基于文本挖掘的2022版与2011版《义务教育物理课程标准》比较研究

杨英恺 何述平 李 乙

(1. 陕西省安康中学,陕西 安康 725000; 2. 西北师范大学教师教育学院,甘肃 兰州 730070; 3. 安康学院教育学院,陕西 安康 725000)

课程标准是国家规范基础教育课程的纲领性文件,是教育行政部门推进课程改革的指导性文件,亦是编写教材、教师教学和考试命题的文本依据.2022年4月,中华人民共和国教育部颁布了《义务教育物理课程标准(2022年版)》.这标志着我国初中物理课程改革进入新阶段,与核心素养导向的高中物理课程改革全面接轨.为更好地了解义务教育物理课程改革的变化,以《义务教育物理课程标准(2022年版)》(以下简称2022版课标)和《义务教育物理课程标准(2011年版)》(以下简称2011版课标)中的文本内容为载体,[1,2]对两版课标进行比较分析,揭示两版课标的异同,分析差异背后的原因,力求深入了解课标文本呈现上的特点,为一线教师应用课标进行教学提供参考.

1 研究设计

1.1 研究对象

2022版课标和2011版课标的文本内容.

1.2 研究问题

两版课标在“关键词”使用频率和文本语义的属性上有何异同?

1.3 研究方法

以文本挖掘法和比较研究法为主要研究方法.

课程标准作为课程目标和课程内容的呈现载体,是反映课程性质和基本理念的文本依据.文本挖掘法则是对课标文本内容进行定量研究的方法,能有效呈现大数据视角下某一关键词对文本内容的重要程度,[3,4]厘清课标的研究要点及各高频词之间的关系.本研究采用ROSTCM6软件提取两版课标中的关键词,绘制共现知识图谱,并着重统计描述核心素养的关键词频率,以期获取两版课标文本呈现上的要点.

2 结果与分析

2.1 两版课标中呈现的高频词

2.1.1 课标中高频词分析

本研究先对课标进行预处理,在研读文本的基础上校正段落及格式,利用ROSTCM6软件进行分词、关键词提取,如表1和表2所示.对比表1和表2不难发现,两版课标均围绕“学生”“实验”“教学”“问题”“课程”等关键词展开,但2022版课标中“教学”“问题”“设计”“实践”等词的词频较2011版课标有大幅提升.

表1 2022版课标高频关键词(前40个)

表2 2011版课标高频关键词(前40个)

“教学”作为2022版课标中前3的高频词,在2022版课标中的词频亦有了大幅增长.对比2011版课标,变化如下:(1) 新增了“教学提示”,结合具体教学内容,给出了具体的活动建议和教学提示,突出了教学策略和情境选择的合理性,为教师进行教学设计给出了参考.(2) “教学内容”进行了变革,新增了“实验探究”和“跨学科实践”作为课程内容主题,强化了教学内容的系统性,更为注重教学中的实验和实践环节.例如,课标给出了“人体中的杠杆”这一跨学科实践的参考案例,可以运用“肱二头肌带动桡骨绕肘关节转动”作为“杠杆”一节中课题引入、概念建构的情境素材.可见新增的“实验探究”和“跨学科实践”内容主题,对教学实践的优化给出了指导和建议.(3) 新增“学业质量”部分,与课程目标、学业要求形成了可测可评“目标-评价”体系,可以更好地指导教师检验教学的效果,[5]凸显了教学的目标性和有效性.

2022版课标中“问题”一词词频大幅提升,位居第4位.梳理2022版课标中“问题”一词的分布,该词遍布课标内容的始终,主要出现在内容要求、学业要求、教学提示和实施建议中.由此可见,2022版课标强调在真实问题情境中进行物理教学,旨在培养学生分析问题、解决问题的本领和思维.国际科学教育非常关注科学实践,认为应在科学探究的基础上关注学生进行实践的能动性,强调自主学习.[6]在2022版课标中,“实践”一词的词频较2011版课标提升巨大,体现了与国际接轨的教育理念.其中,“实践活动”“跨学科实践”等高频词的内涵亦表明了2022版课标注重学生科学实践的过程,亦注重通过跨学科实践实现教学的减负增效.

2.1.2 两版课标的语义网络分析

关键词频率可以呈现两版课标在文本内容呈现上的侧重点,但缺少对文本语义的属性研究,因此对两版课标采用语义网络分析,利用内嵌软件NetDraw对高频词进行共现分析,以了解各文本要点之间的联系,更加深入地认识课标内容和侧重点的变化.

通过语义分析,可以绘制两版课标的关键词语义结构,且能较为形象地呈现出各关键词要点之间的联系.共现图谱中方块面积的大小,代表该词出现频率的高低.其次,两个关键词之间的指向箭头多少代表两关键词的关联度大小.如图1所示,2011版课标中的高频词以“学生”“学习”“过程”“教学”“课程”等为中心,向四周分布.其中,“学生”一词无论词频还是箭头数均为最大,呈现了2011版课标立足于学生的理念.“实验”“探究”“问题”“知识”等词簇构成2011版课标文本的重点.由图1可知,图形中部关键词较为密集,四周单箭头指向关键词较为稀疏,说明2011版课标的核心要点比较突出,但文本内容结构有待进一步完善.

对比发现,相较于2011版课标,2022版课标中心词汇无明显变化,但语义网络结构词汇数目明显增多.这表明了2022版课标关键词间的语义联系更加紧密,文本内容结构更加完善(如图2所示).其中,以“学生”为首的中心词汇四周单箭头关键词数量相较2011版课标明显增多,体现出2022版课标立足于学生的倾向进一步增强.此外,2011版课标“知识”一词的箭头数大于“能力”的,而2022版课标“能力”一词的箭头数大于“知识”的,表明了2022版课标更加注重学生能力的发展.显然,透过相关词簇,可以发现学生能力发展的有效途径,即在问题、实验、探究中运用知识,发展能力,进而实现核心素养的形成和提升.

图2 2022版课标关键词共现知识图谱

2.2 描述物理学科核心素养的关键词

2.2.1 描述物理学科核心素养的关键词

2022版课标的核心变化在于凝练了义务教育阶段物理学科核心素养,以核心素养为纲领对物理课程内容进行了调整,研制学业质量标准,并对教学方式提出了新的建议.[7-9]基于文本挖掘视角,提取2022版课标中4大物理学科核心素养文本内容中的关键词.例如,对于物理观念——从物理学视角形成的关于物质、运动、相互作用、能量等内容的总体认识,是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华,是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础.[2]提取关键词为形成、物质、运动、相互作用、能量、认识、物理概念、物理规律、提炼、升华、解释、现象、解决、问题、基础.

首先,通过上述方法提取描述4大物理学科核心素养的关键词74个,发现其中有的关键词只出现在一个物理学科核心素养的描述中,有的关键词出现在两个及以上的物理学科核心素养的描述中.[10]因此,将前者归类为“独有关键词”,后者归类为“非独有关键词”.“独有关键词”表示某一物理学科核心素养的独有特征,“非独有关键词”表示物理学科核心素养的普遍特征.其次,按照关键词的词性,还可以将这些关键词分为名词和动词.动词表示学生物理学习的某一过程,名词表示学生物理学习的某一内容.用“独有关键词+名词/动词”表示某一物理学科核心素养反映的独特的物理学习的内容或过程(如表3所示);用“非独有关键词+名词/动词”表示物理学科核心素养反映的普遍的物理学习的内容或过程(如表4、表5所示).

表3 物理学科核心素养独有关键词

表4 物理学科核心素养非独有关键词(动词)

表5 物理学科核心素养非独有关键词(名词)

2.2.2 独有关键词统计分析

利用文本挖掘软件ROSTCM6统计在2011版课标和2022版课标中独有关键词的频次,统计结果如表6、表7所示.

表6 独有关键词(名词)频率统计

表7 独有关键词(动词)频率统计

(1) 物理观念.

由表6、表7可知,2022版课标中物理观念素养的独有关键词频率均高于2011版.其中,“能量”一词的频率增长最为显著,是2011版的2.14倍,频率增长40,说明2022版课标非常关注能量观念的形成.由于能量的前概念众多且顽固,引导学生建立合理的能量观念对教师教学设计提出了较高要求,[11]能量词频的大幅提升亦表明了2022版课标对能量观念的重视.“提炼”“升华”两词为2022版课标新增,主要出现在对物理观念的描述性语句.“解决”一词在动词中频率增长最大;“解决”作为动词,一般有处理问题并获取结果之意,而解决问题的过程同样伴随着学生知识的内化,有助于物理观念的形成.[12]因此,教师在理解和培养学生物理观念时,应着重于应用物理知识解决问题的过程.

(2) 科学思维.

分析可知,“物理模型”在2011版课标中没有提及,而2022版增加到了5个,“建构”“推理”“论证”“质疑”则是分别从2011版中的2个、1个、6个、3个增加到了2022版中的9个、9个、9个、7个.虽然用词频率不高,但也说明了模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新4个方面在2022版课标中受到关注.另一方面,科学方法是有效促成学生科学思维的重要途径.[13]2022版课标中“方法”一词的频率低于2011版,但“分析”“综合”“抽象”“概括”等科学方法关键词词频却有大幅提升,分别为2011版的2.08倍、5倍、2.5倍和1.25倍.表明了在2022版课标中,对科学方法进行了具体化的呈现,对学生需要学习和运用的科学方法提出了更为细致的要求.由此可见,2022版课标注重通过科学方法的运用,发展学生的科学思维.此外,科学思维中独有关键词变化最为明显,有些甚至出现了从无到有的变化.所以教师应当注重科学方法教育,为思维发展创造条件.

(3) 科学探究.

科学探究既是建构概念规律、学习科学方法的过程,又是在科学探究过程中开展活动的能力.[14]数据表明,科学探究素养的独有关键词中,动词数目明显多于名词.这体现了科学探究既是能力又是过程的双重属性,亦凸显了科学探究“在过程中发展能力”的特点.独有关键词(名词)中,2022版课标“实验”一词的频率略低于2011版,“方案”“信息”“证据”“结果”词频相比2011版增长显著,分别为2011版的3.6倍、2.8倍、2.4倍、1.6倍.有学者认为科学探究注重在探究方案、处理信息、搜集证据、获取结果等方面加深学生对科学探究的理解.[15,16]因此,“方案”“信息”“证据”“结果”等表明实践环节的关键词词频增加,可以说明2022版课标更关注能够落实科学探究素养的实践环节.

就独有关键词(动词)而言,2022版课标“观察”一词词频较2011版有所下降,“提出”一词词频基本持平,“猜想”“假设”“处理”“设计”“反思”词频均有明显增幅,分别为2011版的2倍、4倍、2.3倍、2倍和1.5倍.由于“猜想”与“假设”两词易模糊其含义,对此作出解释:“猜想”是指不知其真假的叙述,“假设”则是指科学研究中根据已有事实和认知提出的假定性说明.假设一定是一种猜想,但猜想不一定是一种假设.可以发现,“假设”词频增长最为显著.这表明了2022版课标在科学探究中,鼓励学生大胆猜想,但更注重根据事实提出合理假设的能力.

(4) 科学·态度与责任.

2022版课标中科学·态度与责任素养的独有关键词频率均高于2011版,在独有关键词(名词)中“技术”“社会”“环境”“关系”等词词频变化明显.科学·态度与责任是情感、态度与价值观的整合与发展,新增了对科学本质认识的要求,升华了STSE教育理念的内涵.[17]独有关键词(名词)的变化体现了2022版课标强调从科学本质和STSE教育的角度展现物理学的应用性和艺术性.在独有关键词(动词)中2022版“探索”一词与2011版基本持平,“实现”一词词频相比2011版提升巨大,是2011版的2.75倍.对2022版课标中“实现”一词进行位置检索,主要出现在学业要求中“养成实现中华民族伟大复兴的责任感与使命感”.因此,教师在教学中,应以进阶的眼光制订科学·态度与责任形成的目标体系,引导学生在形成对科学本质认识的基础上,养成严谨务实、坚毅求真等科学态度,进而过渡到对社会、民族、国家的神圣使命和责任感,逐步完成科学·态度与责任的形成.

2.2.3 非独有关键词统计分析

分析表8可知,2022版课标与2011版关键词词频差异显著.尤其是“问题”一词在两版课标中都明显高于其他关键词频率.一方面可以说明,两版课标都很重视物理学习中的问题意识,强调“问题”为导向的课程编排;另一方面2022版课标问题词频为2011版的1.74倍,词频增长高达61,说明2022版课标强化了“问题”导向的课程编排和教学思路,亦表明了“问题”是有效发展学生核心素养的重要途径.2022版课标中“证据”“关系”两词词频分别为2011版课标的2.44倍和1.87倍.

表8 非独有关键词频率统计

“证据”一词在2011版课标中主要出现在“进行实验与收集证据”,而2022版课标则新增了根据证据获取结果的表述.因此“证据”词频的增加表明了2022版课标希望通过搜集和处理证据的过程发展学生的核心素养.“关系”一词旨在表述描述事物之间相互作用、相互影响的状态,在2011版课标中主要强调各物理概念之间的关系,而2022版课标中新增了一定数量STSE之间关系、核心素养要素之间关系等表述.可见2022版课标更加注重核心素养的整体性,注重核心素养4大要素的相互协调,共同发展.“过程”一词词频在2022版课标中明显下降,主要在于2011版课标中存在“过程与方法”的三维目标.如不考虑“过程与方法”,两版课标中“过程”词频基本保持不变.

非独有关键词(动词)视角下,2022版课标“形成”“认识”“解释”词频均有显著增长,为2011版的3.67倍、1.64倍和3.88倍.“形成”一词在2011版课标中主要指的是形成概念、形成结论,而在2022版课标中则新增了形成物理观念、形成意识等.“认识”在2011版课标中主要为描述知识与技能水平的行为动词,2022版课标中用来描述多个核心素养(物理观念、科学思维、科学·态度与责任)的要素.“形成”和“认识”的词频提升,表明了2022版课标对学生提出了更高的要求,亦体现了不同核心素养之间的相辅相成,共同促成学生能力和品格的发展.“解释”指在观察的基础上思考,对事物变化的原因、事物间的关系或事物发展规律作出的说明.“解释”词频的大幅提升,体现了2022版课标鼓励学生表达自己的想法,在表达想法的过程中,完成知识内化和能力的提升.

综上所述,教师在理解义务教育阶段物理学科核心素养时,应坚持问题为导向的教学理念,注重学生搜集和处理证据的经历,强化运用物理知识解释现象过程,引导学生理解物理知识、方法之间的关系,凸显4大核心素养的相辅相成,以期全面提升学生的物理学科核心素养.

3 研究结论

关键词频率和语义网络结构表明:两版课标高频关键词频率有所变化,而语义网络结构中心词汇基本保持不变.从宏观上看,2022版课标在文本呈现上基本继承了2011版,但2022版课标的内容结构更为完善,具体表现在以下两个方面.

3.1 凝练核心素养,突出内涵与实践的统一

描述物理学科核心素养的关键词在两版课标中几乎都有出现,只是频率有所不同,由此说明2022版课标凝练的物理学科核心素养是基于2011版的总结与升华.“实验”“问题”“设计”等描述核心素养的关键词处于2022版课标高频关键词的前列,说明了核心素养的关键词表征与2022版课标整体的文本内容呈现高度的一致性.这种一致性指明了物理学科核心素养内涵与教学实践途径的统一,亦体现出大数据视角下物理学科核心素养在2022版课标中处于至关重要的地位.

3.2 注重学生全面发展,突出教学方式的革新

两版课标的语义网络结构中心词汇变化不大,但2022版课标“学生”一词边缘单箭头指向关键词数目明显增多,表明了注重学生知识、态度、能力等方面全面发展.这也是物理学科核心素养的应有之义.核心素养的提出和课程内容主题的巨变对教师制订教学框架提出了新的要求.分析2022版课标词频增长前三甲的“教学”“问题”“设计”,可以发现这3个关键词都是有关教学实践的词汇,则是突出了2022版课标在教学方式上的革新.一方面,2022版课标对教学实施提出了更详尽的指导建议;另一方面,更为注重培养学生的问题意识和问题解决能力;最后一个方面,突出了教师教学设计对课标的二次开发,强调结合情境和学情对不同教学环节的设计.

4 建议

4.1 关注新旧课标文本表述的变化

关键词频率和语义结构的变化表明了课标在文本呈现上具有一定差异,一线教师可以尝试关注两版课标文本表述的异同,尤其是核心素养关键词和教学提示的表述上有哪些变化.核心素养关键词变化可以认识核心素养的要求在课标中具体体现在哪些方面,以便更好地以核心素养为导向制订教学目标、检验教学效果.教学提示凸显教学的情境性和策略性,对教师进行教学具有重要参考.

4.2 教师应秉持问题导向的教学思路

物理学作为情境性很强的学科,需要以“问题”作为学生学习物理知识、分析实际问题的背景.问题不仅是一节课开始的引入环节,还是学生应用物理知识解决实际问题的过程,是活化物理知识,达成核心素养的重要途径.教师在日常教学中,不仅需要引导学生养成发现问题的意识,还需要培养学生分析问题、应用物理知识解决问题的能力,逐步发展学生的物理学科核心素养.因此,建议教师结合物理课程特点,以物理学科核心素养为基准,以问题为主线贯穿物理课程实施过程的始终,为核心素养的形成和发展保驾护航.

4.3 以课标变化为基准,突出教学设计的创新

教师进行教学设计时需要考虑物理课程的整体性,以应对物理学科核心素养的新要求和课程内容主题的巨大变化.一方面,教师应具备单元教学设计的意识,在深度钻研课程内容变化的基础上,尝试以大概念视角从宏观上对教学内容进行整合与重构;[18]另一方面,关注2022版课标教学提示中的教学策略和情境素材建议,必要时亦可自行挖掘贴合学情的情境素材,创造发展核心素养的有效情境.