高考试题评价｜深化学科基础考查 发挥积极导向作用——2021年高考理科综合全国卷试题评析
原文刊载于《中国考试》2021年第7期第82—87页。
作者
教育部考试中心
摘要
2021年高考理科综合全国卷命题落实立德树人根本任务，注重发挥高考的育人功能和积极导向作用，精选真实问题情境，基于学科基础深化关键能力考查，积极引导中学教学回归基础，在保持总体稳定的基础上调控试卷总体难度，推动高中课程改革和高考改革平稳实施。
关键词
高考；新高考；高考理科综合；高考命题；高考评价体系；考试内容改革；试题评价
正文
2021年高考理科综合全国卷有甲卷、乙卷2套，由教育部考试中心命制。
2021年高考理科综合全国卷命题贯彻《深化新时代教育评价改革总体方案》（以下简称《总体方案》）要求，落实立德树人根本任务，以中国高考评价体系为依托，持续推进高考内容改革。试题立足自然学科本质，精心创设问题情境，强化基础性，增强开放性、灵活性，深化关键能力考查，充分发挥高考的育人功能和积极导向作用，结合高中教育教学实际，助力新课程改革和高考改革平稳实施。
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铸魂育人，促进学生全面发展
2021年高考理科综合试题通过选取真实的生产生活实际及最新的科研成果创设情境，展示自然科学与技术对人类发展和社会进步的贡献，强化价值引领与文化渗透，引导学生在学习科学知识的同时加深思考和反思，提升学科核心素养，助力德智体美劳全面培养教育体系的构建。
1.1 展现中国科技成就，厚植爱国主义情怀
高考生物科精选微生物发酵制作食品的传统工艺为素材，展现中华优秀传统饮食文化，体现劳动人民的智慧。全国乙卷第37题以米曲霉发酵制作酱油的工艺技术为素材，围绕发酵的生物学原理和过程，考查学生对微生物培养所需的营养物质类型、生长条件及代谢特征的理解与运用。我国利用微生物制造食品的历史已达数千年，制作酱油已有3000多年的历史，是世界上最早酿造酱油的国家。题目背景材料展现了中国劳动人民的智慧，彰显了中华民族悠久的历史文化，对于坚定学生的文化自信具有一定意义。
我国提出在2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标，展现了在应对全球气候变化问题上的责任与担当。化学科学在实现碳达峰、碳中和的目标中可以发挥重要作用。全国乙卷第7题以碳中和为情境，考查如何利用化学技术减少二氧化碳，并向学生普及了多种实现碳中和的手段和技术。全国甲卷第35题以被形象地称为“液态阳光”计划的我国科学家研发的全球首套千吨级太阳能燃料合成项目为情境，呈现从硅晶体太阳能发电、利用电能分解水、再利用分解得到的氢气与温室气体二氧化碳反应制备燃料甲醇的技术。这些试题鼓励学生拓展视野，关注国家科技进展，增强民族自信心与自豪感。
1.2 强调人与自然和谐发展，渗透生态文明思想和环保理念
高考生物试题立足学科本质，结合生态学考查内容，强调人与自然和谐发展是人类社会实现可持续发展的前提和基础，渗透生态文明思想，积极倡导人与自然和谐发展的理念。全国甲卷第6题以发生在裸岩和弃耕农田上的群落演替为问题情境，考查群落演替的方向、路径和特点，以及不同因素对群落演替的影响。试题传达了人类活动会改变群落演替的方向和速度，提示我们要尊重科学、采取适当的措施促进自然环境修复，避免盲目行动对自然造成伤害。
高考化学试题以废弃资源回收综合利用为背景，展现化学变废为宝的神奇魅力，促进学生牢固树立绿色化学思想。全国甲卷第26题以磁选后的炼铁高钛炉渣为原料采用一系列工艺流程回收钛、铝、镁等，全国乙卷第27题以用工业废铜焙烧得到的氧化铜为原料与稀硫酸反应制备胆矾，体现资源循环使用的绿色化学思想。
1.3 联系劳动实践，引导树立劳动观念
生物学科的发展与劳动实践相辅相成、相互支持、紧密关联，生物学与劳动实践的内在联系使得其在帮助学生树立劳动观念、增强劳动意识等方面具有天然优势。高考生物试题以遗传育种、作物栽培过程中的生物学原理和技术为切入点，考查学生分析和解决生产劳动实践中具体问题的能力，凸显科学进步在提高劳动效率、创新劳动方式中的价值，引导学生树立劳动观念。全国甲卷第3题围绕植物生长素对植物生长的作用，考查学生对生长素作用双重性的理解，以及利用“顶端优势”现象指导农业生产，突出生物科学与农业生产的密切联系，渗透生物科学技术在改进农业生产方式中的积极作用。
1.4 展现运动场景，促进科学锻炼
高考物理试题发挥学科特点，紧密结合生活中的体育运动，考查学生运用物理概念和规律解决实际运动中的相关问题，促进学生理解体育运动中蕴含的物理规律，引导学生积极参加体育运动，激发锻炼热情。全国乙卷第24题以运动员拍篮球创设情境，考查学生对动能、功、牛顿第二定律、匀变速直线运动等概念和规律的理解与应用，引导学生增强体育锻炼的意识，渗透健康第一的理念。
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科学设计，深化关键能力考查
中国高考评价体系提出核心价值、学科素养、关键能力、必备知识4方面的考查内容，其中关键能力是使学习者适应时代要求并支撑其终身发展的能力，是培育核心价值、发展学科素养所必须具备的能力基础，是高水平人才素质的重要组成部分[1]。2021年高考理科综合各科命题根据学科特点，以信息获取能力、实验探究能力、逻辑推理能力、解决实际问题能力为突破口，科学设计试题，深化关键能力考查。
2.1 以考查信息获取能力为立足点
信息获取能力是能力考查的基础，要求学生能够准确理解试题信息，将题干信息与所学知识进行识别和匹配。
高考生物考查信息获取能力的试题如：全国甲卷第30题创设通过放射性同位素标记DNA片段研究基因在染色体上定位的问题情境，要求学生根据所给研究方法和流程示意图捕捉关键信息并结合所学知识解决问题；全国乙卷第31题围绕哺乳动物细胞间的信息传递，展现激素的产生、运输、靶细胞及生理效应之间的紧密联系，要求学生根据各要素间的对应关系完成表格，考查学生对体液调节基本概念的理解。
高考化学考查信息获取能力的试题如：全国甲卷第12题通过提供硫酸钡、碳酸钡中阴阳离子浓度的对数关系图，要求学生转换图中的数据，计算2种难溶电解质的电离平衡常数，并论证离子浓度等物理量之间的关系；全国甲卷第28题通过提供合成甲醇的反应焓及分步反应快慢的信息，让学生获取反应能量变化的基本信息，并判断反应活化能的相对大小及总反应的焓变，辨析物质在等温和等压下甲醇物质的量分数的变化曲线。
高考物理考查信息获取能力的试题如：全国甲卷第16题通过提供无限长通电直导线所产生磁场的磁感应强度与距离的关系，要求学生利用所学的叠加原理解决问题，对学生快速获取信息的能力、迁移能力有一定要求；全国乙卷第21题通过呈现拉力随时间的变化图象及木板加速度随时间的变化图象，要求学生综合分析2幅图象的特点，建立物块和木板的整个运动过程，从而提取图象中的关键信息进行逻辑推理，对学生信息加工能力要求较高。
2.2 以考查实验探究能力为关键点
自然科学的本质属性使得实验探究能力成为高考理科综合试题最具特色的考查目标之一，是各科关键能力的重要组成部分。2021年高考理科综合各科试题重视对实验探究能力的考查，从选取实验材料、设计实验方案、分析实验结果等方面进行考查。
生物考查实验探究能力的试题主要有：全国甲卷第2题以酵母菌在马铃薯培养液中培养为情境，考查学生预测实验结果的能力；全国乙卷第2题围绕实验试剂的选择对达成实验目的的影响，考查试剂在不同实验条件下的作用；全国甲卷第29题要求设计实验验证植物在干旱条件下进行特殊的CO2固定方式，写出实验思路与预期结果，较好地体现了对实验探究能力与科学语言表达能力的考查；全国乙卷第38题要求给出利用质粒载体上抗生素抗性基因筛选目标菌株的方法，直接指向实际操作的考查。
化学对实验与探究能力的考查包括识别基本实验仪器、描述基本实验操作、处理实验数据、阐释实验目的及分析简单误差。如全国乙卷第27题是氧化石墨烯的制备实验，要求学生根据实验实际，选择合适的实验操作及鉴定方法，试题重视考查实验方法论层面的关键能力，要求学生分析分批加入高锰酸钾并使用冰水浴的原因、加热采用油浴而不使用热水浴的原因、过氧化氢的作用、判断溶液中是否存在硫酸根离子、用pH试纸检测来判断氯离子是否洗干净的理由等，这些都是真实情境中的问题。
物理考查实验探究能力的试题有：全国甲卷第23题探究小灯泡的伏安特性，考查定值电阻的选择，对实验原理的理解，对数据的处理和分析；全国乙卷第23题设计了测量电池电动势和内阻的实验，考查学生对保护电阻的选择、实验数据处理、误差分析，对学生的实验探究能力有较高要求。
2.3 以考查逻辑推理能力为着力点
逻辑推理能力要求学生能从一般原理或者规律出发，运用数学的演算或者逻辑的证明得出特殊事实应遵从的规律。2021年理科综合考查逻辑推理能力的试题如全国乙卷第13题：
HA是一元弱酸，难溶盐MA的饱和溶液中c(M+)随c(H+)而变化，M+不发生水解。实验发现，298K时c2(M+)∼c(H+)为线性关系，如下图中实线所示。
下列叙述错误的是
A.溶液pH=4时，c(M+)<3.0×10-4mol⋅L-1
B.MA的溶度积Ksp(MA)=5.0×10-8
C.溶液pH=7时，c(M+)+c(H+)=c(A-)+c(OH-)
D.HA的电离常数Ka(HA)≈2.0×10-4
该题以难溶盐的饱和溶液中阳离子浓度与氢离子的关系为背景素材，考查学生基于水中电解质溶液的一般规律，推理在特殊外部条件下溶液中不同物理量之间的关系。
再如，全国甲卷第21题设计质量相等、横截面积不同、匝数不同的两线圈，考查学生综合运用法拉第电磁感应定律、安培力公式、电阻率公式、密度公式等解决复杂问题的能力；全国甲卷第34题第（2）问要求学生理解“此后每隔Δt=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同”的含义，要求学生能够分析质点A、B振动的关系并进行推理；全国乙卷第25题对常规的金属棒在导体框上运动的情境进行创新，呈现导体框和金属棒在斜面上下滑经过磁场区域的情境，研究对象、研究过程和受力情况更为复杂，考查学生在复杂的情境中解决问题的能力。
2.4 以考查解决实际问题能力为闪光点
解决实际问题的能力能够支撑学生未来长远发展，是学生进一步发展必须具备的能力，是推动学生个人成长的关键要素。2021年高考理科综合各科试题紧密联系生产生活实际，通过精心创设日常生活、生产实践、科技进步、科学研究等方面的情境，考查学生解决问题的能力，引导学生从“解题”向“解决问题”转变，有助于选拔具有创新意识和创新能力的学生。
全国甲卷第30题创设利用放射性同位素标记技术研究基因定位的问题情境，要求学生根据实验流程示意图分析各步骤的操作目的及所依据的原理，如dATP中标记特定磷酸基团位置的原因、去除RNA分子防止干扰的目的，以及分子杂交前使DNA变性的要求等，使学生在基因定位问题情境中运用所学知识和能力解决实际问题。全国甲卷第37题围绕在生活中正确选用加酶洗衣粉的酶成分分析、适用范围及原因等问题进行考查，引导学生在日常生活中自觉运用所学知识解决实际问题，突出应用性考查。
全国乙卷第26题呈现利用炼铁高钛炉渣回收钛、铝、镁的工艺流程图，要求学生综合分析整个工艺流程，试题引导学生利用化学的基本原理、物质反应与性质的差异，解决实际化学工业生产中的具体问题。
全国甲卷第15题以一种传统游戏“旋转纽扣”为情境，考查学生对圆周运动规律的理解与应用；第24题设计小车通过50个减速带的情境，要求学生建立物理模型，考查学生对机械能、功、动能定理的理解和运用。全国乙卷第17题以医学治疗中常用放射性核素为背景，通过呈现图像信息，增强思维的灵活性，考查学生对半衰期的理解和应用；第18题以2020年诺贝尔物理学奖为情境，呈现银河系中心附近恒星多年的运动轨迹，考查学生从图像中获取运动的周期，以及利用开普勒第三定律、万有引力定律等知识综合解决实际问题的能力。
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精准施策，发挥积极导向作用
《总体方案》提出，稳步推进中高考改革，构建引导学生德智体美劳全面发展的考试内容体系，改变相对固化的试题形式，增强试题开放性，减少死记硬背和“机械刷题”现象[2]。为落实《总体方案》改革要求，2021年高考理科综合各科试题强化基础性考查，创新试题呈现方式。
3.1 强化基础性考查，引导回归基础
2021年高考理科综合各科命题依据课程标准，贴近中学教学实际，创设典型的问题情境，深入考查学生对基本概念、基本规律的理解和掌握，引导教学遵循教育规律，回归课程标准和教材；注重概念和规律的形成过程，引导学生加强对基础内容的融会贯通，促进学生学科观念的形成和深化。
高考生物命题基于学生所学内容，围绕分子与细胞、遗传规律、稳态调节、生态环境等内容进行设计，均衡考查各部分内容。全国甲卷第1题以人体内有重要功能的酶、抗体、激素、核酸等化合物，考查学生对不同生物分子结构和功能特点的比较与综合；第5题要求学生运用分离定律、自由组合定律、伴性遗传规律等对果蝇性状遗传进行分析，指向基本规律运用的考查。全国乙卷第1题考查动物细胞有丝分裂不同时期染色体的行为及DNA的数量变化；第5题基于遗传物质探究过程中经典的肺炎双球菌转化实验，要求学生分析实验相关推测的合理性，考查对经典实验的理解。这些试题紧密围绕生物学基本概念的理解进行综合考查，旨在引导教学立足学科基础、强化概念认知，使学生夯实基础知识。
高考化学命题围绕典型化合物的性质、基本反应类型、物质基本转化规律、实验仪器及基本化学实验操作方法等内容设计试题。对这些基础知识的考查，能有效检测学生对学科基础的掌握程度，引导中学教学遵循教学规律、严格按照课程标准和教材进行教学及复习备考。例如，甲乙2套试卷都考查了化学计量（阿伏加德罗常数）、离子方程式、常见气体制备方法、有机物的转化与性质、元素周期律、无机物转化与性质、溶液和其他反应的化学平衡、电化学基本原理等基础内容。
高考物理命题进一步丰富基础性考查的内涵，拓展考查的方式。物理概念和规律是高中物理的基础性内容，是学生形成和深化物理观念的重要途径。高考物理科命题依据课程标准，贴近中学物理教学实际，创设典型的问题情境，考查学生对基本物理概念、物理规律的理解和掌握，引导教学遵循教育规律，回归课程标准和教材。全国甲卷第19题以电场中的等势面为情境，考查学生对电场力做功、电势能等内容的系统理解。全国乙卷第14题以小车、弹簧和滑块组成的系统为研究对象，考查学生对多质点系统的动量和机械能是否守恒的理解和掌握。全国乙卷第15题设置一负电荷固定在接地金属平板上方的情境，考查学生对电场强度、等势面、电势能等概念的理解。全国乙卷第20题设计不同荷质比带电粒子在电场中的偏转情境，考查学生对类平抛运动规律的掌握。
3.2 创新试题呈现方式，倡导理性学习
2021年高考理科综合各科命题落实《总体方案》改革要求，围绕学科主干知识，创新试题呈现方式，转变考查思路与切入点，使学生由浅入深、由表及里地分析和解决问题，引导学生培养正确的学习方法。
全国乙卷第29题基于经典的光合作用暗反应中CO2固定方式，介绍了干旱地区一些植物适应环境形成的特殊CO2固定方式生理机制，要求学生在新情境中分析问题并设计实验验证。全国乙卷第28题通过提供“历史上海藻提碘中得到的一种红棕色液体，Liebig 误以为ICl，从而错过了一种新元素的发现”的信息，要求学生根据化学史实或者“红棕色液体”来判断“新元素”究竟是什么。全国乙卷第35题考查NH3、H2O和PH3的中心原子杂化形式和相应的键角关系，给出NH3、H2O和PH3的结构图，要求学生根据物质结构理论结合题目示意图分析问题。全国甲卷第17题给出经过α、β衰变后的中子数和质子数的数值变化图，考查学生对α、β衰变机制的理解。
3.3 把控总体难度，助力高考改革
基于高考前的大规模学情调研，2021年高考理科综合各科命题综合考虑多方因素，科学制定难度目标，确保实现选拔功能；充分考虑学生作答感受，延续近年试题风格，保持学生作答的亲切感；做好改革衔接，助力高考改革平稳实施。
2021年高考理科综合主要从2个方面调控试卷总体难度：一是减少陌生的试题情境。化学试题体现在无机化合物试题考查常见的碘、铜、铁、镁等元素，实验题基于学生熟悉的物质制备实验考查基本操作、基本仪器和实验原理，有机化合物试题以学生熟悉的烃、卤代烃及含氧衍生物为重点考查基础有机化学理论。生物试题体现在以神经突触传递过程、经典的肺炎双球菌转化实验、生长素生理作用特性等学生熟悉的场景进行设计。物理试题体现在用斜面滑块模型、板块模型、匀变速直线运动、平抛和类平抛运动等学生熟悉的模型。二是简化数字的计算，注重思维过程考查。在设计化学试题时，对于较为复杂的数据计算，注重考查原理，如2套试卷的第28题关于反应平衡常数的计算都是要求学生列出计算式或给出表达式即可，第35题物质结构与性质试题中的晶胞相关计算只要求列出密度或者空间占有率的表达式。生物试题关于遗传分析中特定类型比例、概率的计算通过简要分析即可得出，不需要复杂的多步计算。
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结束语
2021年高考理科综合全国卷各科命题贯彻落实《总体方案》要求，坚持稳中求进的总体原则，聚焦学科核心素养，创新试题呈现形式，优化设问方式，强化学科基础考查，探索增强开放性，深化关键能力考查，持续稳妥推进高考内容改革，助力高中育人方式改革。
参考文献
“《中国考试》杂志”
学习强国号