趙景方　杜斌　韓波　閆春更　周青

摘要： 基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平劃分，構(gòu)建命題框架，開發(fā)針對“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的測評工具。經(jīng)過試卷編制、試測、Rasch模型質(zhì)量檢驗(yàn)等過程，表明該測評工具有良好的信度和效度。據(jù)此對陜北地區(qū)6所高中共1082名高二學(xué)生開展了“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)水平的測查，結(jié)果顯示學(xué)生該素養(yǎng)表現(xiàn)整體上位于水平3。從學(xué)校化學(xué)教學(xué)改革建議、關(guān)注知識內(nèi)容與素養(yǎng)水平之間的關(guān)系等方面探討了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)測評的研究價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 宏觀辨識與微觀探析; Rasch模型; 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 素養(yǎng)測評

文章編號： 1005-6629（2019）5-0017-06 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 ?問題的提出

隨著《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱2017版課標(biāo)）的頒布，以學(xué)生“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的形成與發(fā)展為主要特征的化學(xué)課程改革已經(jīng)拉開帷幕。相應(yīng)地，化學(xué)課程內(nèi)容的選擇、教學(xué)目標(biāo)的制定、學(xué)習(xí)評價(jià)的實(shí)施以及教育質(zhì)量的監(jiān)測都將因此獲得新的視角和依據(jù)。為了客觀反映基礎(chǔ)教育階段學(xué)生的化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量，給區(qū)域基礎(chǔ)教育質(zhì)量監(jiān)測提供有效的數(shù)據(jù)支撐，本研究試圖以“素養(yǎng)1宏觀辨識與微觀探析”（以下簡稱為素養(yǎng)1）的測評為例，探索開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)測評功能的工具，并以此了解學(xué)?；騾^(qū)域?qū)W生在該素養(yǎng)方面的具體表現(xiàn)與存在問題，為基于素養(yǎng)測評的化學(xué)課程與教學(xué)改革提供數(shù)據(jù)支撐。

2 ?測評對象與內(nèi)容

2.1 ?測評對象

本研究共進(jìn)行了三輪測試，第一輪、第二輪測試要用于檢驗(yàn)試題的質(zhì)量，采用分層隨機(jī)抽樣的方法分別抽取了陜北地區(qū)100名高中生作為試測樣本。第三輪測試則在陜北地區(qū)選取6所不同層次的中學(xué)作為樣本來源學(xué)校，抽取了1082名高二學(xué)生。抽樣時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)完化學(xué)1、化學(xué)2、選修4（化學(xué)反應(yīng)原理）以及選修5（有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)）四個(gè)模塊的知識內(nèi)容。

2.2 ?測評內(nèi)容

宏觀與微觀相聯(lián)系的思考問題的方式是化學(xué)學(xué)科的特征思維方式?！昂暧^-微觀”思維方式作為一種統(tǒng)攝性的、突出學(xué)科特點(diǎn)的整體性思維方式為人們提供了觀察和分析問題的基點(diǎn)和視角，是參與和影響學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)過程的活躍因素[1]。2017版課標(biāo)給出了素養(yǎng)1的水平劃分[2]，見表1。

從4個(gè)素養(yǎng)水平的內(nèi)涵界定可以發(fā)現(xiàn)： 水平1突出了對學(xué)生宏觀現(xiàn)象的辨識與表征能力的要求;水平2不僅重視學(xué)生的宏觀表征能力，還關(guān)注對學(xué)生微觀表征能力、歸納/比較分析能力的培養(yǎng);水平3則在宏觀、微觀表征能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的符號表征能力與計(jì)算能力;水平4不僅關(guān)注學(xué)生的“宏-微-符”三重表征能力，更加重視對學(xué)生推理預(yù)測能力的培養(yǎng)。四個(gè)素養(yǎng)水平層層遞進(jìn)，學(xué)生在各個(gè)水平所要達(dá)到的能力均包含著前一個(gè)水平的能力要求，是在前一個(gè)水平的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。

3 ?測評工具的開發(fā)

測評工具開發(fā)流程如圖1所示。

3.1 ?命題框架的建構(gòu)

由于樣本學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)1、化學(xué)2、選修4以及選修5四個(gè)模塊的內(nèi)容，參考2017版課標(biāo)對“課程內(nèi)容”的劃分，將上述四個(gè)模塊的內(nèi)容合并、重整為“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)原理”“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”三個(gè)主題?！俺Ｒ姷臒o機(jī)物及其應(yīng)用”包括氧化還原反應(yīng)、電離與離子反應(yīng)、金屬及其化合物、非金屬及其化合物等;“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)原理”包括原子結(jié)構(gòu)與元素周期律、化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡、電化學(xué)基礎(chǔ)等;“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”包括有機(jī)化合物的組成與結(jié)構(gòu)、烴及其衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用、生物大分子及合成高分子等。

將4個(gè)素養(yǎng)水平與三個(gè)知識主題相結(jié)合，建構(gòu)了素養(yǎng)測評的二維命題框架（見表2）。命制試題時(shí)，從學(xué)生的能力出發(fā)，先確定考查學(xué)生什么樣的能力，再選擇具體的化學(xué)知識作為測試載體，并且盡可能使每個(gè)水平的知識點(diǎn)均勻分散在各個(gè)主題，一方面保證考點(diǎn)的覆蓋面，可以對學(xué)生的學(xué)業(yè)質(zhì)量做出較為整體性的評估，另一方面，突出對學(xué)生素養(yǎng)水平或能力水平的考查，盡可能地避免考點(diǎn)的偏倚對測試內(nèi)容效度的影響。

3.2 ?試題的命制

根據(jù)命題框架，編制了第一輪的試卷（共25題），經(jīng)過Rasch模型進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)后，對個(gè)別題目進(jìn)行了修改、刪增，形成了第二輪的試卷，共20題，再次經(jīng)Rasch模型檢驗(yàn)，體現(xiàn)出了良好的信度和效度，說明試卷質(zhì)量可靠，可將之用于大樣本研究。表2是20道題（Q1～Q20）在二維命題框架中的具體呈現(xiàn)。

下面各舉一例題作簡要分析：

Q4.現(xiàn)有失去標(biāo)簽的四種無色溶液，為確定四種溶液成分，將它們隨意編號為A、 B、 C、 D進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的現(xiàn)象如下表所示，以下A、 B、 C、 D對應(yīng)的化學(xué)式正確的是__________

A. BaCl2、 H2SO4、 NaHCO3、 MgCl2

B. Ba（OH）2、 H2SO4、 Na2CO3、 MgCl2

C. BaCl2、 H2SO4、 Na2CO3、 MgCl2

D. Ba（OH）2、 H2SO4、 Na2CO3、 Mg（OH）2

說明： 此題目考查的是水平1，旨在考查學(xué)生宏觀現(xiàn)象的辨識與表征能力。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象識別物質(zhì)及其反應(yīng)，并能運(yùn)用化學(xué)式正確描述物質(zhì)的組成。

Q10.已知元素aA、 bB、 cC、 dD、 eE的原子結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示，下列選項(xiàng)正確的是__________

A. bB、 dD、 eE屬于同周期的元素

B. aA、 bB、 cC屬于同主族的元素

C. 金屬性最強(qiáng)的元素為cC、非金屬性最強(qiáng)的為dD

D. 最高價(jià)氧化物對應(yīng)的水化物堿性最強(qiáng)的是cC

說明： 此題目考查的是水平2，旨在考查學(xué)生是否能從微觀視角出發(fā)來解釋或描述元素以及物質(zhì)的性質(zhì)。要求學(xué)生能根據(jù)五種元素的微觀結(jié)構(gòu)示意圖，歸納同周期/同主族的元素性質(zhì)，說明元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。

Q13.有一根粗鋁條含鐵和硅兩種雜質(zhì)。取等質(zhì)量的樣品分別投入到足量的稀鹽酸和足量的稀氫氧化鈉溶液中，放出等量的H2，則該粗鋁中鐵和硅的關(guān)系正確的是__________

① 物質(zhì)的量之比為2∶1

② 物質(zhì)的量之比為3∶1

③ 質(zhì)量之比為2∶1

④ 質(zhì)量之比為4∶1

A. ②④

B. ②③

C. ①④

D. 只有④

說明： 此題目考查的是水平3，旨在考查學(xué)生的符號表征能力與計(jì)算能力。要求學(xué)生能正確書寫出鋁、鐵與鹽酸反應(yīng)，鋁、硅與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)各反應(yīng)中生成氫氣的物質(zhì)的量，運(yùn)用定量計(jì)算的方法，求出粗鋁條中鐵和硅的物質(zhì)的量之比、質(zhì)量之比。

Q17.從中草藥茵陳蒿中可提取出一種利膽有效成分——對羥基苯乙酮，其結(jié)構(gòu)簡式如下圖，這是一種值得進(jìn)一步研究應(yīng)用的藥物。

（1） 推測該藥物不具有的化學(xué)性質(zhì)是__________

A. 能跟氫氧化鉀反應(yīng)

B. 能跟濃溴水反應(yīng)

C. 能跟碳酸氫鈉反應(yīng)

D. 在催化劑存在時(shí)能被還原成含醇羥基的物質(zhì)

（2） 寫出上述（1）中能發(fā)生反應(yīng)的所有化學(xué)方程式，并說明反應(yīng)類型__________

說明： 此題目考查的是水平4，旨在考查學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)（官能團(tuán)）的辨識以及推理預(yù)測的能力。要求學(xué)生能夠根據(jù)對羥基苯乙酮的結(jié)構(gòu)簡式，準(zhǔn)確識別其官能團(tuán)，預(yù)測羥基苯乙酮的化學(xué)性質(zhì)，判斷選項(xiàng)所描述化學(xué)反應(yīng)的合理性，準(zhǔn)確運(yùn)用化學(xué)符號（化學(xué)方程式）表征化學(xué)反應(yīng)。

3.3 ?基于Rasch模型的測評工具質(zhì)量檢驗(yàn)

作為一種潛在特質(zhì)模型，Rasch模型通過個(gè)體在題目上的表現(xiàn)（通常表示為原始分?jǐn)?shù)）來測量不可直接觀察的、潛在的變量[3]。透過被試者的作答反應(yīng)，得到客觀等距的量尺，克服了經(jīng)典測驗(yàn)理論（Classical Testing Theory， CTT）“工具依賴”和“樣本依賴”的缺點(diǎn)，為社會科學(xué)領(lǐng)域的測量建立起了一套客觀和可靠的標(biāo)準(zhǔn)[4]。

運(yùn)用Rasch模型分析軟件Winsteps4.10分析第三輪測試數(shù)據(jù)，表3所示是第三輪測試的整體統(tǒng)計(jì)結(jié)果。學(xué)生的平均能力值（0.81）高于項(xiàng)目的平均難度值（0分）;整份試卷的難度估計(jì)誤差（0.09）較小;項(xiàng)目具有較高的區(qū)分度（Separation=16.75，>2）和信度（Reliability=1.00，>0.80）;項(xiàng)目擬合指數(shù)（MNSQ、 ZSTD）均在理想值左右（MNSQ值在0.5～1.5之間時(shí)表示擬合程度良好;ZSTD值在-2～2時(shí)表示擬合程度較好），說明測驗(yàn)數(shù)據(jù)與理想模型具有較好的一致性?？傮w而言，測評工具體現(xiàn)出良好的質(zhì)量。

Rasch模型將學(xué)生的能力值與項(xiàng)目的難度值放在同一量尺上，不僅可以分別對項(xiàng)目的難度、學(xué)生的能力進(jìn)行對比分析，還可直觀地將項(xiàng)目難度與學(xué)生能力進(jìn)行匹配檢驗(yàn)。如圖2所示，左端“#”表示8個(gè)學(xué)生，“·”表示1～7個(gè)學(xué)生，右端表示20個(gè)項(xiàng)目的分布情況。自下而上學(xué)生能力升高、項(xiàng)目難度增加。理想的試卷不同難度的項(xiàng)目均有與之對應(yīng)的學(xué)生，量尺左邊的學(xué)生密集程度應(yīng)與量尺右邊的項(xiàng)目數(shù)量成正比。學(xué)生的分布較為理想，基本呈正態(tài)分布，20個(gè)項(xiàng)目的分布也較均勻，整體而言，項(xiàng)目的難度與學(xué)生的能力基本持平。

4 ?測評結(jié)果與討論

4.1 ?素養(yǎng)水平的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

Rasch模型是在同一把量尺上將學(xué)生能力和項(xiàng)目難度進(jìn)行比較的，將各個(gè)水平所有項(xiàng)目的難度值進(jìn)行平均便可以得到各個(gè)水平的難度值，見表4。以項(xiàng)目難度平均值作為判斷學(xué)生素養(yǎng)水平的依據(jù)。當(dāng)學(xué)生的能力值低于-2.13時(shí)，則認(rèn)為學(xué)生低于水平1;當(dāng)學(xué)生的能力值為-2.23～-0.57時(shí)，則處于水平1;當(dāng)學(xué)生的能力值為-0.57～0.66時(shí)，則處于水平2;當(dāng)學(xué)生的能力值為0.66～1.99時(shí)，則處于水平3;當(dāng)學(xué)生的能力值高于1.99時(shí)，則認(rèn)為學(xué)生處于水平4。

4.2 ?總體分析

根據(jù)素養(yǎng)水平的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)得到陜北地區(qū)的1082名學(xué)生在“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)水平的總體表現(xiàn)如圖3所示。水平1及以下的學(xué)生占20.43%，這部分學(xué)生已具備基本的宏觀表征能力;79.57%（水平2以上）的學(xué)生已具備了基本的歸納/比較的分析能力;49.36%（水平3以上）的學(xué)生具備了基本的“宏-微-符”三重表征能力與計(jì)算能力;16.27%（水平4）的學(xué)生不僅具備良好的“宏-微-符”三重表征能力，還具備了一定的推理預(yù)測能力。

從“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”的答題情況來看，學(xué)生對“氧化還原反應(yīng)”掌握的情況要好于“金屬及其化合物”。多數(shù)學(xué)生能夠通過化合價(jià)的升降/電子的得失判斷氧化還原反應(yīng)的相關(guān)概念（氧化劑/還原劑/氧化反應(yīng)/還原反應(yīng)），雖然氧化還原反應(yīng)是在高一階段學(xué)習(xí)的，但“電化學(xué)基礎(chǔ)”又是建立在“氧化還原反應(yīng)”基礎(chǔ)上的，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)“原電池、電解池”的過程中潛移默化地將“氧化還原反應(yīng)”進(jìn)行了鞏固，而“金屬及其化合物、非金屬及其化合物”主要是在高一階段學(xué)習(xí)的，由于遺忘而對這部分試題出現(xiàn)錯(cuò)誤解答的可能性較大。并且兩部分內(nèi)容的知識點(diǎn)比較零碎，這就需要學(xué)生具有較好的總結(jié)與歸納能力，形成一個(gè)系統(tǒng)的完整的知識體系，才能在答題時(shí)做到游刃有余。

從“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)原理”的答題情況來看，部分學(xué)生在“電化學(xué)基礎(chǔ)”的試題中卻存在較大的問題，例如沒有理解并掌握原電池與電解池的工作原理，不能將原電池與電解池區(qū)別開來，設(shè)計(jì)原電池時(shí)運(yùn)用了化學(xué)2所學(xué)的“單液原電池”，只有極少數(shù)的學(xué)生設(shè)計(jì)了選修4學(xué)的“雙液原電池”，這可能是受到了“前攝抑制”的影響造成對“鹽橋”“雙液原電池”等相關(guān)知識的遺忘。學(xué)生在“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”試題的解答中也存在較多問題，例如無法根據(jù)外界條件的改變，準(zhǔn)確預(yù)測平衡移動的方向、比較離子濃度的大小，說明學(xué)生沒有真正理解化學(xué)平衡移動的實(shí)質(zhì)，不能將“宏觀外界條件（如壓強(qiáng)/體積）的改變”轉(zhuǎn)化為“體系內(nèi)部微觀粒子濃度的改變”再轉(zhuǎn)化為“正/逆反應(yīng)速率的改變”來進(jìn)行解題，可見這類題目需要學(xué)生能從宏-微結(jié)合的視角來分析，能力水平要求較高。

從“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”的答題情況來看，多數(shù)學(xué)生能夠準(zhǔn)確判斷有機(jī)化合物的官能團(tuán)、能夠根據(jù)官能團(tuán)推測有機(jī)物的性質(zhì)以及反應(yīng)的類型，很可能與學(xué)生剛學(xué)完選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》有關(guān)。但部分學(xué)生在化學(xué)符號的書寫上存在問題，例如不能規(guī)范書寫化學(xué)方程式、結(jié)構(gòu)簡式，不能準(zhǔn)確、完整書寫同分異構(gòu)體，可見學(xué)生的符號表征能力還有待提升。

5 ?結(jié)論與啟示

5.1 ?結(jié)論

（1） 從整體來看，學(xué)生的平均能力值為0.81，學(xué)生的平均素養(yǎng)水平處于水平3。可見，陜北學(xué)生可以從宏-微結(jié)合的視角來分析物質(zhì)及其變化，能夠運(yùn)用化學(xué)符號進(jìn)行計(jì)算，已經(jīng)初步具備了“宏-微-符”三重表征能力。

（2） 從四個(gè)水平來看，處于水平1的學(xué)生比例為20.43%;處于水平2的學(xué)生比例為30.21%;處于水平3的學(xué)生比例為33.09%;水平4的學(xué)生比例為16.27%?？梢?，只有少數(shù)學(xué)生達(dá)到了水平4，具備了較好的推理預(yù)測能力。

5.2 ?啟示

（1） 基于Rasch模型的學(xué)科核心素養(yǎng)測評可以初步刻畫出區(qū)域、學(xué)校乃至具體學(xué)生在某一學(xué)科核心素養(yǎng)方面的表現(xiàn)水平，揭示區(qū)域、學(xué)校及具體學(xué)生相關(guān)素養(yǎng)發(fā)展存在的問題，為學(xué)校教師實(shí)施因材施教提供有力的數(shù)據(jù)支撐。學(xué)校的化學(xué)教學(xué)改革應(yīng)關(guān)注學(xué)生素養(yǎng)水平由低到高的進(jìn)階發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀、微觀、符號三個(gè)維度對物質(zhì)及其變化進(jìn)行表征，同時(shí)也要重視學(xué)生歸納能力、計(jì)算能力以及推理預(yù)測能力的培養(yǎng)與提升。為此，學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)教師的校際交流與學(xué)習(xí)，組織開展針對學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的“同課異構(gòu)”教學(xué)研討，為教師提供面對面交流互動的平臺，促進(jìn)教學(xué)方式、教學(xué)策略的多樣化運(yùn)用;依托學(xué)校的軟硬件條件開發(fā)專門學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)提升的校本課程，不僅可以針對性地提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)，還可以展示學(xué)校的辦學(xué)特色;加快素養(yǎng)測評工具的開發(fā)與改進(jìn)，實(shí)施階段化測評，及時(shí)向教師和學(xué)生反饋結(jié)果，實(shí)現(xiàn)以評促教、因材施教。

（2） 在日常教學(xué)中，教師應(yīng)關(guān)注知識內(nèi)容與素養(yǎng)水平之間的關(guān)系。在進(jìn)行不同模塊或不同專題知識教學(xué)時(shí)，以學(xué)生核心素養(yǎng)不同水平的要求為依據(jù)，制定具體教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施教學(xué)。例如，選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的學(xué)習(xí)有利于提升學(xué)生對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識，深入認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系;選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊的學(xué)習(xí)有利于引導(dǎo)學(xué)生建立“組成、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念。這兩個(gè)模塊內(nèi)容對提升學(xué)生微觀表征能力（達(dá)到水平2以上）很有幫助，因而教師可以依據(jù)“直觀性教學(xué)原則”，積極創(chuàng)新教學(xué)方式方法，如使用“模型拼插”的教具，帶領(lǐng)學(xué)生親自動手拼插有機(jī)化合物的模型;或利用計(jì)算機(jī)軟件Chemsketch或Chem3D模擬有機(jī)化合物立體模型，讓學(xué)生對有機(jī)物的空間結(jié)構(gòu)有更加直觀的認(rèn)知;還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR）帶領(lǐng)學(xué)生動手嘗試堆積原子模型，幫助學(xué)生理解晶體的堆積方式等。

（3） 在“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)的培育中，應(yīng)進(jìn)一步研究影響素養(yǎng)形成的因素或條件，并在常態(tài)化教學(xué)中做出積極應(yīng)對。例如，本次素養(yǎng)測評發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的科學(xué)觀察能力不足、科學(xué)表達(dá)水平不高可能是影響學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)提升的兩個(gè)因素。例如，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察缺乏系統(tǒng)性、邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性、周密性，同時(shí)無法清晰明確地描述自己頭腦中宏觀、微觀層面的認(rèn)識，科學(xué)表達(dá)中缺乏條理性，不能突出重點(diǎn)。對于這些影響素養(yǎng)形成的基礎(chǔ)性條件，需要教師在平常的教學(xué)中加以重視并積極引導(dǎo)學(xué)生完善自身基礎(chǔ)能力，提升素養(yǎng)水平。

參考文獻(xiàn)：

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