化学学科能力及其表现研究

　　摘要：本研究构建了化学学科能力的内涵构成及其活动表现与的系统模型；确立了“学习理解、应用实践、迁移创新”导向的化学学科能力要素及其表现指标，基于Rasch模型开发学科能力表现测评工具，获得高中生化学学科能力表现的大样本数据，诊断学生“学习理解、应用实践、迁移创新”导向的化学学科能力表现水平现状，明确在当前课程教学条件下学生化学学科能力发展存在的突出问题，提出促进学生学科能力发展的化学教学改革建议。

　　关键词：化学学科能力；核心素养；能力表现；认识发展性教学；

　　作者简介：王磊(1963—)，女，北京人，北京师范大学化学学院/未来教育高精尖创新中心教授，主要从事科学教育和化学教育研究。

　　《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中指出，“教育部将组织研究提出学生发展核心素养体系，明确学生应具备的必备品格和关键能力”，“根据核心素养体系，明确学生完成不同学段、不同年级、不同学科学习内容后应该达到的程度要求”。可见，建立学科内容与核心素养的关联，基于学科特定的认知或特定的活动将能力发展目标具体化，是深入推进基础教育课程改革必须面对和解决的问题。

　　为了明确化学学习对学生能力和素养发展的贡献，描述学生化学学科能力素养的发展路径，了解学生化学学科能力素养的发展现状，并在此基础上开展基于学科能力素养的评价和指向学科能力提升的教学改进研究与实践，课题组1开展了“中学生化学学科能力表现研究”。几年来，课题组围绕内涵实质、知识经验基础、活动表现等化学学科能力的基本问题进行理论研究，研制了化学学科能力表现指标体系，开发了测评工具，选取部分省市中学生样本进行了测试研究，并在实验学校开展了促进化学学科能力发展的教学改进研究与实践。本文概要介绍其中的部分成果。

　　一、化学学科能力构成及其表现的理论研究

　　(一)已有研究概述

　　国外有关科学领域学科能力及其表现的研究主要反映在科学教育研究期刊、科学教育课程文件和科学学业成就国际测试评价中，内容涉及科学思考、科学素养、科学学业成就的内涵、表现和进阶。科学教育研究期刊的代表性论文涉及以下科学能力：批判思考能力[1]、问题解决能力[2]、科学推理能力[3]、表征能力[4]、科学探究能力[5]、论证能力[6]、得出结论的能力[7]、控制变量的能力[8]等。

　　美国《国家科学教育标准》对学生在科学教育领域的能力要求包括理解科学知识，用科学推理做出决策、进行解释，以科学合理方式行动，具备科学信息和基于科学信息推理以架构、计划和实施探究等。[9]NRC提出科学能力主要包括知道、使用和解读对自然界的科学解释，产生和评价科学证据与解释，理解科学知识的本质和发展，高效地参与科学实践和科学论辩四个方面。[10]科学共同课程框架(草案)中指明了所有学生在高中毕业时应该学完的知识和实践。包括维度一，强调具体学科观念，将学科观念分成了物理科学、生命科学、地球和空间科学以及工程和技术科学四个领域。维度二，贯穿科学学科并带有应用性的交叉概念。维度三，描述科学和工程学实践。该标准将科学探究扩展到科学实践，科学实践用于发展科学理论，形成新的研究领域，以及问题解决和探究策略。既包括探究过程中的认知性的实践活动，也包括物理性的实践活动等。具体的科学实践能力包括：提出问题、构建模型、变换可检验的假设、收集、分析和处理数据、形成和评判争论、交流和理解科学和技术文本、应用科学知识等。[11]

　　国际重要学生学业成就测试对学科能力及表现的要求：(1)TIMSS(2015)的科学测试框架由认知水平和内容领域两个主要方面构成。内容领域包括：生命科学、化学、物理和地球科学。认知水平包括：知识知道、应用和推理。(2)PISA(2015)的科学测试强调在现实生活中创造性运用基本知识的能力，围绕科学素养的四个方面：科学知识、科学态度、科学能力和情境脉络。其中科学知识通常指用作理解主要事实、概念及解读理论的基本科学知识。包括自然界的知识及科技工艺的知识(即内容知识)；所有科学探究形式里的程序和使用策略的陈述性知识(即程序性知识)；以及如何在科学学科中进行辩证和确认的陈述性知识(即认识观知识)。其测评内容包含物理学系统(包含物理、化学两门学科)、生物学系统以及地球与太空科学系统。科学能力特指科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地阐述资料和证据。科学态度包括对科学的兴趣、对科学探究的评价以及对环境的觉知。(3)NAEP(2009)评价框架由4个部分组成：学科领域(地球、物质和生命科学)，知与行能力(概念理解、科学研究、实际推理)，科学本质(科学和技术发展史、体现科学和技术特征的思维习惯、探究方法和问题解决)，统一的概念(模型、系统、变化方式)。NAEP(2009)评价框架中的物质科学领域含有“物质”“能量”和“运动”三大主题。科学能力维度包括“识别科学原理”“运用科学原理”“运用科学探究”“运用技术设计”，此框架描绘了期待学生在这四类科学能力上的表现。还提出了4种认知(知识)类型：陈述性知识、程序性知识、图式知识和策略性知识。

　　国内学者关于化学学科能力及其表现的研究，主要是基于冯忠良先生的类化经验论的能力观[12]界定化学学科能力的内涵。例如，王磊认为化学科学能力是对化学科学活动起到直接的稳定的调节作用的个体心理特性。[13]王祖浩、杨玉琴认为化学学科能力是学生在学校化学学科的认知活动或化学问题解决活动中形成和发展起来的，并且在这类活动中所表现出来的比较稳固的心理特征，同时它本身就是成功地完成这类活动所必须的条件。[14]关于化学学科能力的构成主要包括接受、吸收、整合化学信息的能力，分析和解决化学问题的能力，化学实验与探究能力[15][16]；化学观察能力、化学实验能力、化学抽象思维能力、化学微观想象能力、化学自学能力、化学应用和创造能力[17]等。

　　综观已有的关于科学能力和化学学科能力的研究成果，国际上比较侧重对于一般科学能力的测评研究，缺少对化学学科能力构成和表现的研究；国内关于化学学科能力的研究比较多理论探讨，缺少实际测评研究；比较偏重某种能力的研究，缺少能力表现、内涵实质和知识经验的整合研究。

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