摘要：聚焦有机化合物主题，构建该主题的学科核心素养和关键能力系统构成模型，刻画学生学科核心素养中最核心外显的学科能力表现，揭示该主题特定的学科核心素养发展要求，进而构建该主题的学业质量水平模型。据此，基于Rasch模型开发和优化了评价工具，探查在当前课程和教学条件下学生有机化合物主题学业质量标准达成和学科核心素养发展的现状,并探讨对促进学科核心素养发展的有机化合物教学的启示。

关键词：有机化合物  化学学科核心素养  学业质量  学科能力  学习表现

       《普通高中化学课程标准(2017年版)》凝练了化学学科核心素养，划分了化学学科核心素养的水平，构建了基于化学学科核心素养的课程内容，明确了各主题的具体内容要求和学业要求，研制了学科和学段整体的学业质量标准[1]，是高中化学教学与评价、学业水平考试命题等的重要依据与基础。

       《普通高中化学课程标准(2017年版)》由于篇幅和表达方式等因素限制，难于全面系统阐述基于学科核心素养的各主题学业质量标准，而这却是对测评、教学及学生学习进阶研究具有重要意义。有机化合物主题作为高中化学教学的核心内容，如何构建该主题的学业质量水平模型，如何科学精准地诊断和评价学生在该主题学业质量标准达成和学科核心素养发展，以及学生的表现现状和发展水平，这些都是亟待解决的重要问题。

1.有机化合物主题学科核心素养和关键能力的系统构成

       学业质量标准是以本学科核心素养及其表现水平为主要维度，结合课程内容，对学生学业成就表现的总体刻画[1]。学业质量标准的内涵是学科核心素养，如何刻画和评价学生学科核心素养的外在表现，学科核心素养最内核的学科本质和思维本质是什么，各主题的素养内涵特质和素养发展要求是什么。北京师范大学王磊团队关于学科能力、基于学科和特定主题的认识方式的研究成果贡献了重要的研究视角。学科核心知识和活动经验是学科核心素养的基础,知识具有重要的认识功能和素养发展价值；学科认识方式是学科核心素养的内涵实质，建立核心的认识角度，形成重要的认识思路和推理路径；学科能力活动是知识转化为素养的途径和表现，学科知识经过学习和理解、应用和实践、迁移和创新等关键能力活动，才能完成从陈述性知识到程序性知识到观念化再到自觉主动的认识方式，才能转化为学科核心素养，外显为学科能力表现[2]。

       1.1 系统构成模型

       以学科能力[2-4]、基于学科和有机化合物主题的认识方式[5-8]的研究成果为基础，本研究从知识经验、研究对象及问题情境、认识方式、学科能力活动及表现4个关键维度，构建了有机化合物主题学科核心素养和关键能力的系统构成模型(见图1),把有机化合物主题学科核心素养进行多维整合揭示。

       有机化合物主题的知识经验为代表物，类别有机化合物和多官能团有机化合物的组成、结构、主要性质与应用。研究对象主要是围绕“性质”与“转化”的,包括保存使用、分离检验、合成设计、结构推断；问题情境包括内容属性(能源、材料、饮食、健康、环境等实际问题)、间接度(给定角度、提示角度、自主角度、多角度)及熟悉度(熟悉原型、简单辨识、复杂陌生)。从化学认识方式来看，认识有机化合物的核心角度是结构和反应，且结构和反应各有其二级认识角度，其中结构的二级认识角度包括分子组成、碳骨架、官能团、基团间相互影响、化学键、空间结构；反应的二级认识角度包括反应类型、反应物、生成物、试剂条件和现象；形成了基于典型代表物、基于官能团和基于化学键的认识方式发展层级；发展了宏观-微观、孤立-系统、静态-动态的认识方式类型。学科能力活动任务主要包括学习理解(辨识记忆、概括关联、说明论证)、应用实践(分析解释、推论预测、简单设计)、迁移创新(复杂推理、系统探究、创新思维)。

       1.2 有机化合物主题的学科能力表现期望

       有机化合物主题承担的素养发展外在表现为学科能力活动表现，是指学生通过有机化合物结构、有机反应、物质性质和应用的具体知识经验的学习，在面对不同情境下的有机化合物性质探究、有机化合物结构测定、有机合成和有机推断等化学问题时，能够自主调用有机化合物的核心角度——结构和反应，以及认识有机化合物的一般思路，从宏观和微观相结合的视角解决问题的关键能力。依据有机化合物主题学科核心素养和关键能力构成模型,结合《普通高中化学课程标准(2017年版)》中有机化合物主题的内容要求和学业要求[1]，构建学生有机化合物主题学科能力的表现期望，具体如表1所示。

       1.3 有机化合物主题的学科核心素养发展要求

       基于有机化合物主题学科核心素养和关键能力的系统构成模型、表现期望，明确有机化合物主题的学科核心素养发展要求，具体如表2所示。

       1.4 有机化合物主题的学业质量水平模型

       化学学业质量标准是学生在完成化学课程学习后的学业成就表现[1]。因此,结合有机化合物主题学科核心素养和关键能力构成模型、表现期望和素养发展的内涵实质，结合《普通高中化学课程标准(2017年版)》中学业质量标准和有机化合物主题的学业要求，从多个维度(见图4)构建了有机化合物主题学业质量水平，具体描述如表3所示。

2.基于核心素养的有机化合物主题学业质量评价工具研

       2.1 评价工具研发流程

       本研究首先保证各学业质量水平包含5~10个测试点，综合考虑问题情境、知识经验、认识方式、学科能力要素、学科核心素养等多个维度研发评价工具，其研发流程主要包括:规划命题细目表→创设问题情境素材、编制测试题、制定评分标准、编码试题→评估与修正测试题→确定评价工具。

       2.2 评价工具研发策略

       结合《普通高中化学课程标准(2017年版)》中学业水平考试命题建议，以有机化合物主题的素养发展要求和学业质量标准为依据，从学业质量水平、问题情境、知识经验、认识方式、学科能力要素、学科核心素养等多个维度规划和编码评价工具；基于核心素养的认识方式本质进行评价，如认识有机化合物的角度、研究有机化合物性质的一般思路；基于有机化合物主题的学业质量水平模型进行命题，合理选取不同陌生度和间接度的问题情境素材，有梯度地设置学科能力活动任务，准确地设计评分标准；以开放性试题为主,适当采用分级赋分。

       2.3 测试样本选取

       本研究大样本测试采取分层抽样的形式,测试样本来源于某市不同层次学校的高二年级学生，总计325人。测试时间为高二年级第二学期初，学生样本已完成了“有机化学基础”模块的学习。

       2.4 数据分析方法

       利用Winsteps软件单维Rasch模型分析测验工具的信、效度，评估试题难度和学生能力，并将2者置于同一个等距水平标尺进行标定[9]；再利用SPSS20.0软件进行统计分析。

       2.5 评价工具的质量评估

       利用单维Rasch模型检验有机化合物主题测试工具的学生信度为0.86，试题信度为0.99,测试工具信度良好。测试题共28题，试题与模型匹配度INFIT MNSQ 均在0.7~1.3之间，表明试题与模型的匹配度较好。

3 有机化合物主题学生表现的主要结果

       利用单维Rasch模型处理测试数据获得的试题难度值验证学业质量水平模型，邀请专家进行试题难度值与学业质量水平模型匹配的专家效度检验，基于试题难度值确定不同学业质量水平的学生能力值范围。在此基础上，经过统计分析，研究获得学生有机化合物主题学业质量标准达成和学科核心素养发展的现状，主要包括:学业质量水平分布、学科核心素养外显的学科能力表现、学科核心素养各维度表现和学科核心素养内核的认识方式发展表现。

       3.1 学生的学业质量水平分布

       利用单维Rasch模型处理测试数据获得的学生能力值，根据各学业质量水平等级的试题难度值区间判断学生所处的水平等级，全部样本和各年级样本的学业质量水平分布情况如表4所示。大部分学生处于水平2和3,28.31%的学生处于水平1，仅有8.62%的学生处于水平4。说明大部分学生能够基于结构或反应单角度，从宏观或亚微观认识有机化合物的性质；利用结构和反应的多个二级角度系统分析问题，对学生来说有一定的挑战性；只有极少数学生能够在陌生情境中，基于结构和反应的多个二级角度进行系统动态分析。

       3.2 学生的学习理解-应用实践-迁移创新各学科能力要素表现

       学生有机化合物主题各一级、二级学科能力要素的平均得分率如表5所示，学生在学习理解、应用实践、迁移创新能力上的表现依次递减。在学习理解能力中，大部分学生能够面对熟悉原型情境，利用结构或反应的二级角度对有机化合物的结构、性质和用途进行概括关联和比较；但是说明论证能力发展情况并不理想。在应用实践能力中，部分学生能够面对简单变式情境，利用结构或反应的二级角度进行组成、结构、性质和用途的分析解释、推论预测，典型官能团的性质检验等问题；分析解释、推论预测和简单设计能力发展情况基本均衡，其中推论预测能力稍弱。在迁移创新能力中，小部分学生能够面对陌生复杂情境，综合利用结构和反应的多个二级角度对有机化合物组成和结构、性质和反应进行系统推理，对有机化合物的合成路线进行综合推断、设计、评价等；复杂推理、系统探究和创新思维能力表现均不理想。

       3.3 学生化学学科核心素养各维度的表现

       学生有机化合物主题各学科核心素养维度的平均得分率如表6所示，学生在化学学科核心素养各维度上的表现均不理想，其中表现较弱的是科学探究与创新意识、宏观辨识与微观探析，学生难以建立官能团、化学键等核心认识角度及其关联、建立有机化合物性质探究和结构测定的思路以及从宏观和微观结合的视角解决各类问题。

       3.4 学生的认识方式发展层级表现

       在有机化合物主题,重点发展学生的化学学科核心素养是“宏观辨识与微观探析”，同时也承担“变化观念与平衡思想”“模型认知与证据推理”“实验探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的素养发展功能。“宏观辨识与微观探析”素养发展的核心是发展学生基于官能团和化学键认识方式发展层级，认识有机化合物和解决有机化学问题。学生有机化合物主题各认识方式发展层级的得分率如表7所示，学生在有机化合物主题基于代表物、基于官能团和基于化学键的表现依次降低，学生基于官能团和基于化学键认识有机化合物的表现偏低。

       如图5所示试题考查学生能依据官能团或化学键特征对陌生有机化合物进行性质精准预测，该题平均得分率23.08%,此题满分2分,38.07%的学生得1分，即基于官能团或类别作答；仅2.27%的学生得2分,即基于化学键作答。

4 讨论与启示

       构建了有机化合物主题的学科核心素养和关键能力系统构成模型,解构了有机化合物主题的学科能力表现期望，明确了有机化合物主题的素养发展要求，构建了有机化合物主题的学业质量水平模型，并进行了实证验证。对已完成“有机化学基础”模块学习的高二年级学生有机化合物主题的学业质量标准达成和学科核心素养发展的现状进行了评价。这对基于学科核心素养的各内容主题的学业质量水平模型构建和评价研究具有重要的借鉴意义。

       同时，以主题的素养发展要求和学业质量标准为依据，多维度规划和编码评价工具，基于主题学业质量水平模型、学科核心素养的认识方式本质、学科核心素养外显的学科能力表现期望进行命题和评分标准设计，合理选取不同陌生度和间接度的问题情境素材，适当采用分级赋分。这对基于学科核心素养的各主题学业质量评价工具研发具有借鉴意义。

       结果表明：经过有机化合物主题的相关内容的学习，学生能够建立一些结构和反应的二级认识角度；但欠缺的是自主从某些结构和反应的二级认识角度思考，或将某些认识角度关联起来进行微观、系统、动态思考，解决有机化合物的真实问题。

       因此，在有机化合物主题教学时，需要基于有机化合物主题学科核心素养和关键能力构成模型，整体规划有机模块教学，明确不同教学内容对学生有机化合物主题学科核心素养和关键能力发展的功能和价值；需要精确且有梯度地设计教学环节和学生活动任务，需要根据学业质量水平和进阶合理选取和使用原型变式以及综合复杂陌生的任务情境素材，需要追问、外显学生的思维和认识方式，帮助学生构建有机化合物分子结构的分析模型和多角度认识有机反应的思路模型，建立“组成、结构决定性质”的基本观念，形成基于官能团、化学键与反应类型认识有机化合物的一般思路，解决不同情境下的有机化合物性质探究、有机化合物结构测定、有机合成和有机推断等真实问题，发展学生有机化合物主题学科核心素养和关键能力。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版).北京:人民教育出版社,2018

[2]王磊.基于学生核心素养的化学学科能力研究.北京:北京师范大学出版集团,2017

[3]王磊.教育研究,2016,37 (9):83-92

[4]王磊,支瑶.教育学报,2016,12 (4):46-56

[5]胡久华.促进学生认识素养发展的化学课程与教学研究.北京:北京师范大学博士学位论文,2008

[6]支瑶.高中生化学认识方式及其发展研究.北京:北京师范大学博士学位论文,2011

[7]丁惠娟.中学有机化合物课程内容的分析研究———基于学科本体和学生认识发展.北京:北京师范大学硕士学位论文,2010

[8]康永明.高中生有机物化学性质认识方式现状探查.北京:北京师范大学硕士学位论文,2013

[9]Linacre J M (2005).A user’s guide to Winsteps/Ministep Rasch-model computer program [EB/OL].[2018-04-06]. http://www.winsteps.com

Learning Quality Level Construction and Assessment of Organic Compounds Based on Chemistry Discipline Core Literacy

ZHOU Dong-Dong1,2  WANG Lei 1,2  CHEN Ying3

(1.College of Chemistry, Beijing Normal University, Beijing 100875,China；2.Beijing Advanced Innovation Center for Future Education, Beijing Normal University, Beijing 100875,China；3.Beijing Haidian Teachers Training College, Beijing 100195,China)

Abstract：This paper focused on organic compounds, constructed composition model of chemistry discipline core literacy and performance expectations, revealed the development of chemistry discipline core literacy, and constructed learning quality level. Then this study developed assessment tool based on Rasch model, explored the performance of learning quality and chemistry discipline core literacy in organic compounds under the current curriculum and teaching. It contributed to the organic compounds instruction of improving chemistry discipline core literacy.

Keywords：organic compounds；chemistry discipline core literacy; learning quality; discipline competence; learning performance

周冬冬1,2  王磊1,2  陈颖3

(1.北京师范大学化学学院北京100875；2.北京师范大学未来教育高精尖创新中心北京100875；3.北京市海淀区教师进修学校北京100195)

本文发表在《化学教育（中英文）》2018年第39卷第19期

北京市未来教育高精尖创新中心资助项目“中学化学智能分析工具开发与应用研究”（项目编号：BJAICFE2016SR-009）

通信联系人：王磊