基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)視角的高考化學(xué)試題分析*

唐勁軍 梁舒敏

摘要： 根據(jù)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)提出的學(xué)科核心素養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)涵，以2019年全國各套高考化學(xué)卷試題為研究對象，分析高考對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的考查內(nèi)容、要求及呈現(xiàn)方式，總結(jié)考查規(guī)律，為化學(xué)教學(xué)提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞： 高考化學(xué)試題; 科學(xué)探究; 探究要素; 試題研究; 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2020）11-0085-05

中圖分類號： G633.8

文獻標(biāo)識碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》）將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”作為學(xué)科核心素養(yǎng)體系中一項重要素養(yǎng)[1]，其綜合性、跨學(xué)科性，對學(xué)生的未來發(fā)展有重要意義。但在教學(xué)實踐中如何培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識、落實學(xué)科核心素養(yǎng)是亟待解決的課題。

新課程考試評價以核心素養(yǎng)為測試宗旨，考查學(xué)生的發(fā)展?fàn)顩r和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達成程度。高考是大規(guī)模、權(quán)威性考試評價，高考試題對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的考查體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科育人的要求。本文通過對2019年高考各套試卷中的相關(guān)試題進行統(tǒng)計，分析其考查“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)的內(nèi)容、要求、呈現(xiàn)方式，總結(jié)考查特點及規(guī)律，從學(xué)業(yè)測評角度反觀化學(xué)教學(xué)，并用以指導(dǎo)教學(xué)，為發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)提供參考。

1? “科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的內(nèi)涵

2003年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》（以下簡稱《舊課標(biāo)》）中倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)，包括培養(yǎng)學(xué)生的探究意識、豐富學(xué)生的過程體驗、促進學(xué)生對探究方法的掌握以及科學(xué)探究能力的形成。為此，《舊課標(biāo)》提出了構(gòu)成科學(xué)探究能力的8要素，即①提出問題;②猜想與假設(shè);③制定計劃;④進行實驗;⑤收集證據(jù);⑥解釋與結(jié)論;⑦反思與評價;⑧表達與交流[2]，但因沒有從整體角度，即學(xué)科素養(yǎng)的角度進行說明，也沒有從能力發(fā)展的角度作水平劃分，因此難以發(fā)揮其對教學(xué)與評價的指導(dǎo)作用。在創(chuàng)新意識方面，《舊課標(biāo)》雖然提及，但缺少對其詳細闡述，教師缺乏實踐參考，難以在教學(xué)實踐中加以落實。

“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”強調(diào)科學(xué)探究是進行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實踐活動，其包括“①提出問題和假設(shè);②設(shè)計方案;③實施實驗;④獲取證據(jù);⑤分析解釋或模型建構(gòu);⑥形成結(jié)論;⑦交流評價”等七個方面[3]。在“解釋與結(jié)論”要素中增加了“模型建構(gòu)”，要求學(xué)生在獲取證據(jù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用或建構(gòu)模型進行表征，使其更符合基于真實問題的探究過程，這符合一般科學(xué)規(guī)律的認知特點，有助于實現(xiàn)模型的功能化，使其具有更廣泛的遷移應(yīng)用價值?！缎抡n標(biāo)》中關(guān)于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的水平劃分和相對應(yīng)的探究要素，如表1所示[4]。

由表1可知，“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的4個水平反映了科學(xué)探究能力的發(fā)展層級。例如： 水平1“能根

據(jù)教材中給出的問題設(shè)計簡單的實驗方案”，要求能解釋實驗原理，并實施簡單的實驗;水平2“能對簡單化學(xué)問題的解決提出可能的假設(shè)”則要求能基于實驗事實得出結(jié)論;水平3“具有較強的問題意識，能在與同學(xué)討論基礎(chǔ)上提出探究的問題和假設(shè)”，要求基于儀器分析的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)表征實驗結(jié)果;水平4“能根據(jù)文獻和實際需要提出綜合性的探究課題”則要求具有創(chuàng)新意識和評價能力。不同探究水平對應(yīng)的難度逐漸增大，學(xué)生完成任務(wù)所需能力要求也隨之提高[5]。核心素養(yǎng)水平的劃分為學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與評價提供了指導(dǎo)，也是本研究對相關(guān)高考化學(xué)試題進行要素分析的重要依據(jù)。

2? 基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的試題分析

2.1? 評析框架構(gòu)建

高考試題的編制一般以真實問題為素材，以解決問題為任務(wù)，以學(xué)科知識與方法為工具。本研究對考查“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”試題的選取，主要從試題的內(nèi)容判斷，即從實踐層面喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識，試題具有一定的開放性和探究性[6]，只要包含科學(xué)探究和創(chuàng)新意識兩者之一，即視為符合要求。從試題內(nèi)容來看，符合條件的主要為實驗探究題和有機合成題。經(jīng)初步分析可發(fā)現(xiàn)，探究類試題內(nèi)容大多是圍繞科學(xué)探究的7個要素展開，且不同素養(yǎng)水平對學(xué)生探究能力的要求不同。因而，關(guān)于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的試題分析應(yīng)從探究要素與素養(yǎng)水平角度對試題情境、實際問題與必備知識等進行評析。參考王霞與王后雄等學(xué)者[7]提出的試題分析框架，本文從高考試題的實際問題、試題情境及表現(xiàn)形式、必備知識等角度對相關(guān)試題進行剖析（“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”選做題屬于學(xué)科理論知識，基本未涉及“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”，故未納入分析），并從素養(yǎng)水平及探究要素2個維度，構(gòu)建基于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的試題分析框架，如圖1所示。

2.2? 試題分析

據(jù)分析框架，我們以全國Ⅰ卷為例，從“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的探究要素和素養(yǎng)水平兩個角度，對相關(guān)化學(xué)試題進行統(tǒng)計分析，結(jié)果如表2所示。

按照表2所示的內(nèi)容分析方法，通過對2019年全國各套高考化學(xué)試題進行分析，發(fā)現(xiàn)高考化學(xué)對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的考查主要通過科學(xué)實驗過程，化工生產(chǎn)、藥物合成等真實情境素材設(shè)計問題，既有探究要素的考查，也有綜合性探究過程考查。試題素材均來源于社會生產(chǎn)與生活，但對學(xué)生而言有一定陌生度，有利于考查學(xué)生在陌生情景下的探究與創(chuàng)新能力。試題主要為選擇、填空、簡答形式，以客觀題為主，帶有一定的主觀性。真實而又陌生的問題有利于評價學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。從學(xué)科能力的角度看，高考對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)考查體現(xiàn)在分析解釋、簡單設(shè)計、系統(tǒng)探究、創(chuàng)新思維等方面。

筆者對2019年高考各套化學(xué)卷所考查的素養(yǎng)水平及探究要素的分值進行統(tǒng)計，結(jié)果如圖2和圖3所示。

從圖2可以看出，2019年全國各套試題關(guān)于“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的不同水平考查各有側(cè)重。全國Ⅱ卷、全國Ⅲ卷、北京卷等所考查的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”以水平1為主。而天津卷、浙江卷考查水平較廣，以水平1和水平4為主。大多數(shù)化學(xué)卷對科學(xué)探究的考查占試題的27%～34%之間，表明“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科素養(yǎng)已經(jīng)成為考查重點，而探究要素是檢測學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的著力點。通過對科學(xué)探究的各子要素的內(nèi)容分析可知，2019年高考注重對分析解釋、模型建構(gòu)、設(shè)計方案等探究要素的考查。此外，全國II卷還重視對獲取證據(jù)能力的考查，北京卷側(cè)重對結(jié)論表述能力的考查。盡管各套試卷的試題內(nèi)容與要求有所差異，但對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”考查的內(nèi)容和要求基本一致，符合化學(xué)新課程的理念與要求。

3? “科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”考查的規(guī)律

3.1? 以學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，凸顯素養(yǎng)水平的層次性

《新課標(biāo)》提出的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以學(xué)科核心素養(yǎng)及其表現(xiàn)水平為主要維度，為探查學(xué)生在完成本學(xué)科課程學(xué)習(xí)后的學(xué)業(yè)成就表現(xiàn)提供了測評標(biāo)準(zhǔn)[8]，是考試和評價的重要依據(jù)。2019年高考化學(xué)卷對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的考查涵蓋了4個水平，且不同水平的試題分布明顯。其中，客觀題和部分主觀題給定了條件或現(xiàn)象，讓學(xué)生對其進行分析解釋或說明論證，考查較低層次的素養(yǎng)水平。另一部分主要為從設(shè)計實驗方案、探究復(fù)雜問題的角度考查學(xué)生的高階探究能力，所考查的素養(yǎng)水平較為多元，涉及的探究要素也更為豐富，試題設(shè)置更具條理性和層次感。

高考對科學(xué)探究的子要素有不同程度的覆蓋，從分值上看，設(shè)計方案>分析解釋或模型建構(gòu)>形成結(jié)論>獲取證據(jù)，對提出問題和假設(shè)、交流評價的考查較少。究其原因，紙筆測驗不同于真實探究活動，學(xué)生在真實探究活動中可以直觀地感受探究過程，及時與同伴或教師進行交流評價，進而提出有價值的問題或假設(shè)，而紙筆測驗的時間、空間有限，學(xué)生只能通過題干提取相關(guān)信息，在頭腦中模擬探究過程，運用已有知識和信息進行解答。

3.2? 以真實問題解決為載體，注重學(xué)科方法的遷移應(yīng)用

高考探究型試題以真實問題解決為載體，注重探查學(xué)生分析、推理、歸納、演繹等思維，以及實驗過程中的物質(zhì)檢驗、制備、分離、提純等的遷移應(yīng)用能力。試題的考查形式大多為實驗裝置圖或工業(yè)流程圖，意在考查學(xué)生獲取信息和綜合運用能力[9]。另一部分試題是通過閱讀、理解、分析試題所提供的信息或題干材料，對化學(xué)實驗探究的基本方法進行考查，如江蘇卷的第19題，通過了解陌生無機物水合肼的制取，考查物質(zhì)的制備、分離與提純，并要求模擬科學(xué)實驗探究方法，提出猜想與假設(shè)，設(shè)計化學(xué)實驗方案。以多種形式考查常見元素及其化合物的性質(zhì)、化學(xué)實驗原理、化學(xué)實驗操作等學(xué)科基礎(chǔ)知識和基本方法的遷移應(yīng)用能力。同時，探查學(xué)生獲取信息、邏輯思維和語言表達等能力[10]。

3.3? 以STSE素材為情景，樹立正確的學(xué)科價值觀念

化學(xué)與社會發(fā)展、科技創(chuàng)新、環(huán)境保護關(guān)系緊密，STSE情景下的試題更能啟發(fā)學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科在解決社會生產(chǎn)、日常生活問題中的作用，深入思考化學(xué)在改善人類生活、推動社會進步中的價值與意義。2019年高考試題大多選取生產(chǎn)生活中的STSE素材，包括真實實驗過程、化工生產(chǎn)、藥物合成等，大多以文字或流程圖、裝置圖、合成路線圖等方式呈現(xiàn)。如全國I卷的27題，以真實實驗作為情境素材，考查實驗室用廢鐵屑制備硫酸鐵銨的探究實驗，以“變廢為寶”的真實情境，促使學(xué)生將化學(xué)知識遷移運用于實際問題解決中，使學(xué)生真切感受到化學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系[11]，深刻理解化學(xué)學(xué)科的價值，樹立正確的學(xué)科價值觀念。

4? 啟示與建議

4.1? 把握課標(biāo)與考綱要求，開展高水平的探究活動

通過分析《新課標(biāo)》和《考試大綱》的內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，新課程對“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科素養(yǎng)有較高的要求。與傳統(tǒng)的知識傳授教學(xué)有很大不同，它需要在教學(xué)中通過問題解決活動，讓學(xué)生經(jīng)歷真實的探究過程，通過分析解釋、歸納推理、方案設(shè)計、科學(xué)論證等多個活動，給予學(xué)生充分思考、討論與總結(jié)的時間。

化學(xué)教學(xué)中應(yīng)盡量開展高水平的探究活動，設(shè)計開放性、挑戰(zhàn)性任務(wù)來促進學(xué)生探究性學(xué)習(xí)，以發(fā)展學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識。如“氯及其化合物”的教學(xué)，教師可以圍繞生活中的消毒水的成分開展探究活動。先由學(xué)生提出問題或假設(shè)，設(shè)計實驗方案，收集證據(jù)，推理論證，得出結(jié)論。在探究過程中，引導(dǎo)學(xué)生在了解物質(zhì)類別、元素價態(tài)和原子結(jié)構(gòu)等的基礎(chǔ)上，形成預(yù)測和檢驗的認識模型;然后圍繞如何自制方便儲存的消毒劑的問題，讓學(xué)生設(shè)計物質(zhì)制備的流程圖并展示;最后通過小組論證、辯論，選擇出最優(yōu)方案。

4.2? 緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活，創(chuàng)設(shè)真實的教學(xué)情景

真實、具體的問題情景是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實的表現(xiàn)機會[12]。高考探究類試題中的情景素材大多來自科學(xué)實驗、化工生產(chǎn)等方面，然而這些真實情景對學(xué)生而言相對陌生，說明日常教學(xué)中缺少在這些真實情景下的探究活動。教師在日常教學(xué)中應(yīng)多聯(lián)系生產(chǎn)、生活問題，積極創(chuàng)設(shè)真實情景，增強化學(xué)與生活的關(guān)聯(lián)度。如在學(xué)習(xí)有機物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)時，可以通過解讀阿司匹林的作用和原理，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計阿司匹林的合成路線，逐步形成基于官能團、價鍵理論對有用化學(xué)物質(zhì)的合成與性質(zhì)預(yù)測的學(xué)科思維方法。

4.3? 增強合作與交流，營造輕松愉悅的探究氛圍

設(shè)計陌生情境下的實驗方案，對學(xué)生來說有一定難度，開展探究活動時增強師生間的合作與交流，對促使學(xué)生打開思路，克服難點有重要作用。教師在設(shè)計探究活動時需預(yù)留合作與交流的時間和空間，包容學(xué)生在探究中的失敗和錯誤，營造靈活寬松的探究氛圍，鼓勵學(xué)生主動參與探究活動，激發(fā)學(xué)生發(fā)散性思維和創(chuàng)新意識，體驗科學(xué)探究的樂趣。如對實驗教學(xué)中易被忽視的異?，F(xiàn)象或“失敗”實驗進行探究，鼓勵學(xué)生大膽預(yù)測或假設(shè)，對異?，F(xiàn)象進行分析解釋，設(shè)計實驗證明自己的假設(shè)，以培養(yǎng)他們的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識。

參考文獻：

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