新加坡GCE O-Level化學實驗操作考查評介與啟示

梁正譽　鄧峰　石子欣　楊維震

摘要： 新加坡GCE O-Level化學實驗操作考查屬于新加坡中學生年度選拔性結業考試的化學科必考科目。以實驗操作考查的2023年考試大綱及2019年試題為例，介紹其考查方案、考查目標、考查內容、考查標準及試題設計，據此探討對我國中考、學業水平考試中的化學操作考試乃至紙筆測驗中實驗題的啟示。我國化學實驗操作考試可逐步過渡為考試前不公布題庫和考題；考查目標強化實驗設計、分析與評價能力；適當增大探究性實驗的開放度；依據課標建立指向化學實驗能力的考查標準；豐富紙筆測試的實驗題型，嘗試考查作圖題和論述題。

關鍵詞： GCE； O-Level； 實驗操作； 中考化學； 學業水平考試

文章編號： 10056629（2023）10008507 中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題的提出

在教育部《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》等文件發布后，自2019年起，各省市統一將實驗操作納入初中學業水平考試（以下簡稱“中考”），部分地區也將實驗操作納入省級普通高中學業水平考試（以下簡稱“學業水平考試”）［1，2］。過去“紙上談兵”式的化學實驗能力評價方式已有相當程度的改觀。但由于我國中考和學業水平考試中的化學實驗操作考試全面起步不久，某些方面還有待繼續探索。譬如，各地對考試目標的界定不甚明確；試題主要從題庫抽取，相對固定；題型略顯單一，均為操作題；評分標準主要指向操作技能，較少涉及數據處理、方案評價等其他實驗能力。

在華人占大多數的新加坡，也有類似的中學生化學實驗操作考試——新加坡GCE O-Level（The Singapore-Cambridge General Certificate of Education Ordinary Level）化學實驗操作考查（Practical Assessment）已實施多年，依據化學科考試大綱（Syllabus 6092，以下簡稱“考綱”）開展［3］。其考查目標明確，考查內容廣泛，題型多樣，考查標準從多方面指向化學實驗能力。因此我們可以部分地借鑒新加坡的經驗，為我國化學實驗考試評價改革提供參考。

然而，目前專門討論新加坡GCE O-Level實驗操作考查（以下簡稱“實驗操作考查”）的文章較少。在中國知網以“O-Level”為“篇關摘”進行檢索，結果顯示截至2023年6月1日，國內有9篇文獻介紹新加坡GCE O-Level各學科考試［4～12］，研究主題多為理科試題分析，僅有1篇文獻評價了化學考試［13］，但沒有詳細介紹實驗操作考查。為了提供針對性的參考，本文以實驗操作考查的2023年考綱和2019年試題為例，重點介紹其考查方案、考查目標、考查內容、考查標準與試題設計，據此探討其對我國中考和學業水平考試的化學實驗操作考試，乃至紙筆測試中實驗題的啟示。

2 新加坡GCE O-Level化學實驗操作考查簡介

實驗操作考查是新加坡GCE O-Level化學考試的必考項目，主要由接受了4年（快捷課程班）或5年（普通課程班）中學教育的新加坡中學生參加［14］?；瘜W考試的總成績被英聯邦各國承認，作為考生申請就讀新加坡或海外英聯邦國家的大學預備班或?？茖W院的依據之一［15］。實驗操作考查的考查方案、考查目標、考查內容、考查標準在考綱中均有明確的規定。

2.1 考查方案

新加坡GCE O-Level化學考試共三場，每場間隔約兩周。實驗操作考查通常為第一場考試，考前不會公布題庫。實施考查時，考生須在1小時50分鐘內獨立完成實驗操作，并用紙筆作答試卷3的題目?？疾槌煽內【砻娣?，總分40，占化學考試總成績的20%（見表1）。

值得一提的是，實驗操作考查的方案曾有變革——2006至2017年間，新加坡采用“學校科學實踐考核”（School-based Science Practical Assessment，簡稱SPA）的評價方式。SPA不限制考試時長，由若干位考生所在學校的化學教師監考并評分［16］，并允許根據多次評估折算總成績。自2018年起，SPA改為限時測試，由國家統一命題、組織考試與評分。盡管形式在變化，實驗操作考查始終作為化學必考項目，旨在測查考生的化學實驗能力。

2.2 考查目標

實驗操作考查對化學實驗能力的關注同時體現在考查目標上（Assessment Objectives，簡稱AO）。AO涵蓋三個維度：（1）知識與理解（AO1）；（2）信息處理與問題解決（AO2）；（3）實驗技能與探究（AO3）。實驗操作考查主要以AO3的要求為導向（見表2），考生須在試卷3提供的指引下選用合適的儀器與方法，獨立完成3～4個實驗，并在試卷3上記錄現象、分析數據、推理結論、設計與評價實驗方案。

考查目標將化學實驗能力劃分為四個“技能領域”（Skill Areas），并規定了相應的考查權重（見表3）。其中“實驗設計（P）”占15%，其他技能領域“操作、測量和觀察（MMO）”“數據和現象的呈現（PDO）”與“分析、結論和評價（ACE）”共計占85%?？v覽表3，技能領域的劃分順序對應科學探究的一般過程——根據一定目的或猜想設計實驗方案；進而完成實驗操作，觀察現象并記錄數據；通過分析所處理的數據得出實驗結論，并進行反思與評價。實施考查時，試卷3依據權重設置相應題目來測查不同的技能領域，據此評價考生AO3的達成情況。

2.3 考查內容

上述4個技能領域的測查離不開考查內容作為載體?？疾閮热蒹w現于不同實驗主題下的問題任務和操作技能中。首先，實驗操作考查的命題范圍與紙筆測試基本一致。實驗主題選自下述六個模塊：實驗化學、原子結構與化學計量、化學反應、元素周期律、空氣、有機化學。可見，實驗主題較廣泛，實例可見本文試題例析。

其次，每個實驗在上述六個模塊的內容中設計相應的問題任務來測查四個技能領域。對于“操作、測量和觀察（MMO）”，實驗操作考查要求考生能用合適的儀器記錄一系列測量結果（見試題例析的例1）；對于“數據和現象的呈現（PDO）”與“分析、結論和評價（ACE）”，則可能涉及不需要用到實驗儀器的數據分析題（見例2）。另外，通常會有1道試題專門測查技能領域“實驗設計（P）”，要求考生應用、整合上述六個模塊的知識來設計實驗（見例3），還可能需要適當使用數據采集器，處理給定的實驗數據以得出相關結論，并分析擬定的計劃。總之，問題任務均有針對性地指向四個技能領域。

最后，具體到實驗操作技能，考綱“實驗化學”模塊的“學習效果”（Learning Outcomes）（見表4）有清晰的規定。同時，考綱要求考生能使用適當的儀器/設備（包括使用傳感器采集數據）記錄一系列測量值（如質量、長度、時間、體積和溫度），并規定了定量滴定分析和定性分析的技術細節。此外，考綱建議考生提前接觸一系列實驗，從中鍛煉操作技能。這些實驗包括但不限于：（1）滴定（如酸堿中和滴定）；（2）化學反應速率的測定；（3）涉及分離技術的實驗（如紙層析法、過濾與蒸餾）；（4）鹽的制備；（5）氣體的收集；（6）涉及某元素、某化合物或某混合物的無機物定性分析（如陰、陽離子的反應與氣體的檢驗方法）；（7）有機物定性分析（如用試管實驗鑒別不飽和鍵的存在）。綜上，操作技能的要求較全面，且突出定量分析的技能。

2.4 考查標準

為了測查隱性的化學實驗能力，考綱對四個技能領域均規定了表現性的考查標準（見表5）。瀏覽表5中每個技能領域的考查標準，可發現每項標準的能力水平自上而下逐步提高。譬如，技能領域“操作、測量和觀察（MMO）”的考查標準可劃分為“能夠操作精通操作反思操作”三個層次——第1、 2點考查標準要求考生能正確地組裝儀器并收集數據與觀察現象，確保完成實驗；第3、 4點進一步要求理解儀器操作步驟與現象記錄背后的原理，準確記錄現象與測量數據；在上述基礎上，第5點則要求評估觀察與測量的結果，反思操作、觀察與測量過程的不足。由此可見，考查標準的劃分有一定的進階性。

2.5 試題例析

為了更清晰地展示試題設計與實驗操作考查的過程，此處選取2019年試卷3的題目進行分析。

例1第⑥問填表，要求考生完成酸堿中和實驗、觀察并測量溫度變化值，對應技能領域“操作、測量和觀察（MMO）”的考查標準第1、 2、 4點（考查標準見表5，下同）。題干僅提供大致的實驗步驟，未說明操作的細節。第（1）～（4）題主要測查“數據和現象的呈現（PDO）”第2、 3點，對考生數據處理的能力要求較高，譬如考生須取點作圖、估讀兩線相交處的溶液體積。后兩題指向“分析、結論和評價（ACE）”第2、 5點，考生需要以第（4）問的計算結果為證據，推理強酸的成分，并給出提高結果準確性的改進建議。

例2明晰了探究目的、具體的反應原理以及實施步驟。其中，第（7）題與第（12）題的設問方式值得參考——題干給出了假定的質量測量值與假想的實驗現象，避免考生因偶然因素導致無法完成后續試題的情況，進而更有效地測查“數據和現象的呈現（PDO）”的考查標準第2點。再者，第（8）題給出了NaHCO3、 H2O與CO2的相對分子質量，減少了考生的記憶負擔。此外，在第（10）、（11）、（14）與（15）問中，考生須反思加熱過程中的誤差引入因素、給出建議以提高實驗準確度，并解釋添加過量硝酸的用意。9道題中有4題指向方案評價能力，實驗操作考查對“分析、結論和評價（ACE）”的重視可見一斑。

例3旨在測查“實驗設計（P）”。題中只給出試劑，沒有任何操作提示。考生圍繞“制備NaHSO4”的實驗目的，找出隱藏變量“溶液體系中H+與OH-的濃度比例”，對應考查標準的第1點；并現場設計可行的實驗流程，對應考查標準的第2點。該題對系統思維的要求較高，難度有所提升，作為最后一題是合理的。

3 對我國化學實驗考試評價改革的啟示

我國化學實驗考試評價方式如何進一步作改進和完善？下面就考查方案、考查目標、考查內容、考查標準以及試題設計五方面探討新加坡GCE O-Level化學實驗操作考查對我國中考和學業水平考試的化學實驗操作考試，乃至紙筆測試中實驗題的一些啟示。

3.1 過渡至考前不公布題庫和考題

我國化學實驗操作考試的成績計算方式未必需要模仿O-Level。首先是因為二者考試目的不同，我國是為了“加強和改進中小學實驗教學工作”［18］，側重引導教學，而新加坡側重分流選拔［19］；其次有研究表明：高利害的操作考試未必能促進實驗教學［20］。故筆者贊同我國做法，以地區實際情況為準，靈活采用原始分、等級呈現等形式計算成績［21］。

但從長遠看，可借鑒O-Level考前不公布題庫和考題的形式。目前多地教育局在考前會公布當年的操作考試題庫或真題［22］。盡管符合現階段我國實驗教學現狀，但有數據表明一些學校因此僅采取考前“突擊訓練”“集中練習”的應試備考策略［23］?？记安还疾僮骺荚囶}庫，僅以《義務教育化學課程標準（2022年版）》或《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下統稱“課標”）中的“學生必做實驗”作為考試范圍。這或能進一步增強當地教師對課標的重視程度，改善平常化學實驗教學的完成情況。

3.2 增設實驗設計、分析與評價的考查目標

與O-Level考綱的考查標準類似，我國課標的學業質量水平同樣依據科學探究過程界定了詳細的實驗能力表現［24］。而對于其中的實驗設計、分析與評價能力，目前我國中考和學業水平考試均傾向通過紙筆測試來測查。這或許導致部分考生雖能嫻熟地紙上談兵，一旦面對真正的實驗情境則難以遷移。

因此，化學實驗操作考試的考查目標可向課標的學業質量水平看齊，在操作考試中強化實驗設計、分析與評價的考查目標，以綜合發展化學實驗能力為目的。相應地在考試中增加少量簡單的數據分析與方案評價題，從“考操作技能”向“考實驗能力”轉變。這與一些研究者的觀點類似［25，26］，也許有利于在真實的實驗情境中鍛煉考生的科學探究能力。

3.3 適當增大探究性實驗的開放度

O-Level實驗操作考查的內容繁多，不太符合我國實際。其所涉及的化學知識遠多于我國現行中考化學實驗操作考試，甚至出現不少我國高中化學的知識，譬如中和滴定、有機物定性分析等。這或許與教育制度相關：新加坡的初中學習時間較長（4～5年），理應考查更多內容。

然而，我國化學實驗操作考試或可借鑒O-Level，適當增大探究性實驗的開放度，以考查實驗設計能力。當前，我國青島、廣州等地已有探究性實驗操作題的嘗試［27，28］，但以探究反應能否發生為主，難度較小，稍微弱化了考試的選拔性。因此可適當借鑒O-Level實驗操作考查的做法，拓寬探究的開放度。

3.4 依據課標建立實驗能力考查標準

盡管課標的學業質量水平界定了化學實驗能力的具體表現［29］，我國化學實驗操作考試的考查標準似乎暫未能“對標”地反映能力。譬如2022年廣州中考對“二氧化碳的制取及性質”這道題的主要操作誤區制定了10個評價要點［30］。盡管考生的對錯一目了然，但由于缺少題目的能力編碼，評價要點似乎難以反映出考生的化學實驗能力水平。

故可參考O-Level考綱中“技能領域”的劃分方式，依據課標的學業質量水平，嘗試建立化學實驗操作考試“能力水平表現（評分點）”的考查標準，具體可參考初中課標附錄3的案例2［31］。甚至進一步規定每項能力在考試中的占比。上述措施或能更有效地測查化學實驗能力，而非單純考查操作技能。

3.5 紙筆測試實驗題可考查作圖和論述

將操作題設為實驗操作考試的主要題型，符合我國現階段基礎教育實際。操作題有三個優點：完成時間短（平均10～30分鐘）、考查標準相對客觀、能借助AI等信息技術手段評分以減輕一線教師的工作量［32］，符合我國人口基數大的特點，因此無需在實驗操作考試中加入O-Level實驗操作考查的全部題型。

但為了綜合考查實驗能力，我們可豐富紙筆測試的實驗題型，嘗試命制實驗數據作圖題和實驗方案評價的論述題。實驗數據的作圖題在中考比較少見，但即便到學業水平考試仍是難點，例如2022年廣東高考第17（4）小題（繪制NaOH滴定HAc的中和滴定曲線）的正確率為6.7%、空白率達39.8%［33］。方案評價的文字論述也往往是考生的薄弱環節，譬如2022年廣州中考第20（3）小題（測定反應快慢，論述“大理石和鹽酸反應開始時立刻收集氣體”是否合理）的難度達0.06［34］。因此，紙筆測試的實驗題可嘗試加入作圖或論述題，以測查考生的數據處理能力和方案評價能力。

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*廣東省2022年學位與研究生教育改革研究項目“知識創建視角下化學教育碩士PCK發展研究——基于合作設計導向的混合式學習模式”（43203306）、廣東省2022年課程思政改革示范項目“化學教學設計研究（設計主線提煉）”（52361614）、廣東省2021年一流本科課程建設項目“化學教學論”（51013521）研究成果。