化學學科核心素養在習題中的表現研究

王暢 楊季冬 王后雄

摘要： 以《普通高中化學課程標準（2017年版）》中的化學學科核心素養及其水平劃分為主要依據，研究化學學科核心素養在高中新教材必修第一冊四個章節習題中的表現。結果顯示，在“宏觀辨識與微觀探析”素養方面所占的比例均較高，其次是“證據推理與模型認知”素養，其他三個方面的素養類型差別不大;所側重的化學學科核心素養水平大多居于水平一，少部分習題居于水平二。

關鍵詞： 化學學科核心素養; 高中化學教材; 教材習題

文章編號： 10056629（2020）10001405

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

化學學科核心素養的落實在新一輪課程改革中至關重要。《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出了五大化學學科核心素養，分別為： 宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任，以上五個方面立足于高中生的化學學習過程，各有側重，相輔相成[1]。人教版新教材是體現化學學科核心素養的重要載體，而教材中習題是學生對知識掌握最真實的反饋，是學生鞏固和消化所學知識并轉化為技能的重要環節，它已成為教材的重要組成和評價指標之一[2]。如何在新教材習題中落實化學學科核心素養亟待探討。為此，本研究選取高中新教材必修第一冊，研究習題中化學學科核心素養的具體表現。

本研究以《普通高中化學課程標準（2017年版）》中化學學科核心素養及其水平劃分為主要依據，比較不同章節課后習題在核心素養上的表現。研究主要關注兩個問題： 一是判定習題所體現的化學學科核心素養類型;二是判定習題在相應核心素養上所處的水平。期待本研究對課后習題培養學生化學學科核心素養提供一些拙見。

1 研究設計

1.1 研究對象

本研究選取2019年教育部審定的人民教育出版社高中新教材必修第一冊[3]的課后習題為研究對象，包括“練習與應用”和“復習與提高”的所有題目。

1.2 框架設計

本研究的基本假設是每道課后習題最少對應一種化學學科核心素養。基于此，對習題素養類型和習題素養水平進行了劃分。

1.2.1 習題素養類型

習題素養類型劃分的準則是依據《普通高中化學課程標準（2017年版）》中各素養的內涵，重點關注習題突出表現的一個或多個素養成分。化學學科核心素養之間往往相互關聯，每一個素養并非獨立存在。例如，考查物質推斷類題目時，屬于證據推理與模型認知素養范疇，但在依據推斷結果書寫化學方程式時，又體現了宏觀辨識與微觀探析素養。此題則同時考查了宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知兩個素養類型。

1.2.2 習題素養水平

劃分標準是依據《普通高中化學課程標準（2017年版）》附錄一中關于各素養的水平劃分。以“宏觀辨識與微觀探析”素養的水平劃分為例，如表1所示。

1.2.3 對于考查多個素養習題的處理方法

習題數量按大題計。若一道題目（此處指大題）可能同時考查多個素養，則將該題考查的多個素養都考慮在內，并且分別考慮各個素養的水平，最后將各素養類型和素養水平分開進行統計。

1.3 分析與統計

1.3.1 分析過程安排

在分析課后習題前，筆者先仔細研讀《普通高中化學課程標準（2017年版）》，深入理解化學學科核心素養的內涵以及相應素養的水平劃分，完成新教材必修第一冊課后習題的作答，并熟悉本次的分析流程。在這些準備工作完成后，再對題目進行分析。具體過程如下： 分析課后習題題目→梳理解決問題所需的知識與方法→預判素養的類型→查找對應素養水平的描述→確定習題表現的素養類型和水平，并將分析結果記錄于表2。

筆者于首次獨立分析課后習題過后三個月，再重新對其進行分析，將詳細過程記錄于表2，再對兩份分析結果進行比較，找出存在不同之處，與另一化學教育研究專家進行討論，達成共識以后確定最終結果。

以下從新教材中選取部分課后習題進行舉例說明。

例1（教材第12頁第2題） 請從不同的角度對下列5種酸進行分類： 鹽酸（HCl）、硫酸（H2SO4）、硝酸（HNO3）、磷酸（H3PO4）和氫硫酸（H2S），并說出分類的依據。

此題考查物質的簡單分類，讓學生認識到分類方法是研究物質和化學反應的重要方法。從化學式中是否含有氧元素進行分類，可以將上述酸分為含氧酸（H2SO4、 HNO3、 H3PO4）和無氧酸（HCl、 H2S）;從電離出的氫離子數目進行分類，可以將上述酸分為一元酸（HCl、 HNO3）、二元酸（H2SO4、 H2S）、三元酸（H3PO4）。宏觀上要求學生能根據物質中是否含有氧元素的標準來進行分類，微觀上則要了解電解質在一定條件下能電離形成自由移動的離子，根據電離后離子數目進行分類，體現了宏觀辨識與微觀探析的素養。依據“能從物質的宏觀特征入手對物質進行分類，能聯系物質的組成解釋宏觀現象”的表述，將其界定為水平一。

例2（教材第59頁第7題） 現有X、 Y、 Z三種元素。

① X的單質可以在Z的單質中燃燒，生成XZ，燃燒時火焰為蒼白色。

② X的單質可與Y的單質化合，生成X2Y。 X2Y在常溫下為液體。

③ Z的單質溶于X2Y中，所得溶液具有漂白性。

請填寫下列空白：

（1） X、 Y、 Z的元素符號分別為____、____、____。

（2） 將XZ的水溶液滴入Na2CO3溶液中，有氣泡產生，反應的離子方程式為________。

此題考查學生基于證據對物質組成進行分析推理的能力，要求學生能從題給信息及已有知識中尋找證據，綜合分析從而得出正確的答案。首先通過“火焰為蒼白色”的宏觀證據，推出X是H， Z是Cl;其次根據“X2Y在常溫下為液體”，結合已推出的X是H，初步判斷Y是O元素;最后由“溶液具有漂白性”對上述分析推理的結論加以證實或證偽，體現了證據推理與模型認知素養。結合該素養水平劃分依據“能從物質及其變化的事實中提取證據，依據證據進行證明或證偽”的表述，將其界定為水平一。同時，題目第二問要求學生根據宏觀實驗現象辨識物質及其反應，運用微觀化學符號描述物質及其變化，對物質及其反應進行表征，屬于“宏觀辨識與微觀探析”素養的水平一。

例3（教材第48頁第8題） 氯氣用途廣泛，是一種重要的化工原料，因此氯氣的發現具有重要的意義。但是，在第一次世界大戰期間，氯氣被用來制作毒氣彈，使受害者的身體遭受嚴重傷害。科學家是否應進行類似氯氣這類有可能被錯誤利用的物質的研究？請談談你的看法。

此題要求學生深刻認識到化學在為人類文明作出貢獻的同時，也會對人類健康、社會可持續發展帶來負面影響。氯氣是一種重要的化工原料，用于制造鹽酸、有機溶劑、農藥、燃料和藥品等;它與水反應產生的次氯酸具有強氧化性，能殺死水中的病菌，起到消毒的作用，還能用作棉、麻、紙張的漂白劑。同時，氯氣有毒，人體吸入少量便會引起咳嗽和胸部疼痛，吸入大量氯氣便會中毒致死;氯氣用于自來水的殺菌、消毒也需嚴格控制用量。由此，應認識到科學是一把雙刃劍，用在正確的方面就能為人類造福，推動社會發展，反之就會給人類帶來災難。應深刻理解化學、技術、社會、環境之間的相互關系，贊賞化學對社會發展的重大貢獻，能運用已有知識和方法綜合分析化學過程可能對自然帶來的各種影響，權衡利弊，而不能全盤否定科學家研究所取得的進步。體現了“科學態度與社會責任”素養。依據“能運用所學知識分析和探討某些化學過程對人類健康、社會可持續發展帶來的雙重影響”的表述，將其界定為水平二。

1.3.2 數據統計

在素養類型上，計算出每章習題中考查該素養的

習題個數，再除以相應章節習題的總數。若某習題中同時考查了兩種或以上素養、或者存在兩種或以上水平，則分開進行統計，由此得出新教材必修第一冊課后習題化學學科核心素養的表現情況。現選取第一章“物質及其變化”部分習題舉例說明該計算方法，如表3所示。

2 教材習題數據分析

2.1 習題在各素養上的統計結果

四個章節習題在各素養上的統計結果見表4。分析可知，四個章節習題均在“宏觀辨識與微觀探析”素養方面占比較高，其中第一章在此素養上占比達81.9%，第四章最低占比也達57.7%;在“證據推理與模型認知”素養方面，第一章、第三章和第四章的習題占比較多，最高達32.0%;在“變化觀念與平衡思想”素養和“科學態度與社會責任”素養方面四個章節占比均較低，最低達5.0%;在“科學探究與創新意識”素養方面，第二章和第三章的元素化合物的學習過程中體現較多，第一章則體現相對較少。

四個章節習題在各素養水平上的分布存在差異，且大多居于水平一，少部分習題居于水平二，極少習題居于水平三，沒有習題居于水平四。以宏觀辨識與微觀探析素養為例，其中第一章在水平一上的占比最大，第四章在水平一的占比最小;在水平二上，第二章和第四章占比最高，第一章和第三章占比較少;在水平三上，第四章占比較少。

2.2 結果分析

2.2.1 對五個方面化學學科核心素養考查不均衡

高中新教材必修第一冊四個章節習題均較多體現宏觀辨識與微觀探析素養，其次是證據推理與模型認知素養，其他三個方面的素養類型差別不大。由此分析習題特點：

（1） 重點突出化學本質。化學學科的本質特征體現在符號與微觀上，在原子、分子的水平上研究物質及其變化，以化學符號或模型表征物質及其變化。宏觀辨識與微觀探析、證據推理與模型認知兩種素養最大占比達該章節總數的81.9%。究其緣由，這與此階段學生以元素化合物及相關理論學習為主密切相關，如鈉及其化合物、氯及其化合物和元素周期律、化學鍵等知識的學習。因此體現這兩種素養較多，這也反映出必修第一冊習題凸顯化學本質特征較為明顯，即學生能通過觀察、辨識一定條件下物質的形態及變化的宏觀現象，并能從物質的微觀層面理解其組成、結構和性質的聯系，形成“結構決定性質，性質決定應用”的觀念。

（2） 合理解釋化學思維。化學學科思維是以實驗、假說、分類等方法的運用為基礎，通過以化學實驗為主的多種探究活動解決化學問題，認識到物質是在不斷運動的，并能用對立統一、聯系發展和動態平衡的觀點考察、分析化學反應，預測在一定條件下某種物質可能發生的化學變化。“變化觀念與平衡思想”“科學探究與創新意識”這2種化學學科核心素養很好地揭示了這一思維。以第二章《海水中重要的元素——鈉和氯》為例，2種核心素養分別占比10.9%和25.4%，“變化觀念與平衡思想”素養比例不高，但是在元素知識學習過程中，通過對“不同類別物質之間的轉化、不同價態同類物質之間的轉化”的學習，又無形之中培養了學生這一素養。

（3） 能夠體現社會責任。從核心素養5種維度的要求來看，其對學生的發展均是非常重要的，從表3可以看到“科學態度與社會責任”素養所占平均比例為10.2%，說明教材課后習題能夠體現這種素養的考查，體現化學與社會的聯系等學科特點。但是在整個必修第一冊中比例較低，使得習題“情感態度與價值觀”的滲透功能有所弱化。因此，教師在習題選擇時要做有心人，善于捕捉化學史、科技成果、社會熱點、新聞事件、生活經驗等真實素材，將其用于相關內容的習題，使學生深刻理解化學、技術、社會和環境之間的相互關系，增強社會責任感。

2.2.2 考查的化學學科核心素養水平較低

高中新教材必修第一冊四個章節習題大多居于水平一，少部分習題居于水平二，極少習題居于水平三，沒有習題居于水平四。由此分析習題特點：

（1） 在“宏觀辨識與微觀探析”維度上，四個章節習題主要考查水平一，少部分習題考查水平二、水平三層次，說明教材習題要求學生能從宏微結合的視角來分析物質及其變化，能夠運用化學符號進行計算，并初步具備“宏微符”三重表征的能力。

（2） 在“變化觀念與平衡思想”維度上，四個章節習題在4種水平上考查的均較少，說明教材習題初步考查了物質及其變化的特征，并讓學生形成化學變化是有條件的觀念，但利用化學反應原理分析影響化學變化的因素等知識還未涉及，在后續相關知識內容的學習中有待進一步考查。

（3） 在“證據推理與模型認知”維度上，四個章節習題均考查了水平一、水平二、水平三層次，但是相對占比較少。說明教材習題強調基于證據、運用規律來分析解決問題，重視理論模型的認知和應用。但設置的題目數量還不夠多，教師應基于學生素養落實情況適當增加題目。

（4） 在“科學探究與創新意識”維度上，四個章節習題主要考查水平一、水平二層次，高水平層次習題比例較少，這可能與該素養的高水平層次要求難以用紙筆進行考查有一定關聯，這對培養學生的動手實踐能力帶來一定的不利影響。

（5） 在“科學態度與社會責任”維度上，四個章節習題主要考查水平一為主，這可能與課后習題大多直接設問，較少基于真實、有意義的情境向學生提出實際問題有關。教師可基于生活中環境保護，資源開發等熱點問題，結合具體題目引發學生思考，并鼓勵學生提出解決方案，逐步培養學生的科學態度和社會責任感。

化學必修第一冊是整個高中化學學習的基礎，此時學生的各素養水平還有待培養。因此，大部分習題考查水平一，水平二;較少有水平三、沒有水平四，屬于合理現象。

3 研究建議

3.1 加強化學學科核心素養各維度考查的均衡性

從化學學科核心素養本身來看，各種核心素養的重要性程度本應是沒有區別的，無論哪一種核心素養的缺失或弱化，都不能稱為化學學科核心素養“健全”的公民[4]。由此看來，“科學態度與社會責任”素養在課后習題考查的比例可適度提高，這是由化學學科的性質、特點以及人們對生存環境越來越重視等方面而定的。可借鑒PISA對于科學素養的測評經驗，使習題情境更加貼近生活實際，關注社會熱點，使習題成為弘揚化學學科正面價值、提高學生解決實際問題能力的載體。

3.2 提高化學學科核心素養各維度高水平層次習題的比重

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中明確指出，化學學科核心素養水平二是化學學業水平合格性考試的命題依據。而教材習題在各素養維度上大多居水平一，以鞏固基礎知識類習題為主。但所有高中學生在學完必修課程后都會參加水平考試，若教材習題水平與學業考試水平不匹配，將會出現“教材上題都會，考試都不會”的結果，久而久之，教材習題便會成為一種擺設。因此，教材習題設計應由淺入深、由簡到繁，層次分明，可增加各素養維度上水平二的習題，適度設計水平三、水平四的習題，為學生解決問題設計必要的階梯，以期幫助學生拓寬視野、開闊思路。

3.3 充分發揮課后習題對培養核心素養的促進作用

教師應充分發揮習題在促進學生化學學科核心素養發展方面的重要作用。如通過對化學物質分類的相應課后習題練習，使學生鞏固物質分類的基本方法，進一步形成分類觀，使學生能應用分類的思想深入理解元素、分散系、化學反應類型等概念，逐步發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的素養;通過對不同類型化學反應本質特征習題的練習，鞏固學生的變化觀和守恒觀，使學生能多角度、動態地分析化學反應，逐步發展學生“變化觀念與平衡思想”的素養。使教材課后習題逐步實現由知識本位向提高學生化學學科能力的轉化，促進學生化學學科核心素養的發展。

參考文獻：

[1]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）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[2]郭玉峰， 趙坤. 數學核心素養在高中教材習題中的表現研究： 以“函數”為例[J]. 教育科學研究， 2019， （3）： 68～74.

[3]課程教材研究所. 普通高中教科書·化學必修（第一冊）[M]. 北京： 人民教育出版社， 2019.

[4]汪紀苗， 王星喬， 包朝龍. 核心素養框架下浙江省高中化學學業水平試題特征研究[J]. 化學教育， 2017， 38（9）： 1～6.