2023年高考全国卷理科综合化学试题的能力结构水平及启示.pdf

078教育测量与评价/考试与招生/202342023 年高考全国卷理科综合化学试题的能力结构水平及启示王春单旭峰江合佩摘要2023 年高考试题践行高考评价体系要求，突出对核心价值、学科素养、关键能力和必备知识的考查，体现了育人价值导向，有利于促进基础教育课程改革和发展。针对 2023 年高考全国卷理科综合化学试题的考查内容和命题特点，运用SOLO分类理论对试题的能力结构水平进行分析。研究发现，3 套试题不仅考查了化学基础知识，更主要的是检测了学生在新的化学问题情境下所展现出来的分析和解决实际问题的能力，对学生综合应用学科知识解决问题的能力提出了更高要求。为了优化课堂教学、促进学生全面发展，中学化学教师可以尝试从以下方面着手：明确学业质量标准基本要求，统筹规划教学的深度与广度；认真研读课程标准，注重学科基础知识和主干知识的理解和掌握；深刻领会化学核心素养基本内涵，重视实际问题解决及关键能力培养；精选教学情境素材，关注创新意识和迁移应用能力的提升和发展。关键词高考化学试题；SOLO分类理论；能力结构水平中图分类号G632.474 文献标识码A DOI编码10.16518/ki.emae.2023.04.008 国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见 提出要科学设计命题内容，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高考试题是对整个高中知识点的全面概括，既要体现学科特色，又要符合对学生学科能力考查的需求。总结分析高考试题的考查内容和命题特点，不仅可以发现命题规律，抓住关键考点，还有助于提升学生的学科能力水平，有利于培养学生终身发展的关键素养。2023 年由教育部教育考试院命制的高考全国卷理科综合化学试题包括全国甲卷、全国乙卷和新课标卷共 3 套，四川、广西、贵州、西藏等 4 省（区）采用全国甲卷，河南、陕西、江西、甘肃、内蒙古、青海、宁夏、新疆等 8 省（区）采用全国乙卷，安徽、山西、吉林、黑龙江、云南等 5 省采用新课标卷。本文结合上述 3 套高考化学试题进行考查内容和命题特点分析，借助SOLO分类理论探究其考查的能力结构，王春/北京教育学院副教授，硕士生导师。（北京 100120）单旭峰/教育部教育考试院研究员。江合佩/福建省厦门市教育科学研究院副教授，硕士生导师。0792023 年高考全国卷理科综合化学试题的能力结构水平及启示并针对高中化学教学提出几点建议，以期广大化学教师能在了解试题命题特点的基础上，深入了解高考化学试题的能力水平层次，进而为提升中学化学课堂教学效率、促进学生全面发展提供参考。2-3一、研究方法及思路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分布特点。SOLO分类理论是一种学习评价方法，是以等级描述为特征的定质评价方法，来源于皮亚杰的认知发展阶段论。SOLO分类法将学生的学习结果按照思维由低级到高级划分为 5 个不同的结构水平层次，5 个结构水平层次的基本特点和模型表征如表 13所示。2.研究思路本研究采用SOLO分类理论作为高考化学试题的评价工具，首先基于SOLO分类理论，列举全国甲卷、全国乙卷及新课标卷化学试题考查的能力水平层次，其次对 3 套化学试题分别从试题考查的SOLO结构水平层次和试题中具体知识模块的SOLO结构水平层次进行分类统计和分析。二、研究过程1.基于SOLO分类理论的高考化学试题结构水平分析范例本研究以 2023 年高考全国甲卷、全国乙卷及新课标卷理综化学试题的部分题目为例，按照SOLO结构水平层次的划分标准对题目进行分析。表 1SOLO结构水平层次的基本特点和模型表征SOLO结构水平层次基本特点模型表征前结构水平(prestructural，P)学生不清楚问题考查的目的，不能找到问题的相关线索，回答问题时思维逻辑较混乱，依据感觉对问题进行判断，不能正确得出问题的答案单点结构水平(unistructural，U)学生对问题没有一个全面的理解，仅关注到问题中单点的线索，对问题的理解趋于表面化，凭了解的单点知识直接得到答案多点结构水平(multistructural，M)学生能抓住问题的主要线索，并能发现多个解决问题的方法，但没有将思路有机地结合起来，对所包含的信息没有进行有效整合，或是仅与简单关键词相联系，没有形成知识网络关联结构水平(relational，R)学生能够将问题中提取出的有效线索与解决问题相关的素材进行有机整合，形成一个庞大的分析体系，将其作为解决更为复杂问题的工具，使其在设定的问题情境中不会出现不一致的情况抽象拓展结构水平(extended abstract，Ea)学生能够理解所给问题，在解决问题时能够自主地将问题与生活或学习中的知识联系起来，并有效地联系自身经验进行拓展思考，将问题上升到理论的高度，得到一个最终答案080教育测量与评价/考试与招生/20234（1）单点结构水平（U）分析范例【例 1】（2023 年高考全国乙卷第 9 题）下列装置可以用于相应实验的是（D）A.制备CO2B.分离乙醇和乙酸C.验证SO2酸性D.测量O2体积【分析】本题以中学化学典型实验装置为素材情境，考查的知识内容为中学化学实验中常见的物质的制备、混合物的分离和提纯、典型气体的性质验证及测量等基本操作。学生可依据实验室制取二氧化碳基本原理、萃取和分液、SO2气体的漂白性、用排水的方法定量测定气体的体积等相关知识进行操作。试题考查内容及能力为单一知识结构，因此可将其划分为SOLO结构水平层次中的单点结构水平（U）。（2）多点结构水平（M）分析范例【例 2】（2023 年高考新课标卷第 9 题）一种可吸附甲醇的材料，其化学式为C（NH2）34（OCH3）4Cl，部分晶体结构如下图所示，其中C（NH2）3+为平面结构。下列说法正确的是（A）A.该晶体中存在N-HO氢键B.基态原子的第一电离能：CNOC.基态原子未成对电子数：BCOND.晶体中 B、N 和 O 原子轨道的杂化类型相同【分析】本题以可吸附甲醇的材料部分晶体结构为载体，考查的知识内容涉及氢键、第一电离能大小的判断、基态原子核外电子排布规律、典型原子的原子轨道杂化类型的判断等。由晶体结构图可知：C（NH2）3+中的-NH2的H与B（OCH3）4-中的O形成氢键，因此，该晶体中存在N-HO氢键；同一周期元素原子的第一电离能呈递增趋势，但是第 A、A元素的原子结构比较稳定，其第一电离能高于同周期的相邻元素的原子，因此，基态原子的第一电离能从小到大的顺序为CON；B、C、O、N的未成对电子数分别为 1，2，2，3，因此，基态原子未成对电子数BC=ON；C（NH2）3+为平面结构，则其中的 C 和 N 原子轨道杂化类型为sp2；B（OCH3）4-中B与 4 个O形成了 4 个键，B没有孤电子对，则B的原子轨道杂化类型为sp3；B（OCH3）4-中O分别与B和C形成了 2个键，O原子还有 2 个孤电子对，则O的原子轨道的杂化类型为sp3。试题考查的能力涉及新情境素材的分析能力、基于晶体结构和原子间的作用力相关学科知识的推理能力等，学生需要将试题中包含的有关氢键、第一电离能、原子轨道的杂化类型知识信息和整体分析晶体结构内部原子间的作用力的解题思路有机地结合起来，并运用所学知识综合分析问题。试题考查的学科知识内容及能力多元化，因此，可将本题划分为SOLO结构水平层次中的多点结构水平（M）。0812023 年高考全国卷理科综合化学试题的能力结构水平及启示（3）关联结构水平（R）分析范例【例 3】（2023 年高考新课标卷第 12 题）“肼合成酶”以其中的Fe2+配合物为催化中心，可将NH2OH与NH3转化为肼（NH2NH2），其反应历程如下所示。下列说法错误的是（D）A NH2OH、NH3和H2O均为极性分子B 反应涉及N-H、N-O键断裂和N-N键生成C 催化中心的Fe2+被氧化为Fe3+，后又被还原为Fe2+D 将NH2OH替换为ND2OD，反应可得ND2ND2【分析】本题考查的知识内容涉及新情境下配合物化学键的断裂情况判断、极性分子和非极性分子的识别、反应历程路径的分析、同位素原子示踪反应等知识内容。学生首先需要弄清楚“肼合成酶”如何以配合物为催化中心，将NH2OH与NH3转化为肼（NH2NH2），即NH2OH和NH3形成N-OH氢键，在Fe2+配合物催化作用下，NH2OH分子中N-O键发生断裂，NH3分子中N-H键发生断裂，生成NH2NH2和H2O分子。其次，学生需要综合分析在“肼合成酶”催化作用下将NH2OH与NH3转化为肼（NH2NH2）的反应历程中，反应物和生成物中原子化学键断裂和生成情况，再根据反应历程综合关联Fe2+和Fe3+在反应过程中的价态变化，以及H和D同位素的化合物在反应过程中的变化情况。试题考查的学科知识内容及能力要求呈现出相互关联性，因此，可将本题划分为SOLO结构水平层次中的关联结构水平（R）。（4）抽象拓展结构水平（Ea）分析范例【例 4】（2023 年高考全国甲卷第 28 题）甲烷选择性氧化制备甲醇是一种原子利用率高的方法。回答下列问题：（1）已知下列反应的热化学方程式：3O2（g）=2O3（g）K1H1=285kJ mol-1 2CH4（g）+O2（g）=2CH3OH（l）K2H2=-329kJ mol-1反应CH4（g）+O3（g）=CH3OH（l）+O2（g）的H3=-307kJ mol-1，平衡常数（用K1、K2表示）。（2）电喷雾电离等方法得到的 M+（Fe+、Co+、Ni+等）与 O3反应可得 MO+。MO+与CH4反应能高选择性地生成甲醇。分别在 300K和 310K 下（其他反应条件相同）进行反应MO+CH4=M+CH3OH，结果如下图所示。图中 300K的曲线是b（填“a”或“b”）。300K、60s 时 MO+的转化率为（1-10-0.1）100%（列出算式）。（3）MO+分别与 CH4、CD4反应，体系的能量随反应进程的变化如下图所示（两者历程相似，图中以CH4示例）。082教育测量与评价/考试与招生/20234（i）步骤 I 和 II 中涉及氢原子成键变化的是I（填“I”或“II”）。（ii）直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线c（填“c”或“d”）。（iii）MO+与CH2D2反应，氘代甲醇的产量CH2DODCHD2OH（填“”“=”或“”）。若 MO+与 CHD3反应，生成的氘代甲醇有2种。【分析】本题考查知识内容涉及盖斯定律在热化学反应中应用、化学反应速率和化学平衡常数的相关计算、陌生情境下体系的能量随反应进程的变化分析等知识。根据盖斯定律可知，反应=（反应-），所以对应H3=（H2-H1）=（-329kJ mol-1-285kJ mol-1）=-307kJ mol-1；根据平衡常数表达式与热化学方程式之间的关系可知，对应化学平衡常数或；根据图示信息可知，纵坐标表示，即与 MO+的微粒分布系数成反比，与 M+的微粒分布系数成正比。则同一时间内，b 曲线生成 M+的物质的量浓度比 a 曲线的小，证明化学反应速率慢，又因同一条件下降低温度化学反应速率减慢，所以曲线b表示的是 300K条件下的反应；根据上述分析结合图像可知，300K、60s 时，则，利用数学关系式可求出c（M+）=（100.1-1）c（MO+），根据反应可知，生成的M+即为转化的MO+，则MO+的转化率为或；步骤涉及的是碳氢键的断裂和氢氧键的形成，步骤涉及碳氧键形成，所以符合题意的是步骤；当直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，反应速率会变慢，则此时正反应活化能会增大，根据图示可知，MO+与CD4反应的能量变化应为图中曲线c；MO+与CH2D2反应时，因直接参与化学键变化的元素被替换为更重的同位素时，步骤的活化能增大，反应速率会变慢，则CH2