素养导向下区域学生科学学习的调查与启示

史加祥

【摘 要】《义务教育科学课程标准（2022年版）》的颁布拉开了科学课程改革的序幕，而课程改革的前提是对课堂教学和学生发展现状的调查与认识。区域在借鉴已有科学调查与测评的基础上，利用问卷和测评卷对学生的科学学习进行了调查，分析显示区域学校在科学课程的实施上存在差别。学生在科学内容与科学方法维度的发展上呈现不平衡，在认知维度的发展上也存在整体和个体发展不均衡、多样性的特点。在调查的基础上，区域将围绕科学教师队伍建设、课堂教学方式转变、理解学生认知规律等方面进行研究，促进课程标准的落地，发展学生的核心素养。

【关键词】课程标准；核心素养；教学与评价

2022年4月，教育部制定的《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）明确了科学的评价需要以课程目标和学业质量标准为依据，构建素养导向的综合评价体系，并从科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等多个方面评价学生，发挥评价的导向、诊断和教学改进功能，促进学生核心素养的发展［1］。这就要求教师在开展课堂评价、作业评价、单元与期末评价的同时，尝试组织科学学业水平监测，为教学改进提供指导。那么，学生在“新课标”的评价要求下表现得如何？同年级的学生在科学能力与素养的发展上又有什么差别？下文尝试以核心素养的培养为导向，探究上述问题，为科学课程改革和课堂实践提供借鉴。

一、素养导向评价的借鉴理解与调查设计

只有对科学课程核心素养的评价进行整体的、多维度的理解，才能明了应该如何全面地安排教学流程，实现“教—学—评”一体化。

（一）科学课程评价的多维理解

不少国家的学者和国际组织对科学评价进行了长期的研究与实践，这为我们理解科学评价提供了许多视角。PISA科学项目团队于2020年发布了指导PISA2025科学素养测评框架研发的报告，报告中对学生科学素养的测评在延续科学知识和科學能力维度的基础上，增加了科学身份认同的维度，将原有的科学情境内隐到科学知识、科学能力和科学身份认同的维度中，在科学知识的评价中强调学科整合。科学能力更侧重社会决策需求，如设计和评价科学探究、科学地解释数据和证据、运用概率思维等；科学身份认同维度则更关注学生的科学经验和实践、道德伦理和价值观等。［2］而在TIMSS测评项目中，内容和认知两个维度是自测评开始以来一直延续的主要维度。其中的内容维度包括物质、化学、生命、地理，认知维度则主要包括提出问题、形成证据、处理数据等，并且将认知水平划分为知道、应用、推理三个层级［3］。我国在国家义务教育质量监测中从生命科学、物质科学和地球宇宙等内容维度重点关注学生的科学理解、科学探究与科学思维能力，并且对学生的科学学习态度与习惯进行调查了解。从不同的科学评价框架可以看出我国科学评价呈现多维与结构化的特点，既考虑到学生在学习不同科学内容中的表现，也关注不同的科学能力与思维方式的发展，并且从认知角度对学生的水平进行探析，还通过问卷等方式对学生学习科学的兴趣与动机进行了解。

（二）素养导向的科学学习调查设计

“新课标”明确了科学课程的核心素养，以素养为导向就是要充分关注不同素养应如何评价，将“能评”和“不能评”的内容进行区分。优化“能评”的方法与路径，同时利用新的评价方法与分析手段探询“不能评”的方面，从而全面认识学生的科学学习。本文组织的调查是在“新课标”颁布之后展开的，目的是从素养的角度理解学生的科学学习现实，从素养角度出发，选择科学观念、科学思维和探究实践中的部分内容进行测评（见表1）。调查的主要方法是借鉴、修改成熟的科学测试卷，同时修改国际测评中的问卷，对态度责任进行问卷调查，并尝试使用新的数据分析方法对学生的科学学习和素养表现加以呈现，为课堂教学的改进提供较为准确的参照。

表1对本次调研的结构与组成进行了呈现，涉及核心素养的四个维度。其中科学观念是内容维度，主要调查生命科学与物质科学两个领域的内容。科学思维与探究实践是方法维度，主要调查模型建构、推理论证和科学探究中的思维与方法。在此基础上将所有的测试题依学生的认知需求进行水平划分，等级一是学生对科学核心概念和术语的识记与回忆，等级二是学生对信息与数据的收集整理和检查，等级三是学生对信息与数据的分析解释，等级四是学生利用信息与数据综合得出的结论与评价反馈。调查还利用问卷对探究实践中的自主学习和态度责任中的科学态度进行了解，对学生科学学习的现状进行了调查。

二、调查对象与分析方法

（一）调查对象

本次调查选择了区域内四所学校的四年级学生，每个学校随机选取两个班级，最终共有8个班级308名学生参与。调查采用纸笔问答的方式进行，在对数据进行整理后共形成有效的数据样本300份。

（二）分析方法

调查结果将利用SPSS 25.0软件对数据进行分析，同时使用Winsteps软件对学生的能力与素养表现进行分析，采用多种方式呈现调查结果。

三、调查结果与分析

调查结果主要分为三个部分进行：学生科学学习现状的呈现，对不同能力与素养的分析，对学生认知发展水平的分析。

（一）学生科学学习的现状

1.对科学课程与教师的认识

对学生科学学习现状的调查主要包括课时保证、科学课喜爱程度、教师认同与喜爱程度、科学作业与考试等几个方面。

区域科学教师专职率较低，部分学校没有科学专职教师。参与调查的四所学校中，科学教师的专职率也存在较大差异。调查显示，各个学校在保证科学课程的课时上存在一定的差异，最高的学校ZE小学专职率达到100%，而专职率较低的ZJ小学每周2课时的保证率为83.17%。将科学课时的保证与对教师的认同与喜爱进行相关性分析后结果显示，两者之间的相关系数值为0.384，并且呈现出0.01水平的显著性。这说明两者之间有着显著的正相关关系。专职率高的学校中，学生对教师的认同与喜爱比例为100%，明显高于另一所学校，可见科学教师队伍是课程实施与“新课标”落实的保证。

调查结果显示，四所学校的学生在科学课的喜欢程度上不存在显著性差异，“很喜欢”和“喜欢”的学生占比超过90%，这说明虽然任课教师的背景存在差别，但对于学生是否喜欢科学课并没有太大的影响，而学生对科学课程的喜爱是课程改革的重要基础。

对科学作业与考试的调查显示，四所学校的学生均表示几乎没有作业与考试，这说明区域重视“双減”政策的落实。而这一背景与区域对科学的学科定位也有着很大的关系，毕竟科学作为非考试科目，更强调的是学习体检与过程经历，关注能力与素养的形成发展。

2.科学学习方式与自主探究

调查还针对科学学习方式和学生自主探究进行了调查。调查结果显示，在课堂教学中，观察、演示实验、分组协作、科学阅读等都是较为常见的活动方式，多样、丰富和有效的活动激发了学生参与的兴趣，对能力与素养的发展也起到了积极的作用。

对于科学课程培养自主探究能力，超过80%的学生表示自己对科学知识、事实和原理掌握得较好；超过87%的学生表示在科学学习中经常将学习到的知识与生活进行联系，对知识进行应用与迁移；还有超过79%的学生经常用学到的知识与概念来解决问题。但是这一比例在不同学校之间存在较为明显的差异，ZE小学有94.87%的学生表示经常进行解决问题的活动，解决问题的能力也较高。与之相比，ZJ小学仅有64.94%的学生表示经常参与解决问题的活动，学生在知识的应用迁移和问题解决能力上相关系数值为0.235，并且呈现出0.01水平的显著性。这说明两者之间存在正相关关系，知识经常被应用与迁移，学生的问题解决能力也会得到持续的发展与提升。

3.对学习科学的态度分析

调查还针对学生对科学学习的态度进行调查。分析结果显示，超过85%的学生对科学学习充满兴趣并乐于探究与实践。学生对科学学习能够帮助他们认识和理解科学、社会、技术有着共同的认识，四所学校学生的回答没有显著差异。

XF小学72.37%的学生和ZE小学79.49%的学生认为，学习科学能帮助他们学习其他学科。另外两所学校中有相同想法的学生仅有40%左右，但超过62%的学生都认为学好科学对于未来的学习有帮助，也愿意从事与科学相关的工作。

由此可见，不同学校对于科学课程的实施既有共同之处，也存在一定差异，调查结果对区域后续落实“新课标”也有很多的启示。

（二）学生的科学学习表现

研究还针对学生核心素养的表现进行分析。为了能够较为科学地进行比较，我们对学生表现的得分进行了标准化处理。对内容维度的生命科学与物质科学的学生表现进行分析后，发现学生在生命科学上的表现好于物质科学，相关性分析显示两者之间的相关系数值为0.615，并且呈现出0.01水平的显著性，存在显著的正相关关系。同时生命科学内容学习得较好的学生，物质科学学习的表现也不错。

对不同性别的学生在两个内容维度上的表现进行方差分析，结果显示男生、女生的表现没有显著差异。不同学校的学生对两个内容维度上的表现均呈现出0.01水平显著性，有着显著的差异。生命科学内容上表现最好的是XF小学，物质科学内容上表现最好的则是JS小学，ZJ小学在两个内容维度上的表现均不是很好（见图1）。

在科学思维与方法维度上，学生在推理论证上的平均得分率为76.91%，高于模型建构的68.12%和科学探究的62.17%。这说明在科学课堂中，推理是较为常用的科学思维，因为科学探究中涉及的要素与方法较多，不同要素对学生的要求也存在差别，如果课堂教学中没有进行针对性的教学与培养，学生难以全面掌握。

不同性别的学生在思维与方法维度上不存在差异，而不同学校对于模型建构、推理论证、科学探究则全部呈现出显著性差异（p＜0.05）。不同学校在不同的维度表现不同，XF小学在模型建构、推理论证的表现上好于其他学校，而科学探究表现较好的学校则是ZE小学，ZJ小学整体表现稍弱（见图2）。

从内容和方法两个维度进行分析后可以看出，虽然都在教学科学课程，但由于学校、教师队伍的差异，教学方式的不同等多种因素影响，学生的表现也呈现出较大的差别。尤其是“新课标”的颁布，不同的理解与落实方式可能会使得不同学校在科学课程的教学上出现更大差异，需要区域在“新课标”的学习与解读上尽可能发挥出指导与引领的作用。

（三）学生的科学认知水平

“新课标”的落实情况与课堂教学的基础是学生现有认知发展不均衡的原因，而理解学生发展的不均衡是开展教学设计的前提。本研究利用Winsteps软件从认知的四个等级对学生的表现进行分析。

首先要对四个认知水平的题目进行信度的检验，结果显示四个水平的题目的Item reliability（试题信度）全部大于0.9，题目的信度较高，具有较强的一致性和稳定性。学生的Person reliability（学生信度）最高为0.57，整体信度不高，主要原因可能是四所学校中学生个体的认知水平发展存在较大差异，能力水平的分布范围较广。在此基础上绘制出四个等级中学生水平分布的华特图（见图3），其中的竖线表示Logit刻度尺，量尺左侧为学生能力分布情况，量尺右侧为题目难度分布情况。

在对科学核心知识与概念的识记、回忆的等级一这一层次上，学生的整体表现较好，很多学生达到了水平三。在等级二的分析中，学生表现的平均水平介于-1至-2之间，整体表现水平分布宽泛，部分学生的表现水平较低，题目整体难度较高，说明学生在数据收集与整理的能力上发展较缓慢。相反，学生对信息、数据的分析与解释能力的表现要好于数据整理与检查，虽然题目存在一定的难度，但绝大部分学生的表现高于平均水平，说明对于数据的分析或解释在常规教学中较为常见，对于学生能力的发展起到了积极作用。当需要综合分析信息与数据并得出结论或决策时，学生的整体表现较差，基本都低于0水平，还有部分学生水平低于-5，部分题目的难度远远高于学生的表现。

从上述分析可以看出，虽然我们将学生的认知划分为四个等级，但在同一个等级中学生的表现水平差异较大，而学生在不同认知等级上的发展并不呈现线性发展的规律，因此在分析学生认知水平的过程中要有清晰的认识与理解。

四、区域学生科学学习调查的启示

区域对于学生科学学习的调查，主要是为区域学习与落实“新课标”提供抓手，为提升区域科学整体教学质量提供方向。

（一）重视科学教师队伍建设，保证教学有序推进

2018年，中共中央、国务院颁布的《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》强调了建设一支高素质专业化教师队伍对课程改革的重要性［4］。紧随着“新课标”的发布，教育部办公厅发布了《关于加强小学科学教师培养的通知》，要求建强科学教育专业扩大招生规模、加大相关专业科学教师人才培养力度、优化小学科学教师人才培养方案、创新小学科学教师培养协同机制［5］。这从源头上为科学教学提供了高素质、专业化的教师队伍，提高科学教育水平，夯实创新人才培养基础。由此可见，拥有一支稳定的、专业素养强的科学教师队伍对科学新课程改革而言是至关重要的。

区域科学教师的专职率不到40%，教师队伍存在平均年龄偏大、专职教师比例不高、兼职教师不稳定等状况，因此相对于区域发展的良好态势和科学教育发展的总体需要而言，区域自然学科教师队伍有较大的优化空间。调查显示，学校拥有较多的专职科学教师不仅能够保证课时，而且能够较好地理解课程标准并转化为课堂教学行为，落实“教—学—评”一体。与此同时，还要从关注教师专业发展转为促进教师专业学习，利用各种方式和信息技术手段对教师的需求进行专业诊断，从而保持和激发持续学习动机，为科学教师赋能。区域将在组织现有科学教师进行专业学习与研修的基础上，扩大专职教师队伍，及时补充青年教师的引进，保持科学教师队伍的能力和活力，让区域内每一个小学生都能接受最好的科学教育，促进核心素养的全面发展，为学生的终身发展奠定基础。

（二）持续转变课堂教学方式，有效促进素养落地

“新课标”的发布拉开了培养与发展学生核心素养的序幕。课堂是课程改革的主阵地，引导学习方式和教学方式的变革是实现课程改革目标的重要抓手。调查显示，有什么样的课堂教学和活动就有什么样的学生表现。教师在教学中重视科学思维的培养，学生的推理能力就能得到充分的发展；忽视探究方法与能力的培养，学生的科学探究能力就无法得到整体、全面的发展。“新课标”不仅明确了核心素养的内涵与组成，也对课堂教学提出了变革的需要，如重视学科核心概念的整体认识，重视跨学科核心概念教学，培养与发展模型建构意识与能力，提升学生技术与工程实践能力等，每一个主题都可能需要对原有课堂教学进行再设计或重构，需要在融合中突出重点发展素养，转学生被动学习为能动学习，将外在的知识深度转化为学生的观念、思维、实践与责任，在深度教学中发展学生的核心素养。

教学方式的变革可以从组织方式、认知方式和活动方式三个方面展开，组织方式体现在人员组织、内容组织、环境资源组织等，认知方式概括为以间接经验为主的接受式和以直接经验获得为主的体验式两种，活动方式则是围绕学生设计的具体化的活动［6］。当然教学方式的转变必须围绕素养目标，不能仅仅停留在形式的转变或是简单地加上某样设备、某种技术，而是需要从根本上理解科学教学的本质。

（三）关注理解认知发展规律，围绕学生进行教评

调查显示，学生实际的认知发展与教师的设想存在一定距离。毕竟学生的学习与认知是复杂且多变的，并不呈现为简单的线性发展。调查还发现，学生的个体发展水平存在较大差异，即使是在识记与回忆的认知发展中也呈现出不平衡的现象，可见学生的认知发展不仅呈螺旋上升的状态，更是呈现出立体交错的特点。对学生认知现状的理解是开展“教—学—评”一体的基础，也是摆在科学教师面前的挑战。

对于学生的认知特点和发展规律已有众多的研究成果，如大家熟知的布鲁姆和安德森的目标分类，尤其是安德森的新目标分类法，构建了知识领域与认知系统的立体框架，对不同的认知水平也进行了具体的梳理，将分析的过程划分为匹配、分类、差错分析、概括和认定五种［7］。已有的研究为理解学生的认知提供了借鉴与参考。与此同时，要利用评价对区域和不同学校学生进行调查与分析，制定出与区域学生较为适合的认知发展要求，贴近学生最近的认知发展区开展教学设计和课堂实施，并利用过程性评价、增值评价等方式对学生的学习过程进行跟踪，以动态的视角对待学生认知发展的过程与结果。除此之外，还要加强科学评价任务的设计，借鉴国内外科学测评的经验，提升教师的评价设计与分析能力，科学对待和应用评价结果。

本次对区域学生科学学习的调查是在“新课标”颁布后进行的，目的是为“新课标”的落实把好脉，定好方向。虽然调查没有覆盖区域内所有学校和学生，但选择的样本也具有一些代表性，从中能探析出区域科学教学存在的不足和问题，为区域后续的教学研究提出新的课题，为学生的核心素养培育提供不同的视角和有效的抓手。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022：120.

［2］李川.PISA2025科学素养测评框架的新动向及启示［J］.科普研究，2022（1）：52-58，102.

［3］黄健毅.国际基础教育科学学业测评的新趋向：基于PISA与TIMSS的比较研究［J］.中小学教师培训，2017（9）：74-78.

［4］中共中央 国务院关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见［EB/OL］.（2018-01-31）［2023-04-01］.http：//www.gov.cn/zhengce/2018-01/31/content_5262659.htm？trs=1.

［5］教育部办公厅关于加强小学科学教师培养的通知［EB/OL］.（2022-05-19）［2023-04-01］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A10/s7011/202205/t20220525_630368.html.

［6］徐淀芳.以教学方式变革和信息技术应用为抓手，深化课程改革［J］.上海课程教学研究，2019（2）：3-7.

［7］马扎诺，肯德尔.教育目标的新分类学：第2版［M］.高凌飚，吳有昌，苏峻，译.教育科学出版社，2012：66-68.

（责任编辑：朱晓灿）