国内外小学生科学学科能力解析

于学清

学科教育旨在传授学科知识并发展学生特定心理能力，即培养学生的学科能力。科学学科能力，即是在科学学科教育的认知活动中形成和发展，并在学科认知活动中运用的特殊能力，是个体在学校科学课程活动中所习得并运用的认知能力。重视小学生科学学科能力的培养是基础教育改革和发展的必然要求，对改进我国小学科学教学实践和提高评价水平具有重要意义。

一、国外科学学科能力研究

国外对科学学科能力的研究主要聚焦在其表现标准及其评价研究上。

（一）基于课程目标及表现标准的研究

美国对学生科学学科能力的研究具有代表意义。1985年，美国促进科学协会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构启动的一项面向21世纪、致力于科学知识普及的中小学课程改革工程“2061计划”，它代表着美国基础教育课程和教学改革的趋势。计划中不仅绘制了科学素养的进展图，对不同年段学生应具备的基本学科能力进行了描述，还鼓励教师采用更多的图形化教学方式，以培养学生的科学学科能力。

强调科学探索要建立在搜集证据和逻辑推理的相互作用上，指出学生们应该能够对事物进行准确的观察和描述，并了解为什么它们对科学探索十分重要。①

加拿大安大略省科学课程标准把科学学科能力划分为实验技能、研究技能和技术问题解决技能三个维度，②并借助学习进程理论对能力表现标准进行了细化。③此外，新加坡《小学科学课程标准（2008）》鼓励教师提供机会让学生运用科学概念、技能，对身边的科学现象进行探究活动，把小学生科学能力细分为观察、比较、分类、使用仪器和工具、交流、推理、预测、分析、形成可能性、评价和形成假说等十一个能力要素。④

澳大利亚课程标准按照学生所处低、中、高的不同年段，把学生学习内容和技能发展分为六个由低到高的水平，其中水平六为拓展性学习结果。⑤

（二）基于科学评测框架的研究

“国际学生评估项目（PISA）”、“美国国家教育进程评估（NAEP）”及“国际数学和科学趋势研究（TIMSS）”是国际上涵盖科学学科的三大教育评价项目，具有独特的测试框架，依据不同的评价理念，采取不同的评估方式来实现对学生科学学科能力的发展评估。

1. PISA。PISA针对15岁儿童的阅读素养、数学素养和科学素养进行评估，每3年一次。在大多数OECD成员国，这个年龄的学生正处于义务教育末期，用所学知识适应未来社会是他们的主要任务。所以PISA侧重对学生能力、态度等方面的评价，强调运用已学知识和已具备的技能、态度去解决问题的能力。这种运用已学知识、态度和技能去解决不同情境中问题的能力也被称为“素养”。以PISA2006⑥为例，框架把学生应用科学知识的能力分为识别科学议题、解释科学现象、基于证据得出科学结论三个维度。

2. NAEP。NAEP是一项只在美国本土进行的评价项目，因此有关该测试框架的文献较少。它是由美国教育统计中心开展的全国学生学业成就评价体系，旨在衡量美国教育目标达成与否，在全美范围内具有一定的权威性。科学部分评估以科学内容和科学实践为内容来获得学生科学学科能力的信息，评测对象为四、八及十二年级学生。NAEP很好地反映了《美国国家科学课程标准》中的理念。

3. TIMSS。TIMSS是由国际教育成就评价协会（IEA）主办的国际测试项目，每四年一个周期，考察对象为四年级和八年级学生，其框架由内容和认知两个维度构成。以TIMSS2011四年级框架为例，内容维度包括生命科学、物质科学以及地球科学，认知能力则包括知道、应用和推理。“知道”指学生需要知道的科学事实、过程和概念；“应用”指学生在问题情境中应具备的知识应用和概念理解的能力；“推理”指学生针对新情境、复杂关系或多步骤的问题提出非常规的解决方案的能力⑦。

二、国内科学学科能力研究

国内学者的研究主要集中在学科能力的界定、学科能力要素构建和借助结构模型进行评价研究，有关中学生的科学学科能力研究比重较大，小学生的相关研究则较少提及。

（一）学科能力界定、要素建构及评价

曹琦明等提出并构建了中学化学学科能力的三维模型（内容、过程以及情境维度）及其层级模型，并通过信度和效度检验了模型的有效性⑧。陈花蕊结合当前中学生科学学习理论和科学教育研究的趋势，强调学生通过学习理解科学知识事实、技能过程，逐渐形成科学实践的能力，并参考国际科学评估项目的理论框架，把中学生科学能力的构成要素划分为科学概念、科学符号、科学模型、科学定量和科学实验五个维度⑨。胡卫平认为中学生基本的科学能力是观察能力、实验能力和科学思维能力⑩。抽象思维能力、形象思维能力是科学思维能力的两大基本成分，二者的有机结合构成直觉思维能力。同时，研究还建立了中学生基本的三维科学学科能力结构模型。

黄星艳等人借助Rasch模型对学科能力评估的数据进行分析，使评测的评分更加精确，为评测提供信效度信息，在编制学科能力评测框架或试题以及改进测试评分标准方面提供了有价值的信息{11}。

（二）小学科学课程标准中的小学科学学科能力

《科学（3～6年级）课程标准》（以下简称《标准》）强调科学探究的重要性，认为科学探究是科学学习的中心环节，科学学科能力的形成依赖于学生的学习和探究活动，并制定了科学探究的具体内容标准。内容标准部分指出“科学探究不仅涉及提出问题、猜想问题、制定计划、观察、实验、制作、搜集证据、进行解释、表达与交流等活动，还涉及对科学探究的认识，如科学探究的特征”。尽管《课标》中未明确提出学科能力，但是细化了科学探究的内容标准：认识科学探究，提出问题，猜想与假设，制定计划，观察、实验、制作，搜集整理信息，思考与结论，表达与交流八个要素，可解读为小学生科学学科能力。

三、国内外科学学科能力研究比较

通过对上述资料的梳理，不难发现国内外科学教育都重视能力的培养。国外课程标准中制定了较为细致的能力表现标准，对于学生需要达到的认知能力做了具体规定，比较细致，操作性很强；有的还针对不同年段学生划分了学习进程，学生在什么年级，学科能力发展到何种阶段，都有具体描述。同时，国外重视科学评估项目的开发和研究，其框架设计关注内容和认知两个领域都强调探究的重要，对探究过程中学生所要发展的学科能力进行了维度上的划分，各维度有更细致的能力表现标准。但此类研究还缺乏结合课程并适应不同学段课程学习的具体框架，其评价结果主要面向社会或进行国际比较。

四、启示

依据以上分析并借鉴已有研究成果，对研究者及一线教师有如下启示：

（一）借鉴国际科学测评框架研究

国外研究普遍认为科学学科能力能够利用内容及认知的二维框架进行界定和构建，不同评价机构基于不同的研究视角及评测理念，通过多次大规模评测，建立了具有可操作、可测评的标准。因此，国际测试框架不仅已经成为研究科学教育公平性、科学教育的效果等热点问题的有力工具，也为研究我国科学教育体系的质量、公平和效率提供重要参考。由于框架在试卷结构、难度、对科学探究的考察程度、对学生科学概念的学习进程的考察等各方面的合理性，所建构的能力维度及要素所显示出较高的科学性和稳定性，为研究者和一线教师提供了重要参考。

（二）科学探究是培养学生学科能力的重要途径

能力是学生的心理能力和技能，是其思维过程，因此学科能力不能被直接观察到，必须通过学生在具体活动中的表现来评价。科学探究对发展学生的科学学科能力具有不可替代的作用，是学生积极主动地获取科学知识、认识和解决科学问题的重要实践活动。科学探究具有一般规律和一定的方法和步骤，多种探究活动的实施不仅培养、发展学生的学科能力，也是学生的多项学科能力共同参与的体现。科学探究是一个受多种因素影响的、多层面的、多种实现方式的、不断循环和上升的复杂过程，是科学家发现自然规律、获取科学知识的主要过程和方法。探究活动中学生像科学家那样进行研究和解释自然世界的活动，充分理解科学知识并获得科学家那样系统的探究科学本质的方法，掌握了探究活动的一般规律，针对具体的活动提出问题并通过合理的假设、方法的设计，逐步解决并得出结论，逐步稳定形成学生的科学学科能力。

注释：

①美国科学促进会.科学素养的导航图[M].北京：科学普及出版社，2008.

②王祖浩.国内外科学学科能力体系的建构研究及其启示[J].全球教育展望，2013（10）：96-108.

③Science and Technology（The Ontario Curriculum Grades 1-8）[M].Queen's Printer for Ontario，2007.

④Science Syllabus Primary [M]. Singapore Ministry of Education，2008.

⑤丛立新，章燕主编译.澳大利亚课程标准[M].北京：人民教育出版社，2005.

⑥Pavinee Sothayapetch. A comparative analysis of PISA scientific literacy framework in Finnish and Thai science curricula[J]. Science Education International， 2013（1）：78-97.

⑦Ina V.S. Mullis， TIMSS 2011 Assessment Frameworks[M].TIMSS & PIRLS International Study Center， 2009.

⑧曹琦明.中学化学学科能力考查模型的构建及应用[J].考试与招生，2013（6）：49-55.

⑨陈花蕊.中学生科学学科能力的框（下转 87页）（上接 14页）架建构与测量研究[D].华东师范大学，2012.

{10}胡卫平.论中学生科学能力的结构[J].中国教育学刊，2001（6）：20-23.

{11}黄星艳.代测验多面Rasch技术在学科能力测评中的应用[D].浙江师范大学，2011.