北京市初中科学领域基于核心素养的学业标准实证研究

发布时间: 2019-01-15 15:40:03 来源: 必威基教研中心 发布者:baoguangyu

    学生发展核心素养主要指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。随着《中国学生发展核心素养》和高中各学科课程标准(2017年版)中学科核心素养的发布,核心素养的要点及其内涵描述已成为我国基础教育教学新的理念和目标。目前大多数研究处于核心素养框架及其综合性、经验化描述阶段,如何将核心素养与我国现行中小学国家课程、学科教学进行有效融合是关键问题。为此,必威项目组于2016年5月开始了“北京市义务教育阶段学生核心素养标准体系的建构与实施”研究。该研究立足中小学学科课程和教学,突显学科领域特点,构建核心素养与领域、领域与学科的关联,既体现核心素养的关键性、综合性特征,又体现不同领域和学科的特点。本研究报告呈现了初中科学领域整合物理、化学、生物三个学科的研究过程和结果。

一、研究背景及问题提出
(一)科学领域核心素养的研究
相关研究表明,学生核心素养与学科课程存在两种基本关系:一是每门学科课程都承担起学生核心素养的培养责任;二是不同学科对学生核心素养有着不同贡献。科学领域各学科课程与核心素养多属于第二类关系,即具有独特贡献。
借鉴国际经验发现,学生核心素养转化为课程标准基本遵循“学生核心素养——学科核心素养——内容标准”的思路。我国高中课程标准的修订基本沿着“学科核心素养——内容标准——评价标准——分等级学业水平”的过程。中国学生发展核心素养是党的教育方针的具体化、细化;高中课程改革为了建立核心素养与课程教学的内在关系,凝练提出了学科核心素养,分学科仍为主要设计思路。
在CNKI中,以篇名“核心素养+物理”搜索到324篇,以篇名“核心素养+化学”搜索到252篇,以篇名“核心素养+生物”搜索到127篇,以篇名“核心素养+科学”搜索到87篇,以上文献共计790篇,占中等教育核心素养为篇名的全部文献(4648篇)的17%。相对其他领域而言,科学领域的发表文献并不多,且其中85%以上是2017和2016年发表的。朱鹏飞在《学科核心素养的研究进展及其对中学化学教学的启示》一文中分析了2014-2016 年间期刊发表的112 篇有关核心素养的文献,其中具体学科核心素养内涵构建和培养策略的文献占大多数(75%)。
(二)研究基础
2014年,必威项目组开发了北京市义务教育阶段物理、化学和生物学科的学业标准,它是以我国义务教育阶段国家课程标准为依据,呈现出每个年级的内容标准与学业水平等级,由“评价框架、内容标准、学业成就水平描述、教学与评价示例”构成。初中物理、化学、生物三个学科在研制学业标准时就开始关注学科之间的联系,体现在依据初中科学课程标准建立能力层次,统一能力层次的行为动词内涵描述。这些研究经历和成果都为开展基于核心素养的学业标准研究奠定了坚实基础。
(三)问题提出及解决路径
1.如何有效建立核心素养与学科课程教学的联系
以上研究都没有系统、操作性地解决如何将现有课程教学与核心素养进行链接的问题。首先,需要分析原有关于科学素养的研究成果与当前核心素养研究的联系与差异,科学素养较强调科学领域课程的特点而忽略与其他领域课程的联系,与核心素养关注“完整人”的发展有所不同。其次,高中课程标准中的核心素养要点与内涵是否适用于义务教育阶段,也是需要深入研讨的问题。当前使用的义务教育阶段课程标准还没有提出核心素养,需要在现有课程标准与核心素养之间建立关联。
2.如何突破分科课程教学的局限性,促进“完整人”的发展
多年来,北京市初中科学领域实行分学科课程和教学,即初中生物、物理和化学及地理的地球地质内容分学科进行。这些科学类课程具有相似的研究对象、研究方法和思想,分科课程强调了各学科的系统性和细节,却忽视了科学领域的整体性和本质,将学生对科学的认识分割成零散的组块,甚至出现相同科学研究方法在不同学科用不同的名词和说明的现象。前期研制的科学领域各学科学业标准也多突出学科常识与技能,学科本位的思想与核心素养促进“完整人”发展的理念产生较大矛盾。
为解决以上两方面问题,填补义务教育阶段课程标准层面尚没有以核心素养为统领的空白,项目组借鉴国内外相关经验,设计了以下路径:第一,建立核心素养与科学领域课程的关系:依据中国学生发展核心素养和高中学科核心素养构建初中科学领域核心素养框架要点及内涵;第二,建立科学领域课程核心素养要点与学科内容标准的关系:调整原有各学科内容标准,并分别与中国学生发展核心素养要点及学科核心素养要点进行匹配;第三,建立基于核心素养学业标准与教学设计和评价的联系:以建立起的学业标准为蓝图,直接引导单元、课时教学设计,转化为可操作及测量的学业评价目标并开发多样化评价工具。通过以上三个环节的转承,既建立核心素养与课程教学的联系,又贯通核心素养—科学领域—学科教学,可基本实现核心素养在现有课程教学中的有效“落地”。
二、研究过程及结果
(一)确定科学领域承载的核心素养要点
基于《中国学生发展核心素养(征求意见稿)》(中国教育学会,2016.2.22日发布,下文简称“国核征求意见稿”)和“普通高中课程标准(2017年版)”中的学科核心素养,研究初中科学领域承载的核心素养要点及内涵。采用专家调查研究法,开发Q分类的调查工具,实施网上调查,通过分析调查结果,确定初中科学领域重点承载的核心素养要点。初中物理、化学、生物分学科调研共调查了438位教师(含特级教师、市学科带头人或骨干教师)和学科课程专家。
1.确定科学领域重点承载的国家核心素养框架及要点
项目组从调研数据中发现科学领域各学科的共同性。问卷调查结果表明了科学领域各学科在一些要点上的高度一致性(见表1、2)。在表1的各学科相关系数中,物理、化学、生物三个学科的相关系数都高于0.83。表2的排序说明,科学领域初中三个学科在理性思维、勇于探究、崇尚真知、批判质疑、问题解决、合作担当等六个要点上达成较高一致,经研讨将这些确定为科学领域的共同要点。
 
1 科学领域各学科重点承载的国核要点排序调查结果间的相关系数
学科
物理
化学
生物
物理
1
 
 
化学
0.835
1
 
生物
0.952
0.914
1
 
表2 科学领域各学科按重要性排序的前10个国核要点    

重要性排序

(由高到低)

化学

生物

物理

1

理性思维

珍爱生命

理性思维

2

勇于探究

理性思维

崇尚真知

3

崇尚真知

勇于探究

勇于探究

4

问题解决

生态意识

批判质疑

5

批判质疑

崇尚真知

问题解决

6

勤于反思

批判质疑

勤于反思

7

合作担当

问题解决

乐学善学

8

生态意识

合作担当

合作担当

9

乐学善学

健全人格

诚信友善

10

诚信友善

乐学善学

健全人格

 
    科学领域给予各学科2个要点的自选空间,可体现学科特点。例如,化学学科根据化学学科的结果(见表2)又选择了生态意识和乐学善学。总之,科学领域采用了“6+2”的方式遴选出核心素养要点。
2016年9月13日发布了修订后的《中国学生发展核心素养》(下文简称“国核正式稿”),将原有25个要点整合成18个要点,在对比分析征求意见稿与正式稿的基础上,项目组对原有要点进行了调整,从每学科8个要点变成6个,原有的“6+2”结构变成“4+2”。科学领域共同的4个要点是理性思维、批判质疑、勇于探究、社会责任。物理学科增加的要点是问题解决和技术应用,化学学科增加的要点是问题解决和乐学善学,生物学科增加的要点是珍爱生命和技术应用。
2.梳理高中学科核心素养,归纳出科学领域学科核心素养框架及要点
高中学科课程标准修订版从分学科的角度提出了学科核心素养要点,物理、化学、生物三个学科不尽相同。为突显科学领域的一致性,并考虑到高中阶段与义务教育阶段的差异,项目组提出初中科学领域的学科素养框架一级要点——科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任,各学科再依据各自特点提出二级要点。
(二)升级形成基于核心素养的北京市义务教育阶段科学领域学科学业标准
通过编码法将国家核心素养、学科核心素养分别与学科内容标准相匹配,指出将之落实于教学实践中的可行路径;发现组内、外分歧点并剖析原因;提高学科重点承载的核心素养内涵描述的准确性,逐步形成对于编码的共识。
科学领域分学科进行了编码,每个学科组内6位学科专家对现有学业标准中的所有内容标准逐一进行独立编码,共计3轮次;学科组外4位学科专家对现有学业标准中所有内容标准逐一进行独立编码,共计1轮次,并对组内以及组外专家的编码结果进行研讨。每次编码的结果及一致性数据都是调整、完善内容标准和核心素养要点及内涵的依据。
1.形成初中科学领域各学科重点承载的国家核心素养要点内涵的转承描述
重点承载的国家学生发展核心素养要点转化到学科话语体系中,是各学科对应承接、实践核心素养要点的必要基础。在对学生发展核心素养要点进行学科化转承描述时,从“完整人”培养的角度主要考虑以下四方面要求:(1)体现初中阶段学生认识发展特征;(2)体现国家义务教育阶段课程标准的要求;(3)体现科学领域各学科的统整;(4)尽可能采用外显的、可测量的行为表现。各学科参考国家核心素养和学科核心素养的共通性描述,将其每个要点的内涵进行拆分,与学科对应。例如,理性思维的“能理解和掌握基本的科学原理和方法”对应化学学科的“能从化学原理角度理解物质的组成和性质;掌握比较、分类、模型、假说等基本方法,及用化学语言描述物质组成和变化的方法”。
2.形成初中科学领域各学科对于重点承载的学科核心素养要点内涵的学科转承描述
由研究一可知,科学领域形成了学科核心素养的共同框架:科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任,并在共通内涵描述的基础上形成各学科内涵描述(见表3)。
 表3 科学领域学核层面核心素养要点的转承表达——以科学观念为例
共通内涵描述
物理学科内涵描述
化学学科内涵描述
生物学科内涵描述
   从科学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量、生命、地球等的基本认识;是科学概念和规律等在头脑中的提炼与升华;是从科学视角说明自然现象和解决实际问题的基础
从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等的基本认识;是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华;是从物理学视角说明自然现象和解决实际问题的基础。具体包括物质观、能量观、运动与相互作用观、科学本质观等
   从宏观与微观相结合的视角形成的关于物质组成和变化规律的基本认识;是化学概念和原理在头脑中的提炼与升华;是从化学视角说明自然现象和解决实际问题的基础。具体包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想等
学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念,如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。能够用生命观念认识生物的多样性和统一性,形成科学的自然观和世界观,引导探究生命活动规律,解决实际问题
3.获得基于核心素养的北京市义务教育阶段内容标准的编码结果
(1)科学领域各学科内容标准编码结果
编码体现了核心素养在学科的应用路径,本部分呈现了历经四个会合、三次内容调整后的最终结果。表4列出了国家核心素养18个要点在三个学科中的分布情况。科学领域共同素养的四个要点中,“理性思维”比重最大(55.8%),“勇于探究”数量居中(13.6%),“社会责任”略少(11.0%),而“批判质疑”数量非常少(3.2%),说明批判质疑在现有课程内容中所占的比例过小。

表5呈现了科学领域各学科的内容标准在义务教育阶段学科核心素养框架内的分布情况。数据表明,内容标准相对集中于“科学观念”(34.0%)和“科学探究”(26.3%),“科学态度与责任”略少(17.8%)。化学、生物学科内容标准在框架的四个维度编码数量较为均衡,物理突显了科学观念。

 表5 科学领域各学科内容标准在北京市义务教育阶段学科核心素养框架要点分布(%)  
学科
学科核心素养框架
科学观念
科学思维
科学探究
科学态度与责任
物理
53.0
14.8
24.4
7.8
化学
24.9
27.3
23.2
24.6
生物
24.2
23.4
31.3
21.1
平均百分比
34.0
21.8
26.3
17.8
2. 科学领域各学科编码一致性研究结果
6呈现了来自科学领域各学科组内专家对本学科内容标准编码的一致性结果。KAPPA系数的结果表明:(1)整体来看,各学科组内专家对于内容标准编码的一致性程度不断提升,最后达到较高认同水平;(2)组外专家(主要参与第3轮编码)认同水平普遍低于组内,这意味着在本学科内容标准所有条目上,对于如何实现核心素养的承载组外专家所建议的路径各不相同或不存在共识。需要说明的是,第四轮组内编码的KAPPA系数是借鉴了组外专家意见后进一步调整的结果。
6 科学领域各学科组内专家对于内容标准编码的一致性情况[①] 
学科
轮次
内容标准条目个数
编码人数
中国学生发展核心素养Kappa系数
学科核心素养Kappa系数
一级
二级
三级
一级
二级
中学
物理
第一轮
385
3
0.73
0.73
0.79
0.77
0.87
第二轮
385
6
0.75
0.74
0.79
0.71
0.75
第四轮
385
6
0.86
0.85
0.88
0.72
0.76
中学
化学
第一轮
410
6
0.25
0.21
0.21
0.38
0.34
第二轮
410
6
0.71
0.70
0.76
0.66
0.61
第四轮
410
6
0.98
0.98
0.98
0.99
0.70
中学
生物
第一轮
130
6
0.48
0.48
0.35
0.41
0.35
第二轮
128
6
0.84
0.83
0.60
0.72
0.70
第四轮
128
6
0.90
0.90
0.76
0.83
0.80
(三)开展基于核心素养科学领域学科学业标准的效度研究
2017年5月,科学领域各学科分别组织了对以上初步构建的基于核心素养的学业标准的调研。调查对象是北京市初高中阶段的学科带头人、骨干教师、教研员和一线教师,共计198人。调查内容包括:(1)对基于核心素养学业成就水平描述适切性的认同程度及相应建议;(2)对内容标准条目承载的核心素养要点的认同程度及相应建议;(3)对内容标准条目的学业成就水平层级的认同程度及相应建议。调查的内容标准数量共885条,占总数923条中的96%。
表7的调查结果表明,国家核心素养要点中,“社会责任”和“理性思维”认同度最高,“勇于探究”和“批判质疑”认同度较低。认同度较低主要由生物学科影响。学科核心素养的认同度略高于国家核心素养,四个方面认同度较均衡,“科学态度与责任”的认同度最大。
  表7 科学领域各学科核心素养要点认同程度调查结果%) 
95%以上调查对象认同条数百分比
学科
国家核心素养
学科核心素养
理性
思维
批判
质疑
社会
责任
勇于
探究
科学
观念
科学
思维
科学态度与责任
科学
探究
生物
59.5
16.7
66.6
20.0
52.2
50.1
80.0
50.0
化学
99.6
94.5
100
100
100
100
100
100
物理
100
100
100
100
97.6
100
92.0
97.7
平均
86.37
70.40
88.87
73.33
83.27
83.37
90.67%
82.57
三、讨论与展望
(一)搭建核心素养与现有课程教学实践的桥梁
借鉴国内外的相关经验,通过一系列实证操作研制形成基于核心素养的学业标准,使其成为联接核心素养与现有课程学科实践的桥梁。这座桥梁实现了三个环节的转承:从“完整人”的核心素养到科学领域核心素养,从科学领域核心素养到各学科内容标准,从各学科内容标准到学科教学与评价。由于我国基础教育发展的复杂性,该桥梁并没有完全实现理想状态自上而下的设计,而是采用核心素养要点与现有学科内容标准“双调整”“互适应”的匹配思路,通过编码将抽象的核心素养要点与内容标准建立联系,形成学科教学承载核心素养的路径,且学科重点承载的核心素养要点内涵描述是建立转承关系的根本依据。
在搭建以上桥梁的过程中,为了突显科学领域特征、强调学科内容标准承载核心素养的针对性,项目组采取了“4+2”要点框架及“一对一”编码的方法,可能会影响核心素养在学科渗透的完整性,由研究方法导致的局限性将在教学设计与实施过程中尽量加以弥补。
(二)统整科学领域各学科,以突出共同性和关键特征
此次基于核心素养的升级版学业标准,是在整合三个学科能力领域行为动词的基础上,基于核心素养要点框架的二次统整。国家核心素养中有四个共同要点,科学领域学科核心素养则都统一成科学观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个要点。此外,三个学科核心素养要点的内涵描述都源于共通性描述,为分学科进行内容标准编码提供了相同依据。科学领域核心素养框架与科学课程的共同特点,如科学探究、基于证据的逻辑思维、科学方法、科学态度等高度一致,体现了科学课程的关键特征。
科学领域学业标准的研制可在一定程度上弥补分科课程教学的局限性。基于核心素养要点进行学科间横向分析和关联,可为今后有效加强学科间整合、建设初中综合科学课程提供实证性的参考。例如,以“核心素养”+“水”为关键词进行检索,即可发现初中科学课程从物态变化、元素组成和微粒构成、生命系统三个角度构建内容和要求,及以“水”为载体发展理性思维的具体路径。
(三)提供直接作用于教学与评价设计的质量蓝图
原有北京市义务教育阶段学科学业标准基本实现了从内容、能力、情感态度价值观三个维度定义学业质量的功能。此次升级版学业标准增加了核心素养指向,使每条内容标准可在核心素养统领下进行定义。该基于核心素养的“三维空间坐标系”为教学设计和评价提供了直观可操作的蓝图。
基于核心素养的学业标准将广泛应用于教学案例研究,编码表经筛选后直接作为命制学业水平测试卷的蓝图。此外,通过培训活动及工作坊等在更大范围的实践中应用以上成果,获取的案例和数据将成为不断完善学业标准的参考。
[参考文献]
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2.张咏梅.胡进等.学生发展核心素养应用路径的实证研究——以北京市义务教育阶段学业标准为载体[J].教育科学研究.2018.1
3.邵朝友.周文叶.崔允漷.基于核心素养的课程标准研制——国际经验与启示[J].全球教育展望.2015.8
4.刘克文.李文.PISA2015科学素养测试内容及特点[J].比较教育研究.2015.7
5.朱鹏飞.学科核心素养的研究进展及其对中学化学教学的启示[J].化学教学.2017.1
6.林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京:北京师范大学出版集团,2016
7.辛涛.学生发展核心素养研究应注意几个问题[J].华东师范大学学报(教育科学版)2016.1
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9.黄冬芳.李伏刚.义务教育阶段学业标准与评价.初中化学[M].北京:北京师范大学出版社,2017
10.秦晓文.义务教育阶段学业标准与评价.初中物理[M].北京:北京师范大学出版社.2017
An Empirical Study on the Academic Standard Based on Core Literacy in the Junior high school Scienceof Beijing
(供稿:黄冬芳 张玉峰)
 
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