基于高考评价体系的化学探究性试题设计
2024-01-16吴曼刘桂敏
吴曼 刘桂敏
摘要：探究性试题是高考内容改革的重要组成部分，用以检测学生的探究性学习成果，促进高考评价体系的有效实施。在深入分析中国高考评价体系的基础上，结合化学学科的特点，对探究性试题的设计方法作详细介绍，包括考查目标的分析及试题各要素的设计，并以高考试题为例进行命题思路的分析。
关键词：高考评价体系；化学探究性试题；试题设计
文章编号：10056629（2023）12008507
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
高考评价体系是深化新时代高考内容改革的基础工程、理论支撑和实践指南［1］。探究性试题作为中国高考评价体系的重要组成部分及有效载体，逐渐成为研究的重要课题。一方面，它是高考内容改革的产物，与高考评价体系有着相同的目标，并为高考评价体系提供服务；另一方面，考试作为教育教学的“指挥棒”，具有重要的导向功能，可进一步引导对学生探究能力和创新意识的培养。
1 探究性试题与中国高考评价体系
探究性试题是一类旨在考查学生探究能力和创新思维的试题。探究性试题在检测学生探究性学习成果的同时，考查学生的核心价值、化学学科素养、化学关键能力及必备知识，兼具基础性、创新性、应用性、综合性的特性，符合中国高考评价体系的考查要求，体现高考评价体系的核心功能，推动高考内容改革的深化与发展。
1.1 探究性试题涵盖高考评价体系的考查内容
高考评价体系的考查内容主要包括核心价值、学科素养、关键能力及必备知识［2］四个维度。
从核心价值指标来看，高考的核心功能即“立德树人、服务选才、引导教学”。从立德树人的角度，探究性试题一般由价值引领的试题情境引入，可以是化学领域的中华优秀传统文化及璀璨文明、当代先进的化学学科科研成果、生活生产中的实际问题及社会关注热点等。学生在进行试题探究的同时，根植爱国主义情怀，增强民族自豪感及科技成就感，领会化学在社会发展中的重要作用；从服务选才的角度，探究性试题具有较强的综合性与灵活性，能较好地检测学生的学科素养及能力水平，有利于为高校选拔优秀人才；从引导教学的角度，探究性试题对学科内容及核心能力的考查较为全面，有助于引导教学强化化学知识体系的构建，推动化学实验课程建设，培养学生的实践能力和创新意识，促进学生思维品质的养成［3］。
从学科素养指标来看，基于高考评价体系的“学科素养”包括学习掌握、实践探索与思维方法三个方面［4］。而探究性试题需要学生从试题情境中获取有效信息，通过一系列科学思维及创新思维，整合学科知识，在以往实践探索及操作、运用、积累的基础上，研究或解决相关问题，并通过书面作答（包括文字、图表、化学符号等）展示其对学科知识的理解和掌握、所具有的学科能力以及科学态度與社会责任。
从关键能力体系来看，高考评价体系中的“关键能力”包括知识获取能力群、实际操作能力群、思维认知能力群［5］。学生在解答探究性试题时，首先需要调动“知识获取能力群”（包括语言解码能力、符号理解能力、阅读理解能力、信息搜索及整理能力等［6］），从提供的新情境、新反应、新装置、新技术、新成果中提取、加工和整合有效信息；在解题的过程中，需要进一步调动“实践操作能力群”（包括实验设计能力、数据处理能力、信息转化能力、动手操作能力等）。囿于目前考试形式还是纸笔测试，动手操作能力难以考查，但可以考查学生实践经验的积累，或者调动“思维认知能力群”（包括形象思维、抽象思维、归纳概括、演绎推理、批判性思维、辩证思维等），进行更多思维层面的探究。
从必备知识体系来看，探究不是空穴来风，而是以必备的知识体系为依托，需要调动大量的学科必备知识，如常见的无机物及其应用，简单的有机化合物及其应用、物质结构与性质、化学反应原理、化学实验等。这是化学探究的基础和源泉，通过探究性试题反映学生对化学必备知识的掌握。
1.2 探究性试题满足高考评价体系的考核要求
从高考评价体系的考核要求来看，要具有基础性、综合性、应用性和创新性［7］。探究是个系统的工程，不仅需要调动基础知识、借助基本方法和技能进行探究，还需要综合科学思维方式、整合复杂信息、建立知识联系及能力结构网络等。为此，探究性试题兼具基础性及综合性的特点。同时，探究是为了探索发现未知领域，分析解决现实问题，找到新规律、得出新结论、发明新创造、设计新路径，以促进技术进步及社会发展。为此，探究性试题还具有应用性及创新性的特质。
2 探究性试题的设计
高考评价体系是指导高考命题的实践体系，它将有力促进高考内容改革以及命题质量的提升［8］。设计探究性试题，就要在高考评价体系的框架下，根据考查目标及要求设计“命题蓝图”，明确考查内容、确定能力层次、分析考生实际情况，在此基础上科学设计试题各要素（包括引入情境、呈现形式、探究要素、设问方式、参考答案等），引导学生积极思维，主动探索、研究相关知识，解决实际问题，展现其所具备的能力，从而完成考查目标。探究性试题的设计流程见图1。
2.1 运用系统分析法对考查目标进行分析
考查内容是考试的载体与主题，能力测试是考查的真实目的，而考查的对象是学生。为此，要从以下三方面进行系统分析。
从考查内容来看，要紧扣《普通高中化学课程标准》和教材分析可探究的内容，引导、启发学生发现、提出新问题，带着问题去探究、去尝试，以获得解决问题的新思路、新方案、新途径。从化学学科知识体系来讲，探究性的内容是开放的，可以在相当宽泛、灵活的范围内加以选择，如可涉及化学研究的基本方法、化学的基本概念和理论、常见无机物和有机物的性质及应用、化学实验、社会热点及学生身边的生活和实际等。但从试题的角度来说，并非所有内容都适合设计为探究性试题，也并不是什么问题都需要探究。应考虑两个因素：一是考查内容有意义，值得学生去挖掘、研究；二是在封闭的考试条件下，学生容易获得探究信息，能有效考查学生的某些能力要素。像有机化学、元素及其化合物、电解质溶液、胶体、电化学等内容都是适合探究的，但也要根据实际情况进行有效选择。
从考查能力层次来看，主要指基本能力以及化学学科关键能力。基本能力是指适应社会生活所需要的最基本的技能及素养，如接收、吸收、整合、分析和利用信息的能力以及阅读能力、理解能力、书面表达能力等。化学学科的关键能力是学习化学基础知识、分析解决化学实际问题所必须具备的能力。单旭峰在高考评价体系的基础上将化学学科的关键能力归结为理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力、探究与创新能力等四个维度（见图2）［9］，这是对高考评价体系关键能力群的学科化体现，构建出了化学学科考查的能力体系。研究考查的能力层次是科学编制试题的前提，要结合考查目标及内容，有侧重地考查不同的关键能力。
从考生情况来看，要充分考虑学生的实际状况，如认知水平、知识储备、学习生活经验、中学教学实际以及不同层次学生的探究水平等，尤其要充分考虑纸笔考试形式所带来的局限性，学生难以在有限的空
间与时间内进行完全、充分意义上的探究。为此，要有目标、有重点、有谋略地设计探究性试题，尤其是试题的水平层级要与学生相适应。蒋涛将试题水平层次从低级到高级依次分为无需认识角度层级、给定认识角度层级、自主选取认识角度层级以及自主选取多个认识角度层级四个级别，不同层级的试题对学生要求也不同（见图3）［11］。
2.2 结合探究特点对试题要素进行设计
2.2.1 引入情境设计
当前高考化学探究性试题均较为注重从真实情境出发，引导学生用化学知识解决现实生产生活中的问题，通过对情境中的信息进行分析，提取关键信息，找出解题线索，调用储备的化学知识与方法，最终解决问题。纸笔测试中，背景材料是学生获取信息的重要途径，在新情境的引导下对有关问题进行探究也是探究性试题区别于传统试题的显著特征。
设计探究性试题时，要创设一些富有启发性的情境、实验或者与学生学习生活相关的实例等，不失时机地向学生提供多种资料和信息，架设新旧知识之间联系的线索，好让学生面临矛盾，从而提出问题，带着疑问去探究有关内容。另外，考查学生搜集事实和加工处理信息的能力也尤为重要。学生通过对所给资料的阅读、理解、分析或体验，从中获得信息，并从多角度的信息分析比较中作出有意义的选择，寻找解决问题的目标和切入点。这不仅可以考查学生的探究能力，也是对学生的阅读能力、读图能力、数据分析能力等的综合考查。
引入的问题情境一般应考虑满足以下条件［12］：
（1）是新的未知，能激发探究者的认知冲突、需要和期望；
（2）学生能在先前经验基础上觉察到问题的存在，并经过努力可以掌握；
（3）情境资料的信息点要充分，能够满足学生的考场作答需求。
所引入情境的素材来源可以是化学领域的新进展、科技前沿、化学文献、化学现象、化学实验、生活情境、生产实践、各种媒体及网络中与化学有关的社会热点、化学史及化学小故事等；其信息的载体可以是文字描述、文献资料、实验流程、装置图、实验数据、图形列表等。选择情境的素材时，不要选过于专业化、生僻的素材，应尽量体现真实、新奇、实效、亲切、实用等特点，以增强试题的新鲜度，激发学生探究的热情，营造宽松的探究心理，有利于考场的发挥，也能使学生体会到所探究问题的实用性。
2.2.2 呈现形式设计
试题信息的呈现方式主要有：覆盖式、深挖式、隐蔽式、跳跃式、图表式、辨析式、特征式等［13］。其中，“覆盖式”指在有限的考试条件下，在一个题目中将有关信息及考查内容大量呈现的方式；“深挖式”指就某一个考查目标进行深度探究和挖掘，以“挖出”不同学生知识结构、能力水平及思维方式的差异；“隐蔽式”指在题干或情境资料中，并未将信息直接显化给出，而是隐藏在其他相关知识中的设计方式；“跳跃式”指试题信息并非按一定顺序连贯呈现，而是在某个环节设置跳跃信息，让学生及时联想、大胆猜测的设计方式，这种方式在有机试题中的呈现概率较高；“图表式”指以图形、图表的形式呈现化学信息，要求学生从定量的角度去认识和解决化学问题；“辨析式”指将某些具有相似化学用语及关键词的信息同时给出的设计方式，需要学生首先对这些信息进行有效辨析，旨在考查学生对化学概念理解的准确性及思维的批判性、严密性；“特征式”指通过描述某些物质或现象的有关特征（如组成、结构、性质、用途等）将信息呈现的设计方式，这也是对学生基础知识掌握情况的检验。
试题信息的呈现形式不同，学生对信息提取的效率也不同。命题过程中，要结合考查目标及考查内容，合理选择试题及信息的呈现形式。一般来说，试卷中的小题（如选择题）会以单独的某种信息形式呈现，但大多数综合性试题，尤其是探究性试题，要考查学生更高层次的思维品质及能力，就要选择不同的呈现方式，并将各种方式有机结合起来。
2.2.3 探究要素设计
《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》指出，科学探究过程包括“提出问题和假设、设计方案、实施实验、获取证据、分析解释或建构模型、形成结论及交流評价等核心要素”［14］。这是从教学实践的角度对探究过程做出的提炼与总结，不仅揭示出探究式学习的基本要素和特征，也为探究性学习的过程提供了指南。但从考试形式的角度来说，有些要素容易进行考查（如提出问题和假设、分析解释或建构模型、形成结论等思维方面的要素），而有些要素是实践、操作层面上的，在目前的纸笔测试条件下难以实现。在试题设计过程中，就要结合探究活动的特点，对探究要素进行合理的设计及处理。比如“实施实验”要素，可以考查实验操作的方法与步骤，实验仪器的识别、选择与装配，实验条件的控制、安全方面的隐患与处理以及实验方案的改进等。通过类似这样的设计，考查学生实验的基础知识和技能、科学探究的核心思路与基本方法等，这也是对学生探究能力及实验经验的评判。对于侧重于思维探究的试题，可将此环节改进为“实施方案”，无论是实验操作层面还是思维层面，此环节都是对设计方案可行性的验证。再比如“交流评价”要素，这在纸笔测试的条件下也难以实现，但在探究的其他环节，通过学生的作答，还是能对其思辨能力及表达能力（尤其书面表达能力）进行考查。
探究要素是探究性试题的典型特征，探究要素设计的好坏直接影响探究性试题的质量，但在设计探究要素时也要注意灵活性。根据探究活动及内容的不同，探究过程中的探究要素可多可少，探究程度可强可弱，探究要素的顺序也可前可后，重点是要借探究要素来考查学生所具备的探究能力、创新思维与核心素养。
2.2.4 设问方式设计
设问是引导学生思考、探究并作答的有效途径，也是试题设计的重要环节，学生的思维可在问题的引导下加以扩散化、条理化、系统化。设问与考查目标密切相关，要本着科学、严密的原则，注重学科知识的关联性和内在一致性，注重对学生核心素养及关键能力的考查，要问在关键处。设问的内容要具有一定的广度、深度及灵活度，一般可以对知识本身设问，也可以从与其他知识点的联系设问；可以让学生总结有关规律，也可以让学生对知识从新的角度再应用。对探究性试题来说，还要体现探究要素及探究特征，比如让学生提出探究问题、做出合理假设、设计实验方案、选择或改进实验仪器及装置、预判实验现象、处理实验数据、分析相关问题或现象产生的原因、反思评价实验方案及过程等。设问的方式也较为多样，比如选择、填空、问答、画图、列表等。一般情况下，为降低试题难度，会将相关内容罗列出来，让学生进行选择；为了更好引导学生的作答，会以填空形式进行设问；而设计实验方案、设计合成线路等开放性较大的试题，会直接让学生自行发挥；实验仪器及装置的识别与使用也是常见的考查目标，对此类试题就要以画图、作图的形式设问；为了让实验数据、对比实验等更有条理，可以以表格、列表的形式设问。
设计试题问题时，要注意所设问题要贴近学生实际，建立在学生可接受能力和思维水平上。设问语言要简洁、明确，避免歧义或生涩难懂，使学生在有效时间内能明确考查目标，快速准确地作答；最好还要有新意、有趣味，以提高学生探究的积极性和思维的活跃性。同时，设问要有层次化，注意各层次之间的区别和联系，合理搭建难度梯度，以提高试题的区分度。
2.2.5 参考答案设计
评价的多元性是区别探究性学习与传统学习方式的标志。多元性主要表现为评价方式、评价标准的多元性。受选拔方式影响，评价方式主要以纸笔测试为主，但可以灵活运用评价标准进行多元评价。由于探究具有独立性和独特性，学生在相同的时间和资源条件下，探究的程度可能不一样，探究的结论也会有所差异。为此，对于开放式的探究性试题，在制定参考答案时，要考虑学生的差异和思维的多样化，尽可能提供多样化的评价标准。
另外，制定评价标准时也可以使用SOLO分类理论。这是一种以等级描述为特征的质性评价方法，将认知水平分为前结构水平、单点结构水平、多点结构水平、关联结构水平、抽象拓展水平五个层次，可以从学习结果的结构复杂性角度对学习者的学习进行分层评价［15］。SOLO分类理论不仅有完整的理论体系，而且有坚实的实践基础，可以尝试运用于化学学科的评价，但要考虑阅卷的可操控性，做到“探究有度，开放可控”。
3 样题示例及命题思路解析
［2023年北京市普通高中学业水平等级性考试化学试卷第19题］资料显示，I2可以将Cu氧化为Cu2+。某小组同学设计实验探究Cu被I2氧化的产物及铜元素的价态。
（1）将等体积的KI溶液加入到m mol铜粉和n mol I2（n＞m）的固体混合物中，振荡。
实验记录如下：
① 初始阶段，Cu被氧化的反应速率：实验Ⅰ________实验Ⅱ（填“＞”、“＜”或“=”）。
② 实验Ⅲ所得溶液中，被氧化的铜元素的可能存在形式有［Cu（H2O）4］2+（蓝色）或［CuI2］-（无色），进行以下实验探究：
步骤a．取实验Ⅲ的深红棕色溶液，加入CCl4，多次萃取、分液。
步骤b．取分液后的无色水溶液，滴入浓氨水，溶液颜色变浅蓝色，并逐渐变深。
i． 步骤a的目的是________________________。
ii． 查阅资料，2Cu2++4I-====2CuI↓+I2，［Cu（NH3）2］+（无色）容易被空气氧化。
用离子方程式解释步骤b的溶液中发生的变化：______________________。
③ 结合实验Ⅲ，推测实验Ⅰ和Ⅱ中的白色沉淀可能是CuI，实验I中铜被氧化的化学方程式是______________。分别取实验Ⅰ和Ⅱ充分反应后的固体，洗涤后得到白色沉淀，加入濃KI溶液，______________（填实验现象），观察到少量红色的铜。分析铜未完全反应的原因是______________。
（2）上述实验结果，I2仅将Cu氧化为+1价。在隔绝空气的条件下进行电化学实验，证实了I2能将Cu氧化为Cu2+。装置如下图所示，a、b分别是 。
（3）运用氧化还原反应规律，分析在上述实验中Cu被I2氧化的产物中价态不同的原因：________________________。
3.1 考查目标分析
考查内容：氧化还原反应的规律及运用、化学反应速率的影响因素、原电池电极材料的判断、实验设计以及物质的检验和分离、化学反应的方程式和离子方程式的书写等内容，均属于高中化学必备知识的范畴。此题将主干知识有机地融合在一起，旨在考查学生对化学基本概念和理论的理解，对常见无机物的性质以及化学实验基础知识、基本技能的掌握，体会研究化学的基本方法。
考查能力层次：试题比较全面地考查学生接受陌生信息、整合所学知识和经验解决化学问题的理解与辨析能力，用定性定量相结合的视角对比分析控制变量所得实验现象和结果的分析与推测能力，识别有效证据、推理论证得出结论的归纳与论证能力，以及通过整个过程所体现出的探究与创新能力，而这些均是学习化学学科的关键能力。同时，充足的信息量是对学生的阅读理解能力、吸收整合信息能力很好的考查；分析并描述实验目的、所研究问题产生的原因，可间接考查学生的书面表达能力。
考生情况分析：学生具备完成探究的知识储备、经验积累和能力水平，只要按照试题设问的引导和给出的证据支持，深入地理解辨析、分析推测与归纳论证，就能顺利完成。考虑到考生测试形式，该题并未在操作层面过多考查，而是对思维层面的探究进行考量，试题水平层级也属于中级，符合学生能力水平及纸筆测试特点。
3.2 试题要素设计分析
引入情境：试题以一段化学资料信息以及相应的探究实验引入。Cu的氧化还原反应学生有所了解，但Cu被I2氧化的产物通常被认为是CuI，与资料显示生成Cu2+相矛盾，所探究问题与学生的认知相冲突，可激发学生探究的欲望。
呈现形式：本题采用覆盖式、深挖式、特征式等方式将试题信息予以呈现。充足的信息量可为学生探究搭建更有效的桥梁；深挖式的信息可引导学生进行更为深入的思考与探究，有效区分学生探究思维层次；物质的颜色、状态等特征是进行分析判断的基础，根据实验现象，结合物质的特征进行探究，也是对学生化学基础知识以及实验积累的考查。
探究要素：试题涉及到问题提出和假设、设计实验方案、获取证据、分析解释、形成结论等环节，较好地呈现了探究的过程。同时，结合考查方式，从学生现实的角度出发，将提出的问题、设计的方案及实施过程都直接呈现，侧重于从思维层面对获取有效证据、分析解释、形成结论等要素进行考查。
设问方式：该题以填空题的方式设问，围绕化学学科知识和学生的认知结构，由浅入深、逐步深化，引导学生推进并完成探究过程。所设置的问题由易到难，有效舒缓考试压力，有效区分不同层次学生的学科素养及探究能力。
参考答案：虽然说化学作为自然学科，试题答案相对客观唯一，但对原因的分析与解释、对结果的判断与评价之类的试题，也有一定的主观能动性蕴含其中。对此类试题，可以兼顾学生层次的多样性，灵活设置评价标准，鼓励学生思维创新和勇敢表达。
总体来说，该题是一个较为完整的探究性试题，综合考查学生高中化学的必备基础知识、化学学科核心素养以及科学探究等关键能力，具有较强的基础性、综合性和创新性，符合高考评价体系的考核要求。同时，引领学生深刻领悟科学探究的思维和方法，建立严谨求实、勇于探索的科学精神，体现了高考服务选才、引领教学的核心价值。
4 对探究性试题设计的总结与思考
探究性试题是考试评价体系的重要组成部分，也是考试命题的一种趋势。通过探究性试题的设计，可在实现高考人才选拔功能的同时，引领高中化学教学，激发学生探索创新的内驱力。
设计探究性试题时也要注意以下几点：一是要合理控制试题各要素的难度及开放度，使之与学生的认知水平、能力层次及考场条件相适切，保障试题的信度与效度；二是要充分考虑纸笔测试的现实性、局限性问题，通过试题要素的合理设计，引导学生将学习结果、能力素养和思维过程体现出来；三是探究性试题重在考查学生的探究能力及思维品质，不是为探究而探究，探究性试题也并非越难越体现探究，不要为了体现探究将问题化简为繁。
参考文献：
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