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基于“素养为本”的高中化学学业水平考试命题研究

时间:2018-04-28  来源:《中国考试》2018年第1期   作者:王后雄   点击:

 

基于“素养为本”的高中化学学业水平考试命题研究

 

2014年3月30日发布,教育部颁布的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》(以下简称《意见》)明确提出,将“发展学生核心素养体系”的研制与构建作为推进课程改革、深化发展的关键环节。《意见》的出台为课程改革指明了方向,即落实立德树人是课程改革的核心和根本任务,发展学生的核心素养是育人的重要目标。2014年12月,教育部发布《关于普通高中学业水平考试的实施意见》,对学业水平考试提出具体的指导性意见,指出根据国家发布的普通高中课程方案和课程标准的规定及要求确定考试范围和内容;规定命题应紧密联系社会实际与学生生活经验,在全面考查“双基”的基础上,注重加强对能力的考查;规定自主选考科目的学业水平考试计入高校招生录取总成绩;学业水平考试成绩合格,作为普通高中学业毕业及高中同等学力认定的主要依据。两份文件均明确指出,不仅课程标准需要基于核心素养来设计和实施,学生的学业评价标准和学业水平考试标准同样需要围绕核心素养进行设计。

2016年9月公布的“中国学生发展核心素养”提出要发展学生6大核心素养。基于此,化学课程标准、化学学业评价标准、化学学业考试标准都需要基于化学核心素养来设计和实施。那么,应该如何构建基于化学学科核心素养的学生水平评价指标,怎样对学生的化学学科核心素养发展水平进行科学有效的测评?这无疑成为教育测量领域面临的一个非常富有挑战性的难题。

1 化学学科核心素养的界定及要素分析

1.1 化学学科核心素养概念的界定

基于核心素养的定义,化学学科核心素养是指学生在接受化学教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的正确价值观念、必备品格和关键能力,是学生通过学习化学内化的、带有化学学科特性的品质。高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分,是高中学生综合素质的具体体现,是学生科学素养的关键成分,反映了社会主义核心价值观的化学学科育人的基本要求。

1.2 化学学科核心素养的要素分析

化学学科核心素养由5个维度组成: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、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任。这5个维度素养立足于高中学生的化学学习过程,各有侧重,相辅相成,构成一个统一的整体。宏观辨识与微观探析反映了化学学科专属特性,变化观念与平衡思想表征了化学学科主要思想方法,证据推理与模型认知凸显了化学学科理性思维特征,三者从思维层面集中体现了具有化学学科特质的思想和方法,科学探究与创新意识从实践层面激励创新与实践,科学态度与社会责任从价值(品格)层面进一步揭示了化学学习更高层次的价值追求。它们的关系如图1所示。

在图1中,科学探究与创新意识是化学核心素养对化学科学实践的表征和支柱,高阶目标形成离不开化学学科特征的思想和方法,理性思维和科学探究互为倚重,理性思维是科学探究与创新意识的重要内容,科学探究与创新意识是理性思维的实证过程;在形成创新意识、进行理性思维和科学探究的过程中,最终形成一定的科学态度和社会责任意识。上述各项素养将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与解决问题能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体,形成完整的化学学科核心素养体系。

为了将学科核心素养具象化,可根据核心素养的内涵将其与化学重点知识、重点主题、核心观念对应起来(见表1)。

2 基于化学学科核心素养的命题框架

学业水平考试包括学业水平合格考试(全修全考,以必修课程要求为基准)和学生自主选择计入高校招生录取总成绩的学业水平等级考试(选修选考,以选择性必修课程要求为基准)。化学学业水平考试的主要目的是评价学生化学学科核心素养的发展状况和学业质量标准的达成程度,这是区别于传统考试的关键特征。新一轮课程改革强调发展学生的核心素养,因此,学业水平考试应该与课程改革的目标统一起来,这有利于将课程、教学和测评统一起来,学有所考,以考促学,以实现共同发展学生核心素养的教育目标。

2.1 建构以化学学科核心素养为导向的命题框架

根据学业水平考试的目标定位及功能价值,化学学业水平考试命题必须坚持以化学学科核心素养为导向,准确理解核心素养的内涵、具体表现以及水平描述,并与化学学业质量标准建立联系,以相应水平的质量标准确立试题的测试目标,以实际问题为测试任务、以真实情境为测试载体、以化学知识为解决问题的工具。为此,可建构其新的命题框架(见图2)。

命题必须坚持以学科核心素养为导向,准确把握素养、问题、情境和知识4个要素在命题中的定位及相互关系。情景和知识同时服务于问题的提出和解决;问题、情境、知识三者之间存在密切的联系;情境的设计、知识的运用、问题的提出与解决应有利于实现对学生核心素养的测试;同时要运用考试测量技术,呈现不同陌生度的问题情境,搭建丰富、生动的测试载体,从而确定试题。

高中化学学业水平考试要体现化学核心素养的考查目标。目前的化学学科在高考中主要考查:

1)接受、吸收、整合化学信息的能力;2)分析问题和解决化学问题的能力;3)化学实验与探究能力。这3项能力并不能完全涵养化学核心素养的5个维度。从课程改革的历程看,课程改革与高考改革的一致性程度并不同步,正是课程与高考之间这种看似矛盾,但实际又充满张力的互动,为教育和考试改革提供着原动力,高中新课程标准学科核心素养的提出,就是这一原动力在当前课程改革面临重重危机之际的投射。因此,新的化学学业水平考试大纲(或“考试标准”)需要进行调整,并与新的课程标准的学科核心素养保持一致,同时化学学业水平考试命题也要围绕化学核心素养来实施。

2.2 建构基于化学学科核心素养试题特征的命题模式

化学试题特征是指试题在试题容量、题型结构、信息量现、新信息融合、STSE(Science,Technology,Societyand Environment)链接、核心主题、知识要求、考查层次、学科思想等多方面的综合特征。以化学学科核心素养为导向的试题特征需要进行重构(见表2)。

借用表2命题模式,依次从试题容量、呈现方式、真实情境、核心素养、素养水平、评价目标、试题评价等视角对试题的各特征指标逐一设计与分析。在同一测试目标下,可以提出具有不同复杂程度和结构差异的实际问题,从而形成不同难度的命题目标。对于要解决的同一个实际问题,如果创设情境的陌生度不同,命题的试题也会有差异,解决问题所运用的化学知识与方法也有区别。测试任务的设计与测试情境的多样性,可带来试题内容和呈现方式的多样性。

2.3 基于学科核心素养的化学学业水平考试命题技术问题

2.3.1 以学科核心素养统摄化学学业水平考试的命题目标

根据学科核心素养的测试目标,可将化学核心素养及其学业质量水平分为4个层级:1级为基础

(识记),2级为中级(理解),3级为高级(应用),4级为最高(评价)。在此基础上,反映化学学科核心素养的学业质量评价指标可以从3个方面体现:1)设计的问题情境的复杂程度和新颖程度;2)学科知识和技能方法的结构化程度与综合运用程度;3)不同复杂程度和结构差别的问题解决的类型。这是构建评价指标的3项基本依据。表3为综合运用上述指标来衡量学生解决问题的质量,进而度量学业质量与核心素养发展水平,这充分体现了核心素养所具有的整体性特征。

表3是一种基于质性变化的评价,与学科核心素养的本质特性吻合;但同时这些指标又是可测量和可操作的,这样就为化学学科核心素养发展水平评价建立可操作的评价框架与命题指南提供了依据和基础。

基于学科核心素养整合的学业水平考试命题,是指命题者在化学核心素养的引领下,开创性地将学业水平考试命题的各个环节要素进行科学的整合与优化组合,产生聚焦的连锁效应,以突破传统的过于偏重知识技能的命题范式,最大限度地促进考生核心素养等必备品格与关键能力的发展和综合素质提高的一种新型的命题范式。基于学科核心素养整合的学业水平考试命题需要达成以下目标:1)将化学学科核心素养置于学业水平考试命题的中心地位,实现学业水平考试试题“量适中、质提升”的命题目标,防止学业水考试命题过程中出现过多考查学科知识碎片化的不良倾向,切实提升学业水平考试命题的质量。2)利用学业水平考试命题对化学基础教育的重要导向功能,提升开展“素养为本”课堂教学的能力,掌握化学的深层结构和整体脉络,最大限度地培养学生探究的兴趣、创造的热情和解决问题的能力。3)以学科核心素养内涵要求凸显科学思维和能力立意,以学科核心素养目标指向锤炼试题结构,在加试题部分适当增加探究性和开放性试题的比重。4)基于学科核心素养整合的学业水平考试命题可以促使命题工作者对化学学科核心素养的整理挖掘,突破多年来命题工作者对中学化学“双基”的过度倚重,提升学业水平考试试题的科学性,促进命题者专业水平与业务素质的发展。

2.3.2 学业水平考试应科学设置核心素养的考查级别

学业水平考试是根据国家普通高中课程标准和教育考试规定,由省级教育行政部门组织实施的

考试,主要衡量学生达到国家规定学习要求的程度,是保障教育教学质量的一项重要制度。学业水平考试可分为合格考试和等级考试。合格考试是一种标准参照考试,等级考试是一种常模参照考试,前者侧重检测“达标”程度,后者侧重选拔功能。学业水平考试既具有学业水平功能又兼具选拔功能。但是,如果过分强调学业水平考试的选择功能,就会对日常教学造成负面影响。目前高考录取率已经超过70%,上大学是大多数高中学生的必由之路,因此,仅为选拔而进行的学业水平考试显然违背了当前高等教育发展的实际状况。此外,为降低学生的学业负担和考试压力,应该准确地对核心素养进行分级,并确定每项素养的不同级别水平。在一份试卷中对各项素养的不同级别分别进行考查,使不同级别的核心素养都有所体现,防止只测试最高水平的核心素养,这样有利于不同水平的学生对不同级别的核心素养的发挥。

2.3.3 试题选材应以真实情境、实际问题作为测试载体

化学学业水平考试试题选材应融入真实、有意义的测试情境,让学生在情境中表现自己的真实水平。一般简单的情境达不到检测目的,因此,需要设置相对真实的情境。情境越真实越能反映学生的核心素养水平,情境可来源于科学技术与社会的联系,可来源于科学研究的过程和成果,可来源于真实的现实生活。情境设计应注重针对性、启发性、过程性和科学性,呈现不同陌生度的问题情境,搭建丰富、生动的测试载体。在真实情境中考核学生的化学核心素养,应该成为学业水平考试命题的重要方向。试题应符合学生心理发展阶段和认识发展水平,与所要测试的核心素养和测试目标保持一致,形成具有不同复杂程度和结构差异的、合理的测试任务。以化学核心素养的命题选材依据为价值取向、学术领域、知识视野、社会背景、教育功能、导向功能,以构造考查特定核心素养的题型,同时还要考虑到考试的现实要求,预见到考生可能出现的问题,使化学试题的题材逐步纳入必备知识、关键能力、学科素养、核心价值、理性导向的良性循环。

2.3.4 通过设计新题型考查化学学科核心素养的目标

试题的类型是反映考试内容的形式,服务于考试测量的目的和内容与要求,不同的题型,实现的功能不同。题型与考试的效度和信度有非常密切的关系,同时,大规模教育考试对学校的教学和教学训练方式有明显的“指挥棒”作用。学业水平考试应结合命题宗旨和目标,设计合适的题型,以实现对学生核心素养的测试。目前的化学高考试题有单选题和非选择题两种题型,其中非选择题的形式是填空题。这种碎片化的知识与能力考核形式极大地限制了学生的思维水平的发挥,也无法真实准确地考查学生的化学学科核心素养发展状况。

根据考生解题时思维方式的特点,化学学业水平考试题型可以分成7类。

1)再认型试题:指对所学知识回忆、再认、辨认,即可回答试题。学业水平考试这类试题常加以“包装”,并跟STSE相联系。

2)推演型试题:指对已学知识直接引用,再根据相似、类似、借用、模仿的规律举一反三,进行推理考察就可以回答的试题。

3)开发型试题:指必须发掘已学知识的内涵,包括描述性和程序性知识,作较深层次开发,从中发现隐含的或自行总结归纳出某些规律和解题关键,据此再予以发散、推理才可以解决的试题。

4)重组型试题:指将已经掌握的多种信息(知识块、信息块)予以筛选、提取、转换、倒置,特别是正向、逆向、横向重组后才能解决的试题。

5)结构反应型试题(也称信息迁移题):指必须将试题所给予的新信息吸收消化后重组成新的知识结构,然后再按再认型、推演型、开发型或重组型的思维方式才能解决的试题。

6)探究型试题:指问题本身比较复杂,要细加分析,分别予以讨论才能得到完整答案的试题,或者是有多种可能的解答还需要分别比较评价选择最佳答案的试题。

7)结构不良型试题(也称开放性试题):是指没有明确解决方法的问题。乔纳森把结构不良问题的解决过程总结为:厘清问题及其情境限制,澄清、明确各种问题的角度、立场和利害关系,提出可能的解决方法,评价各种方法的有效性,对问题的表征和解法的监控,实施、监察解决方案,调整解决方案7个环节。由于此类试题结构上的不明确性,解法规则和答案上具有模糊性、开放性和多样性,且需要综合大量不同领域的知识解决问题,它有利于考核学生创新思维和解决问题能力。目前这种分类方法是在命题实践中根据能力测试的特点制定的,尚未定型,作为全方位测试学科核心素养的试题组卷有实践意义。

基于“素养为本”的考试命题要探索构建“一核四层四翼”的命题体系。“一核”强调立德树人、服务选才、引导教学的目标,“四层”主要指:1)必备知识:强调考查学生长期学习的知识储备中基础性、通用性知识,“学科本质”是最能反映学科核心素养的高质量的知识,它包括知识的产生和来源、事物的本质和规律、学科的思想与方法、知识的关系与结构、知识的作用与价值等意义系统。2)关键能力:重点考查学生所学化学知识的运用能力,强调独立思考、分析问题和解决问题等学生适应未来不断变化发展社会的至关重要的能力,如化学语言和应用能力、接受和处理化学信息能力、化学方法和分析能力、化学实验及探究能力、化学计量及计算能力。3)学科素养:要求学生能够在不同情境下综合利用所学知识和技能完成测试任务,具有扎实的学科观念和宽阔的学科视野,并体现出自身的实践能力、创新精神等内化的综合学科素养。4)核心价值:要求学生能够在知识积累、能力提升和素质养成的过程中,逐步形成正确的核心价值观。“四翼”主要指基础性、综合性、应用性和创新性的要求。具体操作时,应以“核心价值”为引领,在“必备知识”基础上对“关键能力”和“学科素养”全面覆盖,对不同思维方式、素养构成有别的考生进行全方位的考查。碎片化的知识与能力考核无法推动化学教育与教学的发展,无法满足落实发展学生的核心素养这一根本目标,因此,应该设置相应的问题情境,增加实践型(如化工流程图等)、探究型、信息迁移型试题比重,探索结构不良型试题、开放性试题等新题型命题方式,适当将填空式作答改为问答式、开放式作答,让学生充分地表达自己的思维状况和逻辑推理水平,同时可以检测学生的语言表达能力,为测查高层次的学科核心素养奠定基础。

3 基于学科核心素养的学业水平考试命题策略例析

命制高质量的试题是提高考试信度和效度的重要保证。命题素材的选择是命题的核心技术所在。国际大型测评项目(NationalAssessmentofEducationalProgress,NAEP)研究发现,与回答不包含情境的题目相比,学生回答具有特定情境的题目时,不专注率和漏答率都明显降低。因此,题干中的真实情境能够提升学生的动机和参与作答水平。

构成题干的真实情境主要包括以下要素:情境中的事件应该是真实发生或者能够发生的,基于该情境的设问也能够在现实生活中找到,题干中提供的信息或数据应该能够实现。基于这一标准,结合化学学科核心素养的内涵,可以选择研究性的科研成果作为考查化学学科核心素养的命题素材。符合这一要求的原创素材来源包括正式发表的科技论文成果、科学思维素材、化工流程、事件故事、尚未发表的实验室研究数据等。

3.1 基于科技论文素材的命题策略

在当前考查化学学科核心素养的高考试题中,大都选择科技论文作为命题素材。一方面,正式发表的科技论文能够保证情境的真实性和科学性,又能体现学科发展的前沿性。另一方面,科技论文中的相关数据和图表是基于真实研究得到的,满足上文提到的情境要素标准。在利用科技论文作为素材命题时,应紧扣考查化学核心素养这一核心任务,从而达到实现对学生核心素养的评价目标。

本题以科研论文的最新技术(X射线激光技术)及催化反应机理(图示、符号、模型)的成果为素材,主要考查化学反应能量变化、共价键分类、催化反应机理、模型表征等知识。题干中所提供的图示是科研的真实结果,有利于让学生结合已有的知识解读图示以及反应模型,在基于真实的研究情境中展示学科核心素养。题干情境中涉及X射线激光技术反映学科发展前沿,有助于学生理解技术可以促进化学研究的发展。本例涉及化学核心素养的表现及其级别见表4。

3.2 基于科学思维素材的命题策略

科学思维是具有意识的人脑对自然界中事物(包括对象、过程、现象、事实等)的本质属性、内在规律及自然界中事物间的联系和相互关系的间接的、概括的和能动的反映。它是一套策略性和元策略性的认知活动过程,其目标最终指向于新知识的获得。科学思维乃指科研人员的思维范式。化学学业水平考试命题应以自然科学方法为依据,题干和问题应体现科学推理核心地位。同样的素材组成结构不同,其测评功能大不相同,价值也天壤之别。命题中“科学思维”的精髓是结构重组,即对命题素材进行时空和结构上的调整,使其重构科学思维各要素之间的逻辑关系。图3所示为获取新知识的科学思维要素结构示意图,其中科学推理部分的圆形图示表示复杂的循环往复过程。

在高中化学学习过程中,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都体现了具有化学学科特质的科学思维,同样,科学思维贯穿于科学探究与创新意识各个环节和过程中,没有科学思维的支撑,科学探究和创新意识将失去方向,而没有科学探究的过程,科学思维也将失去根据和实践价值,二者密不可分。目前,部分高考化学试题虚构“框图猜谜”题、呈现虚设陷阱的智力游戏式的“伪科学”命题,违背了化学核心素养的主旨要求,应该予以摒弃。在命题设计中,应选择科学思维、科学史的科学研究历程的素材考查学生化学核心素养。在这种考查方式中,考生阅读题干时的第一感觉是对材料很熟悉,避免了陌生情境对分析材料和厘清分析路径的干扰,能够将科学思维更真实地展示出来,从而有利于让考生参与真实的探究过程,引导考生不断反思科学研究的过程,有助于考生科学思维的发展,进而促进考生形成对科学本质的理解。

本题创设了合成医药中间体的真实情境,主要考查有机物的结构与性质、实验设计、同分异构体书写、化学平衡移动原理、有机合成,考查考生分析解决问题的能力及对新信息的加工和运用能力。要求学生能从元素和原子、分子水平认识物质组成、结构、性质和变化,形成“结构决定性质”的核心观念,形成基于官能团、化学键及反应类型认识有机物的一般思路,了解测定有机物结构、探究性质、设计合成路线的相关知识;能从宏观和微观相结合的视角分析与解决问题。在试题构造中,从组成→性质→结构以及从目标物分析寻求合成路线等都符合科学推论及科学探究的认知规律。本题综合测试了多种化学学科核心素养,涉及的化学核心素养及其级别见表5。

3.3 基于化工流程图素材的命题策略

化工流程图题是依据试题中给出的化工流程以及相关信息解决化工生产过程实际问题的一类题型。化学工艺流程题结构分题头、题干和题尾3部分。题头一般是简单介绍工艺生产的原材料和工艺生产的目的(包括副产品);题干部分主要用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来;题尾(问题项)主要是根据生产过程中涉及的化学知识、技能设计成系列问题,构成一道完整的试题。此类试题呈现化学工艺流程真实情景,设题目的是让学生提取、筛选题目信息,综合运用元素化合物知识、反应原理知识、实验基本操作等解决化学工业实际问题,近几年在全国卷“化学与技术”选考试题以及江苏高考试题中都作为稳定的题型呈现,是考查化学核心素养高阶水平的亮点题型。

本题以杀菌消毒剂 NaClO2生产工艺流程作为知识载体,考查了元素化合物、氧化还原反应、化学反应原理、物质的提纯及化学计算等,是典型的在陌生情境中考查学生熟悉化工流程图的试题。要求学生善于从题目或问题中获取信息解决化工生产中实际问题,考查考生对化工流程的综合分析能力,凸显了对化学核心素养目标的测试要求。本例涉及的化学核心素养的表现及其级别见表6。

3.4 基于“故事线索”素材的命题策略

在科学教育中,“故事线索”主要作为一种教学策略出现,它能够激发学生的学习兴趣,将课堂教学与现实生活联系起来,故事情节能够将科学内容有机地整合在一起,形成连贯、逻辑严密的概念结构。但是,在实际教学中不能仅仅注重故事情节的编排,而忽略故事情节与科学概念有机的整合。研究显示,利用“故事线索”教学策略能提高学生的科学学业成就水平。在学业考试命题中,故事线索可以是化学议题(主题),也可以是与化学有关的事件,还可以是化学问题情境。试题从发散与收敛视角把化学多维知识领域指向同一问题,研究同一问题又采用多视角去分析和解决问题。聚焦于同一议题(事件)更有利于集中学生注意开展深度思考,培养学生科学态度和创新能力。

本题选自新南威尔士高中毕业证书考试题,该题以150年海洋上沉船事件为素材,引发一系列探讨金属腐蚀与防护的问题,激发考生探求问题的欲望。新南威尔士高中毕业证书考试问答题多为主观题,很多问题项设置为开放性试题,问答题的形式丰富多彩,如判断、描述、解释、评估和画图等。这些问题的设计,有难有易,有深有浅,其中判断、描述和解释属于低阶思维,而评估和画图属于高阶思维。高阶思维是高阶能力的核心,主要指创新能力、问题求解能力、决策力和批判性思维能力。例4的第(5)问要寻找和评估合适的技术用于恢复或保护木制的或者铜制的人工制品,解决这个问题要求学生具备一定的问题解决能力、创新能力和批判性思维等高阶思维能力。高阶思维能力集中体现了知识时代对人才素质提出的新要求,是适应知识时代发展的关键能力。应该讲,本题是考查学生核心素养高级水平的优秀试题,涉及的化学核心素养的表现及其级别见表7。

对于命题工作者而言,高中化学学业考试命题不仅应该准确理解核心素养的内涵、具体表现以及水平描述,充分挖掘素材所涉及的科学原理和概念,更要深入挖掘相关素材中的科学研究方法和科学思维路径,然后通过科学的结构来有效地组织和编排有关素材和设问,凸显“素养为本”这一核心理念,其他方面都要为考查目标服务,从而才能更有效地实现对学生核心素养的测试。