“宏觀辨識與微觀探析”在化學試題中的考查特點分析

[摘 要] 聚焦“宏觀辨識與微觀探析”這一化學學科核心素養，以2023年天津市普通高中學業水平等級性考試化學試題為研究對象，參考已有學者對于“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養水平的劃分思路，對試題考查特點及考生作答情況進行分析。結果表明：試題中對“物質與變化的認知”要素的考查側重低水平考查，基礎題較多；對“結構與本質的闡釋”“分析與表征的運用”等兩個要素的考查均側重中等水平的考查，中等難度試題較多。基于這一結果，提出如下教學改進建議：精通課標，定向施教；深究教材，固本培元；強化實驗，激發探究；數字賦能，創新手段；整合知識，科學思維。

[關鍵詞] 等級考；化學試題；宏觀辨識與微觀探析；化學學科核心素養

[中圖分類號] G424.74 [文獻標識碼] A

[文章編號] 1673—1654（2024）03—012—009

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課程標準”）將“宏觀辨識與微觀探析”作為化學學科核心素養的重要成分[1]3，新課程考試評價以核心素養為測試宗旨，考查學生發展狀況和學業質量標準的達成程度。通過對2023年天津市普通高中學業水平等級性考試（以下簡稱“等級考”）相關化學試題進行編碼，分析其考查特點，結合考生實測數據，從學業評價角度反觀化學教學，從而為改進教學提出建議。

一、基于“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養的試題分析思路

王磊等人指出，要明確核心素養導向的學業要求，實施有針對性的教學；而不同學生能夠順利完成的事情和任務是不一樣的，在做同樣的事情時可能會表現出不同的水平[2]，即不同的學生在作答同一道化學試題時，會表現出不同的素養水平。因此，可以通過分析學生在作答“宏觀辨識與微觀探析”相關試題時的表現，來間接評價學生這一素養的達成情況。

課程標準中對于該素養的要求如下：能從不同層次認識物質的多樣性，并對物質進行分類；能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，形成“結構決定性質”的觀念。能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。[1]3宋亮亮基于課程標準的深層次理解，將“宏觀辨識與微觀探析”進一步解構為“物質與變化的認知”“結構與本質的闡釋”“分析與表征的運用”3個要素；又結合課程標準中對于學業質量的水平劃分，將每個要素劃分出4個水平，分別對應學業質量的4個水平[3]。本研究主要依據宋亮亮對“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養水平層次的劃分，確定試題的分析思路，如圖1所示。

對試卷中的試題進行考查指向分析，篩選出考查“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養的試題，并用此框架逐題、逐選項進行分析。試題的篩選與編碼由專家獨立完成后再進行討論確定。遇到不同觀點且無法達成一致的情況時，需要通過細致討論最終確定編碼結果，以此保證試題分析的可信度。下面以第6題為例說明試題編碼過程。

【例1】利用反應2NaClO3+3H2C2O4=2ClO2↑+2CO2↑+2NaHC2O4+2H2O可制備常見消毒劑ClO2。下列敘述正確的是

A. CO2是非極性分子

B. H2O中O原子采用sp2雜化

C. NaClO3在該反應中是還原劑

D. ClO2分子的空間結構是直線形

答案：A

本題以制備常見消毒劑ClO2為情境載體，考查原子軌道雜化、分子極性、空間結構以及氧化還原的基本知識。對照分析框架，對4個選項逐一歸類編碼，如表1所示。

二、基于“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養的試題分析結果

對試卷中涉及“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養的試題進行逐題、逐選項編碼和統計分析，得到試題中各個要素的考查分值和考查頻次的統計結果，如圖2所示同一試題中會存在考查多個學科核心素養的情況，本研究僅關注“宏觀辨識與微觀探析”素養在試題中的考查情況。

如圖2所示，2023年等級考中共有47處、52分的試題涉及“宏觀辨識與微觀探析”這一學科核心素養的考查，這符合新課程標準提倡的“基于化學學科核心素養的評價”，也體現了等級考對于“結構決定性質，性質反映結構”這一化學學科統攝性觀念的重視[1]71。

具體到各要素來看，三個要素的考查較為全面，對應了化學學業質量標準中對于“宏觀辨識與微觀探析”的達成度考查內容。其中，“結構與本質的闡釋”考查最多，考查頻次20次，考查分值21.25分；對“物質與變化的認知”考查最少，考查頻次13次，考查分值13.5分，進一步反映了化學學科中“結構與本質”的重要性。

對各要素下各個水平的考查情況進行統計分析，結果如下。

（一）“物質與變化的認知”要素的考查情況

從圖3可以看出，對于“物質與變化的認知”這一要素的考查，水平2考查最多，為6次，水平4考查最少，為1次，說明在這一要素的命題上，側重低水平考查，基礎題較多。下面以第1題為例，結合考生作答數據進行分析。

【例2】近年來我國航天事業發展迅速，下列對所涉及化學知識的敘述錯誤的是

A．“嫦娥五號”取回的月壤樣品中含有天然玻璃物質，玻璃是晶體

B．“天舟六號”殼體使用了鋁合金，合金是金屬材料

C．“長征七號”采用了液氧煤油發動機，煤油是混合物

D．“天宮”空間站新補充了一批氙推進劑，氙是稀有氣體

答案：A

本題以“航天事業發展迅速”為引子，將“嫦娥五號”“天舟六號”“長征七號”“天宮”等相關信息作為試題情境，考查學生能否根據物質的組成和性質對材料和物質進行分類，從而評價學生“宏觀辨識與微觀探析”這一學科核心素養中“物質與變化的認知”這一二級指標的水平層次。

從試題水平來看，本題四個選項均為“物質與變化的認知”水平一，屬容易試題，但實測結果顯示，全市學生的得分率為0.83，說明仍有部分學生對玻璃的組成和結構不夠熟悉，僅從外觀判斷，誤認為是晶體。從更宏觀的層面上，也反映出這部分學生還不能根據物質的組成和性質對物質進行分類，未達到化學學業質量標準的要求。

（二）“結構與本質的闡釋”要素的考查情況

從圖4可以看出，對于“結構與本質的闡釋”這一要素的考查，水平3考查最多，為8次，水平1考查最少，為1次，說明在這一要素的命題上，側重中等水平的考查，中等難度試題較多。下面以第11題為例，結合考生作答數據進行分析。

【例3】下表列出25℃時不同羧酸的pKa（即-lgKa）。根據表中數據推測，結論正確的是

A. 酸性強弱：CH2ICOOH＞CH2BrCOOH

B. 對鍵合電子的吸引能力強弱：F＜Cl＜Br

C. 25℃時的pKa大小：CHF2COOH＞CH2FCOOH

D. 25℃時0.1mol/L溶液的堿性強弱：CH3COONa＞CH2ClCOONa

答案：C

本題以羧酸這一類化學物質為載體，利用酸性強弱、對鍵合電子的吸引能力強弱、分子結構對羧酸性質的影響等設置問題，考查學生在“結構與本質的闡釋”這一要素上的水平表現。

從試題水平來看，本題屬于中等偏難試題，四個選項分別考查了“結構與本質的闡釋”的不同水平，其中A、C選項為水平4，B選項為水平2，D選項為水平3。實測結果顯示，本題得分率為0.54，其中錯選A、B、D的考生比例分別達到了16.16%、15.56%、13.60%。

人教版教材選擇性必修2《物質結構與性質》第54～55頁中關于分子結構對羧酸酸性的影響原因分析如下：“三氟乙酸的酸性大于三氯乙酸的，這是由于氟的電負性大于氯的電負性，F—C的極性大于Cl—C的極性，使F3C—的極性大于Cl3C—的極性，導致三氟乙酸的羧基中的羥基的極性更大，更易電離出氫離子。同理，三氯乙酸的酸性大于二氯乙酸的，二氯乙酸的酸性大于氯乙酸的。烷基（符號R—）是推電子基團，烷基越長推電子效應越大，使羧基中的羥基的極性越小，羧酸的酸性越弱。因此，甲酸的酸性大于乙酸的，乙酸的酸性大于丙酸的……隨著烷基加長，酸性的差異越來越小。”[4]54～55如果考生熟知并理解教材中的內容，學會舉一反三，很容易就能夠排除A、D選項，而在本題中錯選A、D的考生卻達到了30%，這說明考生對教材中的知識關注和研究不夠，也說明近一半的考生對共價鍵極性的影響因素理解不夠深入，對分子結構影響物質性質的原理理解不深，教師應當在日常教學中予以關注。

（三）“分析與表征的運用”要素的考查情況

從圖5可以看出，對于“分析與表征的運用”這一要素的考查，水平1、2、3考查較為均衡，為4次或5次，水平4考查最少，為1次，說明在這一要素的命題上，仍然側重中等水平的考查，中等難度試題較多。下面以第8題和綜合題第13題為例，結合考生作答數據進行分析。

【例4】芥酸是一種重要的精細化工原料，其結構簡式如下。下列關于芥酸的敘述正確的是

A. 是一種強酸 B. 水溶性良好

C. 是順式結構 D. 分子式為C22H44O2

答案：C

本題以芥酸的結構簡式作為試題情境，考查學生對物質結構的分析能力。其中，A、B選項考查的是“物質結構與性質的認知”這一要素，C、D選項考查的是“分析與表征的運用”這一要素，其中C選項為水平3，D選項為水平1。

從試題考查水平來看，本題并不屬于難題。但實測結果顯示，全市考生在本題的得分率僅為0.58，在選擇題中得分率僅高于第11題（0.54），約有33.8%的考生錯選了B選項。

在人教版教材選擇性必修2《物質結構與性質》第59頁中有以下敘述：“‘相似相溶’還適用于分子結構的相似性。例如，乙醇的化學式為CH3CH2OH，其中的—OH與水分子的—OH相近，因而乙醇能與水互溶；而戊醇CH3CH2CH2CH2CH2OH中的烴基較大，其中的—OH跟水分子的—OH的相似因素小得多了，因而它在水中的溶解度明顯減小。”[4]59教材中明確指出因戊基比乙基大，—OH與水分子的—OH的相似因素（主要是極性）小得多，導致在水中的溶解度明顯減小。在人教版教材選擇性必修3《有機化學基礎》第60頁、第74頁中，也分別有相關敘述，“醇在水中的溶解度一般隨分子中碳原子數的增加而降低”[5]60“隨著分子中碳原子數的增加，一元羧酸在水中的溶解度迅速減小，甚至不溶于水，其沸點也逐漸升高……”[5]74。可以看出，教材從多角度引導學生從微觀結構和宏觀性質的層面分析和認識烴基中碳原子數的多少對（一元）醇和（一元）羧酸在水中溶解度的影響。據此，考生完全可以根據芥酸的分子結構，推斷出它在水中的溶解度很小。但全體考生中有33.8%的錯選了B選項，這再次印證了部分教師和學生在教學中不重視閱讀和鉆研教材。

【例5】銅及其化合物在生產生活中有重要作用。

（1）基態Cu原子的價層電子排布式為_______。Cu+與Cu2+相比較，離子半徑較大的是_______。

（2）銅的一種化合物的晶胞如圖所示，其化學式為_________。

答案：（1）3d10 4s1；Cu+；（2）CuCl

本題以金屬元素Cu的單質及其化合物的結構、性質、變化為主線，利用原子結構、分子結構、晶體結構、常見化合物的性質、化學方程式的書寫、氧化還原反應以及綠色化學等主干知識設置問題，考查學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學態度與社會責任”等學科核心素養的不同水平。聚焦“宏觀辨識與微觀探析”，本題第1問、第2問共設置3個空，評價學生在“結構與本質的闡釋”“分析與表征的運用”等要素上的發展水平。

從這兩問的考查水平上來看，本題比較注重考查考生對基礎知識的掌握、從題目中提取有效信息的能力、分析和解決問題的能力。其中，第1問考查了“分析與表征的運用”水平1（第1個空）和“結構與本質的闡釋”水平2（第2個空），第2問考查了“分析與表征的運用”水平3，屬于中等難度試題。

本題中3個空共計4分，得分分布如圖6所示。

從圖6可以看出，得滿分的學生為49.47%，還不足一半，說明學生對原子結構基礎知識的掌握情況不佳，尤其在填空題中暴露更加明顯。

圖7呈現的是考生在作答第（1）問第1空時出現的比較典型的幾種錯誤作答，可以看出，一共有三種錯誤原因：一是部分考生不清楚什么是“電子排布式”，導致將電子排布式寫成原子結構示意圖；二是部分考生雖然知道什么是價層電子排布式，但并未熟練掌握排布規則，不能準確書寫電子排布式；三是部分考生審題不夠仔細，沒有注意“價層”，誤寫為電子排布式。

第（2）問以Cu和Cl所形成化合物的晶胞為載體，考查晶體結構的基礎知識，屬于“分析與表征的運用”水平3——能采用模型、符號等多種方式對物質的結構及其變化進行綜合表征。此題需要學生結合晶胞圖，獲取Cl原子和Cu原子的位置，再利用“均攤法”進行計算。在考生的作答中，典型錯誤有：Cu4Cl4、Cu2Cl2、CuCl2、Cu2Cl、Cu4Cl2。從作答結果來看，可能的原因有4種：一是部分考生沒能通過晶胞圖示觀察出4個Cu+均在晶胞內部；二是部分考生沒有掌握“均攤法”，未能計算出晶胞所含Cu+和Cl-的數目；三是部分考生僅根據常識猜測其為中學常見的CuCl2；四是部分考生對晶胞所含的原子數與物質化學式的書寫之間的關系不清楚，沒有將原子個數之比4：4約為最簡整數比。

三、基于化學試題分析結果的教學改進建議

（一）精通課標，定向施教

為了培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養，教師首先要深入研究課程標準。不僅要明確這一核心素養的具體要求，還要了解它在整個化學學科體系中的地位和作用。特別是理解課程標準中的“學業要求”“學業質量水平”和“素養水平”的劃分。教師可以研究不同版本的教材，比較它們在“宏觀辨識與微觀探析”方面對課標的理解和知識的呈現方式的異同點，從而更好地把握課標內涵和要求，指導教學實踐。通過這樣的深入研究，教師可以確保自己的教學方向與課標要求保持一致，為學生提供更加精準的指導。

（二）深究教材，固本培元

教材是教學的基石，對于“宏觀辨識與微觀探析”這一學科核心素養的培養也不例外。為了使學生能夠從宏觀和微觀兩個層面理解化學知識，教師需要深入研究教材，挖掘其中涉及物質結構與性質、變化等方面的內容[6-7]。體現宏微結合、結構決定性質的內容在各冊教材中都有滲透，這就需要教師認真發掘，靈活使用。例如，在人教版教材選擇性必修3《有機化學基礎》第60頁、第74頁中有關于醇類物質溶解度的內容，教師可以將這一知識在講“分子結構與性質”時作為例子，帶領學生進行分析。再如在講解元素周期表時，教師可以引導學生從宏觀角度認識元素的種類和性質，并結合在必修時學過的元素化合物知識，如金屬性和非金屬性等；同時，還可以通過教材中介紹的原子結構示意圖、軌道表示式、電子云輪廓圖等符號工具，幫助學生從微觀角度認識原子的結構、得失電子的能力，從而理解原子結構與元素性質之間的聯系。這樣，學生不僅能夠掌握基礎知識，還能夠建立起宏觀與微觀之間的聯系，提高自己的理解能力。

（三）強化實驗，激發探究

實驗是化學教學的重要組成部分，也是培養學生探究能力的重要手段。為了培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養，教師需要強化實驗教學，設計有針對性的實驗，引導學生自主探究。例如，教師可以安排學生觀察不同酸堿溶液的導電性實驗，從宏觀角度認識酸堿溶液的性質；同時，還可以通過傳感器等手段，幫助學生理解酸堿反應的微觀機制。通過實驗，學生可以更加直觀地觀察化學宏觀反應現象和微觀過程，深入理解物質的性質和變化規律。這不僅能夠激發學生的學習興趣和探究欲望，還有助于培養他們的實驗技能、觀察能力和科學素養。

（四）數字賦能，創新手段

隨著數字技術的不斷發展，化學教學也迎來了新的機遇。為了更好地培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養，教師需要積極運用數字技術，豐富教學手段。例如，教師可以利用多媒體課件展示分子模型和化學反應過程，幫助學生從微觀角度理解化學知識；同時，還可以利用虛擬現實技術進行虛擬實驗，讓學生在模擬環境中進行探究學習。通過數字技術的應用，教師可以讓抽象的化學知識變得更加形象生動，激發學生的學習興趣，提高他們的學習效率。

（五）整合知識，科學思維

化學知識是一個有機整體，不同范疇的知識之間存在著密切的聯系。為了更好地培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養，教師需要引導學生整合零散的化學知識，形成完整的知識體系。例如，教師可以引導學生從宏觀性質和微觀結構兩個層面，歸納和總結不同類型物質的結構和性質及其變化規律；同時，還可以通過比較不同反應的宏觀現象和微觀過程的異同點等方式，培養學生的分析能力和科學思維習慣。通過整合知識體系的教學方式可以幫助學生更好地理解和應用化學知識，提高他們的綜合素質。

總之，提升“宏觀辨識與微觀探析”素養是化學教學的重要任務之一。教師在教學中應注重強化基礎知識的落實，切實開展實驗教學，運用數字技術，積極開展探究性學習以及培養科學的思維方法，以幫助學生更好地理解和掌握化學知識，提高化學學科核心素養。同時，教師也應該根據學生的實際情況和教學需要，靈活運用各種教學方法和手段，提高教學效果。

參考文獻：

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[5] 王晶，鄭長龍.普通高中教科書化學選擇性必修3 有機化學基礎[M].北京：人民教育出版社，2019.

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Analysis of Examination Characteristics of \"Macroscopic Identification and Microscopic Analysis\" in Chemistry Test Questions：Taking the Chemistry Test Questions of the 2023 Tianjin Ordinary High School Academic Level Examination as an Example

Abstract：The research focuses on the core competency of \"macroscopic identification and microscopic analysis\" in the field of chemistry. Taking the 2023 Tianjin Municipal Academic Proficiency Level Examination in Chemistry as the research object，referring to the level division ideas of scholars on the core competency of \"macroscopic identification and microscopic analysis\"，the characteristics of the test questions and the answers of the candidates are analyzed. The results indicate that the examination of the element \"cognition of matter and change\" in the test focuses more on low-level examination，with a higher proportion of basic questions. The examination of the two elements \"interpretation of structure and essence\" and \"application of analysis and characterization\" emphasizes a moderate level of examination，with a higher proportion of medium-difficulty questions. Based on these results，the following teaching improvement suggestions are proposed：mastering the curriculum standards for targeted teaching，delving into textbooks to strengthen the foundation，enhancing experiments to stimulate inquiry，empowering with digital tools for innovative means，integrating knowledge for scientific thinking.

Key words：Graded Examination，Chemistry Test Questions，Macroscopic Identification and Microscopic Analysis，Core Competence of Chemistry Subject