化学“科学探究与创新意识”的评价与思考——以2020 年天津市高中学业水平等级性考试化学学科为样本

何 文 英 华 康 宁 田晓梅

天津2020 年高中学业水平等级性考试化学学科试题按照 《关于深化考试招生制度改革的实施意见》《普通高中化学课程标准（2017 年版）（2020 年修订）》和《中国高考评价体系》的要求进行命制。

《普通高中化学课程标准 （2017 年版）（2020 年修订）》在提出学科核心素养的同时，强调真实情境的创设，把握“素养”“情境”“问题”“知识”的相互联系，构建以化学学科核心素养为导向的命题框架。命题要体现出对 “科学探究与创新意识” 的培养和评价，必须依托化学实验这一重要载体。 本文以2020年天津市高中学业水平等级性考试化学学科为样本，评价学生的科学探究与创新意识素养，并针对存在的问题提出教学建议。

一、试题总体评价

高中学业水平等级性考试化学试题作为一种对学生的必备品格和关键能力的综合性考查，着眼于学生在化学方面的素养形成、 能力培养和学习效果。 等级考化学试题将核心素养的考查贯穿于全卷，注重基础性、综合性、开放性、探究性和时代性，彰显中华文明，突出立德树人。 注重考生应掌握的重点化学基础知识， 以考生所能耳闻目睹的社会热点、 生活中的实际问题和一些科学研究热点与化学过程， 尤其是我国化学家的最新研究成果为情境，融入化学与社会和谐发展、化学研究前沿和发展方向，将化学基本概念、原理、基本技能和研究方法等设置为试题内容， 较全面地考查了考生的化学核心素养和运用化学知识与技能解决具体问题的能力。

表1 2020 年等级考化学试题各模块考查内容

表2 2020 年等级考化学试题所反映的素养考查

由表1 可以看出， 各册教材在试题考查内容上体现出覆盖面广、分布合理的特点。

由表2 可见，天津2020 年等级考化学试题着力对“科学探究与创新意识”素养进行考查，如第5、12、13、15、16 题，均涉及了相关内容的考查。 该素养的重要性可见一斑。 将化学实验知识与工业生产相结合， 考查学生从实际问题出发运用化学知识的能力，培养考生的实验探究与创新意识。

二、基于考生水平表现标准的评价方法

应当有价值地使用考生的实测数据， 通过对数据的分析研究， 帮助教师及时发现不同水平学生在学习过程中存在的问题，进而改进教学，提高教育教学水平，采用标准参照评价的方式，研究制定《考生水平表现标准（化学）》（以下简称《表现标准》），并基于此标准，对考生进行评价。

《考生水平表现标准（化学）》是以教育测量学与统计学为理论指导，依据《课标（2017 年版）》中关于学科学习内容和学习能力的要求以及新课程理念中关于化学学科素养的要求，研究制定的。

依据《表现标准》，结合考生学业水平等级性考试化学试题的实测数据及作答表现， 全市考生水平的表现可以划分为四个水平，分别为精通水平、熟练水平、基本水平及基本水平以下。依据考生水平典型表现，采用安格夫方法（Angoff’s Procedure）确定每一水平的临界分数， 把全体考生划分为精通水平组（G4 组）、熟练水平组（G3 组）、基本水平组（G2 组），2020 年等级考化学试题的临界分数分别为81 分、53 分、40 分，40 分以下记作G1 组，将全体考生记作G5 组。 将试卷分别按题型、知识范畴、能力范畴和学科素养等方面进行试题归类； 根据学生实测统计结果形成考生作答的水平表现数据报告，供研究使用。

三、基于考生水平表现标准的评价结果

2020 年天津市高中学业水平等级性考试化学学科（以下简称“化学试卷”）试题的命制，将化学学科核心素养目标贯穿于全卷，以真实情境为测试载体、以实际问题为测试任务， 以化学知识为解决问题的工具，进一步做好过渡衔接，注重基础性、综合性、探究性，彰显中华文明，突出立德树人。

2020 年化学试题形式新颖、知识覆盖广、难度基本合理、难易过渡较平稳，在对考生的化学主干必备知识和关键能力全面考查的基础上， 融合必要的新情境。应用化学大概念的预测功能，有效考查学生迁移认知模型、解决新问题的能力，从而有效区分不同学习能力水平的学生，引导全市中学化学课堂改革，摒弃死记硬背、题海战术的教学模式，积极探索“教、学、评”一体化单元教学方式，促进提升教师的教学水平。

2020 年的化学试卷第Ⅰ卷12 小题，共36 分，第Ⅱ卷4 大题，包括物质结构与性质题、有机题、实验题、理论题，共64 分，总分为100 分。

近年高考难度数据如表3 所示。

（一）全市考生水平评价结果

1.全市考生总体水平情况

2020 年考生中有12.87%的考生达到了精通水平 （G4 组）， 有38.51%的考生达到了熟练水平（G3组），有23.69%的考生达到了基本水平（G2 组），达到基本水平及以上的考生占考生总数的75.07%，与2019 年相比基本持平。

表3 2011-2020 年全市化学试题难度汇总

2.全市考生不同知识范畴的评价结果

表4 数据表明， 化学基本概念和基本理论知识范畴历年试卷总分权重近二分之一， 作答情况相对稳定，区分度很好；2020 年，有机化学基础知识范畴作答情况与2019 年持平；化学实验基础知识范畴作答情况与2019 年得分率相比明显偏低。

全市考生化学实验基础得分率（0.49）略低于全卷的得分率（0.52）；化学基本概念和基本理论得分率（0.53）、有机化学基础知识得分率（0.54），均略高于全卷的得分率。

表4 数据还表明，精通水平、熟练水平的考生（G4、G3 组）各知识范畴的得分率均远高于全市考生各知识范畴、全卷的得分率。 G2、G1 组考生各知识范畴的得分率均低于全市考生知识范畴的得分率。

（二）基于化学学科核心素养的评价结果

1.全市不同水平组考生核心素养作答概况如表5 所示。

2.基于“科学探究与创新意识”素养的评价结果

对于“科学探究与创新意识”素养的考查，大多通过化学实验等方式，从实验目的到原理、装置、实施、证据搜集、数据分析与结论、评价与优化等视角，在寻找证据、假设、分析推理、建立观点、结论的一系列过程中，综合评价学生解决实际问题的高阶思维能力，从而导向教、学、评一体化的教与学方式实施，提升学生的必备品格和关键能力，这将有利于化学学科核心素养在常态化课堂教学中的落实。举例如下：

表4 2014-2020 年全市不同水平考生化学试题各知识范畴得分率

表5 2020 年全市不同水平组考生核心素养作答概况

例1.（2020 年第5 题）下列实验仪器或装置的选择正确的是

从表6 的数据可知，G4 组考生作答表现优秀，近91%学生正答。 考生典型错误集中在选项C，G1、G2、G3 组分别有63%、62%、41%考生错答， 此选项干扰很大。产生此错误的主要原因可能是：考生对用于有机冷凝回流的“球形冷凝管” 与常用于蒸馏的“直形冷凝管” 装置的结构特点及其工作原理不清晰，而造成不同级别水平的辨识不准确。由此导向常态教学中需及时回归教材进行精读，如必修1p7、必修2p90 图示；同时精选母题，进行深度讲评和剖析，如结合2019 年天津化学第9 题图示进行实验装置及其工作原理的对比分析。

2019 年天津化学第9 题图

本题考查化学实验知识，内容涉及溶液配制、气体除杂﹑蒸馏操作﹑试剂贮存等相关仪器的选择。 考查学生化学实验的基本方法和技能水平， 教与学导向实验复习需结合教材和经典母题， 将仪器选择与其原理相关联，培养学生的“科学探究与创新意识”。此题难度为0.47，属于中等试题。

以下结论和解释正确的是

B.由实验①可推知ΔH＜0

C.实验②是由于c（H2O）增大，导致平衡逆向移动

表6 2020 年全市不同水平组考生化学第5 题选项分析表满分：3.0 难度：中等 知识范畴：化学实验基础 核心素养：科学探究与创新意识

从表7 的数据可知，G4 组考生作答表现优异，得分率为0.84。 考生典型错误集中在选项B、C，对G1、G2、G3 组考生均有很大干扰， 占考生总数的约65%。 产生此错误的主要原因可能是：本题以配合物之间相互转化为试题的载体，立意新颖，内容涉及外界条件对化学平衡的影响、配合物的化学键、配离子的稳定性等知识，对比整合陌生物质的宏观变化、实验、现象，搜集实验证据并据此进行分析、推理、形成有关物质的组成、结构及其能量变化等结论，有效诊断学生的接收、吸收和整合化学信息的能力水平。此题对“宏观辨识与微观探析”“变化观念与模型认知”“证据推理与模型认知”及“科学探究与创新意识”等素养进行了全方位的考查，难度为0.44，属中等难度试题。

表7 2020 年全市不同水平组考生化学第12 题选项分析表满分：3.0 难度：中等 知识范畴：化学基本概念和基本理论（可从属化学实验范畴） 核心素养：宏观辨识与微观探析（含科学探究与创新意识）

例3.（2020 年第15 题）为测定CuSO4溶液的浓度，甲、乙两同学设计了两个方案。回答下列问题：

Ⅰ.甲方案

实验原理：CuSO4+BaCl2=BaSO4↓+CuCl2

实验步骤：

（1）判断沉淀完全的操作为____________。

（2）步骤②判断沉淀是否洗净所选用的试剂为_____________。

（3）步骤③灼烧时盛装样品的仪器名称为__________________。

（4）固体质量为wg，则c（CuSO4）=_____mol·L-1。

（5）若步骤①从烧杯中转移沉淀时未洗涤烧杯，则测得c（CuSO4）_________（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

Ⅱ.乙方案

实验原理：

Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

实验步骤：

①按右图安装装置（夹持仪器略去）

②……

③在仪器A、B、C、D、E…中加入图示的试剂

④调整D、E 中两液面相平，使D 中液面保持在0 或略低于0 刻度位置，读数并记录。

⑤将CuSO4溶液滴入A 中搅拌，反应完成后，再滴加稀硫酸至体系不再有气体产生

⑥待体系恢复到室温，移动E 管，保持D、E 中两液面相平，读数并记录

⑦处理数据

（6）步骤②为___________。

（7）步骤⑥需保证体系恢复到室温的原因是________（填序号）。

a.反应热受温度影响 b.气体密度受温度影响

c.反应速率受温度影响

（8）Zn 粉质量为ag，若测得H2体积为bmL，已知实验条件下ρ（H2）=dg·L-1，则c（CuSO4）______mol·L-1（列出计算表达式）。

（9）若步骤⑥E 管液面高于D 管，未调液面即读数，则测得c（CuSO4）________（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

（10）是否能用同样的装置和方法测定MgSO4溶液的浓度：_________（填“是”或“否”）。

表8 2020 年全市不同水平组考生化学卷第15 题的得分率满分：17.0 难度：中等 知识范畴：化学实验基础 核心素养：科学探究与创新意识

由表8 的数据统计可知， 不同水平组在第8 题的得分率差异较大， 从G1 到G4 组考生得分率从0.29 到0.82，区分度很好。本题以定量测定CuSO4溶液中c（CuSO4）为背景，采用重量分析法和氧化还原法分别进行溶液中和Cu2+含量的测定， 设计两种不同实验方案以达实验目的。 内容涵盖化学基本实验操作、常用仪器的选取、检验试剂的选择、实验过程的合理分析、数据处理、误差分析等化学实验基础知识。考查考生化学实验的基本方法和技能，同时引导学生体验探究定量化学实验的一般过程， 并在解决化学问题的过程中，运用化学原理和科学方法，设计合理的实验方案。试题设计明确给出实验原理，设问层进梯度合理，既注重考查基础知识，又注重诊断考生灵活应用已有知识及获取新信息和迁移解决陌生情境下的有关问题的能力水平，避免死记硬背、题海战术式应试，引导教与学向深度学习发展。难度为0.49，属中等难度试题。

（三）基于“科学探究与创新意识”素养的问卷调查数据分析结果

2020 年7 月10 日即高考结束的第二天，本项目组面向全市考生征集调查有效问卷1795 份；面向全市部分区域化学教师征集调查有效问卷64 份；学生及教师所在学校属别类型全，除民办校涉及较少，区重点校涉及比例较多一些，其他四类型校分布均匀，问卷调查具有普遍性。 涉及“科学探究与创新意识”素养相关问题及其分析如下：

1.你喜欢的化学老师是怎样上化学课的[多选题]（学生问卷）

结合上表数据，从“科学探究与创新意识”素养视角分析和评价教与学的有效性， 发现能结合实验探究和富有挑战的设问或参与或讨论的融合多种方式的教学会激发学生深度学习的愿望， 进而将会触动学生探索化学奥秘内驱力。 这引起我们对化学教学、命题及其评价的深刻反思。我们既要在常态课教学中通过相关的真实问题情境渗透 “科学精神和社会责任”的学科价值，又要善于通过实验探究等核心问题设计，进行“科学探究和创新意识”有效引导，摒弃被动、机械刷题的教学误区，真正走向全面落实化学学科核心素养为主的教学。

2.您认为本次高考化学试题中哪些试题诊断“科学探究与创新意识”这一学科核心素养发展水平的？日常教学是如何落实的？（教师问卷，简答题形式）

从问卷整理统计看，教师对诊断“科学探究与创新意识”学科核心素养发展水平的试题认知更加广泛，不仅仅限于第5、12、15 题，还普遍涉及第6、8、11 题和二卷所有试题， 日常教学策略关键词有“让学生简单设计实验方案”“多实验多分析多总结”，可见教师尽管使用着旧教材，但对课标提倡的化学学科五维核心素养内涵的理解比较透彻，较普遍应用素养为本的理念于日常教学之中，突显探究实验教学的重要性，以“科学探究与创新意识”这一素养落实为突破口，为化学学科核心素养全面落实奠定基础。

3.就“走班模式比非走班模式”“等级赋分比实际得分”方式对学习化学的影响问题，对师生共同进行问卷，数据统计对比如下（师生问卷数据汇总）：

上述图示数据对比显示，学生对走班学习形式、赋分评价创新形式比教师更乐观、自信，这将有利于教师勇于创新教学，激发学生乐于科学探究的愿望，创新学习方式。

四、提升“科学探究与创新精神”学科核心素养的教学建议

1.创设真实问题情境，注重实际问题解决

2020 年天津市高中学业水平等级性考试化学试卷将化学学科核心素养目标贯穿于全卷， 以真实情境为测试载体，以实际问题为测试任务，以化学知识为解决问题的工具， 试题注重考查考生灵活应用已有知识及获取新信息和迁移解决陌生情境下的有关问题的能力水平，避免死记硬背、题海战术式应试，引导教与学向深度学习发展。 如第12 题，以配合物之间相互转化为试题的载体，立意新颖，内容涉及外界条件对化学平衡的影响、配合物的化学键、配离子的稳定性等知识，对比整合陌生物质的宏观变化、实验、现象，搜集实验证据并据此进行分析、推理、形成有关物质的组成、结构及其能量变化等结论。这样的试题提示我们， 在日常教学中要注重真实问题情境的创设，通过实验探究等核心问题设计，进行“科学探究和创新意识”的有效引导，摒弃被动、机械刷题的教学误区， 真正走向全面落实化学学科核心素养为主的教学。真实问题情境的创设，要依据教学目标和内容，从学生经验或自然、社会生活中选取典型的场景、事物，呈现给学生，为学生开展学习活动提供场景，为学生提供观察研究的课题。 例如，可以创设利用“荧光棒”影响化学反应速率的教学情境，以“有什么方法可以使荧光棒更亮？”“使用更长久？”“如何设计实验进行验证” 这样的教学情境激发学生的认知冲突和探索欲望， 引导学生主动参与整个学习过程，积极思考和探索，引发讨论和对话，从而提升科学探究和创新精神。

2.重视实验探究教学，提升科学探究能力

化学学科五大核心素养立足高中学生化学学习全过程，各有侧重、相辅相成。 “宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”要求学生形成化学学科的思想和方法；“科学探究与创新意识” 从实践层面激励学生勇于创新，“科学态度与社会责任” 进一步揭示了化学学习更高层次的价值追求。 “科学探究与创新意识”是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动；它要求能发现和提出有探究价值的问题，能从问题和假设出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验、调查等方法进行实验探究。 本试卷的第15 题，以定量测定CuSO4溶液中c（CuSO4）为背景，采用重量分析法和氧化还原法分别进行溶液中和Cu2+含量的测定，设计两种不同实验方案以达实验目的。 内容涵盖化学基本实验操作、 常用仪器的选取、 检验试剂的选择、实验过程的合理分析、数据处理、误差分析等化学实验基础知识。 考查考生化学实验的基本方法和技能，同时体验探究定量化学实验的一般过程，并在解决化学问题的过程中， 考查运用化学原理和科学方法设计合理实验方案的能力。为此，我们在教学中要重视学生实践活动的开展， 通过化学实验和项目研究等形式， 在具体的实践活动中引导学生发现和提出有探究价值的问题，并依据探究目的设计、优化实验方案，完成实验操作，对观察记录的实验信息进行加工，获得结论，和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进的设想，尊重实验事实和证据，破除迷信，反对伪科学，养成独立思考敢于质疑和勇于创新的精神。

3.开展化学项目式学习，培养学生创新精神

化学不仅与经济发展和社会文明的关系密切，也是材料科学、生命科学、环境科学、能源科学和信息科学等现代科学技术的重要基础。 化学在促进人类文明可持续发展中发挥着日益重要的作用， 是揭示元素到生命奥秘的核心力量。 项目式学习是基于真实而有意义、 贴近生活和社会实际的主题任务和活动，将分析问题解决问题的主动权交给学生。项目式学习是聚焦核心素养，彰显知识认识功能和价值，提升学科理解能力，实现知识、能力、素养相统一的化学教育。项目式学习以真实情景创设为载体，以实际问题解决为学习任务， 以化学学科核心知识为解决问题的工具，项目设计要注重真实情景，解决复杂问题，项目选择要基于课程标准、学生经验及当前科技的热点问题，如锂离子电池；生活中遇到的问题，如含氯消毒剂的制备；传统文化中蕴含的化学问题，如中医药与青蒿素。 项目式学习要求引导学生利用化学学科的必备知识， 在真实问题情境的解决中发展学科关键能力，培育核心素养，培养创新精神。