾一度出现了一些选择题和主流试题——构成题。总的说来，试题的设置不利于竞赛选手的选拔。因为选择题这种客观性试题具有预示答案的特征，偶然性较大，较难考查学生面对自己不熟悉的事物通过对信息的获取、理解、分析、综合自己得出答案的自信心强弱和应变能力，也较难考查竞赛选手的创造性思维能力；而构成题由题干和若干个问题组成，题干提供解题或形成试题的信息，问题的提出和排列则是由命题人根据竞赛选手的知识和能力水平精心构筑而成的，故名构成题。一般而言，问题按先易后难的顺序编排，最难的问题常常仅占该题总分的1/5左右，但该试题常常流于知识的罗列，试题设置或并列或递进，造成很大的随意性，而且大多数试题以考查知识的深浅度为主，也不利于选拔创新人才。为解决上述问题，近年来化学竞赛试题摒弃了选择题，逐渐减少了构成题，取而代之的是一种新的主流试题——“科学猜谜题”，且权重越来越大。所谓“科学猜谜题”有别于通常意义上的猜谜游戏，其“谜面”是在试题中建构未知知识信息，猜谜人——化学竞赛选手的智力强弱表现在能否用已有的知识（包括与谜底不一定直接相关的具体的描述性的化学知识、与信息相关的中学化学学到的基本概念和基本原理）来理解这些信息，对这些信息进行加工、分析、综合，加上丰富的想象力、联想力、洞察力、猜测能力以及解题经验和学识，最后创造性地形成谜底，即得出答案。一般“科学猜谜题”是竞赛选手不知道的知识，是竞赛选手根据信息得出的“新知识”（有可能其知识细节对竞赛选手而言还不甚明了，但这些都不妨碍解题）。由于“科学猜谜题”的谜底经常出乎意料，它考查竞赛选手“推理破案”的能力，考查的是形成性和“创造性”的知识，往往用已有的模式来套反而得不出答案，因此很能考查竞赛选手的创造性思维的水平，即考查思维的严密性、精确性、深刻性和全面性，同时也能做到试题的公正性，有利于选拔人才。该题型思考容量虽大，但应答书写少，也有利于评卷时减少误差。纵观近五年的全国化学竞赛试题，从考查内容和考查形式看，有下列几种热点题型：（1）科学猜谜题。这种题型重点考查竞赛选手信息综合能力和“创造”知识的能力。如：例1．（1997年全国化学竞赛初赛试题）次磷酸Ｈ３ＰＯ２是一种强还原剂，将它加入ＣｕＳＯ４水溶液，加热到40℃～50℃，析出一种红棕色的难溶物A。经鉴定：反应后的溶液是磷酸和硫酸的混合物；X射线衍射证实A是一种六方晶体，结构类同于纤维锌矿（ZｎＳ）组成稳定；A的主要化学性质如下：（1）温度超过60℃，分解成金属铜和一种气体；（2）在氯气中着火；（3）与盐酸反应放出气体。①写出A的化学式。②写出A的生成反应方程式。③写出A与氯气反应的化学方程式。④写出A与盐酸反应的化学方程式。（2）探究型试题。这种题型重点考查竞赛选手进行推理、想象、构建、创造等能力。该题型又可细分，比如：（a）分子设计试题。这种题型重点考查竞赛选手的空间想象能力。如：例2．1932年捷克人Landa等人从南摩拉维亚油田的石油分馏物中发现一种烷（代号A），次年借X－射线技术证实了其结构，竟是由一个叫Lukes的人早就预言过的。后来A被大量合成，并发现它的胺类衍生物具有抗病毒、抗震颤的药物活性，开发为常用药。图1给出三种已经合成的由2，3，4个A为基本结构单元“模块”像搭积木一样“搭”成的较复杂笼状烷。图1三种物质分子结构①请根据这些图形画出A的结构，并给出A的分子式。②图中B、C、D三种分子是否与A属于一个同系列中的4个同系物?为什么?③如果在D上继续增加一“块”A“模块”，得到E，给出E的分子式。E有无异构体?若有，给出异构体的数目，并用100字左右的字说明你得出结论的理由，也可以通过作图来说明。（3）模式思维试题。类比是人类思维的重要形式，类比是模式思维，许多不同事物表观常有相同形式，模式只是表观迁移，不一定反映实质。这类试题也可叫做信息迁移题。命题人常常在试题中设置干扰信息，以考查竞赛选手的分析、判断能力。如：例3．（1997年全国化学竞赛初赛试题）乙酸在磷酸铝的催化作用下生成一种重要的基本有机试剂A。核磁共振谱表明A分子中的氢原子没有差别；红外光谱表明A分子里存在羰基，而且，A分子里的所有原子在一个平面上。A很容易与水反应重新变成乙酸。①写出A的结构式。②写出A与水的反应方程式。③写出A与氢氧化钠的反应方程式。④写出A与氨的反应方程式，有机产物要用结构式表示。⑤写成A与乙醇的反应方程式，有机产物要用结构式表示。当然，上述几种题型的分类都不是完全独立的，几种题型是相互交融的，某一道试题很难说出它属于哪一种题型，从总体功能看，它们都属于“科学谜语题”。二、化学竞赛辅导方略如何针对近年来的化学竞赛试题对竞赛选手进行有针对性的培训，是我们一直思考和探索的问题。近年来我们在化学竞赛培训方面进行了一些有益的尝试，取得了较好的效果。1．分类、分析、归纳、总结和拓展，构筑知识框图化学作为一门核心学科，有其自身特点：既有定性的理论，又有定量理论，而以半定性、半定量的理论为主。相比于数学和物理，化学所探讨的体系十分庞大和复杂，其难度可想而知。因此，从最基本的理论严格的、一步步的推导来解释我们实际所观察到的化学现象，不仅不可能，而且不必要。通常，化学采取的一种行之有效的途径是：从一类现象解释另一类现象，由一组性质去估测另一组性质。这就要求我们对客观现象和性质进行描述、分类、归纳和总结，从而绘制出自己的知识框图。如何在现有中学化学知识基础上构筑自己的知识框图呢?我们的办法是：将中学化学知识分类，分专题进行归纳、拓展和总结。如我们在讲述加成反应时，首先写出竞赛选手熟悉的加成反应：（1）ＣＨ２ＣＨ２＋Ｈ２——→ＣＨ３ＣＨ３（2）ＣＨ２ＣＨ２＋ＨＣｌ——→ＣＨ３ＣＨ２Ｃｌ（3）ＨＣＣＨ＋2Ｈ２——→ＣＨ３ＣＨ３（4）（5）（6）（7）ＣＨ２ＣＨ—ＣＨＣＨ２＋Ｃｌ２—→ＣｌＣＨ２—ＣＨＣｌ—ＣＨＣＨ２（8）ＣＨ２ＣＨ—ＣＨＣＨ２＋Ｃｌ２—→ＣｌＣＨ２—ＣＨＣＨ—ＣＨ２Ｃｌ随后让学生归纳出加成反应的特点：（1）只有含不饱和键的物质才能发生加成反应；（2）含不饱和键物质可与某些单质或化合物反应；含多个不饱和键的物质加成，条件不同，产物不同，属于竞争反应。（3）加成产物可能是链状化合物，也可能是环状化合物。然后引导学生归纳出不对称加成的选择性，得出加成反应的本质为异性电荷相吸的结论。其中，Ａ２＝Ｈ２、Ｘ２；ＡＢ＝Ｈ２Ｏ、ＮＨ３、Ｃ２Ｈ５ＯＨ等。如：最后，对所学知识加以拓展：（1）不对称烯烃与AB的加成。例4．ＣＨ３ＣＨＣＨ２＋ＨＣｌ—→分析：由于甲基的影响，造成双键碳上的电荷分配不均，加成反应具有选择性，最后引出“马氏规则”。（2）含多个不饱和键有机物的加成反应。例5．强筋松（B）是一种肌肉松弛剂，可由化合物A与异氰酸钠、盐酸（即异氰酸HNCO）作用而制得：Ｂ。写出生成B的化学反应方程式。（已知：CＯ、ＣＮ键的键能分别为799ｋＪ／ｍｏｌ、615ｋＪ／ｍｏｌ。）分析：ＮａＮＣＯ＋ＨＣｌ＝ＮａＣｌ＋ＨＮＣＯ；异氰酸的结构式为Ｈ—ＮＣＯ。并通过键能的大小，引导竞赛选手得出：多官能团的加成反应属于竞争反应，其加成具有选择性。（3）含不饱和键无机物的加成反应。例6．已知ＨＣＮ、（ＣＮ）２均能与水发生加成反应。请分别写出化学反应方程式。分析：ＨＣＮ的结构式为Ｈ—ＣＮ，（ＣＮ）２的结构式为ＮＣ—ＣＮ，具有不饱和键，首先能与Ｈ２Ｏ发生加成反应。最后引导学生：加成反应不是有机反应固有的，具有不饱和键的无机物也能发生加成反应。（4）相同有机物分子间的加成反应。例7．33ＣＨ３—ＮＣＯ—→3Ｈ—ＣＮ—→分析：这是由乙炔加成为苯反应的扩展。最后引导竞赛选手回答：为什么通常发生3分子加成反应呢?有没有2分子加成反应呢?通过上述训练，竞赛选手普遍感到化学反应看似纷繁复杂，其实有其系统性和规律性，在中学化学基础上加以延伸和拓展，完全能够领悟。因此，通过这种形式的培训，竞赛选手不难解答出下列全国化学竞赛初赛试题。例8．（1999年全国化学竞赛初赛试题）曾有人用金属钠处理化合物A（分子式Ｃ５Ｈ６Ｂｒ２，含五元环），欲得产物B，而事实上却得到芳香化合物C（分子式Ｃ１５Ｈ１８）。①请画出Ａ、Ｂ、Ｃ的结构简式：A的结构式：____________；B的结构式：____________；C的结构式：____________；②为什么该反应得不到B却得到C?③预期用过量酸性高锰酸钾溶液处理C，得到的产物是D，请写出D的结构式。