德国高中科学新标准探析

肖龙海，金玉宏

（浙江大学教育学院，浙江杭州 310058）

2020年6月18日，德国高中科学科目的化育（Bildung）①“Bildung”在此处不译为“教育”（education），因为在德语中“教育”对应的单词是“Erziehung”。“Bildung”在很多语言中并没有对应的单词，较为接近的英语单词为“formation”（塑造）。所以根据“Bildung”在德国教育理论中的特殊意义，并参考其他学者的翻译将其译为“化育”。标准——《高等学校入学资格生物、化学、物理化育标准》（Bildungsstandards im Fach Biologie/Chemie/Physik für die Allgemeine Hochschulreife，以下简称《高中科学标准》）②德国义务教育包括小学、中学I级和中学II级，中学II级相当于高中。该阶段部分学生进入各类职业中学接受职业教育，部分升入文理中学的高中继续学习，他们通过参加高中毕业考试获得普通高校入学资格，然后进入大学学习。正式出台。《高中科学标准》在德国文教部长联席会议（Kultusministerkonferenz，KMK）的指导下，由教育质量发展研究所③教育质量发展研究所是隶属于联邦德国的科学机构，其主要任务是为国家教育标准研制测试任务，使其标准化，并定期展开趋势评估，以检测教育标准的落实情况。（Institut zur Qualitätsentwicklung im Bildungswesen，IQB）组织协调，并与语言学、心理学等领域相关专家合作完成。伴随着《高中科学标准》的颁布，IQB还提供了大量的学习任务，以此示范性说明如何在教学中发展各种能力。

德国是全球课程改革浪潮中最先开展课改的国家之一。20世纪初，德国在国际学生评估项目（Programme for International Student Assessment，PISA）和国际数学与科学趋势研究（The Trends in International Mathematics and Science Study，TIMSS）中的表现欠佳，在德国社会各界引起震动。德国对教育体系进行反思后，决定从输入型向输出型转变，推行全国统一的教学质量评估。首先，在2004年完成德国16个联邦州的初中科学课程的统一，颁布《中学毕业证书科学（生物、化学、物理）化育标准》（简称《初中科学标准》）。2007年，成立了针对初中科学科目的全国初中科学标准评估项目（Evaluation of the National Educational Standards for Natural Sciences at the Lower Secondary Level，ESNaS），并已开展多轮全国性评估。[1]在《初中科学标准》和ESNaS的实证数据的基础上，《高中科学标准》得以建立。值得注意的是，该标准还将2016年德国出台的《数字世界化育战略》（Bildung in der digitalen Welt）融入各项能力领域中。所以该标准不仅凝聚了德国科学教育改革的长期经验和最新成果，还为德国社会的数字化转型和“工业4.0”①工业4.0又称为第四次工业革命，是德国提升工业竞争力的一项国家战略。2011年在汉诺威工业博览会上首次提出，其核心是智能的虚拟-实体系统（cyber-physical systems），在此基础上实现智能制造。的国家战略提供了人才培养的支持。

一、德国《高中科学标准》的框架

（一）秉承德国化育传统

《高中科学标准》继承了德国教育传统，以实现“化育”为目标，并使其在科学科目中有了新的发展。德国的教育传统与英美有着巨大的差异，并且较少受到美国的影响。[2]原因之一是其植根于德国哲学和文化，具有深厚的历史积淀。其核心为“化育”，在经典理论中通常被称为一般化育（Allgemeinbildung）[3]，意指在与社会、自然的互动中实现一个人全部品格（包括知识、道德、个性等）的发展，同时对社会发展作出积极贡献[4][5]。这是一个发展批判意识、自我发现、以沉思或洞察力的形式获得知识的过程。这一来源于神学，又经过洪堡和黑格尔等人的哲学阐释的词汇具有深刻的美学和道德意蕴，因此有着独特的教育学意义[6]。《初中科学标准》将“化育”从人文和社会领域引入科学教育中，以实现自然科学的“基础”化育为目标。《高中科学标准》将此概念提升为一般化育，即“通过培养科学能力从而实现可持续发展观的化育，媒体的、价值观的、消费者的和民主的化育，进而实现一般化育”[7]。因此，该标准从学科能力到基本概念和内容上进行了全面的深化，化育的传统被有机地融入其中，特别强调个人与社会的互动且注重反思和批判。

（二）坚持能力导向

德国从课程改革以来，一直使用能力作为课程标准的导向。能力的专业化概念，最早在1974年由德国经济学家迪特尔·梅腾斯（Dieter Mertens）提出，从职业发展的角度阐述了为应对未来挑战，学生所应培养的能力[8]。之后联合国教科文组织、经济合作与发展组织、欧盟等纷纷作出响应，提出自己的能力模型。经济合作与发展组织还邀请德国心理学家弗朗茨·维纳特（Franz Weinert）对能力进行概念界定，维纳特认为能力是“一个人或一群人成功解决复杂问题的必要先决条件”[9]。必要的先决条件不仅包括个人已经具备或通过学习获得的知识和技能，还包括动机、意愿和社会准备等。这一点与德国的一般化育传统形成呼应。

（三）建构结构化能力体系

《高中科学标准》以能力为目标与导向，构建了由能力领域、基本概念、主要内容三部分组成的结构化能力体系。

1.能力领域

能力领域规定了在高中阶段结束准备进入高等院校时应获得的能力，它由四部分组成：专业能力（Sachkompetenz，简称S）、获知能力（Erkenntnisgewinnungskompetenz，简称E）、交流能力（Kommunikationskompetenz，简称K）和评估能力（Bewertungskompetenz，简称B）。2004年颁布的《初中科学标准》提出四个能力领域，以此将能力目标通过标准条目具体化，但其仅进行了罗列，不仅要求较低，还缺乏系统性和足够的可操作性。该标准还提出了基本概念和有关内容知识，但基本概念与内容知识混杂在一起，罗列于其中的“专业能力”（在《初中科学标准》中称为“学科知识”）[10]领域之下。这造成了一定的误导，即能力等同于知识和技能。《高中科学标准》在《初中科学标准》的基础上，明确了四个能力领域的定义及其分级划分，进一步明确了能力、基本概念和内容三者的定位与联系，建构了结构化能力体系（见图1）。《高中科学标准》明确了“专业能力”的能力属性，认为其应包括对概念和理论的认知、描述和解释专业知识的能力以及在学科和日常中恰当地选择和使用它们的能力。“获知能力”指对自然科学思维和工作方式的认知，以及描述、解释和联系它们以理解或设计知识获取过程，并反思其可能性和局限性的能力。“交流能力”指对技术语言、表述和论证结构的认知，以及利用它们获取学科相关信息，并在面对不同受众和情境时恰当地表述和交流信息的能力。“评估能力”指对技术和跨学科的视角与评估程序的认知，以及利用它们基于多种标准评估陈述和数据，从而提出有说服力的观点，在道德的基础上作出决定，并对决策过程及其后果进行反思。[11]

图1 《高中科学标准》的能力结构示意图

各能力领域又进行了三级划分：能力领域—子领域—标准条目。能力领域划分成递进关系的子领域以实现具体化，子领域再通过标准条目进一步操作化。标准条目用“学科/能力+条目编号”的方式表示，生物=B、化学=C和物理=P，如 C/K1表示化学科目交流能力的第1条标准。

在子领域层级上，专业能力根据各学科自身特性（如生物、化学和物理）各不相同；而各学科的获知能力、交流能力和评估能力在子领域层级完全一致（见图1）。“获知能力”按照“提出问题和假设—设计和展开调查—评估和反思方法”三个步骤划分为子领域，最后再通过一个子领域规定了学生需要知道的科学知识生产特性（如可证伪性和可再现性）和标准（循证和理论导向）以及知识获取的条件和性质。“交流能力”按照“获取—准备—交流信息”划分子领域。“评估能力”按照“评估—决策—反思”三个步骤划分为三个子领域。各学科在具体的标准条目部分有一定的差异。各能力领域之间并非孤立存在的，而是相互渗透，具体条目也存在一定的交叉。例如，为了获得专业能力领域的能力，需要知识获取过程最后可以用于交流或评估科学事实。

2.基本概念

《高中科学标准》不仅将基本概念从能力领域中分离出来，明确了其在能力网络中的基础地位，还使其从主要内容中脱离出来，它是特定学科的共性概念，是知识体系的骨架。基本概念不与某一内容相对应，而是作为不同知识间的网络链接点，最终帮助学生获得能与其他自然科学和工程科学相连接的结构化知识。基本概念支持知识体系的构建，从而成为所有能力领域发展的基础，为所有能力领域的能力深化和新能力的发展提供支持。

3.主要内容

主要内容是学生需要掌握的具体学科知识。在层级上处于底层的位置，是能力培养的具体落脚点。主要内容也以结构化方式呈现，在各学科中分为3～4个不同的内容领域，每个内容领域再划分为基本和提高两级要求。在广度、深度和联系水平上有了进一步提升。同时，对其具体的课时数作出了要求，其中基本内容要求的课时为2～3小时/周，提高内容要求的课时为4小时/周。

二、德国《高中科学标准》的特点

（一）回归学科的基本概念

《高中科学标准》不仅将基本概念从能力领域中独立出来，还提出了更具本学科视角的“基本概念”，伴随着更具挑战的学科内容，促进知识和能力的网络化。“基本概念”是学科的上位概念，体现了学科知识的共性，是所有能力领域的基础。但在《初中科学标准》中，基本概念的层次没有得到统一，既有跨学科的共通概念，如“系统”，又有本学科的概念。《高中科学标准》将基本概念定位于学科水平。具体来看，生物学科将“系统”这一跨学科概念进行了进一步的区分，分离出具有重要生物学意义的概念。划分为信息与交流、调节与控制以及物质与能量转换三个基本概念（见表1）。物理的基本概念全面做出了深化，为“守恒与平衡、叠加与分量、数学化与预测、概率与确定性”。与《初中科学标准》“物质、相互作用、系统、能量”这些基本概念相比，更具有物理学科的特征，也更能体现出有一定深度的物理学科内容的普遍性。因此，在学科内“基本概念”使不同学科内容联系成网络，还提供了不同的视角。它们可以更好地促进学习的进阶、知识的结构化和新知识的内化。

表1 德国科学标准中的基本概念

伴随着“基本概念”学科属性的明确，基本概念和主要内容之间形成网络化体系。以物理学科的基本概念“叠加与分量”为例，它可以在不同的物理学领域与不同的物理学系统级别进行参照。它既是经典物理学中分析综合方法的基础，如相同物理量的叠加或将物理量分解成分量，包括力的叠加、电磁场中带电粒子的运动、感应定律等内容；同时，在量子物理学中也有“量子叠加”这一术语。所以在《高中科学标准》中，几乎每个内容领域都能由“叠加与分量”联系起来，而同一个内容又可以通过其他基本概念进行理解。如“变化的电磁场”子内容领域中涉及带电粒子物理量的“叠加与分量”，同时这一内容领域还有一项高级要求——“通过微积分形式归纳定律”，这又体现了“数学化和预测”这一基本概念。“数学化与预测”还在其他很多物理内容领域得到体现，如“量子物理”子内容领域有一项提高要求——“利用量子力学中波函数模的平方解释随机性”。

（二）全面融入的数字化战略

未来社会正在不断向数字化方向发展。在数字世界生活的能力正成为社会参与的核心要求，因为它们是成功的教育和职业道路发展的必要条件。在日益数字化和批判性反思的背景下学习，将是未来教育使命的重要组成部分。[12]但是将社会的数字化转型融入教育系统教与学的过程是一个极其复杂的过程。德国《数字世界化育战略》指出，学生数字能力的培养不应在单独的学科中实施，而需要通过课程整合的方式融入各个学科。作为《数字世界化育战略》颁布后制定的第一批学科标准，《高中科学标准》与数字化的化育战略进行了深度的连接，主要体现在获知能力、交流能力和评估能力三项中（见图2）。

静脉输液是抢救、治疗患者的有效措施和手段，同时又是一项十分复杂的侵袭性操作，一次操作会涉及到50多个步骤［1］。静脉输液风险可发生于输液流程中各个环节，并且最有可能造成实际伤害［2］。静脉输液风险属于医疗风险的一部分，是指存在于静脉输液过程中的可能会导致损失和伤残事件的不确定性和可能发生的一切不安全事件［3］。静脉输液风险的正确识别是进行风险管理的前提，护理人员应做好风险识别以减少静脉输液过程中的各种风险［4］。本研究旨在通过专家咨询法对静脉输液过程中涉及的风险环节及内容进行系统的梳理及完善，为临床静脉输液风险管理提供依据。

图2 数字能力相关的《高中科学标准》部分

首先，学生应具备学科相关数字化工具使用的能力。这与学生的获知能力密切相关。因为数字化工具在科学研究中扮演着越来越重要的角色。在高中阶段，这些数字化工具也越来越多地被引入进来，学生在高中毕业时应能了解、选择和使用适合的工具，对数据进行记录、显示、模拟和评估。其次，学生应具备选择、制作和呈现数字化媒体的能力。学生的交流能力包括获取—准备—交流信息的能力。而这三者是连贯的整体，学生不是盲目地选择新技术支持的媒体，而要能看到各种媒体类型的优势和局限性。学生能对信息和数据及其来源始终保持批判的观点是能力发展的一个重要目标。[13]

如在化学任务“铝——是一种会带来严重后果的轻金属吗？”（以下简称“铝”，见表2）中，学生获取的信息来源就有网页和视频等多种数字资源，并且有一定的时效性。在交流阶段学生也需要使用数字化工具绘制流程图、思维导图并制作视频，但是技术并不被放在首要位置，在选择交流工具时，仍要根据不同情境的需求。如果只是在同伴间交流，则选择更快捷的手绘草图。

表2 化学任务“铝——是一种会带来严重后果的轻金属吗？”

（三）多元的评估方式

《高中科学标准》给出了德国科学科目高校入学资格考试（简称德国高考）的考试说明。该考试着重考查标准中要求的各项能力。为此，考试说明提出了三个等级的要求领域。

要求领域不是能力的分级，而是对同一能力领域内不同难度水平的划分。如表3所示，各要求领域在信息相似性、对关系作出解释和情境相似性三个方面逐级提升难度。鉴于高中学生的认知水平，德国高考重点考核要求领域II，要求领域I和III之间也是前者占比更大。但在考试中每个要求领域都要考核到。

表3 要求领域的区别

德国高考通过笔试和口试两种形式，考查学生能力的不同方面。笔试内容几乎覆盖了《高中科学标准》的全部内容，考查四个能力领域、学科的基本概念和内容领域。笔试包括三个任务，每个任务划分为多个相互独立的子任务，要求某个任务解答出现障碍时，不会影响后续任务的完成。特别需要注意的是，要求每个子任务的分解不能过分详细，否则会导致学生必须使用唯一的解决方案。而且在评估时，虽然有对应的参考解决方案，但是与参考解决方案不同的其他方案也会被平等地评估。考核任务分为资料任务和实践任务两类。资料任务包括对特定学科资料（文本、图示、表格、模拟等）的解释、评估、评论、翻译和判断，实践任务包括观测和数据的采集以及相关的计划。

口试部分由演讲和面试两部分组成。演讲时间不超过总面试时间的一半。学生通过演讲要能提出一个问题的解决方案。面试则有更多技术和跨学科的问题。口语考试为考生提供机会来展示他们的交流能力和评估能力，并且还能用于考查他们对特定基本概念和内容理解的深度，还有处理问题时的灵活和敏捷程度。

（四）面向真实世界的教学任务

第一，真实任务驱动。IQB网站同步提供了61个真实情境任务，每个任务需要1～6课时及以上完成。教师可直接或分模块将各子任务嵌入教学中。以化学任务“铝”为例（见表2）。该任务的4个子任务的情境都来源于真实的工业生产和日常生活。需要解决的问题也是德国工业界和生活中热烈讨论的问题，如“铝能否完全替代铜，铝的广泛使用是否对人体健康带来严重后果”。情境依托的载体也是生活中真实接触的各类网站、期刊、电影等。

第二，探究与知识学习紧密交织。在探究的过程中，学生需要反复回到概念和内容中，直到找到解决方案。通过工业生产中“铝能否完全替代铜”这一问题的驱动，学生学习金属结合力和铝的金属特性等有关内容。再通过生活中的问题“铝箔包装食物是否健康无害”，学生产生强烈的了解需求，从而通过实验探究铝的有关化学反应。最后通过一部揭露铝的罪状的纪录片，提出“铝是一种会带来严重后果的轻金属”。学生需要运用整个任务中学习到的概念和内容，提出最终解决方案。

第三，提出超越科学的解决方案。《高中科学标准》在交流能力领域强调有效的交流是针对不同情境展开的。情境可以从交流的目的、场景和面对的对象几个方面划分如下：（1）交流的目的，如陈述或说服；（2）交流的场景，如在实验室、科学出版物上或公开演讲；（3）面对的受众，如专家、群众或少年儿童。“评估能力”领域要求能从短期和长期、局部和全球以及从可持续发展的生态、社会、政治和经济多方面视角展开评估。学生能区分描述性（科学）和规范性（伦理）陈述。学生应该能够根据不同的目的与特定的场景，并针对不同的受众设计自己的论文或演讲。如化学任务“铝”子任务4中学生通过扮演不同的角色身份，对铝生产的经济、生态和社会各方面进行评估，并从不同立场进行阐述。

三、德国《高中科学标准》体系建构经验

在英美国家轻知识体系、强调跨学科与共通概念的背景下，德国《高中科学标准》展示了充分的文化自信及其对学科的高度重视。该标准以各学科所应具备的能力为出发点，发展出体现其化育传统以及更具学科专业特性，并全面融合数字化的能力结构化体系。

（一）建构操作化目标体系

德国《高中科学标准》的结构化能力体系，为课程标准的可操作化提供了可能的方向。该标准明确了能力间的结构关系，并通过多层分级将能力进一步具体化、可操作化，进而为能力建立了操作化目标体系。这是从国家层面推动具体学科、教育科学、心理学和社会学专家以及一线教师共同参与制定，并通过长期、大规模的实证研究不断修订完善而成的。

（二）设计真实性学习任务

教师对课程标准理解的偏差最终会造成课程标准和教学实施出现“两张皮”的现象。德国采取的策略是通过国家指定机构在线发布大量说明性教学任务，每一条标准条目都能找到对应的具体任务条目。教师不仅可以直接将这些任务嵌入教学，还便于教师通过任务深刻理解能力领域，进而创造性地设计教学。

另外，德国《高中科学标准》设计配套任务时依托于真实情境，鲜少对情境进行简化和修订。通过具有复杂性、不确定性的情境提出待解决的、开放的真实问题。在问题解决的过程中，通过细分子任务对能力进行培养，在设计真实性学习任务时，筛选与生产、生活联系更密切的真实情境和真实问题，从而有效地激发学生探索求知的欲望，并实现其能力的发展。

（三）融合数字化学习能力

随着5G、AI等技术的发展，数字化能力已经是未来社会的必备能力之一。德国放弃了单独增加数字化课程这种相对更容易实现的方法，而是选择了更费力地将数字化融入传统学科的策略。究其原因，数字化本身并不是独立存在的，它早已渗透到社会、经济、生活的方方面面。同时，德国没有将数字化能力的化育窄化为单纯的技能培养。而是与化育的哲学思想相融合。在技术至上的思潮中，仍然以人的全面发展为目标，《高中课程标准》的方方面面都体现了对数字化的反思。所以，在培养数字化能力时，教育独立性的保持是不可忽视的一个方面。

（四）实施多元化学习评价

德国《高中科学标准》规定考试基于任务展开，包括了笔试和口试两种形式，并强调任务方案的非唯一性。通过不同的任务类型和三级要求，有针对性地评估学生的不同能力和能力的不同水平。对于传统纸笔测试不易评价的交流和评估能力，可以通过口试进行更深入的考查。从考试任务的设计到评价，都体现了从答案“唯一正确”向问题解决方案“多样合理”的转变。