化學“科學探究與創(chuàng)新意識”的評價與思考
——以2020 年天津市高中學業(yè)水平等級性考試化學學科為樣本

何 文 英 華 康 寧 田曉梅

天津2020 年高中學業(yè)水平等級性考試化學學科試題按照 《關(guān)于深化考試招生制度改革的實施意見》《普通高中化學課程標準（2017 年版）（2020 年修訂）》和《中國高考評價體系》的要求進行命制。

《普通高中化學課程標準 （2017 年版）（2020 年修訂）》在提出學科核心素養(yǎng)的同時，強調(diào)真實情境的創(chuàng)設(shè)，把握“素養(yǎng)”“情境”“問題”“知識”的相互聯(lián)系，構(gòu)建以化學學科核心素養(yǎng)為導向的命題框架。命題要體現(xiàn)出對 “科學探究與創(chuàng)新意識” 的培養(yǎng)和評價，必須依托化學實驗這一重要載體。 本文以2020年天津市高中學業(yè)水平等級性考試化學學科為樣本，評價學生的科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)，并針對存在的問題提出教學建議。

一、試題總體評價

高中學業(yè)水平等級性考試化學試題作為一種對學生的必備品格和關(guān)鍵能力的綜合性考查，著眼于學生在化學方面的素養(yǎng)形成、 能力培養(yǎng)和學習效果。 等級考化學試題將核心素養(yǎng)的考查貫穿于全卷，注重基礎(chǔ)性、綜合性、開放性、探究性和時代性，彰顯中華文明，突出立德樹人。 注重考生應(yīng)掌握的重點化學基礎(chǔ)知識， 以考生所能耳聞目睹的社會熱點、 生活中的實際問題和一些科學研究熱點與化學過程， 尤其是我國化學家的最新研究成果為情境，融入化學與社會和諧發(fā)展、化學研究前沿和發(fā)展方向，將化學基本概念、原理、基本技能和研究方法等設(shè)置為試題內(nèi)容， 較全面地考查了考生的化學核心素養(yǎng)和運用化學知識與技能解決具體問題的能力。

表1 2020 年等級考化學試題各模塊考查內(nèi)容

表2 2020 年等級考化學試題所反映的素養(yǎng)考查

由表1 可以看出， 各冊教材在試題考查內(nèi)容上體現(xiàn)出覆蓋面廣、分布合理的特點。

由表2 可見，天津2020 年等級考化學試題著力對“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)進行考查，如第5、12、13、15、16 題，均涉及了相關(guān)內(nèi)容的考查。 該素養(yǎng)的重要性可見一斑。 將化學實驗知識與工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合， 考查學生從實際問題出發(fā)運用化學知識的能力，培養(yǎng)考生的實驗探究與創(chuàng)新意識。

二、基于考生水平表現(xiàn)標準的評價方法

應(yīng)當有價值地使用考生的實測數(shù)據(jù)， 通過對數(shù)據(jù)的分析研究， 幫助教師及時發(fā)現(xiàn)不同水平學生在學習過程中存在的問題，進而改進教學，提高教育教學水平，采用標準參照評價的方式，研究制定《考生水平表現(xiàn)標準（化學）》（以下簡稱《表現(xiàn)標準》），并基于此標準，對考生進行評價。

《考生水平表現(xiàn)標準（化學）》是以教育測量學與統(tǒng)計學為理論指導，依據(jù)《課標（2017 年版）》中關(guān)于學科學習內(nèi)容和學習能力的要求以及新課程理念中關(guān)于化學學科素養(yǎng)的要求，研究制定的。

依據(jù)《表現(xiàn)標準》，結(jié)合考生學業(yè)水平等級性考試化學試題的實測數(shù)據(jù)及作答表現(xiàn)， 全市考生水平的表現(xiàn)可以劃分為四個水平，分別為精通水平、熟練水平、基本水平及基本水平以下。依據(jù)考生水平典型表現(xiàn)，采用安格夫方法（Angoff’s Procedure）確定每一水平的臨界分數(shù)， 把全體考生劃分為精通水平組（G4 組）、熟練水平組（G3 組）、基本水平組（G2 組），2020 年等級考化學試題的臨界分數(shù)分別為81 分、53 分、40 分，40 分以下記作G1 組，將全體考生記作G5 組。 將試卷分別按題型、知識范疇、能力范疇和學科素養(yǎng)等方面進行試題歸類； 根據(jù)學生實測統(tǒng)計結(jié)果形成考生作答的水平表現(xiàn)數(shù)據(jù)報告，供研究使用。

三、基于考生水平表現(xiàn)標準的評價結(jié)果

2020 年天津市高中學業(yè)水平等級性考試化學學科（以下簡稱“化學試卷”）試題的命制，將化學學科核心素養(yǎng)目標貫穿于全卷，以真實情境為測試載體、以實際問題為測試任務(wù)， 以化學知識為解決問題的工具，進一步做好過渡銜接，注重基礎(chǔ)性、綜合性、探究性，彰顯中華文明，突出立德樹人。

2020 年化學試題形式新穎、知識覆蓋廣、難度基本合理、難易過渡較平穩(wěn)，在對考生的化學主干必備知識和關(guān)鍵能力全面考查的基礎(chǔ)上， 融合必要的新情境。應(yīng)用化學大概念的預(yù)測功能，有效考查學生遷移認知模型、解決新問題的能力，從而有效區(qū)分不同學習能力水平的學生，引導全市中學化學課堂改革，摒棄死記硬背、題海戰(zhàn)術(shù)的教學模式，積極探索“教、學、評”一體化單元教學方式，促進提升教師的教學水平。

2020 年的化學試卷第Ⅰ卷12 小題，共36 分，第Ⅱ卷4 大題，包括物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)題、有機題、實驗題、理論題，共64 分，總分為100 分。

近年高考難度數(shù)據(jù)如表3 所示。

（一）全市考生水平評價結(jié)果

1.全市考生總體水平情況

2020 年考生中有12.87%的考生達到了精通水平 （G4 組）， 有38.51%的考生達到了熟練水平（G3組），有23.69%的考生達到了基本水平（G2 組），達到基本水平及以上的考生占考生總數(shù)的75.07%，與2019 年相比基本持平。

表3 2011-2020 年全市化學試題難度匯總

2.全市考生不同知識范疇的評價結(jié)果

表4 數(shù)據(jù)表明， 化學基本概念和基本理論知識范疇歷年試卷總分權(quán)重近二分之一， 作答情況相對穩(wěn)定，區(qū)分度很好；2020 年，有機化學基礎(chǔ)知識范疇作答情況與2019 年持平；化學實驗基礎(chǔ)知識范疇作答情況與2019 年得分率相比明顯偏低。

全市考生化學實驗基礎(chǔ)得分率（0.49）略低于全卷的得分率（0.52）；化學基本概念和基本理論得分率（0.53）、有機化學基礎(chǔ)知識得分率（0.54），均略高于全卷的得分率。

表4 數(shù)據(jù)還表明，精通水平、熟練水平的考生（G4、G3 組）各知識范疇的得分率均遠高于全市考生各知識范疇、全卷的得分率。 G2、G1 組考生各知識范疇的得分率均低于全市考生知識范疇的得分率。

（二）基于化學學科核心素養(yǎng)的評價結(jié)果

1.全市不同水平組考生核心素養(yǎng)作答概況如表5 所示。

2.基于“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的評價結(jié)果

對于“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的考查，大多通過化學實驗等方式，從實驗?zāi)康牡皆怼⒀b置、實施、證據(jù)搜集、數(shù)據(jù)分析與結(jié)論、評價與優(yōu)化等視角，在尋找證據(jù)、假設(shè)、分析推理、建立觀點、結(jié)論的一系列過程中，綜合評價學生解決實際問題的高階思維能力，從而導向教、學、評一體化的教與學方式實施，提升學生的必備品格和關(guān)鍵能力，這將有利于化學學科核心素養(yǎng)在常態(tài)化課堂教學中的落實。舉例如下：

表4 2014-2020 年全市不同水平考生化學試題各知識范疇得分率

表5 2020 年全市不同水平組考生核心素養(yǎng)作答概況

例1.（2020 年第5 題）下列實驗儀器或裝置的選擇正確的是

從表6 的數(shù)據(jù)可知，G4 組考生作答表現(xiàn)優(yōu)秀，近91%學生正答。 考生典型錯誤集中在選項C，G1、G2、G3 組分別有63%、62%、41%考生錯答， 此選項干擾很大。產(chǎn)生此錯誤的主要原因可能是：考生對用于有機冷凝回流的“球形冷凝管” 與常用于蒸餾的“直形冷凝管” 裝置的結(jié)構(gòu)特點及其工作原理不清晰，而造成不同級別水平的辨識不準確。由此導向常態(tài)教學中需及時回歸教材進行精讀，如必修1p7、必修2p90 圖示；同時精選母題，進行深度講評和剖析，如結(jié)合2019 年天津化學第9 題圖示進行實驗裝置及其工作原理的對比分析。

2019 年天津化學第9 題圖

本題考查化學實驗知識，內(nèi)容涉及溶液配制、氣體除雜﹑蒸餾操作﹑試劑貯存等相關(guān)儀器的選擇。 考查學生化學實驗的基本方法和技能水平， 教與學導向?qū)嶒瀼?fù)習需結(jié)合教材和經(jīng)典母題， 將儀器選擇與其原理相關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學生的“科學探究與創(chuàng)新意識”。此題難度為0.47，屬于中等試題。

以下結(jié)論和解釋正確的是

B.由實驗①可推知ΔH＜0

C.實驗②是由于c（H2O）增大，導致平衡逆向移動

表6 2020 年全市不同水平組考生化學第5 題選項分析表滿分：3.0 難度：中等 知識范疇：化學實驗基礎(chǔ) 核心素養(yǎng)：科學探究與創(chuàng)新意識

從表7 的數(shù)據(jù)可知，G4 組考生作答表現(xiàn)優(yōu)異，得分率為0.84。 考生典型錯誤集中在選項B、C，對G1、G2、G3 組考生均有很大干擾， 占考生總數(shù)的約65%。 產(chǎn)生此錯誤的主要原因可能是：本題以配合物之間相互轉(zhuǎn)化為試題的載體，立意新穎，內(nèi)容涉及外界條件對化學平衡的影響、配合物的化學鍵、配離子的穩(wěn)定性等知識，對比整合陌生物質(zhì)的宏觀變化、實驗、現(xiàn)象，搜集實驗證據(jù)并據(jù)此進行分析、推理、形成有關(guān)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其能量變化等結(jié)論，有效診斷學生的接收、吸收和整合化學信息的能力水平。此題對“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與模型認知”“證據(jù)推理與模型認知”及“科學探究與創(chuàng)新意識”等素養(yǎng)進行了全方位的考查，難度為0.44，屬中等難度試題。

表7 2020 年全市不同水平組考生化學第12 題選項分析表滿分：3.0 難度：中等 知識范疇：化學基本概念和基本理論（可從屬化學實驗范疇） 核心素養(yǎng)：宏觀辨識與微觀探析（含科學探究與創(chuàng)新意識）

例3.（2020 年第15 題）為測定CuSO4溶液的濃度，甲、乙兩同學設(shè)計了兩個方案。回答下列問題：

Ⅰ.甲方案

實驗原理：CuSO4+BaCl2=BaSO4↓+CuCl2

實驗步驟：

（1）判斷沉淀完全的操作為____________。

（2）步驟②判斷沉淀是否洗凈所選用的試劑為_____________。

（3）步驟③灼燒時盛裝樣品的儀器名稱為__________________。

（4）固體質(zhì)量為wg，則c（CuSO4）=_____mol·L-1。

（5）若步驟①從燒杯中轉(zhuǎn)移沉淀時未洗滌燒杯，則測得c（CuSO4）_________（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

Ⅱ.乙方案

實驗原理：

Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

實驗步驟：

①按右圖安裝裝置（夾持儀器略去）

②……

③在儀器A、B、C、D、E…中加入圖示的試劑

④調(diào)整D、E 中兩液面相平，使D 中液面保持在0 或略低于0 刻度位置，讀數(shù)并記錄。

⑤將CuSO4溶液滴入A 中攪拌，反應(yīng)完成后，再滴加稀硫酸至體系不再有氣體產(chǎn)生

⑥待體系恢復(fù)到室溫，移動E 管，保持D、E 中兩液面相平，讀數(shù)并記錄

⑦處理數(shù)據(jù)

（6）步驟②為___________。

（7）步驟⑥需保證體系恢復(fù)到室溫的原因是________（填序號）。

a.反應(yīng)熱受溫度影響 b.氣體密度受溫度影響

c.反應(yīng)速率受溫度影響

（8）Zn 粉質(zhì)量為ag，若測得H2體積為bmL，已知實驗條件下ρ（H2）=dg·L-1，則c（CuSO4）______mol·L-1（列出計算表達式）。

（9）若步驟⑥E 管液面高于D 管，未調(diào)液面即讀數(shù)，則測得c（CuSO4）________（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

（10）是否能用同樣的裝置和方法測定MgSO4溶液的濃度：_________（填“是”或“否”）。

表8 2020 年全市不同水平組考生化學卷第15 題的得分率滿分：17.0 難度：中等 知識范疇：化學實驗基礎(chǔ) 核心素養(yǎng)：科學探究與創(chuàng)新意識

由表8 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知， 不同水平組在第8 題的得分率差異較大， 從G1 到G4 組考生得分率從0.29 到0.82，區(qū)分度很好。本題以定量測定CuSO4溶液中c（CuSO4）為背景，采用重量分析法和氧化還原法分別進行溶液中和Cu2+含量的測定， 設(shè)計兩種不同實驗方案以達實驗?zāi)康摹?內(nèi)容涵蓋化學基本實驗操作、常用儀器的選取、檢驗試劑的選擇、實驗過程的合理分析、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等化學實驗基礎(chǔ)知識?？疾榭忌瘜W實驗的基本方法和技能，同時引導學生體驗探究定量化學實驗的一般過程， 并在解決化學問題的過程中，運用化學原理和科學方法，設(shè)計合理的實驗方案。試題設(shè)計明確給出實驗原理，設(shè)問層進梯度合理，既注重考查基礎(chǔ)知識，又注重診斷考生靈活應(yīng)用已有知識及獲取新信息和遷移解決陌生情境下的有關(guān)問題的能力水平，避免死記硬背、題海戰(zhàn)術(shù)式應(yīng)試，引導教與學向深度學習發(fā)展。難度為0.49，屬中等難度試題。

（三）基于“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析結(jié)果

2020 年7 月10 日即高考結(jié)束的第二天，本項目組面向全市考生征集調(diào)查有效問卷1795 份；面向全市部分區(qū)域化學教師征集調(diào)查有效問卷64 份；學生及教師所在學校屬別類型全，除民辦校涉及較少，區(qū)重點校涉及比例較多一些，其他四類型校分布均勻，問卷調(diào)查具有普遍性。 涉及“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)相關(guān)問題及其分析如下：

1.你喜歡的化學老師是怎樣上化學課的[多選題]（學生問卷）

結(jié)合上表數(shù)據(jù)，從“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)視角分析和評價教與學的有效性， 發(fā)現(xiàn)能結(jié)合實驗探究和富有挑戰(zhàn)的設(shè)問或參與或討論的融合多種方式的教學會激發(fā)學生深度學習的愿望， 進而將會觸動學生探索化學奧秘內(nèi)驅(qū)力。 這引起我們對化學教學、命題及其評價的深刻反思。我們既要在常態(tài)課教學中通過相關(guān)的真實問題情境滲透 “科學精神和社會責任”的學科價值，又要善于通過實驗探究等核心問題設(shè)計，進行“科學探究和創(chuàng)新意識”有效引導，摒棄被動、機械刷題的教學誤區(qū)，真正走向全面落實化學學科核心素養(yǎng)為主的教學。

2.您認為本次高考化學試題中哪些試題診斷“科學探究與創(chuàng)新意識”這一學科核心素養(yǎng)發(fā)展水平的？日常教學是如何落實的？（教師問卷，簡答題形式）

從問卷整理統(tǒng)計看，教師對診斷“科學探究與創(chuàng)新意識”學科核心素養(yǎng)發(fā)展水平的試題認知更加廣泛，不僅僅限于第5、12、15 題，還普遍涉及第6、8、11 題和二卷所有試題， 日常教學策略關(guān)鍵詞有“讓學生簡單設(shè)計實驗方案”“多實驗多分析多總結(jié)”，可見教師盡管使用著舊教材，但對課標提倡的化學學科五維核心素養(yǎng)內(nèi)涵的理解比較透徹，較普遍應(yīng)用素養(yǎng)為本的理念于日常教學之中，突顯探究實驗教學的重要性，以“科學探究與創(chuàng)新意識”這一素養(yǎng)落實為突破口，為化學學科核心素養(yǎng)全面落實奠定基礎(chǔ)。

3.就“走班模式比非走班模式”“等級賦分比實際得分”方式對學習化學的影響問題，對師生共同進行問卷，數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比如下（師生問卷數(shù)據(jù)匯總）：

上述圖示數(shù)據(jù)對比顯示，學生對走班學習形式、賦分評價創(chuàng)新形式比教師更樂觀、自信，這將有利于教師勇于創(chuàng)新教學，激發(fā)學生樂于科學探究的愿望，創(chuàng)新學習方式。

四、提升“科學探究與創(chuàng)新精神”學科核心素養(yǎng)的教學建議

1.創(chuàng)設(shè)真實問題情境，注重實際問題解決

2020 年天津市高中學業(yè)水平等級性考試化學試卷將化學學科核心素養(yǎng)目標貫穿于全卷， 以真實情境為測試載體，以實際問題為測試任務(wù)，以化學知識為解決問題的工具， 試題注重考查考生靈活應(yīng)用已有知識及獲取新信息和遷移解決陌生情境下的有關(guān)問題的能力水平，避免死記硬背、題海戰(zhàn)術(shù)式應(yīng)試，引導教與學向深度學習發(fā)展。 如第12 題，以配合物之間相互轉(zhuǎn)化為試題的載體，立意新穎，內(nèi)容涉及外界條件對化學平衡的影響、配合物的化學鍵、配離子的穩(wěn)定性等知識，對比整合陌生物質(zhì)的宏觀變化、實驗、現(xiàn)象，搜集實驗證據(jù)并據(jù)此進行分析、推理、形成有關(guān)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)及其能量變化等結(jié)論。這樣的試題提示我們， 在日常教學中要注重真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，通過實驗探究等核心問題設(shè)計，進行“科學探究和創(chuàng)新意識”的有效引導，摒棄被動、機械刷題的教學誤區(qū)， 真正走向全面落實化學學科核心素養(yǎng)為主的教學。真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，要依據(jù)教學目標和內(nèi)容，從學生經(jīng)驗或自然、社會生活中選取典型的場景、事物，呈現(xiàn)給學生，為學生開展學習活動提供場景，為學生提供觀察研究的課題。 例如，可以創(chuàng)設(shè)利用“熒光棒”影響化學反應(yīng)速率的教學情境，以“有什么方法可以使熒光棒更亮？”“使用更長久？”“如何設(shè)計實驗進行驗證” 這樣的教學情境激發(fā)學生的認知沖突和探索欲望， 引導學生主動參與整個學習過程，積極思考和探索，引發(fā)討論和對話，從而提升科學探究和創(chuàng)新精神。

2.重視實驗探究教學，提升科學探究能力

化學學科五大核心素養(yǎng)立足高中學生化學學習全過程，各有側(cè)重、相輔相成。 “宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”要求學生形成化學學科的思想和方法；“科學探究與創(chuàng)新意識” 從實踐層面激勵學生勇于創(chuàng)新，“科學態(tài)度與社會責任” 進一步揭示了化學學習更高層次的價值追求。 “科學探究與創(chuàng)新意識”是進行科學解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學實踐活動；它要求能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題，能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計探究方案，運用化學實驗、調(diào)查等方法進行實驗探究。 本試卷的第15 題，以定量測定CuSO4溶液中c（CuSO4）為背景，采用重量分析法和氧化還原法分別進行溶液中和Cu2+含量的測定，設(shè)計兩種不同實驗方案以達實驗?zāi)康摹?內(nèi)容涵蓋化學基本實驗操作、 常用儀器的選取、 檢驗試劑的選擇、實驗過程的合理分析、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等化學實驗基礎(chǔ)知識。 考查考生化學實驗的基本方法和技能，同時體驗探究定量化學實驗的一般過程，并在解決化學問題的過程中， 考查運用化學原理和科學方法設(shè)計合理實驗方案的能力。為此，我們在教學中要重視學生實踐活動的開展， 通過化學實驗和項目研究等形式， 在具體的實踐活動中引導學生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的問題，并依據(jù)探究目的設(shè)計、優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作，對觀察記錄的實驗信息進行加工，獲得結(jié)論，和同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進的設(shè)想，尊重實驗事實和證據(jù)，破除迷信，反對偽科學，養(yǎng)成獨立思考敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神。

3.開展化學項目式學習，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神

化學不僅與經(jīng)濟發(fā)展和社會文明的關(guān)系密切，也是材料科學、生命科學、環(huán)境科學、能源科學和信息科學等現(xiàn)代科學技術(shù)的重要基礎(chǔ)。 化學在促進人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用， 是揭示元素到生命奧秘的核心力量。 項目式學習是基于真實而有意義、 貼近生活和社會實際的主題任務(wù)和活動，將分析問題解決問題的主動權(quán)交給學生。項目式學習是聚焦核心素養(yǎng)，彰顯知識認識功能和價值，提升學科理解能力，實現(xiàn)知識、能力、素養(yǎng)相統(tǒng)一的化學教育。項目式學習以真實情景創(chuàng)設(shè)為載體，以實際問題解決為學習任務(wù)， 以化學學科核心知識為解決問題的工具，項目設(shè)計要注重真實情景，解決復(fù)雜問題，項目選擇要基于課程標準、學生經(jīng)驗及當前科技的熱點問題，如鋰離子電池；生活中遇到的問題，如含氯消毒劑的制備；傳統(tǒng)文化中蘊含的化學問題，如中醫(yī)藥與青蒿素。 項目式學習要求引導學生利用化學學科的必備知識， 在真實問題情境的解決中發(fā)展學科關(guān)鍵能力，培育核心素養(yǎng)，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。