化學“變化觀念與平衡思想”的評價與思考
——基于2021年天津市高中學業水平等級性考試化學學科的分析數據

英 華 康 寧 田曉梅 何 文

化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的基礎自然科學。對“變化”過程的研究是化學的主要任務之一。因此，“變化觀念與平衡思想”就成為化學學科核心素養的重要組成部分。“該素養指向物質轉化層面，含物理變化、化學變化、化學變化過程中的平衡問題以及變化的規律和變化的守恒、能量等問題，屬于物質的動態層面，是學生對物質變化的基本認識的綜合，解決物質是否會變化、物質會怎樣變化、物質為什么變化的基本問題，具體涉及化學變化的本質、化學變化的表征、化學變化是定量的、化學變化是守恒的、化學反應伴隨能量變化、化學反應速率、化學平衡理論、化學反應進行的方向等。

《普通高中化學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱“新課標”）中明確：學生應能認識物質是運動和變化的，知道化學變化需要一定的條件，并遵循一定規律；認識化學變化的本質是有新物質生成，并伴有能量的轉化；認識化學變化有一定限度、速率，是可以調控的；能多角度、動態地分析化學變化，運用化學反應原理解決簡單的實際問題。因此，高考對“變化觀念與平衡思想”的評價考查貫穿于整套試卷，尤其以化學反應原理的有關試題考查得最為突出。

一、“變化觀念和平衡思想”維度達成情況的問卷調查數據分析結果

項目組面向全市考生收集有效調查問卷2599份；面向全市部分區域化學教師收集有效調查問卷200 份；考生及教師所在學校屬別類型全，區級重點校占三分之一以上，其他類型學校分布比例均勻，問卷調查具有普遍性和真實性。

1. 涉及化學學科核心素養尤其是“變化觀念和平衡思想”維度達成情況的相關考生問卷問題，及基于考生的“學”這一視角的分析如下：

（1）你認為化學是怎樣的一個學科 [多選題]

選項化學是大量繁雜的知識點、方程式、符號的學科化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科化學是從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質化學與經濟發展、社會文明有密切關系化學是材料科學、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不清楚其他本題有效填寫人次小計1694比例images/BZ_35_1669_801_2112_838.png65.18%1738images/BZ_35_1669_921_2112_958.png66.87%1489images/BZ_35_1669_1041_2112_1078.png57.29%1169images/BZ_35_1669_1161_2112_1198.png44.98%1489images/BZ_35_1669_1281_2112_1318.png57.29%1421 91 29 2599images/BZ_35_1669_1401_2112_1438.png54.67%images/BZ_35_1700_1494_2131_1532.png3.5%images/BZ_35_1681_1561_2122_1599.png1.12%

從問卷數據統計看，考生對化學學科研究的范疇、本質和意義的了解僅達到45%~67%，而認為“化學是大量繁雜的知識點、方程式、符號的學科”和不清楚化學學科特點的高達70%。

（2）當你看到淺綠色溶液時想到些什么？[多選題]

選項溶液中可能含有的物質小計1818比例images/BZ_35_1666_2158_2110_2195.png69.95%溶液中可能含有物質的化學式1218images/BZ_35_1666_2271_2110_2309.png46.86%溶液中可能含有的離子種類2005images/BZ_35_1666_2385_2110_2422.png77.15%該溶液可能發生的化學變化及其方程式書寫1118images/BZ_35_1666_2498_2110_2536.png43.02%該溶液參與發生反應時可能放熱557images/BZ_35_1666_2612_2110_2649.png21.43%可設計實驗測定該溶液發生反應進行的程度、快慢用該溶液進行某實驗時的多種方案可從科學性、安全性、簡約性等方面進行評價其他本題有效填寫人次596images/BZ_35_1666_2725_2110_2763.png22.93%726 107 2599images/BZ_35_1666_2839_2110_2876.png27.93%images/BZ_35_1691_2927_2119_2965.png4.12%

從問卷數據統計看，考生對物質及其變化的認知角度片面、思路零散。能從反應速率、反應轉化率、能量轉化等“變化觀念和平衡思想”視角綜合分析和解決實際問題的考生不足30%。

（3）你在實驗過程中是如何得出實驗結論的？[單選題]

從問卷數據統計看，考生學習方式過度依賴教師給出結論，能通過自己觀察、記錄、分析獲得結論的不足30%。

（4）通過三年高中化學的學習，你認為自己化學學習的層次[單選題]

從問卷數據統計看，達到中國高考評價體系要求的基礎性、綜合性、應用性、創新性能力水平的比例分別為25%、27%、16%、11%，而沒學明白或不清楚自己水平的達20%以上。

2. 涉及化學學科核心素養達成情況的相關教師問卷，及基于教師的“教”“評”視角的分析如下：

（1）普通高中化學課程標準基于學科本質凝練的化學學科核心素養有哪幾個方面？[多選題]

選項“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”本題有效填寫人次小計195 189 186 186 186 200比例images/BZ_37_1296_525_1727_562.png97.5%images/BZ_37_1296_612_1739_649.png94.5%images/BZ_37_1310_699_1753_737.png93%images/BZ_37_1310_787_1753_824.png93%images/BZ_37_1310_874_1753_912.png93%

從問卷數據統計看，教師對“化學學科核心素養”的五個維度認識不夠全面，除“宏觀辨識與微觀探析”維度達到97.5%外，“變化觀念與平衡思想”維度達到94.5%，其余三個維度僅達93%。

（2）依據普通高中課程方案，滿足學生發展的多元需求，設置哪些課程？[多選題]

（3）普通高中化學課程學分對應正確的是[多選題]

（2）（3）兩項數據一致性地反映出教師對課標課程設置的門類及其學分分布不完全清晰，尤其對選修課程設置的知曉率僅有二分之一。

（4）以下新高考命題原則描述正確的是[多選題]

從問卷數據統計看，教師對命題原則不能全面理解，有15%的教師對“以真實問題為測試任務”不知曉，由此推斷這部分教師難以在教學中實施“以真實問題為驅動的學習任務”。

（5）以下教學與評價建議描述正確的是[多選題]

選項小計比例深刻領會化學學科核心素養的內涵，科學制訂化學教學目標187images/BZ_38_1505_1943_1949_1981.png93.5%準確把握學業質量標準，合理選擇和組織化學教學內容185images/BZ_38_1505_2068_1949_2105.png92.5%充分認識化學實驗的獨特價值，精心設計實驗探究活動179images/BZ_38_1505_2192_1949_2230.png89.5%創設真實問題情境，促進學習方式轉變177images/BZ_38_1505_2317_1949_2354.png88.5%實施“教、學、評”一體化，有效開展化學日常學習評價175images/BZ_38_1505_2441_1949_2478.png87.5%增進化學學科理解，提升課堂教學能力168images/BZ_38_1519_2565_1963_2603.png84%本題有效填寫人次200

從問卷數據統計看，教師對新課標強調的六條“教學與評價建議”知曉不夠全面。

（6）您在選擇化學教學內容及其深度的掌握時，重要依據有哪些？[多選題]

選項自己的教學經驗舊教學考試說明新課標教材新課標教參新課程標準中每個主題下的“內容要求”新課程標準中每個主題下的“學業要求”學業質量水平的相關描述新課程標準解讀本題有效填寫人次小計110 22 179 141 146 141 93 156 200比例images/BZ_39_1439_459_1883_496.png55%images/BZ_39_1439_549_1883_587.png11%images/BZ_39_1425_640_1869_677.png89.5%images/BZ_39_1425_730_1869_768.png70.5%images/BZ_39_1439_821_1883_858.png73%images/BZ_39_1425_911_1869_949.png70.5%images/BZ_39_1425_1001_1869_1039.png46.5%images/BZ_39_1439_1092_1883_1129.png78%

從問卷數據統計看，教師在選擇化學教學內容及其深度時的重要依據，依然停留在“自己的教學經驗”“舊教學考試說明”的分別占到55%、11%；有10%不參考“新課標教材”，有30%不參考“新課標教參”；有近30%不參考課程標準中的內容要求和學業要求；能參照“學業質量水平的相關描述”的不足二分之一。

（7）您在教學中如何實施評價的？[填空題]

從問卷信息整理看，教師在教學中實施的評價方式主要有“隨堂提問、小測、作業反饋、周考、月考、階段考”，少數教師提及個人、小組、教師評價相結合等方式。

綜合上述基于“學”“教”“評”視角的數據及分析可以發現，化學學科素養的扎實落地依然任重而道遠，化學學科同仁需進一步增強化學教育教學的使命感，通過市區校三級針對性研修，提升化學學科深度理解水平，提高命題及評價能力，在常態課教學中能通過相關的真實問題情境，巧設核心問題鏈，進行“變化觀念與平衡思想”等化學學科素養的有效引導，摒棄被動、機械刷題的教學誤區，突顯探究實驗教學的重要性，以“變化觀念和平衡思想”等素養落實為突破口，真正走向全面落實化學學科核心素養為主的教學，為化學學科核心素養全面落實奠定基礎。

二、基于考生水平表現標準的評價結果①基于考生水平表現標準的評價是通過制定考生水平典型表現，同時采用安格夫方法劃定不同考生水平表現的臨界分數。其中，G4組為精通水平，G3組為熟練水平，G2組為基本水平，G1組為未達基本水平；G5組為全體考生。

1. 全市不同水平組考生核心素養作答概況

表1 2021年全市不同水平組考生核心素養作答概況

續表1

從表1 數據對比分析可知，化學學科核心素養中“變化觀念與平衡思想”維度所涉及的題目及設問數量最多，分值占比高達38%，難度系數為0.60。

2. 基于“變化觀念和平衡思想”素養的評價結果

基于“變化觀念和平衡思想”素養的診斷考查，所涉及的必備知識和能力水平廣泛。從物質類別、化合價、原子結構、能量轉化、反應速率和化學平衡原理等視角全方位展開以下考查，包括：對物質進行分類，預測其主要變化及其規律；設計物質轉化的方案，并能運用不同化學符號表征，或語言描述或定量分析；從調控反應速率、提高反應轉化率等方面綜合選擇反應所需條件，分析采取措施的理由；能基于“綠色化學”理念設計無機化合物制備和有機化合物合成的方案，并對方案進行評價和優化。根據以上相關內容試題的作答情況，綜合診斷考生解決實際問題的高階思維能力，從而導向教、學、評一體化的教與學實施方式，提升學生的必備品格和關鍵能力，將化學學科核心素養落實于常態化課堂教學中。

例1：2021年高考化學天津卷第8題

最理想的“原子經濟性反應”是指反應物的原子全部轉化為期望的最終產物的反應。下列屬于最理想的“原子經濟性反應”的是

A. 用電石與水制備乙炔的反應

B. 用溴乙烷與NaOH 的乙醇溶液共熱制備乙烯的反應

C. 用苯酚稀溶液與飽和溴水制備2，4，6-三溴苯酚的反應

表2 2021年全市不同水平組考生第8題選項分析表滿分：3.0 難度：中等 知識范疇：有機化學基礎 核心素養：變化觀念與平衡思想

從表2的數據可知，G4組考生作答表現優秀，近99%考生正答，G1、G2、G3 組分別有68%、44%、15%考生錯答。考生典型錯誤集中在選項A、C。實測難度0.67，屬中等難度試題。本題涉及的學業質量水平及質量描述、情境、問題、知識和素養如下所示：

水平質量描述能基于“綠色化學”理念對有機物合成進行評價、分析評估物質轉化過程對環境和資源利用的影響真實情境核心問題典型有機化合物的組成結構與合成方案原理化學必備知識乙炔的制備、鹵代烴的消去、苯酚的溴代、乙烯的催化氧化素養4-2原子經濟性反應變化觀念

產生錯誤的主要原因可能是：考生不清楚乙炔、乙烯、2，4，6-三溴苯酚、環氧乙烷的制備原理，部分考生辨識不準確。因此，常態教學中需及時回歸教材，如選擇性必修三p35、p36、p63圖示如下：

圖1 選擇性必修三教材p35、p36、p63內容

教學中從目標到原理到化學用語表征到裝置，要引導學生進行關聯整合式精讀，透徹分析與評價。

例2：2021年高考化學天津卷第16題

CS2是一種重要的化工原料。工業上可以利用硫（S8）與CH4為原料制備CS2，S8受熱分解成氣態S2，發生反應2S2（g）+CH4（g）?CS2（g）+2H2S（g），回答下列問題：

（1）CH4的電子式為_________，CS2分子的立體構型為_________。

表3 2021年全市不同水平組考生第16（1）題的得分率難度：易 知識范疇：化學基本概念和基本理論 核心素養：變化觀念與平衡思想

從表3 的數據可知，G3、G4 組考作答答表現優秀，分別有90%、98%考生得3 分或滿分4 分，G1 有85%考生得2 分及以上。考生典型錯誤表現為對甲烷的電子式、二硫化碳的空間結構表征沒有清晰的圖像。本題實測難度0.80，屬容易試題；涉及的學業質量水平及質量描述、情境、問題、知識和素養如下所示：

水平質量描述真實情境核心問題化學必備知識素養1-2能從物質的組成、構成微粒等方面解釋化學變化的本質特征CS2是一種重要的化工原料典 型 有 機 物CH4、CS2 的組成結構電子式、空間構型變化觀念

產生錯誤的主要原因可能是：考生不清楚1-36號元素中C、H、S元素的原子結構及其彼此化合而成的典型物質分子結構，特別是G1 組考生辨識不準確。因此在教學中，面對認知水平偏下的考生，需借用各種結構模型，通過進階驅動任務，從形象到抽象，從觀察到表征，從簡單到復雜，診斷考生認知典型物質結構特點水平，為分析預測物質變化規律做好扎實的鋪墊。

（2）某溫度下，若S8完全分解成氣態S2。在恒溫密閉容器中，S2與CH4物質的量比為2∶1 時開始反應。

①當CS2的體積分數為10%時，CH4的轉化率為___________。

②當以下數值不變時，能說明該反應達到平衡的是___________（填序號）。

a.氣體密度b.氣體總壓c.CH4與S2體積比d.CS2的體積分數

表4 2021年全市不同水平組考生第16（2）題的得分率滿分：4.0 難度：中等 知識范疇：化學基本概念和基本理論 核心素養：變化觀念與平衡思想

從表4的數據可知，G4組作答表現優秀，有90%考生得滿分4 分，G3、G2、G1 組分別有54%、15%、2%考生獲得滿分。考生典型錯誤來源于對甲烷的轉化率計算、平衡標志的判斷缺乏必備的方法和獲取證據的能力。本題實測難度為0.53，屬中等難度試題；涉及的學業質量水平及質量描述、情境、問題、知識和素養如下所示：

水平質量描述真實情境核心問題化學必備知識素養3-2能根據化學平衡原理，定性與定量結合分析化學平衡特點工業上可以利用硫（S8）與CH4為原料制備CS2計算CH4 轉化率、判斷反應達到平衡的標志化學平衡轉化率及平衡標志變化觀念與平衡思想

產生錯誤的主要原因可能是：考生不清楚應用三段式解決物質轉化率問題的方法步驟，不理解判斷平衡標志的基本標準，特別是G1、G2組考生，未達到定量分析平衡特點的水平。因此在教學中，對于核心主干內容，需從基本步驟和方法入手，引導學生先能模仿典型示例，再到能獨立遷移表達，并應用解決實際問題。診斷考生從定性到定量相結合的視角分析化學平衡的水平，為綜合分析提高反應轉化率等內容打好基礎。

（3）一定條件下，CH4與S2反應中CH4的平衡轉化率、S8分解產生S2的體積分數隨溫度的變化曲線如圖所示。據圖分析，生成CS2的反應為__________（填“放熱”或“吸熱”）反應。工業上通常采用在600～650℃的條件下進行此反應，不采用低于600℃的原因是___________。

表5 2021年全市不同水平組考生第16（3）題的得分率滿分：4.0 難度：中等 知識范疇：化學基本概念和基本理論 核心素養：變化觀念與平衡思想

續表5

從表8 的數據可知，全體考作答不理想，總體不到10%考生得滿分4分，大部分考生獲得2分。考生典型錯誤集中在根據圖像解釋反應條件的選擇。本題實測難度為0.42，屬難度較大試題；涉及的學業質量水平及質量描述、情境、問題、知識和素養如下表所示：

水平3-2質量描述能定量分析化學變化的熱效應能從調控反應速率、提高反應轉化率等方面綜合分析反應的條件真實情境工業上可以利用硫（S8）與CH4 為原料制備CS2圖像核心問題生成CS2的反應能量變化化學必備知識溫度對平衡移動的影響有效控制反應條件的措施素養4-2通常采用在600～650℃的條件下進行原因變化觀念與平衡思想

產生錯誤的主要原因可能是：考生缺乏從動力學即反應速率和熱力學即化學平衡兩個視角，對反應條件調控進行綜合分析的能力，因而難以遷移應用到實際問題的解決。因此在教學中，對于化學變化需進一步建立多維度全面認知的視角，提高考生從能量變化到反應速率調控到提高平衡轉化率綜合認知的水平，以便為后續對化工生產條件的選擇進行評價和優化打下基礎。

（4）用燃煤廢氣（含N2、O2、SO2、CO2、H2O、NOx等）使尾氣中的H2S 轉化為單后硫S，可實現廢物利用，保護環境，寫出其中一個反應的化學方程式___________。

表6 2021年全市不同水平組考生第16（4）題的得分率滿分：2.0 難度：中等 知識范疇：化學基本概念和基本理論 核心素養：變化觀念

從表6 的數據可知，G4 組作答表現較優秀，有86%考生得滿分2 分，G3、G2、G1 組分別有72%、55%、38%考生獲得滿分。考生的典型錯誤集中在未建立起價類思維方式分析H2S 轉化為單后硫S 的途徑，所以難以尋找必要的氧化劑（如O2、SO2、NOx等）、預測對應環保綠色的還原反應產物（H2O、S、N2等）。本題實測難度為0.63，屬中等難度試題；涉及的學業質量水平及質量描述、情境、問題、知識和素養如下所示：

水平質量描述真實情境核心問題化學必備知識素養2-2能設計物質轉化的方案，能運用化學符號表征物質的變化使燃煤廢氣實現廢物利用，保護環境使尾氣中的H2S 轉化為單后硫S 氧化還原反應原理變化觀念

產生錯誤的主要原因可能是：考生對氧化還原反應原理的理解過于死板，因而難以實現實際問題的解決和變化觀念素養的提升。因此，對于元素化合物性質的學習，需摒棄死記硬背的教學方式，應引領學生學會結合真實情境，從物質類別和化合價變價視角進行預測和辯證分析，形成靈活應用氧化還原反應原理解決實際問題的認知思路。

三、提升“變化觀念和平衡思想”學科核心素養的教學建議

1. 深度理解課標，轉變考試評價理念

教師問卷的數據顯示，當前部分教師對新課標及中國高考評價體系的內容不清楚、內涵不理解，故復習階段亟待解決的問題是明確復習方向。化學學業水平等級性考試的主要目的是評價學生化學學科核心素養的發展狀況和學業質量標準的達成程度，這是有別于傳統考試的重要特征。新課標研制了學業質量標準，明確了學生完成高中化學學習任務后學科核心素養應達到的水平。各水平的關鍵表現構成評價學業質量的標準。這要求教學更加關注育人目的，更加注重培養學生的核心素養，更加強調提高學生運用知識解決實際問題的能力。學業質量標準為階段性評價、學業水平考試和升學考試命題提供了重要依據，促進教、學、考有機銜接，形成育人合力。因此，學業質量標準是復習的重要依據。教師應仔細研讀化學學業質量標準，明確化學教學內容，明了學生在當前學習階段應具有的素養水平，并據此整體規劃復習教學內容的深度和廣度。同時在復習教學中，要用此檢驗和衡量學生化學學習的程度和水平。《中國高考評價體系》是新時代高考內容改革的理論支撐和實踐指南，教育部考試中心發布的《基于高考評價體系的化學科考試內容改革實施路徑》指出了化學學科考試內容要求和考查要求。化學學科的必備知識內容包括：化學語言與概念、實驗原理與方法、物質結構與性質、反應變化與規律、物質轉化與應用；學科關鍵能力包括：理解與辨析、分析與預測、歸納與論證、探究與創新。考查注重基礎性、應用性、綜合性和創新性。教師要深入研讀，加深理解，轉變考試評價理念及教學行為，主動融入育人方式改革中。

2.開展以真實問題為驅動的學習活動

新課標規定了學業水平考試的命題原則，在復習中要注重創設真實問題情境，促進學習方式的轉變。真實具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，為學生的化學學科核心素養提供了真實的表現機會。因此，教師在教學中應注重創設真實而富有價值的問題情境，促進學生化學學科核心素養的形成和發展。為促進學生“變化觀念與平衡思想”素養的提升，教師在創設情境時可圍繞日常生活、生產環保、學術探索、實驗探究、化學史料，從中抽取有價值的情境素材。例如，學生在試卷第16（4）的作答顯示出考生對氧化還原反應原理的理解過于死板，不能夠靈活運用，難以實現實際問題的解決和變化觀念素養的提升。為此，開展氧化還原的復習教學時，可提供有關“汽車尾氣及危害”的素材，提出“如何用氧化還原原理對汽車尾氣進行綠色化處理？”的問題，讓學生查閱資料、設計實驗、探究實驗，通過解決實際問題，實現對轉化觀念的建構和提升，進而培養學生的“變化觀念與平衡思想”素養。

3.促進認知角度和認知思路的結構化

越是復雜、陌生、間接的問題情境，認識角度的提示性越小，越需要學生自主系統地調用認知角度，越需要知識的結構化、觀念化和經驗的圖示化，越能表現出完成遷移創新活動的學科能力，體現出高水平的學科素養。通過對試卷第16 題的分析可以發現，學生的學科基礎知識不扎實，認識角度和方法及思路與試題不符，說明學生的認知角度和認知思路欠缺結構化。“變化觀念與平衡思想”涉及的核心知識、核心活動包括預測物質性質轉換并設計實驗、化學反應速率的影響因素探究、解釋反應熱效應化學能轉變成電能等。認知角度從宏觀到微觀、從定性到定量、從靜止到動態、從單要素孤立到多要素系統等。教師應牢牢抓住核心知識，充分發揮核心大概念的功能價值，精心設計多類型的驅動任務，幫助學生實現認知角度和認知思路的結構化，并在教學活動中，診斷學生是否形成了分析問題、解決問題所具備的變化觀念與平衡思想等化學學科素養。

4. 積極探索教、學、評一體化的教學方式

新課標積極倡導“教、學、評”一體化的課程理念。為此，在日常化學教學及復習課中要杜絕有教無評、有評無促、評價方式傳統且單一等現象。要注重化學學習評價的設計，圍繞化學核心概念、化學學科思想與觀念、化學科學思維方式的建構來設計評價目標，做到教學目標和評價目標一致，注重過程性評價和結果性評價相結合，倡導學生自評、同伴互評、教師評價相結合，充分發揮評價促進學生化學學科素養全面發展的功能。提問與點評、練習與作業、復習與考試等是有效學習的基本途徑和方法。課堂提問要能促進學生發展核心素養的指導性，如在復習鹽類的水解（第一課時）時，通過對FeCl3的再認識及對Fe（OH）3膠體制備的探究，診斷學生建構單一溶質溶液的認識模型的認知水平，并指導學生運用單一溶質溶液的認識模型，使“教、學、評”活動有機結合，協同實施，形成合力，促進化學學科核心素養在課堂教學中扎實落地。