化學“科學探究與創新意識”的評價與思考
——以2020 年天津市高中學業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 年高中學業水平等級性考試化學學科試題按照 《關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的同時，強調真實情境的創設，把握“素養”“情境”“問題”“知識”的相互聯系，構建以化學學科核心素養為導向的命題框架。命題要體現出對 “科學探究與創新意識” 的培養和評價，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新意識素養，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鍵能力的綜合性考查，著眼于學生在化學方面的素養形成、 能力培養和學習效果。 等級考化學試題將核心素養的考查貫穿于全卷，注重基礎性、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。 注重考生應掌握的重點化學基礎知識， 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展、化學研究前沿和發展方向，將化學基本概念、原理、基本技能和研究方法等設置為試題內容， 較全面地考查了考生的化學核心素養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容

表2 2020 年等級考化學試題所反映的素養考查

由表1 可以看出， 各冊教材在試題考查內容上體現出覆蓋面廣、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“科學探究與創新意識”素養進行考查，如第5、12、13、15、16 題，均涉及了相關內容的考查。 該素養的重要性可見一斑。 將化學實驗知識與工業生產相結合， 考查學生從實際問題出發運用化學知識的能力，培養考生的實驗探究與創新意識。

二、基于考生水平表現標準的評價方法

應當有價值地使用考生的實測數據， 通過對數據的分析研究， 幫助教師及時發現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《考生水平表現標準（化學）》（以下簡稱《表現標準》），并基于此標準，對考生進行評價。

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

依據《表現標準》，結合考生學業水平等級性考試化學試題的實測數據及作答表現， 全市考生水平的表現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。依據考生水平典型表現，采用安格夫方法（Angoff’s Procedure）確定每一水平的臨界分數， 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等方面進行試題歸類； 根據學生實測統計結果形成考生作答的水平表現數據報告，供研究使用。

三、基于考生水平表現標準的評價結果

2020 年天津市高中學業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， 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，在對考生的化學主干必備知識和關鍵能力全面考查的基礎上， 融合必要的新情境。應用化學大概念的預測功能，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、題海戰術的教學模式，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，包括物質結構與性質題、有機題、實驗題、理論題，共64 分，總分為100 分。

近年高考難度數據如表3 所示。

（一）全市考生水平評價結果

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果

表4 數據表明， 化學基本概念和基本理論知識范疇歷年試卷總分權重近二分之一， 作答情況相對穩定，區分度很好；2020 年，有機化學基礎知識范疇作答情況與2019 年持平；化學實驗基礎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）、有機化學基礎知識得分率（0.54），均略高于全卷的得分率。

表4 數據還表明，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的評價結果

1.全市不同水平組考生核心素養作答概況如表5 所示。

2.基于“科學探究與創新意識”素養的評價結果

對于“科學探究與創新意識”素養的考查，大多通過化學實驗等方式，從實驗目的到原理、裝置、實施、證據搜集、數據分析與結論、評價與優化等視角，在尋找證據、假設、分析推理、建立觀點、結論的一系列過程中，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鍵能力，這將有利于化學學科核心素養在常態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 的數據可知，G4 組考生作答表現優秀，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” 裝置的結構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，內容涉及溶液配制、氣體除雜﹑蒸餾操作﹑試劑貯存等相關儀器的選擇。 考查學生化學實驗的基本方法和技能水平， 教與學導向實驗復習需結合教材和經典母題， 將儀器選擇與其原理相關聯，培養學生的“科學探究與創新意識”。此題難度為0.47，屬于中等試題。

以下結論和解釋正確的是

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 核心素養：科學探究與創新意識

從表7 的數據可知，G4 組考生作答表現優異，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， 占考生總數的約65%。 產生此錯誤的主要原因可能是：本題以配合物之間相互轉化為試題的載體，立意新穎，內容涉及外界條件對化學平衡的影響、配合物的化學鍵、配離子的穩定性等知識，對比整合陌生物質的宏觀變化、實驗、現象，搜集實驗證據并據此進行分析、推理、形成有關物質的組成、結構及其能量變化等結論，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”“證據推理與模型認知”及“科學探究與創新意識”等素養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：宏觀辨識與微觀探析（含科學探究與創新意識）

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）固體質量為wg，則c（CuSO4）=_____mol·L-1。

（5）若步驟①從燒杯中轉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，讀數并記錄。

⑤將CuSO4溶液滴入A 中攪拌，反應完成后，再滴加稀硫酸至體系不再有氣體產生

⑥待體系恢復到室溫，移動E 管，保持D、E 中兩液面相平，讀數并記錄

⑦處理數據

（6）步驟②為___________。

（7）步驟⑥需保證體系恢復到室溫的原因是________（填序號）。

a.反應熱受溫度影響 b.氣體密度受溫度影響

c.反應速率受溫度影響

（8）Zn 粉質量為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，未調液面即讀數，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 核心素養：科學探究與創新意識

由表8 的數據統計可知， 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， 設計兩種不同實驗方案以達實驗目的。 內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、數據處理、誤差分析等化學實驗基礎知識。考查考生化學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，設計合理的實驗方案。試題設計明確給出實驗原理，設問層進梯度合理，既注重考查基礎知識，又注重診斷考生靈活應用已有知識及獲取新信息和遷移解決陌生情境下的有關問題的能力水平，避免死記硬背、題海戰術式應試，引導教與學向深度學習發展。難度為0.49，屬中等難度試題。

（三）基于“科學探究與創新意識”素養的問卷調查數據分析結果

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

1.你喜歡的化學老師是怎樣上化學課的[多選題]（學生問卷）

結合上表數據，從“科學探究與創新意識”素養視角分析和評價教與學的有效性， 發現能結合實驗探究和富有挑戰的設問或參與或討論的融合多種方式的教學會激發學生深度學習的愿望， 進而將會觸動學生探索化學奧秘內驅力。 這引起我們對化學教學、命題及其評價的深刻反思。我們既要在常態課教學中通過相關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計，進行“科學探究和創新意識”有效引導，摒棄被動、機械刷題的教學誤區，真正走向全面落實化學學科核心素養為主的教學。

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

從問卷整理統計看，教師對診斷“科學探究與創新意識”學科核心素養發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， 日常教學策略關鍵詞有“讓學生簡單設計實驗方案”“多實驗多分析多總結”，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內涵的理解比較透徹，較普遍應用素養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“科學探究與創新意識”這一素養落實為突破口，為化學學科核心素養全面落實奠定基礎。

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，數據統計對比如下（師生問卷數據匯總）：

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

四、提升“科學探究與創新精神”學科核心素養的教學建議

1.創設真實問題情境，注重實際問題解決

2020 年天津市高中學業水平等級性考試化學試卷將化學學科核心素養目標貫穿于全卷， 以真實情境為測試載體，以實際問題為測試任務，以化學知識為解決問題的工具， 試題注重考查考生靈活應用已有知識及獲取新信息和遷移解決陌生情境下的有關問題的能力水平，避免死記硬背、題海戰術式應試，引導教與學向深度學習發展。 如第12 題，以配合物之間相互轉化為試題的載體，立意新穎，內容涉及外界條件對化學平衡的影響、配合物的化學鍵、配離子的穩定性等知識，對比整合陌生物質的宏觀變化、實驗、現象，搜集實驗證據并據此進行分析、推理、形成有關物質的組成、結構及其能量變化等結論。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設，通過實驗探究等核心問題設計，進行“科學探究和創新意識”的有效引導，摒棄被動、機械刷題的教學誤區， 真正走向全面落實化學學科核心素養為主的教學。真實問題情境的創設，要依據教學目標和內容，從學生經驗或自然、社會生活中選取典型的場景、事物，呈現給學生，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，可以創設利用“熒光棒”影響化學反應速率的教學情境，以“有什么方法可以使熒光棒更亮？”“使用更長久？”“如何設計實驗進行驗證” 這樣的教學情境激發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，引發討論和對話，從而提升科學探究和創新精神。

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立足高中學生化學學習全過程，各有側重、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；“科學探究與創新意識” 從實踐層面激勵學生勇于創新，“科學態度與社會責任” 進一步揭示了化學學習更高層次的價值追求。 “科學探究與創新意識”是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動；它要求能發現和提出有探究價值的問題，能從問題和假設出發，依據探究目的，設計探究方案，運用化學實驗、調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，設計兩種不同實驗方案以達實驗目的。 內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、數據處理、誤差分析等化學實驗基礎知識。 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現和提出有探究價值的問題，并依據探究目的設計、優化實驗方案，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想，尊重實驗事實和證據，破除迷信，反對偽科學，養成獨立思考敢于質疑和勇于創新的精神。

3.開展化學項目式學習，培養學生創新精神

化學不僅與經濟發展和社會文明的關系密切，也是材料科學、生命科學、環境科學、能源科學和信息科學等現代科學技術的重要基礎。 化學在促進人類文明可持續發展中發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和活動，將分析問題解決問題的主動權交給學生。項目式學習是聚焦核心素養，彰顯知識認識功能和價值，提升學科理解能力，實現知識、能力、素養相統一的化學教育。項目式學習以真實情景創設為載體，以實際問題解決為學習任務， 以化學學科核心知識為解決問題的工具，項目設計要注重真實情景，解決復雜問題，項目選擇要基于課程標準、學生經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；傳統文化中蘊含的化學問題，如中醫藥與青蒿素。 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展學科關鍵能力，培育核心素養，培養創新精神。