STSE化学基础试题结构分析与发展学生STSE素养的教学建议

莫子英 汤希雁 黄都

【摘要】本文阐述STSE试题的测量目标及测评价值，分析近几年高考真题中的STSE基础题典例，提出通过重构知识观与学习观发展学生STSE素养的教学建议。

【關键词】高考化学 STSE试题 试题结构

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）20-0072-06

STSE教育是提升学生“科学态度与社会责任”素养的重要途径，它寻求丰富学生的经验，支持学生参与研讨事关人类可持续发展、社会公平等方面的现实问题，并提供检查、批判及参与调查、行动的机会。本文阐述STSE试题的特征，分析高考真题中的STSE基础题典例，分享一些教学启示。

一、STSE试题的测量目标及测评价值

STSE（Science，Technology，Society and Environment，科学、技术、社会、环境）是一种科学与技术教育思想、理念、内容，它强调科学教育必须置于社会、技术、文化、伦理、政治背景和现实之中，聚焦社会科学问题（Socio-Scientific Issues，SSI）、社会尖锐问题（Socially Acute Questions，SAQ），以学生经验、关系和背景为基础，扩展学生的知识结构，整合关联性、整体性、跨学科性和外向性的知识，提升学生分析、综合和评估信息的能力，明智的决策能力，洞察科学属性与本质的能力，进行科学技术相关的道德推理能力，在社会上公正行事的能力。

（一）STSE试题的测量目标与内容体系

与STSE内涵相对应的是《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》中“科学态度与社会责任”素养维度，两者之间存在相互映射、相互说明、指向一致等关系（如表1、表2所示）。

水平1、2要求学生能用“化学之眼”看世界，辨识哪里可能有化学安全隐患;看透当下社会热点议题中的化学问题;知道化学家、化学工作者的社会贡献;分析物质存在及应用可能带来的不良后果;明白化学应用对人类社会可持续发展可能造成的负面影响。这两个水平是学业水平合格考试难度上限及内容范围。

水平3、4则强调分析与推测、归纳与论证、探究与创新等关键能力的协同表现，主要关注的对象由化学事件聚焦到化学品，强调对化学品的生产、使用方法、应用领域等人类行为可能产生的价值、风险和社会影响。例如，人教版化学必修上册指出“近年来有科学家提出，使用氯气对自来水消毒时，氯气会与水中的有机物发生反应，生成的有机氯化物可能对人体有害”，基于这一“科学发展”情境，学生需要思考的社会责任问题是：“使用氯气消毒自来水以来，确保了多少人的生命安全？相应的科学原理是什么？”“氯气水消毒剂残留超标导致的人类病症等不良影响，该由谁负责？如何建立担责意识？如何具备担责能力？”聚焦“担责能力”这一问题线索，学生需要回答“自来水消毒用氯量为何需要稍微过量？”“出口水和末梢水余氯量的安全范围如何确定？”“如何建立含氯量监测及计算模型？”“已有新型自来水消毒剂有哪些？它们的安全性、实效性和局限性分别是什么？”“解决余氯伤害问题的创新、可靠方案是什么？”等问题。

水平1、2到水平3、4，是由“看得懂”到“干得出”的跨越，是学习者由“边缘性参与”向“中心参与”的过渡，水平3、4要求学习者的认知加工达到“分析、综合、评价、创造”水平，是学业水平等级考查的内容选择和难度设定依据。

（二）STSE素养的测评模型及其教育价值

聚焦化学事件和化学品认知的STSE试题，旨在通过考试引导师生重视背景学习、讨论和探讨化学。背景知识、学科硬知识以及与两者关联的软知识，是支撑学生解决STSE问题的重要基础。STSE试题结构的设计模型如图1所示。

试题结构设计模型的主要特征有如下四个方面：一是以技术应用为中心，以化学品生产和使用为焦点，蕴含技术背后的化学知识、社会需求和人类行为，触及社会、环境的正面或负面影响;二是要求学习者具备宽广的“外向型知识”，包括相关课程、政治、历史、经济、社会、文化、民俗、体育、美育、劳动教育等方面的知识;三是着重考查多维视角下的化学技术应用与化学品生产、使用事项，认知行为要求达到理解水平以上;四是遵循STSE思想和结构的化学试题占据化学试卷的大多数，但为了分类研究，必然需要找出STSE基础题和非基础题之间的区别。

任何一道高考题，其考查的意义和价值都是多维度的。因此，笔者选择从学生未来发展需求和国家选人用人需要的视角来分析试题。STSE高考化学基础题，是面向公民基本素养、面向全体能力水平考生命制的试题，通常位于整卷选择题的前两题，可再细分为化学与生活、化学文明史和典型有机物辨析题，其考查意义体现为：助力学生主动适应未来社会，成为有主见、有见识、有社会责任、有担当意识的新时代合格公民;助力学生掌握终身学习方式，使其学会在背景、情境中学习，养成基于证据推理、模型认知、创新驱动的学习习惯;帮助学生发挥自身潜质，成为国家、社会需要的人。

二、STSE基础题典例分析

（一）生活技能类试题

例1（2015年全国Ⅲ卷）7.食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好。下列说法错误的是

A. 硅胶可用作食品干燥剂

B. P2O5不可用作食品干燥剂

C. 六水氯化钙可用作食品干燥剂

D. 加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂

正确答案是C。试题聚焦“化学品使用”的潜在风险及实效分析，测量水平为“科学态度与社会责任”素养4-3，考查的关键能力为分析与推测。要求考生具备可作干燥剂的物质、干燥原理、干燥技术、干燥剂安全及健康风险评估等知识，能够基于“食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好”的标准对化学品选用进行科学判断。有关测试统计表明，选项A误选率最高，说明考生对“硅胶的组成、结构、性质与应用”缺少深度探究的经历。

（二）物质应用类试题

例2（2016年全国Ⅲ卷）7.化学在生活中有着广泛的应用，下列对应关系错误的是

正确答案是B。试题测量目标指向“3-3能运用化学原理和方法解释或解决生产、生活中与化学相关的一些实际问题”，四个选项蕴含的问题是“为什么采用化学方法可以实现泡沫灭火、电路刻蚀、玻璃雕刻、织物漂白等目的”。试题的情境为化学知识与技术应用的关联信息，设问视角为原理与应用的一致性判断。试题未涉及风险评估、影响分析等思维过程，未能突显科学态度及社会责任的教育效应。若能更加贴近社会热点问题来探讨化学原理的技术应用问题，将更能体现STSE基础题的测评价值和教育功能。统计显示，选项C误选率最高。其原因可能是教师在教学中只强调次氯酸具有强氧化性，很少去探究“次氯酸转化为次氯酸盐后，所得物质仍然具有氧化性，只是氧化性减弱了”这一事实，教师在课堂教学中选取了“氧化性”作为探究视角，但并未沿着该视角深入探究，导致学生在高考中暴露出思维的盲区、混乱区和认知的浅表性。

例3（2019年全国Ⅲ卷）7.化学与生活密切相关。下列叙述错误的是

A. 高纯硅可用于制作光感电池

B. 铝合金大量用于高铁建设

C. 活性炭具有除异味和杀菌作用

D. 碘酒可用于皮肤外用消毒

正确答案是C。试题测量目标为“4-3能对化学技术推广应用和化学品使用进行分析和风险评估”，考查分析与推测能力，涉及的认知视角是基于日常经验推理物质应用，对知识的要求并不高。虽然选项C中的活性炭只具有吸附性而不具有杀菌性，信息呈现具有隐蔽性和灵活性，但考生采用排除法可容易判断C是正确选项。

比较上述两题的难度可知，涉及高中课本知识以及物质性质及其应用的一致性判断时，试题难度明显提升。

（三）环保知识类试题

例4（2017年全国Ⅲ卷）7.化学与生活密切相关。下列说法错误的是

A. PM2.5是指粒径不大于2.5μm的可吸入悬浮颗粒物

B. 绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染

C. 燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放

D. 天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料

正确答案是C。试题测量目标为“3-5能分析化学品生产和应用过程对社会和环境可能产生的影响”，考查分析与推测能力，涉及的知识多为硬知识，包括PM2.5、绿色化学、清洁能源的本质和外延定义，以及燃煤中添加CaO的技术效应等。试题情境主要为科学定义、技术效应等信息，设问视角为判断知识、观念的正误。指向基于硬知识的“科学态度与社会责任”素养考查，引导学生树立“科学知识是技术进步的重要基础和核心推动力”的观念，使其意识到如果知识缺失，那么再强大的社会责任感亦无力改变现实。

实测表明，考生对STSE硬知识的掌握并未达到理解水平，与STSE相关的化学概念也未受到教学的重视和深入探究。本题难度低于猜测概率，说明考生具备科学推理和模型认识的思维习惯，但由于硬知识、系统思维、谨慎思维的不足，即使是优等生也难以答对。可见，人为编造思维陷阱，或直接考查教材中的熟知概念，反而增加了试题难度。试题难度与学业水平层次的高低不一定呈必然的线性关系。

（四）化学技术应用类试题

例5（2018年全国Ⅲ卷）7.化学与生活密切相关。下列说法错误的是

A. 泡沫灭火器可用于一般的起火，也适用于电器起火

B. 疫苗一般应冷藏存放，以避免蛋白质变性

C. 家庭装修时用水性漆替代传统的油性漆，有利于健康及环境

D. 电热水器用镁棒防止内胆腐蚀，原理是牺牲阳极的阴极保护法

正确答案是A。试题测量目标为“4-3能对化学技术推广应用和化学品使用进行分析和风险评估”，以生活中的“化学品使用技術、原理解析与健康环保评估”为情境呈现信息，学生需要具备的硬知识为“泡沫的含水导电性”“疫苗含有蛋白质且易变性”“水性漆更环保”“牺牲阳极的阴极保护法”等，软知识为“从化学视角探查常见物质”“用探究方法解答实际中的化学问题”“亲历操作、观察、体验是STSE素养提升的重要路径”。统计显示，选项D误选率最高，其原因是学生对试题情境感到陌生以及对化学原理认知存在模糊性和不确定性。

（五）中国传统文化类试题

例6（2020年全国Ⅲ卷）7.宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu（OH）2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu（OH）2·2CuCO3]。下列说法错误的是

A. 保存《千里江山图》需控制温度和湿度

B. 孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化

C. 孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱

D. Cu（OH）2·CuCO3中铜的质量分数高于Cu（OH）2·2CuCO3

正确答案是C。本题主要考查从化学视角理解与鉴赏中国传统化学文化的能力。本题情境具有领域特殊性，聚焦中国古画的颜料、画布及其保存等科学问题。选项分别从古画保存条件，无机颜料的还原性、酸碱性及构成差异等视角考查学生的化学认知能力。统计表明，选项D误选率最高，说明学生基于质量分数比较的构成差异分析能力偏弱，化学计算能力有待加强。

（六）人类行为类试题

例7（2021年全国甲卷）7.化学与人体健康及环境保护息息相关。下列叙述正确的是

A. 食品加工时不可添加任何防腐剂

B. 掩埋废旧电池不会造成环境污染

C. 天然气不完全燃烧会产生有毒气体

D. 使用含磷洗涤剂不会造成水体污染

正确答案是C。试题以人类行为作为刺激情境，考查学生是否能够判断有关防腐剂使用、废旧电池处理、燃料不完全燃烧、含磷洗涤剂使用等人类行为的科学性、合理性和潜在风险性。试题难度值相比历年同类试题而言明显增大，但却充分考查了科学态度与社会责任的有关知识和行为判断，此题的教育功能大于区分功能，充分体现了“立德树人、导向教学”的高考评价功能。

（七）典例分析结论

1.重点考查有可能影响人类生活行为的化学观念

观念是人类看待事物的视角并形成特定的理解或定论的认知结果。“观”代表视角，“念”则为特定的概念或构想。例如，有人认为活性炭既能除异味又能杀菌消毒;食品添加剂都是对人体有害的物质，因此食品加工时不可添加任何防腐剂，等等。这些观念在很大程度上影响甚至决定着人类的意识和行为，例如冬天关紧门窗使用炭火取暖、购买洗衣液时从不查看产品说明书判断其是否为含磷洗涤剂，等等。良好的科学态度与社会责任，取决于观念与行为的正确性和一致性。在科学教育中，良好的科学行为习惯会反过来促进正确科学观念的形成与发展，因此，以科学观念为核心的STSE基础试题考查，在很大程度上间接考查了学生的科学行为、科学态度、人类可持续发展意识、责任意识和担责能力。

2.试题难度波动较大，概念理解、算法应用、观念辨析是难度波动的重要因素

近五年来，STSE试题难度波动很大，学生对STSE领域范畴内的概念缺乏辨析能力，对特定情境中的多视角认知能力不足，对一些“对错参半”的化学观念辨析能力偏弱，主要原因是教师在日常教学中未能引导学生充分调用课本知识和日常经验，未能就物质应用相关的STSE议题开展深度学习或项目式探究。

3.体现化学物质或化学技术的“生活应用→化学认知”的设问取向，刺激情境设置差异显著

历年STSE基础题的题型主要为单项选择题，试题的刺激情境可分为单一情境和多元情境。单一情境通常为复杂情境，要求学生调用有关化学概念、物质性质、计量模型等必备知识，从多维视角考查学生的化学观念;多元情境是同一“化学与技术应用”范畴中的观念辨析，要求学生具备广泛的化学应用知识面、经验基础和信息辨析能力。

三、教学启示

（一）重构知识观：学校需要平衡学科知识与综合知识

STSE知识属于综合知识范畴，包括具有关系性、整体性、跨学科性、外向性的知识，是以学生的经验、关系和背景为基础的知识，这些知识是STSE教育的内容支柱。2012年，美国学者莱奥妮·雷尼、格雷迪·文维尔和约翰·华莱士等人提出了一个颇具煽动性的问题：在全球社会中，什么样的知识有价值？他们得出的结论是，学校需要平衡学科知识和综合知识，并将全球视角和本地视角联系起来。例如，考虑气候变化的话题，它包括以下知识：斯里兰卡正在消失的低地、《京都议定书》的政治意涵、气候变化背景的科学和化学、人类活动对生态系统的影响以及变化的天气模式。以教师为主导的化学课堂教学，往往只重视学科知识的系统传授，忽视将化学知识、概念、观念纳入更大的STSE范畴来为学生创建深度学习经历，导致学生STSE知识建构不系统、记忆不深刻。为了应对高考，一些学校在临考前梳理了近百条STSE知识或观念辨分正误判断题，让考生背诵应考，这种处理方式严重削弱了学生STSE素养的形成与发展。可见，重构化学教育知识观，是迈向有效的STSE教学的第一步。

（二）重构学习观：在解决复杂问题中实现记忆的再构与优化

素养化的STSE知识，其记忆存储的特点是高结构化、高整合度、高灵活性以及高辨识力。高结构化体现为形成完整的知识体或概念束，如以能源作为上位概念的知识体，其下位概念将分束分布，分别从能源分类、能源可持续观、能源再生技术、能源绿色化、能源合理利用、能源的化学原理、能源创新等视角，建构从抽象到具体的知识体;高整合度体现为真伪科学的分辨和整合，如基于比较分析知道活性炭不具备杀菌能力;高灵活性体现为知识的灵活提取与应用，如学生能灵活提取质量分数算法模型解决不同构成的碱式碳酸铜中铜的含量计算问题;高辨识力体现为基于特定原型、经验、观念而产生的较强判斷力，如即使未探究过电热水器中镁棒的作用，但可借助原电池原理、牺牲阳极的阴极保护法等知识，判断与之相关的观念的正误。

STSE教育提供了一种新的重新想象世界以及我们与彼此、与自然关系的方式。这些关系是复杂的，有时有争议，但总是耐人寻味。教师在教学设计时，应以美德和品格的形成作为长期的教学目标，设置与学生个人相关的、有争议的问题，要求学生参与对话、讨论、辩论和论证，在知识建构中整合道德推理的隐性和（或）显性伦理成分。

参考文献

[1]BENCZE L，POULIOT C，PEDRETTI E，et al.SAQ，SSI and STSE education：defending and extending“science in context”[J].Cultural Studies of Science Education，2020（15）.

[2]陈焕焕.基于利益相关者理论的政府重大工程决策中的公众参与研究[D].广东：暨南大学，2017.

注：本文系广西教育科学“十三五”规划2019年度广西考试招生研究专项课题“基于样卷研发的等级性学考科目命题团队建设实践研究”（2019ZJY032）、广西教育科学“十三五”规划2020年度广西考试招生研究专项课题“普通高中学业水平选择性考试命题素材管理系统优化研究”（2020ZJY190）、广西教育科学“十三五”规划2020年度考试招生研究专项课题“普通高中学业水平考试的审题程序、规范和技术研究”（2020ZJY221）的研究成果。

作者简介：莫子英（1972— ），广西平乐人，高级教师，主要研究方向为中学化学教育教学;汤希雁（1979— ），广西贵港人，硕士研究生，高级教师，主要研究方向为基础教育教学研究;黄都（1973— ），通讯作者，广西都安人，博士，教授，主要研究方向为教学评整体设计。

（责编 刘小瑗）