基于“科学探究与创新意识”素养视角的高考化学试题分析*

唐劲军 梁舒敏

摘要： 根据普通高中化学课程标准提出的学科核心素养“科学探究与创新意识”的内涵，以2019年全国各套高考化学卷试题为研究对象，分析高考对“科学探究与创新意识”素养的考查内容、要求及呈现方式，总结考查规律，为化学教学提出相关建议。

关键词： 高考化学试题; 科学探究; 探究要素; 试题研究; 化学学科核心素养

文章编号： 1005-6629（2020）11-0085-05

中圖分类号： G633.8

文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》）将“科学探究与创新意识”作为学科核心素养体系中一项重要素养[1]，其综合性、跨学科性，对学生的未来发展有重要意义。但在教学实践中如何培养学生的探究能力和创新意识、落实学科核心素养是亟待解决的课题。

新课程考试评价以核心素养为测试宗旨，考查学生的发展状况和学业质量标准的达成程度。高考是大规模、权威性考试评价，高考试题对“科学探究与创新意识”的考查体现了化学学科育人的要求。本文通过对2019年高考各套试卷中的相关试题进行统计，分析其考查“科学探究与创新意识”核心素养的内容、要求、呈现方式，总结考查特点及规律，从学业测评角度反观化学教学，并用以指导教学，为发展学生“科学探究与创新意识”素养提供参考。

1  “科学探究与创新意识”的内涵

2003年版《普通高中化学课程标准（实验）》（以下简称《旧课标》）中倡导探究学习，包括培养学生的探究意识、丰富学生的过程体验、促进学生对探究方法的掌握以及科学探究能力的形成。为此，《旧课标》提出了构成科学探究能力的8要素，即①提出问题;②猜想与假设;③制定计划;④进行实验;⑤收集证据;⑥解释与结论;⑦反思与评价;⑧表达与交流[2]，但因没有从整体角度，即学科素养的角度进行说明，也没有从能力发展的角度作水平划分，因此难以发挥其对教学与评价的指导作用。在创新意识方面，《旧课标》虽然提及，但缺少对其详细阐述，教师缺乏实践参考，难以在教学实践中加以落实。

“科学探究与创新意识”强调科学探究是进行科学解释和发现、创造和应用的科学实践活动，其包括“①提出问题和假设;②设计方案;③实施实验;④获取证据;⑤分析解释或模型建构;⑥形成结论;⑦交流评价”等七个方面[3]。在“解释与结论”要素中增加了“模型建构”，要求学生在获取证据的基础上应用或建构模型进行表征，使其更符合基于真实问题的探究过程，这符合一般科学规律的认知特点，有助于实现模型的功能化，使其具有更广泛的迁移应用价值。《新课标》中关于“科学探究与创新意识”的水平划分和相对应的探究要素，如表1所示[4]。

由表1可知，“科学探究与创新意识”的4个水平反映了科学探究能力的发展层级。例如： 水平1“能根

据教材中给出的问题设计简单的实验方案”，要求能解释实验原理，并实施简单的实验;水平2“能对简单化学问题的解决提出可能的假设”则要求能基于实验事实得出结论;水平3“具有较强的问题意识，能在与同学讨论基础上提出探究的问题和假设”，要求基于仪器分析的现象和数据表征实验结果;水平4“能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题”则要求具有创新意识和评价能力。不同探究水平对应的难度逐渐增大，学生完成任务所需能力要求也随之提高[5]。核心素养水平的划分为学科核心素养的培育与评价提供了指导，也是本研究对相关高考化学试题进行要素分析的重要依据。

2  基于“科学探究与创新意识”的试题分析

2.1  评析框架构建

高考试题的编制一般以真实问题为素材，以解决问题为任务，以学科知识与方法为工具。本研究对考查“科学探究与创新意识”试题的选取，主要从试题的内容判断，即从实践层面唤醒学生的创新意识，试题具有一定的开放性和探究性[6]，只要包含科学探究和创新意识两者之一，即视为符合要求。从试题内容来看，符合条件的主要为实验探究题和有机合成题。经初步分析可发现，探究类试题内容大多是围绕科学探究的7个要素展开，且不同素养水平对学生探究能力的要求不同。因而，关于“科学探究与创新意识”的试题分析应从探究要素与素养水平角度对试题情境、实际问题与必备知识等进行评析。参考王霞与王后雄等学者[7]提出的试题分析框架，本文从高考试题的实际问题、试题情境及表现形式、必备知识等角度对相关试题进行剖析（“物质结构与性质”选做题属于学科理论知识，基本未涉及“科学探究与创新意识”，故未纳入分析），并从素养水平及探究要素2个维度，构建基于“科学探究与创新意识”的试题分析框架，如图1所示。

2.2  试题分析

据分析框架，我们以全国Ⅰ卷为例，从“科学探究与创新意识”的探究要素和素养水平两个角度，对相关化学试题进行统计分析，结果如表2所示。

按照表2所示的内容分析方法，通过对2019年全国各套高考化学试题进行分析，发现高考化学对“科学探究与创新意识”的考查主要通过科学实验过程，化工生产、药物合成等真实情境素材设计问题，既有探究要素的考查，也有综合性探究过程考查。试题素材均来源于社会生产与生活，但对学生而言有一定陌生度，有利于考查学生在陌生情景下的探究与创新能力。试题主要为选择、填空、简答形式，以客观题为主，带有一定的主观性。真实而又陌生的问题有利于评价学生的学科素养。从学科能力的角度看，高考对“科学探究与创新意识”素养考查体现在分析解释、简单设计、系统探究、创新思维等方面。

笔者对2019年高考各套化学卷所考查的素养水平及探究要素的分值进行统计，结果如图2和图3所示。

从图2可以看出，2019年全国各套试题关于“科学探究与创新意识”的不同水平考查各有侧重。全国Ⅱ卷、全国Ⅲ卷、北京卷等所考查的“科学探究与创新意识”以水平1为主。而天津卷、浙江卷考查水平较广，以水平1和水平4为主。大多数化学卷对科学探究的考查占试题的27%～34%之间，表明“科学探究与创新意识”学科素养已经成为考查重点，而探究要素是检测学生科学探究素养的着力点。通过对科学探究的各子要素的内容分析可知，2019年高考注重对分析解释、模型建构、设计方案等探究要素的考查。此外，全国II卷还重视对获取证据能力的考查，北京卷侧重对结论表述能力的考查。尽管各套试卷的试题内容与要求有所差异，但对“科学探究与创新意识”考查的内容和要求基本一致，符合化学新课程的理念与要求。

3  “科学探究与创新意识”考查的规律

3.1  以学业质量标准为依据，凸显素养水平的层次性

《新课标》提出的学业质量标准以学科核心素养及其表现水平为主要维度，为探查学生在完成本学科课程学习后的学业成就表现提供了测评标准[8]，是考试和评价的重要依据。2019年高考化学卷对“科学探究与创新意识”素养的考查涵盖了4个水平，且不同水平的试題分布明显。其中，客观题和部分主观题给定了条件或现象，让学生对其进行分析解释或说明论证，考查较低层次的素养水平。另一部分主要为从设计实验方案、探究复杂问题的角度考查学生的高阶探究能力，所考查的素养水平较为多元，涉及的探究要素也更为丰富，试题设置更具条理性和层次感。

高考对科学探究的子要素有不同程度的覆盖，从分值上看，设计方案>分析解释或模型建构>形成结论>获取证据，对提出问题和假设、交流评价的考查较少。究其原因，纸笔测验不同于真实探究活动，学生在真实探究活动中可以直观地感受探究过程，及时与同伴或教师进行交流评价，进而提出有价值的问题或假设，而纸笔测验的时间、空间有限，学生只能通过题干提取相关信息，在头脑中模拟探究过程，运用已有知识和信息进行解答。

3.2  以真实问题解决为载体，注重学科方法的迁移应用

高考探究型试题以真实问题解决为载体，注重探查学生分析、推理、归纳、演绎等思维，以及实验过程中的物质检验、制备、分离、提纯等的迁移应用能力。试题的考查形式大多为实验装置图或工业流程图，意在考查学生获取信息和综合运用能力[9]。另一部分试题是通过阅读、理解、分析试题所提供的信息或题干材料，对化学实验探究的基本方法进行考查，如江苏卷的第19题，通过了解陌生无机物水合肼的制取，考查物质的制备、分离与提纯，并要求模拟科学实验探究方法，提出猜想与假设，设计化学实验方案。以多种形式考查常见元素及其化合物的性质、化学实验原理、化学实验操作等学科基础知识和基本方法的迁移应用能力。同时，探查学生获取信息、逻辑思维和语言表达等能力[10]。

3.3  以STSE素材为情景，树立正确的学科价值观念

化学与社会发展、科技创新、环境保护关系紧密，STSE情景下的试题更能启发学生理解化学学科在解决社会生产、日常生活问题中的作用，深入思考化学在改善人类生活、推动社会进步中的价值与意义。2019年高考试题大多选取生产生活中的STSE素材，包括真实实验过程、化工生产、药物合成等，大多以文字或流程图、装置图、合成路线图等方式呈现。如全国I卷的27题，以真实实验作为情境素材，考查实验室用废铁屑制备硫酸铁铵的探究实验，以“变废为宝”的真实情境，促使学生将化学知识迁移运用于实际问题解决中，使学生真切感受到化学与生产生活的紧密联系[11]，深刻理解化学学科的价值，树立正确的学科价值观念。

4  启示与建议

4.1  把握课标与考纲要求，开展高水平的探究活动

通过分析《新课标》和《考试大纲》的内容发现，新课程对“科学探究与创新意识”学科素养有较高的要求。与传统的知识传授教学有很大不同，它需要在教学中通过问题解决活动，让学生经历真实的探究过程，通过分析解释、归纳推理、方案设计、科学论证等多个活动，给予学生充分思考、讨论与总结的时间。

化学教学中应尽量开展高水平的探究活动，设计开放性、挑战性任务来促进学生探究性学习，以发展学生的探究能力和创新意识。如“氯及其化合物”的教学，教师可以围绕生活中的消毒水的成分开展探究活动。先由学生提出问题或假设，设计实验方案，收集证据，推理论证，得出结论。在探究过程中，引导学生在了解物质类别、元素价态和原子结构等的基础上，形成预测和检验的认识模型;然后围绕如何自制方便储存的消毒剂的问题，让学生设计物质制备的流程图并展示;最后通过小组论证、辩论，选择出最优方案。

4.2  紧密联系生产生活，创设真实的教学情景

真实、具体的问题情景是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会[12]。高考探究类试题中的情景素材大多来自科学实验、化工生产等方面，然而这些真实情景对学生而言相对陌生，说明日常教学中缺少在这些真实情景下的探究活动。教师在日常教学中应多联系生产、生活问题，积极创设真实情景，增强化学与生活的关联度。如在学习有机物的结构与性质时，可以通过解读阿司匹林的作用和原理，引导学生设计阿司匹林的合成路线，逐步形成基于官能团、价键理论对有用化学物质的合成与性质预测的学科思维方法。

4.3  增强合作与交流，营造轻松愉悦的探究氛围

设计陌生情境下的实验方案，对学生来说有一定难度，开展探究活动时增强师生间的合作与交流，对促使学生打开思路，克服难点有重要作用。教师在设计探究活动时需预留合作与交流的时间和空间，包容学生在探究中的失败和错误，营造灵活宽松的探究氛围，鼓励学生主动参与探究活动，激发学生发散性思维和创新意识，体验科学探究的乐趣。如对实验教学中易被忽视的异常现象或“失败”实验进行探究，鼓励学生大胆预测或假设，对异常现象进行分析解释，设计实验证明自己的假设，以培养他们的科学探究能力与创新意识。

参考文献：

[1][3][5]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[2]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（实验）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2003.

[4]教育部教育课程教材专家工作委员会组织编写. 普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M]. 北京： 高等教育出版社， 2018： 9.

[6]王后雄， 杨季冬. 2018年高考全国卷理科综合化学试题“学科素养”的评价功能[J]. 考试研究， 2019， （3）： 68～77.

[7]王霞， 王后雄. 基于学科核心素养的2018年高考全国卷化学试题评析[J]. 教育测量与评价， 2018， （11）： 48～57.

[8]王后雄. 基于“素养为本”的高中化学学业水平考试命题研究[J]. 中国考试， 2018， （1）： 27～38.

[9]支瑶， 宁燕丹. 基于学科能力视角的高考化学命题研究[J]. 中国考试， 2018， （11）： 39～45.

[10]教育部考试中心. 贯彻改革要求推动素质教育——2018年高考化学试题评析[J]. 中国考试， 2018， （7）： 24～28.