立足學科理解、凸顯學科能力考查的主題式命題研究

王懷文，張春艷，蘇華虹

摘要： 學科理解是形成學科能力和素養(yǎng)的底層邏輯，學科能力是學科理解的外在表征，也是形成學科素養(yǎng)的直接要素。命題應依據(jù)考查目標、考查對象特征，在主題式大概念統(tǒng)領下，立足學科理解、凸顯學科能力考查并進行結(jié)構(gòu)化命題。

關鍵詞： 學科理解; 學科能力; 高中化學; 主題式命題

文章編號： 1005-6629（2023）02-0080-07? ??中圖分類號： G633.8? ??文獻標識碼： B

1? 考查學科理解及學科能力的重要性

1.1? 化學學科理解、學科能力的內(nèi)涵及與學科素養(yǎng)的關系

化學學科理解是對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認識［1］。化學學科理解的對象，不僅包括化學學科知識，還應包括具有化學學科特質(zhì)的認識視角和認識方式。王磊認為，化學學科能力包含知識和經(jīng)驗的輸入——學習理解活動、輸出——應用實踐活動、高級輸出——遷移創(chuàng)新活動［2］。

學生在學習過程中存在“表層理解”現(xiàn)象，似乎能夠理解所學的原理方法，但卻無法調(diào)用所學知識和方法解決新情境下的“舊問題”，產(chǎn)生這種“表層理解”的原因是學生沒有真正理解學科知識的內(nèi)涵及其思維方式，即“學科理解”不到位，未能形成解決實際問題的能力。

學科學習的過程是不斷建構(gòu)學科理解并在實踐中培養(yǎng)學科能力和素養(yǎng)的過程。學科理解、學科能力和學科素養(yǎng)的關系如圖1所示。學科理解是形成學科能力和素養(yǎng)的底層邏輯，決定了學科能力和素養(yǎng)水平；學科能力是學科理解的外在表征，也是形成學科素養(yǎng)的直接要素，學科能力是打通學科理解到學科素養(yǎng)的關鍵變量。三者共同實現(xiàn)了學習過程中“學做事”“能做事”“做好事”的遞進式發(fā)展脈絡。

1.2? 立足學科理解，考查學科能力的命題意義

高考化學試題命制時，選取具有價值引領功能的真實情境為素材，設計能促進學科理解的問題，考查關鍵能力，回歸學科本質(zhì)［3］。全國多個地市對命題進行了積極的、有益的探索，為區(qū)域教學質(zhì)量檢測順利進行提供了保障。但是部分命題者對命題內(nèi)容的學科理解深度不足，對學科能力考查的挖掘不到位，高度模仿高考題的素材及設問等外在形式，然后對試題內(nèi)容生硬地貼上素養(yǎng)標簽。這種“偽素養(yǎng)導向”，實質(zhì)上弱化了試題“引導教學”的功能。素養(yǎng)落地，首先要引導學生基于具體的知識來建構(gòu)具有廣泛遷移價值的認識視角，從而形成“舉一反三”，解決陌生情境下真實問題的能力。因此立足學科理解，考查學科能力，是素養(yǎng)在評價中落地的突破口。

2? 主題式命題考查化學學科理解和學科能力的優(yōu)勢

高中化學科主題式命題是以診斷學生學科核心素養(yǎng)為測試宗旨，以主題教學理念為理論基礎，選取真實而有意義的問題情境，設置與情境緊密相關的實際問題，重視考查內(nèi)容的關聯(lián)性與進階性，進而促進學習主體意義建構(gòu)的一種命題形式［4］。主題是主題式命題的靈魂，試題的情境素材、設問應圍繞主題進行精心組織，為考查主題服務。

主題式命題體現(xiàn)素養(yǎng)導向、能力為重、知識為基的命題理念（見圖2）。宏觀方面，關注命題主體意義（大概念或主題）建構(gòu)，將學生解題過程演變成外顯學科素養(yǎng)的過程；中觀方面，關注情境與問題之間的關聯(lián)，學科認識視角和認識思路的多樣化，凸顯學科能力的考查；微觀層面，重視試題命制思路結(jié)構(gòu)化，對考查目的、考查內(nèi)容、考查要求進行整體設計，注重挖掘真實情境中的真實問題，立足學科理解精心設計問題，為能力和素養(yǎng)考查提供支撐。主題式命題體現(xiàn)了“知識+能力+價值”的命題理念。

3? 立足學科理解，考查學科能力的主題式命題路徑

3.1? 素養(yǎng)的形成路徑和考查路徑

學科素養(yǎng)的形成路徑?jīng)Q定其考查路徑（見圖3）。首先，形成素養(yǎng)的最終目的是解決真實問題，學科理解和學科能力分別是解決真實問題的工具和方法，因此，學生解決真實問題的行為是素養(yǎng)水平的外在表現(xiàn)；其次，學科能力是聯(lián)系學科理解和學科素養(yǎng)的橋梁，最接近素養(yǎng)立意的考查方式是學科能力考查層，但也不能完全忽視學科理解的考查，對學科知識本原性、結(jié)構(gòu)化認識加以考查，也是診斷學生素養(yǎng)水平的方式之一。

3.2? 凸顯學科能力考查的評價指標體系

以素養(yǎng)為發(fā)展目標的化學教學，學科知識是基礎，認識角度和認識方式是關鍵，學科能力是表現(xiàn)目標，三個方面既互相關聯(lián)，又層層遞進，在認識角度和認識方式指引下，可以發(fā)展一系列具有邏輯順序的子問題，使思維精細化。這樣的理解范式可以不斷復刻，實現(xiàn)陌生情境中的知識遷移。參考王磊的能力評價模型［5］，本文嘗試從認識角度、認識方式、認識方式類型三個角度共同衡量學科能力水平（見圖4）。其中認識角度和認識方式可視為學科理解的內(nèi)涵實質(zhì)，認識方式類型可視為學科能力的重要構(gòu)成要素。

4? 立足學科理解，考查學科能力的主題式命題過程

本文以2022年佛山市普通高中化學質(zhì)量檢測化工流程題的命制為例，對融合“知識+能力+價值”考查理念的主題式命題過程進行分析探討。無機

化工工藝常用作高中化學考查無機物及其轉(zhuǎn)化的素材，尤以冶金工藝居多。冶金工藝中，存在原料的預處理、物質(zhì)轉(zhuǎn)化及分離、獲得和提純產(chǎn)品、三廢處理等過程，這些過程涉及《化學１》和《化學２》中的元素化合物知識和基本概念、《化學反應原理》中的原理性知識、《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中的物質(zhì)（原子）結(jié)構(gòu)認識。這類化工過程容易創(chuàng)設成“既復雜又精煉”的考查情境。在無機工藝相關問題的解決過程中，學生本身也能進一步地加深學科理解、發(fā)展高階思維、提升自身的能力和素養(yǎng)。

4.1? 測試宗旨和目標的確立

佛山市普通高中化學質(zhì)量檢測測試的學段為高三年級，時間為4月中旬，此時學生的學業(yè)質(zhì)量水平應達到4級，以此水平要求為考查目標。具體內(nèi)容包括：（1）能在物質(zhì)及其變化的情境中，依據(jù)需要選擇不同方法，從不同角度對物質(zhì)及其變化進行分析和推斷，能基于物質(zhì)性質(zhì)提出物質(zhì)在生產(chǎn)、生活和科學技術等方面應用的建議和意見；（2）能提出有效控制反應條件的措施，能根據(jù)化學反應原理預測物質(zhì)轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物；（3）能對實驗中的異常現(xiàn)象和已有結(jié)論進行反思，提出質(zhì)疑和新的設想并付諸實施；（4）能依據(jù)“綠色化學”思想分析某些化學產(chǎn)品生產(chǎn)和應用存在的問題，提出處理或解決存在問題的方案［6］。

4.2? 陌生情境中的真實問題轉(zhuǎn)化為測試任務

（1） 情境的選擇原則。情境中涉及的物質(zhì)要有代表性，便于考查學生對無機物的結(jié)構(gòu)化認識水平（見圖5）；情境應具有一定的復雜性和陌生性，能夠充分考查學生獲取信息和調(diào)用認識角度和認識方式解決問題的能力，體現(xiàn)對學生創(chuàng)造性思維能力的考查；情境要有時代性，能夠體現(xiàn)學科的研究方向，反映化學在社會發(fā)展中的積極作用；選擇情境應避免過度追求“新、奇、特”，充分考慮學生的已有知識或經(jīng)驗，讓學生有遷移的抓手。根據(jù)上述要求，選取“閃鋅礦濕法提鋅（赤鐵礦除鐵法）”作為情境素材來命制化工流程題。

（2） 素材的價值分析。在有色金屬消費中鋅僅次于銅和鋁。中國是世界上最早發(fā)現(xiàn)并使用鋅的國家。近年，云南某化工廠打破了歐美國家

關于赤鐵礦除鐵法工藝的壟斷。閃鋅礦（主要成分為ZnS）理論含鋅67.1%，鐵含量可高達30%；常含錳、鎘、銦、鉈、鎵、鍺等多種稀有元素。冶鋅過程中涉及多種無機物的轉(zhuǎn)化，尤其是高中階段具有代表性的鐵元素的轉(zhuǎn)化過程多樣且復雜；還涉及化學平衡理論、電解理論在復雜體系中的應用。素材看似平淡，但是需要深入理解學科知識并對其進行關聯(lián)認識才能解決生產(chǎn)中的真實問題。因此閃鋅礦冶鋅過程是考查學生認識無機物及其轉(zhuǎn)化的學科能力水平的優(yōu)秀情境素材。

（3） 真實問題轉(zhuǎn)化為測試任務。為保證命題的科學性和真實性，命題者對61篇有關閃鋅礦冶鋅的文獻進行研究分析，繪制簡潔合理的化工流程圖，減少干擾學生審題的冗余描述；提煉閃鋅礦濕法提鋅（赤鐵礦除鐵法）中涉及的關鍵工序（見圖6），從中篩選出與考查目標切合的問題作為設問依據(jù)（見表1）。

該流程與常見冶鋅流程（2018年全國Ⅱ卷）不同的是更加全面地展示了鋅冶煉的化工過程，更注重完整性和時代性。

4.3? 試題呈現(xiàn)

［試題Ⅰ］利用閃鋅礦［主要成分ZnS，還有Fe、 Co、 In（銦）、 F、 Cl等元素］生產(chǎn)Zn，同時可實現(xiàn)稀散金屬In的提取。一種工藝流程如圖所示。回答下列問題：

25℃時，Ksp［In（OH）3］=1.41×10-33， Ksp［Fe（OH）2］=8.0×10-16； CaF2易成膠狀。

（1） “氣體1”經(jīng)純化后適宜在? ? ? ? 工序使用（填方框內(nèi)的工序名稱）。

（2） “溶浸”時，易形成難溶的ZnFe2O4和In2（Fe2O4）3，其中Fe元素的化合價為? ? ? ? 。

（3） “電積”時，上清液中的Co2+會影響鋅的質(zhì)量，F(xiàn)-、 Cl-會腐蝕電極板，Na2S2O8在“除雜1”中做? ? ? ? （填“氧化劑”或“還原劑”），氣體2的主要成分為? ? ? ? （填化學式）。

（4） “除氟”時，適量的CaCO3可以提高氟的沉降率，原因是? ? ? ? 。

（5） 為使In3+沉淀完全，“水解”時溶液的pH應不低于? ? ? ? （保留整數(shù)）。

（6） “加壓氧化時”時，發(fā)生反應的離子方程式為? ? ? ? ? ? ? ? 。

（7） 母液的主要成分為? ? ? ? ? ? ? ? （填化學式）。

4.4? 試題評析

（1） 注重學科理解，強調(diào)遷移創(chuàng)新能力考查。因試題測試對象是高三年級下學期的學生，因此側(cè)重考查學生學科理解的深度及在真實陌生的情境中應用學科知識遠遷移的能力。

如設問（7）的正確解答，需要學生從整體認識化工流程，對多個化工模塊及其背后的化學知識進行整合：“電積”工序背后的電解池模型、“還原”工序中S與Fe的價類關系、“水解”工序中水解的限度問題以及理解“加壓氧化”工序中條件對化學反應的影響。只有將這些知識或觀念理解并內(nèi)化，才能回答出“H2SO4”；能夠理解沉淀完全的“不完全”性和元素守恒觀念，方可答出“ZnSO4”、“Na2SO4”。這種能夠基于學科知識在陌生復雜情境中進行復雜推理、系統(tǒng)探究的能力屬于高階思維。

（2） 注重學科理解、學科能力、學科素養(yǎng)的層級關系，兼顧“四翼”考查要求。試題注重設問的有效性和均衡性，如識別Fe的化合價，體現(xiàn)學科理解、基礎性的考查；石灰石的使用問題體現(xiàn)學科能力、綜合性的考查；推測“母液”成分體現(xiàn)學科素養(yǎng)及應用性和創(chuàng)新性的考查。

（3） 注重通過“給定、提示、自主”認識方式類型實現(xiàn)學科能力考查的進階。如設問（2）根據(jù)ZnFe2O4的分子式回答，屬于給定角度；設問（3）中的關于電積影響因素的信息實質(zhì)在提示學生回答問題的思考方向，屬于提示角度；設問（1）中“氣體1”的使用問題需學生判斷氣體成分，并結(jié)合多個工藝環(huán)節(jié)綜合分析，屬于自主角度。通過靈活考查多種認識方式類型，充分發(fā)揮了試題對學生思維發(fā)展水平的甄別功能。

結(jié)合認識水平［綜合學科能力評價指標（見圖4）、無機物認識角度（見圖5）］對試題設問和學生作答情況進行分析，結(jié)果如表2所示。

通過分析可知，試題設問要求的認識水平越高，學生得分率就越低。設問（2），學生僅需根據(jù)題目要求定性（b）、孤立（c）地分析ZnFe2O4和In2（Fe2O4）3的元素組成，屬于“給定認識角度（A）”層次的試題，得分率高達0.94；設問（5）涉及定量（b，）認識反應限度，雖然屬于“提示角度（B）”層次的問題，但是得分率僅有0.26，這是因為定量思維相對于定性思維，抽象性更高。設問（6）的解答，既需要學生宏觀上關注反應條件，微觀上考慮微粒的多重屬性，又需要理解條件對反應方向的影響，得分率最低。赤鐵礦除鐵法，脫離“常規(guī)劇本”，在較強酸性下，將Fe2+沉淀為Fe2O3，讓很多學生束手無策，寫出以下答案：

通過學生訪談，發(fā)現(xiàn)這些錯誤主要源自兩個方面：①過度依賴做題經(jīng)驗，化工流程題中常用形成Fe（OH）3的方式來除鐵；②對物質(zhì)類別的刻板認識：堿或堿性氧化物與酸反應。這些刻板固化的認識模型會限制學生的發(fā)散思維，導致學生孤立、靜態(tài)地看待化學知識。從表2可知，正確解答設問（6），學生首先需要尊重赤鐵礦沉鐵法的條件、產(chǎn)物等客觀事實，然后從反應條件（加壓、高溫）、反應限度［Fe（OH）3的沉淀溶解平衡］等角度剖析轉(zhuǎn)化的可能性，最后大膽用符號表征自己的認識水平。該設問的考查結(jié)果，提示教師在日常教學中，重視培養(yǎng)學生多角度地深刻認識學科知識，以提升思維的靈活性和深刻性。

4.5? 優(yōu)化試題

分析表2，發(fā)現(xiàn)試題依然存在可以改進的地方。將優(yōu)化前和優(yōu)化后的題目分別稱為試題Ⅰ和試題Ⅱ。試題Ⅱ中優(yōu)化部分使用標示，其余部分與試題Ⅰ相同。

［試題Ⅱ］利用閃鋅礦［主要成分ZnS，還有Fe、 Co、 In（銦）、 F、 Cl等元素］生產(chǎn)Zn，同時可實現(xiàn)稀散金屬In的提取。我國某化工廠改良的赤鐵礦除鐵工藝實現(xiàn)了環(huán)保除鐵，工藝流程如圖所示。回答下列問題：

已知：（i） Ksp（常溫下）：In（OH）3為1.41×10-33； Fe（OH）2為8.0×10-16； CaF2易成膠狀。

（ii） ZnFe2O4和In2（Fe2O4）3難溶于稀硫酸。

回答下列問題：

（3） 在電解沉積Zn時，上清液中的Co2+會影響鋅的質(zhì)量，F(xiàn)-、 Cl-會腐蝕電極板。

② “脫氯”時，銅渣發(fā)生反應Cu2++Cu2Cu+，反應時間對脫氯的影響如下圖所示，1.5h前，脫氯率的變化趨勢為? ? ? ? ? ? ? ? ；可能的原因是? ? ?   ? ? ? ? 。

優(yōu)化思路說明：

（1） 明示素材的社會價值。選取該素材的原因之一是我國的冶鋅工業(yè)打破了國外的行業(yè)壁壘，但是在試題Ⅰ中卻沒有明示，因此在試題Ⅱ中明確指出我國化學工業(yè)人的貢獻，提升學生的民族自信心和自豪感。

（2） 明示信息，避免干擾。從試題結(jié)構(gòu)上看，ZnFe2O4難溶的信息點，試題Ⅰ放在設問中進行展示，容易被學生忽視，對除Fe流程線的閱讀造成困難；沒有明確說明非金屬離子對電積過程的干擾原因，使學生對問題的真實性產(chǎn)生懷疑。因此試題Ⅱ中將上述信息分別前置或與設問貼合，使真實情境的展示更為清晰、完整，同時降低了學生提取信息的難度。

（3） 凸顯環(huán)保工藝，強化綠色化學意識。試題Ⅰ雖然有循環(huán)利用的綠色化學意識，但是除氯時卻選用了產(chǎn)生Cl2的方式，通過查閱文獻，試題Ⅱ中采用了CuCl除氯法，更能體現(xiàn)環(huán)保、節(jié)約成本等積極的價值引領，且CuCl除氯法涉及到高中化學核心知識更多，是考查學生從化學反應原理視角認識物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力水平的良好載體。

（4） 設置開放性問題，細化評價指標。試題Ⅰ的設問雖然兼顧四翼，但是設問答案多為標準化，得分相同的學生分析和解決化學問題所采用的認識角度、認識方式等可能有所不同，單從得分情況較難具體分析學生的認識水平差異。試題Ⅱ中增加開放性問題，為不同思維水平的學生提供展示多樣化認識方式的空間，進而為診斷學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況提供具體的評價依據(jù)。

（5） 增加數(shù)據(jù)曲線圖，豐富考查形式。試題Ⅰ雖然設計雙主線的化工流程圖考查學生閱讀圖像能力，但是沒有考查到從圖表中抽提數(shù)據(jù)并應用的能力。試題Ⅱ增加數(shù)據(jù)曲線，學生在分析“脫氯率-時間”曲線圖的變化趨勢時，需要從宏微結(jié)合、定性定量結(jié)合以及協(xié)同轉(zhuǎn)化的視角才能夠完成轉(zhuǎn)化率變化的歸因分析。

根據(jù)以上分析可知，改進后的試題Ⅱ，情境的社會價值屬性更為突出，設問內(nèi)容與真實問題聯(lián)系更為緊密、設問方式更為多樣化，對學科知識本原性認識和關聯(lián)認識水平的考查更為充分。

5? 研究展望

主題式命題立足化學學科理解考查學科能力，其意義在于一方面通過命題診斷學生學科理解及學科能力水平，打通學科素養(yǎng)考查的通道，促進學科素養(yǎng)考查的落地，避免素養(yǎng)考查“標簽化”，并為教學改進提供依據(jù)；另一方面，主題式命題為教學研究提供了教學情境素材及開發(fā)情境素材的角度，拓寬了教學研究的視野，因此主題式命題在“引導教學，以考促學”的功能發(fā)揮方面具備獨特的功能。但是由于主題式命題研究尚處于起步階段，基于化學學科情況，主題式命題應該在以下幾方面做進一步的努力。

5.1? 突出學科大概念在命題中的統(tǒng)攝作用

主題式命題中的主題也可謂學科大概念，命題過程中大概念的引領對于突出試題的“引導教學”功能意義重大。在命題時應首先設計考查的大概念，再結(jié)合學科理解和學科能力結(jié)構(gòu)設計考查學科素養(yǎng)類問題。

5.2? 合理設計學科理解、學科能力考查問題比例

學科理解和學科能力考查比例受考查目的、考查對象、考查要求等多方面因素的影響，在日常教學過程中，應以學科理解類問題為主，夯實學科基礎；在階段性檢測中，適當增加學科能力類問題的占比，突出綜合性和應用性；在終結(jié)性評價中，以學科能力類問題為主，設計學科理解類問題時應注意考查理解的深度和廣度。

參考文獻：

［1］鄭長龍. 核心素養(yǎng)導向化學教學設計［M］. 北京： 人民教育出版社， 2012： 61.

［2］［5］王磊. 基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究［M］. 北京： 北京師范大學出版社， 2017： 13， 17.

［3］單旭峰. 回歸學科本質(zhì)? 促進學科理解——2021年高考全國卷化學試題評析［J］. 中學化學教學參考， 2021，（13）： 1～4.

［4］王懷文， 張春艷， 雷范軍， 潘紅. 主題式命題及其教學意義——區(qū)域高中化學教學質(zhì)量檢測命題的實踐與反思［J］. 化學教學， 2019，（11）： 87～92.

［6］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 74， 70.