基于學(xué)科能力的高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試試題編制策略

陳 穎

（北京市海淀區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校，北京 100195）

隨著2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，新一輪素養(yǎng)導(dǎo)向的高中課程改革正式在實(shí)踐層面落地。2017年版的課程標(biāo)準(zhǔn)不但凝練了學(xué)科核心素養(yǎng)，更新了教學(xué)內(nèi)容，還研制了學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)業(yè)水平考試提出命題建議。如何命制以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的學(xué)業(yè)水平考試試題成為目前研究的焦點(diǎn)，本文依據(jù)北京師范大學(xué)王磊教授領(lǐng)銜的學(xué)科教育團(tuán)隊(duì)提出的化學(xué)學(xué)科能力構(gòu)成及其活動(dòng)表現(xiàn)模型，從學(xué)科能力活動(dòng)及其表現(xiàn)的角度，制定高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試命題框架，并以此框架為基礎(chǔ)，嘗試命制高中化學(xué)學(xué)業(yè)水平考試試題，以期為高中學(xué)業(yè)水平考試命題提供一些思路。

1 基于學(xué)科能力活動(dòng)理論的學(xué)業(yè)水平考試命題框架

1.1 從學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵理解學(xué)科能力

通過分析《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）提出的學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵發(fā)現(xiàn)，以素養(yǎng)導(dǎo)向的課程和評(píng)價(jià)目標(biāo)是對(duì)舊課標(biāo)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀三維目標(biāo)的繼承和發(fā)展。例如，新課標(biāo)中“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的內(nèi)涵為：“能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性，并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類；能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成‘結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)'的觀念；能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題?！盵1]3新課標(biāo)中沒有變化的是化學(xué)的核心知識(shí)以及化學(xué)學(xué)科的大觀念——結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，變化的有2個(gè)方面：一是強(qiáng)調(diào)從靜態(tài)的知識(shí)轉(zhuǎn)化為動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)方式（內(nèi)隱）及能力表現(xiàn)（外顯）；二是強(qiáng)調(diào)學(xué)科大觀念的形成途徑，通過建立認(rèn)識(shí)方式和經(jīng)歷學(xué)科能力活動(dòng)來形成?？傊?，以素養(yǎng)導(dǎo)向的課程和評(píng)價(jià)目標(biāo)更加凸顯學(xué)科本質(zhì)，更加關(guān)注學(xué)生的化學(xué)思維方式，即用化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)真實(shí)世界，用化學(xué)的方法解決實(shí)際問題。

從上述分析可知，學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵是學(xué)生學(xué)科能力的發(fā)展，因此，通過設(shè)計(jì)不同任務(wù)類型的學(xué)科能力活動(dòng)，可以考查學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展情況。素養(yǎng)導(dǎo)向的命題需要命題者從以往考查“雙基”（即基本知識(shí)、基本能力）的命題思路轉(zhuǎn)向考查學(xué)科能力的命題思路。高中生化學(xué)學(xué)科能力的內(nèi)核是化學(xué)認(rèn)識(shí)方式，包括對(duì)物質(zhì)和變化的認(rèn)識(shí)角度和認(rèn)識(shí)思路，可以通過創(chuàng)設(shè)特定問題情境、設(shè)計(jì)相應(yīng)水平的任務(wù)進(jìn)行考查。

1.2 依據(jù)學(xué)科能力構(gòu)成模型確定命題維度

為體現(xiàn)素養(yǎng)導(dǎo)向的試題特質(zhì)，整體規(guī)劃試題的素養(yǎng)考查目標(biāo)，依據(jù)中學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力構(gòu)成模型確定三維度命題框架，如圖1所示。

維度1：任務(wù)類型及認(rèn)識(shí)水平。該維度是最能體現(xiàn)能力特質(zhì)的維度，與以往考試大綱中的“知道”“理解”“掌握”的籠統(tǒng)能力要求不同，借助學(xué)科能力構(gòu)成模型，無論是能力內(nèi)涵還是能力表現(xiàn)都更為具體，命題更加具有可操作性。任務(wù)類型即學(xué)科能力活動(dòng)的表現(xiàn)類型，考慮到考試時(shí)間限制和評(píng)卷便捷，選擇辨識(shí)記憶、概括關(guān)聯(lián)、推論預(yù)測(cè)、分析解釋、簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)、復(fù)雜推理6種類型。從辨識(shí)記憶到復(fù)雜推理，不同任務(wù)類型對(duì)應(yīng)的認(rèn)識(shí)水平逐漸提高，表現(xiàn)為從提示到自主、從單一到多維、從孤立靜態(tài)到系統(tǒng)動(dòng)態(tài)。

維度2：情境素材。學(xué)生素養(yǎng)體現(xiàn)在真實(shí)情境中解決實(shí)際問題的過程中，因此情境素材是素養(yǎng)考查的關(guān)鍵要素。該維度包括問題情境領(lǐng)域和素材類型?；瘜W(xué)應(yīng)用于真實(shí)問題解決的領(lǐng)域通常有環(huán)境、資源、能源、健康、材料、實(shí)驗(yàn)等，不同領(lǐng)域所涉及的素材（物質(zhì)及反應(yīng)）對(duì)學(xué)生來說，都有可能從熟悉到陌生，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。此外，不同情境領(lǐng)域中的真實(shí)問題也是特定的，如環(huán)境領(lǐng)域所涉及的問題通常包括污染源分析、檢測(cè)及環(huán)境修復(fù)等，真實(shí)問題轉(zhuǎn)化成化學(xué)問題后，基本上可以概括為物質(zhì)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化、反應(yīng)調(diào)控及利用2類。

圖1 基于學(xué)科能力活動(dòng)理論的學(xué)業(yè)水平考試命題框架

維度3：核心知識(shí)。學(xué)科知識(shí)是學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)成部分，也是素養(yǎng)的基礎(chǔ)。該維度以高中化學(xué)的核心內(nèi)容主題為標(biāo)簽來呈現(xiàn)，包括該主題下的具體知識(shí)及相應(yīng)的活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)。同一主題的核心知識(shí)，可用于不同情境領(lǐng)域中的真實(shí)問題解決；反之，同一情境領(lǐng)域中的真實(shí)問題，涉及不同的任務(wù)類型，可以應(yīng)用不同的核心知識(shí)，在問題解決過程中對(duì)應(yīng)不同的認(rèn)識(shí)思路或認(rèn)識(shí)水平。

在實(shí)踐中，上述命題框架可以作為學(xué)業(yè)水平考試試題的編制依據(jù)，也可用于設(shè)計(jì)課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2 基于學(xué)業(yè)水平考試命題框架的試題編制策略

依據(jù)圖1所示的命題框架，規(guī)劃和編制學(xué)業(yè)水平考試試題的流程如圖2所示。首先要依據(jù)命題框架確定素養(yǎng)考查目標(biāo)，即對(duì)整份試卷進(jìn)行藍(lán)圖規(guī)劃，對(duì)核心知識(shí)維度進(jìn)行分?jǐn)?shù)分布規(guī)劃；在任務(wù)類型及認(rèn)識(shí)水平維度進(jìn)行試題的難度規(guī)劃；從核心知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值或任務(wù)類型及認(rèn)識(shí)水平出發(fā)，對(duì)情境領(lǐng)域和素材選取方向進(jìn)行規(guī)劃。命題藍(lán)圖確定之后，組織素材、設(shè)計(jì)問題和制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)是后續(xù)3個(gè)流程。

2.1 從化學(xué)學(xué)科的核心應(yīng)用領(lǐng)域選取并組織素材

化學(xué)知識(shí)廣泛地應(yīng)用于人類社會(huì)生產(chǎn)及日常生活中，不同知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值和功能不同，例如化學(xué)變化的能量、平衡及速率等理論知識(shí)使得人們能夠更好地調(diào)控和利用化學(xué)反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)進(jìn)料比、溫度等條件使反應(yīng)限度和速率符合預(yù)期。這樣的應(yīng)用在環(huán)境、資源、能源等領(lǐng)域都有體現(xiàn)，例如環(huán)境領(lǐng)域中對(duì)污染源生成或消除反應(yīng)的調(diào)控，資源領(lǐng)域中對(duì)從原料到產(chǎn)品的各步物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的調(diào)控，能源領(lǐng)域中對(duì)能源開發(fā)或轉(zhuǎn)化所對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控等。

具體查找和組織素材時(shí)，還要考慮是否設(shè)計(jì)跨內(nèi)容主題的考查目標(biāo)。例如，在高三上學(xué)期，更適合進(jìn)行單一內(nèi)容的主題考查，可以用資源能源領(lǐng)域中的石油化工原料生產(chǎn)的素材考查學(xué)生在“化學(xué)變化的能量、平衡及速率”主題下的學(xué)科能力，素材舉例如下①資料1和資料2來自：朱向?qū)W,宋月芹,李宏冰,等.丁烯催化裂解制丙烯/乙烯反應(yīng)的熱力學(xué)研究[J].催化學(xué)報(bào),2005（2）:111-117.：

資料1：以丁烯和乙烯為原料反應(yīng)生成丙烯的方法被稱為“烯烴歧化法”，主要反應(yīng)為：

相關(guān)燃燒熱數(shù)據(jù)：

圖2 基于學(xué)業(yè)水平考試命題框架的試題編制流程

資料2：“丁烯裂解法”是另一種重要的丙烯生產(chǎn)法，但生產(chǎn)過程中會(huì)有生成乙烯的副反應(yīng)發(fā)生。反應(yīng)如下：

測(cè)得上述兩反應(yīng)的平衡體系中，各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w%）隨溫度（T）和壓強(qiáng)（P）變化的趨勢(shì)分別如圖3a和圖3b所示：

圖3 a

圖3 b

上述資料中的化學(xué)反應(yīng)是有機(jī)物的轉(zhuǎn)化，雖然陌生但不復(fù)雜，同時(shí)素材不涉及水溶液、電化學(xué)等其他內(nèi)容主題。資料1可用于考查學(xué)生對(duì)蓋斯定律的應(yīng)用；資料2可用于考查學(xué)生對(duì)單一平衡體系或多平衡體系的認(rèn)識(shí)思路，問題的設(shè)計(jì)空間較大。

2.2 設(shè)問指向真實(shí)問題解決過程中的任務(wù)類型及認(rèn)識(shí)水平

初步完成情境素材的選取及呈現(xiàn)后，接下來是基于素材中所蘊(yùn)含的真實(shí)問題進(jìn)行問題設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)問題的重要依據(jù)是命題框架中的任務(wù)類型及認(rèn)識(shí)水平維度。在不同內(nèi)容主題下，學(xué)科能力活動(dòng)表現(xiàn)是有層級(jí)劃分的，仍以化學(xué)平衡及速率為例，在新課標(biāo)的“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)內(nèi)涵中對(duì)該內(nèi)容有明確要求：“認(rèn)識(shí)化學(xué)變化有一定限度、速率，是可以調(diào)控的，能多角度、動(dòng)態(tài)地分析化學(xué)變化，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決簡(jiǎn)單的實(shí)際問題?！盵1]4從中可以看出該素養(yǎng)中包含了對(duì)化學(xué)變化的多角度認(rèn)識(shí)方式以及多角度、動(dòng)態(tài)的認(rèn)識(shí)水平要求。在學(xué)科能力活動(dòng)的任務(wù)類型上，可以結(jié)合情境素材中的真實(shí)問題，將真實(shí)問題解決過程進(jìn)一步分解，設(shè)計(jì)分析解釋、推論預(yù)測(cè)或復(fù)雜推理等類型的問題，考查該內(nèi)容主題所對(duì)應(yīng)的不同水平的素養(yǎng)。

以資料2為例，其中要解決的真實(shí)問題是丁烯裂解法制丙烯的反應(yīng)條件控制。為了解決該問題，需要從限度、速率等多角度來權(quán)衡、確定影響反應(yīng)的外界條件，同時(shí)，有機(jī)反應(yīng)伴隨副反應(yīng)發(fā)生，因此要考慮副反應(yīng)的影響，最終確定合適的反應(yīng)條件，包括溫度、壓強(qiáng)等。資料2的圖像數(shù)據(jù)正是在上述問題解決過程中獲得的，將問題解決過程進(jìn)一步分解，設(shè)計(jì)如下問題：

A.300℃，0.1MPa B.700℃，0.1MPa

C.300℃，0.5 MPa D.700℃，0.5 MPa

（2）有研究者結(jié)合圖3a數(shù)據(jù)并綜合考慮各種因素，認(rèn)為450℃的反應(yīng)溫度比300℃或700℃更合適，從反應(yīng)原理角度分析其理由可能是____。

（3）圖3b中，隨壓強(qiáng)增大平衡體系中丙烯的百分含量呈上升趨勢(shì)，從平衡角度解釋其原因是___。

第（1）問為推論預(yù)測(cè)型問題，需要學(xué)生在給定的平衡角度下進(jìn)行條件推論和預(yù)測(cè)。學(xué)生只要能夠從圖像數(shù)據(jù)中正確提取乙烯、丙烯質(zhì)量比與溫度、壓強(qiáng)的變化關(guān)系，就能推斷出合適的反應(yīng)條件。

第（2）問為分析解釋型問題，需要學(xué)生自主調(diào)用平衡、速率等多維知識(shí)對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行分析解釋。圖像數(shù)據(jù)是體系處于平衡態(tài)時(shí)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，實(shí)際選擇反應(yīng)條件時(shí)還要考慮速率問題，顯然450℃與300℃相比，其優(yōu)勢(shì)在于反應(yīng)速率能夠加快，雖然副反應(yīng)相對(duì)多一些，但生產(chǎn)時(shí)效會(huì)增高；而與700℃相比，450℃的副反應(yīng)程度小，丁烯轉(zhuǎn)化成丙烯的轉(zhuǎn)化率高。該設(shè)問還有一定的開放性，從速率角度看，選擇450℃還可能是該溫度下催化劑的選擇性最高或該溫度是催化劑的活性溫度等，學(xué)生如果這樣作答也說明其能夠自主調(diào)用速率知識(shí)對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行分析解釋。

第（3）問為復(fù)雜推理型問題，考查學(xué)生應(yīng)用多角度認(rèn)識(shí)反應(yīng)思路對(duì)多平衡體系進(jìn)行系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)的分析推斷能力。解題時(shí)，學(xué)生首先需要將多平衡體系的反應(yīng)區(qū)分為分析對(duì)象（主反應(yīng)）和影響因素（副反應(yīng)）；然后將壓強(qiáng)增大作為推理起點(diǎn)，應(yīng)用平衡移動(dòng)原理分析副反應(yīng)和主反應(yīng)，找到推論過程中的關(guān)鍵變量，形成推理鏈；最終得出“壓強(qiáng)增大，生成乙烯的副反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，使丁烯濃度增大，導(dǎo)致主反應(yīng)的平衡正向移動(dòng)，從而使丙烯含量增大”的完整答案。

2.3 同一內(nèi)容主題的設(shè)問關(guān)注學(xué)科能力任務(wù)類型的全覆蓋

針對(duì)重點(diǎn)主題的核心知識(shí)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)理解、實(shí)踐應(yīng)用和遷移創(chuàng)新等不同類型和水平的問題，力爭(zhēng)做到學(xué)科能力任務(wù)類型的全覆蓋，以便更好地利用考試結(jié)果發(fā)現(xiàn)學(xué)生能力發(fā)展中存在的問題，如例1和例2。

例1

一定溫度下，向10 mL 0.40 mol·L-1H2O2溶液中加入適量FeCl3溶液，不同時(shí)刻測(cè)得生成O2的體積（已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況）如表1所示。資料顯示，反應(yīng)分兩步進(jìn)行：

表1

反應(yīng)過程中能量變化如圖4所示。下列說法不正確的是___。

圖4

A.0～6 min的平均反應(yīng)速率：

B.Fe3+的作用是增大過氧化氫的分解速率

C.反應(yīng)①是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)②是放熱反應(yīng)

D.反應(yīng) 2H2O2（aq）2H2O（l）+O2（g）的ΔH=ΔE1-ΔE2＜ 0

例2

羰基硫（COS）可用于合成除草劑、殺草丹等農(nóng)藥?？赏ㄟ^H2S與CO2在高溫下反應(yīng)制得COS：H2S（g）+CO2（g）COS（g）+H2O（g），ΔH＞0。在2 L容器中充入一定量的H2S和CO2發(fā)生上述反應(yīng)，

數(shù)據(jù)如表2所示。下列判斷不正確的是_____。

A.K1=1/81

B.K2=K3且n3=2n2

C.初始反應(yīng)速率：實(shí)驗(yàn)3＞實(shí)驗(yàn)2＞實(shí)驗(yàn)1

D.實(shí)驗(yàn)2中平衡時(shí)的c（COS）約為0.0286 mol·L-1

表2

與實(shí)踐應(yīng)用層面的試題相比，學(xué)習(xí)理解類問題提供的素材通常是學(xué)生比較熟悉的、在教學(xué)中經(jīng)常接觸到的反應(yīng)信息；此外，問題解決所需要的推理路徑通常比較短，基本上是給定角度或?qū)嵌冗M(jìn)行簡(jiǎn)單的概括關(guān)聯(lián)。

2.4 試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)體現(xiàn)問題解決思路的水平差異、促進(jìn)思路轉(zhuǎn)化

在測(cè)試實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)，推論預(yù)測(cè)、分析解釋等類似于簡(jiǎn)答題的問題，學(xué)生的答案往往五花八門，不同答案反映出問題解決思路的水平差異。在制定試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，對(duì)不同水平的答案進(jìn)行不同的賦分，有利于教師更好地進(jìn)行學(xué)情診斷，也有利于學(xué)生進(jìn)行自我診斷。如前述根據(jù)資料2設(shè)計(jì)的試題第（2）問和第（3）問，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

從表3可以看出，體現(xiàn)水平層級(jí)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定使得學(xué)生問題解決思路的診斷不再是簡(jiǎn)單的“對(duì)”與“錯(cuò)”的差別，而是體現(xiàn)一個(gè)從不完善到完善的發(fā)展過程。

基于學(xué)科能力活動(dòng)理論開展學(xué)業(yè)水平考試，在實(shí)踐中還有很多問題值得我們進(jìn)一步反思和改進(jìn)。后期還可以進(jìn)一步豐富考試的任務(wù)類型，如說明論證、系統(tǒng)探究等；在試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的制定上，對(duì)學(xué)生問題解決的思路還可以進(jìn)一步細(xì)化，以契合學(xué)生多樣化的解題思路；在考慮評(píng)卷效率的同時(shí)，還可以盡可能地提高問題開放度，等等。

表3 根據(jù)資料2設(shè)計(jì)的試題評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)