高考全国卷理综化学试题评析及能力结构水平研究.docx
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高考全国卷理综化学试题评析及能力结构水平研究
2020年高考全国卷理综化学试题评析及能力结构水平研究
《国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见》指出要“依据高校人才选拔要求和国家课程标准，科学设计命题内容，增强基础性、综合性，着重考查学生独立思考和运用所学知识分析问题、解决问题的能力”[1]。
近年来，高考试题在考查目标、情境设置、素材选取、能力要求等方面有了较大的变化。
熟悉和了解高考试题的命题特点和试题考查的学生能力结构水平，对高中化学教学有着较为重要的意义。
本研究对2020年高考3套全国卷理科综合（以下简称全国卷Ⅰ、全国卷Ⅱ、全国卷Ⅲ）的化学试题进行特点分析，并借助SOLO分类理论对其考查的能力结构水平进行解读，进而对今后的化学教学提出几点思考，以期广大化学教师能在了解高考命题特点的基础上，深入了解高考化学试题所考查的能力结构水平，提升课堂教学效率，促进学生全面发展。
一、试题特点评析
2020年高考全国卷理综化学试题以《中国高考评价体系》提出的“一核四层四翼”基本内涵为命题指南，以《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（文中简称新课程标准）提出的学业水平考试命题建议为命题依据，试题整体难度适中，传承中有发展、平稳中蕴新意。
[2]试题注重对化学基础知识和核心内容进行考查，注重依托情境素材对学生化学核心素养和学科关键能力进行考查，凸显了化学与社会、生产生活实际的紧密联系，能够引导学生切身感受化学学科发展对人类的重要作用。
试题命制呈现如下特点：
1凸显育人价值，突出立德树人，注重发展学生的化学综合素质
2020年高考全国卷理综化学试题紧密联系生产、生活的实际问题，关注化学学科在各个领域中的应用，体现了化学与生活的和谐发展，体现了科技创新对社会发展的贡献或推动作用，体现了核心素养中的科学态度与社会责任。
试卷多处融入绿色化学和可持续发展理念，引导学生关注环境问题，促进学生关注化学发展、关注社会，激发学生学习化学的热情，增强他们的民族自豪感。
例如：
全国卷Ⅰ第7题以国家卫健委公布的新型冠状病毒肺炎诊疗方案提出的一些与化学相关的常用灭活病毒药品为素材，同时融入新型冠状病毒肺炎疫情防控知识，将中学化学与生活实际紧密结合，发挥了高考对教学的反馈作用，展示了化学学科的育人价值；全国卷Ⅱ第7题以北宋沈括在《梦溪笔谈》中记载的“信州铅山有苦泉，流以为涧。
挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜。
熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”的文言知识为命题载体，考查了传统文化与化学学科知识间的紧密联系；全国卷Ⅰ第8题和全国卷Ⅲ第8题以中药材提取的紫花前胡醇和金丝桃苷为命题载体，很好地考查了有机物的结构和性质，弘扬了我国的中医药文化，展现了中医药的神奇魅力和作用[3]；全国卷Ⅱ第9题以二氧化碳过量排放至海洋导致珊瑚礁减少为命题素材，在考查学生化学反应原理及其应用的同时，增强了学生的环境保护意识和开发新能源的责任感；全国卷Ⅰ第12题和全国卷Ⅲ第12题分别以新型Zn-CO2 水介质电池及高性能碱性硼化钒（VB2）—空气电池为命题背景，全面考查了电化学的基础知识，增强了学生的民族自信心和科技成就自豪感。
2凸显素养导向，突出知识迁移，注重对学生学科关键能力的考查
2020年高考全国卷理综化学试题在突出对化学基础知识考查的同时，更加重视对学生学科素养和关键能力的考查。
试题在信息设置时除了必要的文字表述，还侧重对数据、表格、图像等非文字信息的处理，考查学生信息获取和信息加工的能力，以及分析、解决化学问题的能力。
例如：
全国卷Ⅰ第10题通过文献报道的“铑的配合物离子［Rh（CO）2I2］-可催化甲醇羰基化”的反应过程图示，考查学生根据循环反应过程图并结合图示箭头方向，能否准确判断反应物、中间体、产物以及催化剂，全面考查了学生学科核心素养中的证据推理与模型认知、学科关键能力中的理解与辨析；全国卷Ⅱ第26题通过电解精制盐水法制取氯气的电解装置图、次氯酸电离平衡体系中各成分的组成分数与溶液pH间的关系曲线图，考查了电解的基本原理及弱电解质电离平衡体系中电离常数Ka的定量计算，全面考查了学生学科核心素养中的变化观念与平衡思想、学科关键能力中的归纳与论证。
3凸显学科价值，突出情境素材，注重对学生实际问题解决能力的考查2020年高考全国卷理综化学试题融入了大量工业生产生活和科技发展中的实际情境，旨在向学生传达化学在人类发展过程中的重要性，展现了化学在不同领域的重要作用，充分体现了化学的学科价值和应用价值，综合考查了学生在复杂情境中运用学科知识解决实际问题的能力。
例如：
全国卷Ⅰ第26题和全国卷Ⅲ第27题分别以黏土钒矿制备NH4VO3 的工艺流程和以废弃的油脂回收镍制备硫酸镍晶体（NiSO44·7H2O）为命题载体，考查了工艺流程图的分析、物质的分离和提纯、化学反应条件的控制、陌生情境下氧化还原反应方程式的书写等知识内容和运用所学知识解决实际工艺生产问题的能力；全国卷Ⅰ第35题以2019年诺贝尔化学奖获得者Goodenough等人在锂离子电池及钴酸锂、磷酸铁锂等正极材料研究方面的卓越贡献为命题情境，综合考查了基态原子电子排布规律、第一电离能的周期性变化规律、分子或离子空间构型判断、通过陌生晶胞的晶胞结构示意图判断晶胞组成及相关计算等知识内容和学科能力。
通过对2020年高考全国卷理综化学试题的命题特点进行分析，我们不难发现，2020年高考全国卷理综化学试题在全面考查化学学科基础知识及知识应用的同时，注重通过选取新的情境素材综合考查学生知识的迁移、应用能力和实际问题解决能力。
因此，全面了解高考化学试题考查的能力结构水平，对教师的课堂教学和学生的能力培养有着积极的意义，对学生学科素养的全面发展有着重要的价值。
下文仍以2020年高考全国卷理综化学试题为对象，对试题考查的能力结构水平进行研究，以期广大化学教师能更加深入、更为全面地从试题能力考查要求的视角洞悉试题特点，优化课堂教学质量。
二、试题能力结构水平研究
1研究方法鉴于传统的研究方法很难评价学生的思维层次，本文运用SOLO分类理论，基于试卷内在复杂性的视角，尝试将高考试题按考查的学生的思维能力水平划分为不同的层级，侧重研究高考试题所考查的能力结构水平。
SOLO分类理论是一种学习评价方法，是以等级描述为特征的质性评价方法，它来源于皮亚杰的认知发展阶段理论。
SOLO分类理论将学生的学习结果按照思维由低级到高级分为5个不同层次，5个结构水平如表1所示。
表1SOLO结构水平层次及其具体含义[4]
2研究过程
依据SOLO分类标准，笔者结合自己的思考与分析，编制了一个包含SOLO结构水平层次、题号、分值、比例的2020年高考全国卷理综化学试题SOLO结构分析表，根据试题所考查的能力结构水平，进行数据的统计与分析。
3研究结果与分析
（1）试题的SOLO结构水平层次分析范例笔者以2020年高考3套全国卷理综的部分化学试题为例，按照SOLO各层次划分的依据和方法，对试题进行分析。
①单一结构水平（U）
例1：
（2020年高考全国卷Ⅲ第10题）喷泉实验装置如图所示。
应用下列各组气体-溶液，能出现喷泉现象的是（B）
分析：
本题考查的知识内容为中学化学常见的气体和溶液通过图示装置能否产生喷泉现象，试题知识结构主要涉及气体可溶于水或气体可与溶液间发生反应而消耗气体，这两种情况致使烧瓶内外产生明显的压强差形成喷泉。
考查内容及能力为单一知识结构，因此本题可归为SOLO结构水平层次中的单一结构水平。
②多元结构水平（M）
例2：
（2020年高考全国卷Ⅰ第10题）铑的配合物离子［Rh（CO）2I2］-可催化甲醇羰基化，反应过程如图所示。
下列叙述错误的是（C）
A.CH3COI是反应中间体
B.甲醇羰基化反应为CH3OH+CO＝CH3CO2H
C.反应过程中Rh的成键数目保持不变
D.存在反应CH3OH+HI＝CH3I+H2O
分析：
本题考查的知识内容涉及根据反应机理图示推断反应中间体、反应历程中发生的化学反应、典型物质的成键数目、配体种类变化情况。
试题考查的能力涉及新情境素材的分析能力、复杂反应历程的归纳推理能力、化学学科知识的应用能力等。
因此，本题可归为SOLO结构水平层次中的多元结构水平。
③关联结构水平（R）
例3：
（2020年高考全国卷Ⅱ第13题）一种由短周期主族元素组成的化合物（如图所示），具有良好的储氢性能，其中元素W，X，Y，Z的原子序数依次增大，且总和为24。
下列有关叙述错误的是（D）
A.该化合物中，W，X，Y之间均为共价键
B.Z的单质既能与水反应，也可与甲醇反应
C.Y的最高化合价氧化物的水化物为强酸
D.X的氟化物XF3 中原子均为8电子稳定结构
分析：
本题考查的知识内容涉及物质结构和价键理论知识、原子核外电子排布规律的应用、元素的推断、元素及其化合物的性质等内容，试题考查的能力为根据无机物离子化合物的价键结构及元素核外电子排布规律推断元素的能力、元素的单质及化合物性质规律综合应用能力。
因此，本题可归为SOLO结构水平层次中的关联结构水平。
④拓展抽象结构水平（Ea）
例4：
（2020年高考全国卷Ⅰ第28题）硫酸是一种重要的基本化工产品。
接触法制硫酸生产中的关键工序是SO2的催化氧化：
。
回答下列问题：
（1）钒催化剂参与反应的能量变化如图（a）所示，V2O5（s）与SO2（g）反应生成VOSO4（s）和V2O4（s）的热化学方程式为：
图（a）
图（b）
（2）当SO2（g），O2（g）和N2（g）起始的物质的量分数分别为7.5%，10.5%和82%时，在0.5MPa，2.5MPa和5.0MPa压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图（b）所示。
反应在5.0MPa，550℃时的α=0.975，判断的依据是该反应气体分子数减少，增大压强，α提高。
所以，SO2的平衡转化率一定高于相同温度下、压强为2.5MPa的平衡转化率，因此，p1=5.0MPa，由图中数据可知，α=0.975。
影响α的因素有反应物（N2和O2）的起始浓度（组成）、温度、压强。
（3）将组成（物质的量分数）为2m%SO2（g），m%O2（g）和q%N2（g）的气体通入反应器，在温度t、压强p条件下进行反应。
平衡时，若SO2转化率为α，则SO3压强为
，平衡常数Kp=
（以分压表示，分压=总压×物质的量分数）。
（4）研究表明，SO2催化氧化的反应速率方程为：
。
式中：
k为反应速率常数，随温度t升高而增大；α为SO2平衡转化率，α′为某时刻SO2转化率，n为常数。
在α′=0.90时，将一系列温度下的k，α值代入上述速率方程，得到v～t曲线，如图（c）所示。
图（c）
曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。
ttm后，v逐渐下降。
原因是升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。
当t＜tm，k增大对v的提高大于α引起的降低；当t＞tm，k增大对v的提高小于α引起的降低。
分析：
本题考查的知识内容涉及根据反应能量变化图像书写热化学方程式、根据化学平衡体系相关数据计算物质的转化率α和化学平衡常数Kp、根据反应速率方程分析图像曲线变化的原因。
解答本题涉及的知识点虽然不多，但该题对学生的处理图表信息能力、推理计算能力、综合应用知识解决实际问题能力提出了较高的要求。
因此，本题可归为SOLO结构水平层次中的拓展抽象结构水平。
（2）统计结果与分析①试题的SOLO结构水平层次分布及分析本研究依据SOLO分类理论将2020年高考3套全国卷理综的化学试题按照结构水平层次进行分类，结果如表2所示。
表22020年高考3套全国卷的理综化学试题中的SOLO结构水平层次
由表2可以看出，试题的SOLO结构水平层次梯度明显，以考查多元结构水平和关联结构水平为主，兼顾高考的公平性与选拔性。
试题在命题的能力结构水平上从简单的单一结构水平（U）到较高思维水平的拓展抽象结构水平（Ea）都有所涵盖，考查的能力结构相对较完整。
对每个维度进行具体分析可知：
3套试卷对单一结构水平和演绎推理的拓展抽象结构水平的考查相对较少，占比为15%～27%；而对多元结构水平和关联结构水平的考查比重较大，占比为27%～33%。
由此可以看出，2020年高考3套全国卷的理综化学试题不只是考查了学生学习的基础知识，更主要的是考查了学生在新的化学问题情境下所展现出来的分析、解决实际问题的能力，对学生的综合分析问题能力提出了更高的要求，有利于兼顾高考的选拔性。
②知识模块的SOLO结构水平层次分布及分析参照新课程标准，本研究依据SOLO分类理论对2020年高考3套全国卷理综的化学试题按照化学基本概念和理论、常见无机物及其应用、常见有机物及其应用、物质结构与性质、化学实验基础5个知识模块进行了分类，结果如表3所示。
表32020年高考3套全国卷的理综化学试题知识模块的SOLO结构水平层次
由表3可以看出，2020年3套全国卷理综的化学试题中各知识模块的题量和题型基本一致，试题考查的核心知识内容分布总体平稳，各知识模块SOLO结构水平层次基本相当，虽有波动，但不存在明显的差异，说明3套试卷对学生的知识考查和能力考查较为稳定。
另外，3套试卷在知识模块的考查上突出对化学基本概念和理论、化学实验基础的考查，保持对物质结构与性质、常见有机物及其应用考查的相对稳定，突出考查学生的基础知识和基本技能，注重体现试题的基础性。
3套试题在知识模块的SOLO结构水平层次的考查上要求学生具备多元结构水平（M）和关联结构水平（R）的试题比例较高，单一结构水平（U）和拓展抽象结构水平（Ea）的试题比例相对较少，突出考查学生能否关联试题中两个或两个以上的线索与知识点解答试题，注重体现试题的综合性和应用性。
从知识模块SOLO结构水平层次的分析可以看出，新课程改革背景下的高考化学试题能够很好地体现能力立意的高考命题要求，同时也能基于新课程标准整体把握对化学学科主干知识的考查，突出对学生综合应用能力和创新思维能力的考查。
三、教学思考
综合2020年高考全国卷理综化学试题特点及试题能力结构水平分析，为了全面提高中学化学课堂教学效率，进一步促进学生全面发展，笔者提出以下几点思考。
1明确新课程标准基本要求，重视学科基础知识和主干知识的教学
新课程标准既是高考化学试题命制的重要依据，也是课堂教学的重要指南，中学化学教师在课堂教学过程中应仔细研读新课程标准中划分的化学学科核心素养水平和学业质量水平层次要求，整体把握教学内容的深度和广度。
[5]对于化学学科的基础知识，如核素和同位素、氧化还原反应基本概念、离子反应及共存、电化学基础、同系物和同分异构体、有机反应类型、化学键及分子间作用力等知识内容，教师需要引导学生深入理解概念，并通过针对性的训练进行巩固；对于化学学科的主干知识，如无机物性质及转化、化学反应与能量变化、化学反应速率与限度、水溶液中的离子平衡、有机物的合成与推断、化学综合实验探究等知识内容，教师需要引领学生进行深度学习和专题训练，不断总结提炼解题规律和方法，帮助学生扎实掌握化学学科基础知识和主干知识。
2注重教学情境创设，重视学科素养和学科关键能力的培养
通过对2020年高考全国卷理综化学试题特点和能力结构水平的分析，我们不难发现，近年来高考化学试题的命制注重以化学与生活、化学科学技术、化学与社会发展、生态环境等方面的内容为情境素材，以生活实际问题为测试任务，考查学生的学科素养和学科关键能力。
因此，为了逐步培养学生的基于真实情境解决问题的学科关键能力，教师在教学过程中应融入更多的基于实际问题解决的内容，密切联系生产生活实际及社会热点问题，引导学生认识化学对人类社会生活和可持续发展的重要价值，引导学生基于化学的视角关注与化学相关联的最新科技前沿发展，解决社会生产生活中的实际问题，注重培养学生的科学素养、创新精神以及综合运用所学知识解决实际问题的学科能力。
[2]
3强化化学实验教学，重视实验探究能力和实验操作能力的培养
教育部在2019年11月颁布的《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》[6]中明确提出：
在今后的教学中需要不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，强化学生实践操作，着力提升学生的观察能力、动手实践能力和创造性思维能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。
近年来的全国高考化学实验试题加大了对化学基础实验和综合探究性实验的考查力度，旨在引导教师在教学过程中重视化学实验教学，重视对学生实验探究能力的培养，激发学生开展化学探究性学习的兴趣。
因此，教师在教学过程中要积极引导学生走进实验室亲自动手做实验，让学生熟练掌握化学实验的基本操作，熟悉各种化学仪器的基本功能，逐步提升他们的化学实验方案的设计与优化能力，提高他们的实验探究能力和实验操作能力。
[7]
4注重精选教学素材，重视信息获取及信息加工能力的培养通过对2020年高考全国卷理综化学试题特点和能力结构水平的分析，我们不难发现，近年来的全国高考化学试题注重考查学生对最新科技前沿技术及研究文献的阅读和理解能力、图表数据和图像曲线信息的提取和应用能力、化学用语的书写和语言表达能力等。
因此，中学化学教师在教学过程中，应注重根据教材知识内容，精选学科知识对应的教学素材，所遴选的教学素材要与学生的学习、生产生活实际密切联系，同时还需体现时代性、针对性、启发性和教育性。
通过创新教学设计、采取有效的教学策略，借助富有挑战性的教学驱动，教师能够逐步培养学生对新信息的捕捉和应用能力。
总之，2020年高考全国卷理综化学试题凸显了《中国高考评价体系》中的“立德树人、服务选才、引导教学”的评价目标，聚焦学科主干内容，着力考查学生的必备知识和关键能力，体现化学学科特点，对新课程改革方案下的中学化学教学有着积极的反馈作用。
参考文献：
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