國內外小學生科學學科能力解析

于學清

學科教育旨在傳授學科知識并發展學生特定心理能力，即培養學生的學科能力。科學學科能力，即是在科學學科教育的認知活動中形成和發展，并在學科認知活動中運用的特殊能力，是個體在學校科學課程活動中所習得并運用的認知能力。重視小學生科學學科能力的培養是基礎教育改革和發展的必然要求，對改進我國小學科學教學實踐和提高評價水平具有重要意義。

一、國外科學學科能力研究

國外對科學學科能力的研究主要聚焦在其表現標準及其評價研究上。

（一）基于課程目標及表現標準的研究

美國對學生科學學科能力的研究具有代表意義。1985年，美國促進科學協會聯合美國科學院、聯邦教育部等12個機構啟動的一項面向21世紀、致力于科學知識普及的中小學課程改革工程“2061計劃”，它代表著美國基礎教育課程和教學改革的趨勢。計劃中不僅繪制了科學素養的進展圖，對不同年段學生應具備的基本學科能力進行了描述，還鼓勵教師采用更多的圖形化教學方式，以培養學生的科學學科能力。

強調科學探索要建立在搜集證據和邏輯推理的相互作用上，指出學生們應該能夠對事物進行準確的觀察和描述，并了解為什么它們對科學探索十分重要。①

加拿大安大略省科學課程標準把科學學科能力劃分為實驗技能、研究技能和技術問題解決技能三個維度，②并借助學習進程理論對能力表現標準進行了細化。③此外，新加坡《小學科學課程標準（2008）》鼓勵教師提供機會讓學生運用科學概念、技能，對身邊的科學現象進行探究活動，把小學生科學能力細分為觀察、比較、分類、使用儀器和工具、交流、推理、預測、分析、形成可能性、評價和形成假說等十一個能力要素。④

澳大利亞課程標準按照學生所處低、中、高的不同年段，把學生學習內容和技能發展分為六個由低到高的水平，其中水平六為拓展性學習結果。⑤

（二）基于科學評測框架的研究

“國際學生評估項目（PISA）”、“美國國家教育進程評估（NAEP）”及“國際數學和科學趨勢研究（TIMSS）”是國際上涵蓋科學學科的三大教育評價項目，具有獨特的測試框架，依據不同的評價理念，采取不同的評估方式來實現對學生科學學科能力的發展評估。

1. PISA。PISA針對15歲兒童的閱讀素養、數學素養和科學素養進行評估，每3年一次。在大多數OECD成員國，這個年齡的學生正處于義務教育末期，用所學知識適應未來社會是他們的主要任務。所以PISA側重對學生能力、態度等方面的評價，強調運用已學知識和已具備的技能、態度去解決問題的能力。這種運用已學知識、態度和技能去解決不同情境中問題的能力也被稱為“素養”。以PISA2006⑥為例，框架把學生應用科學知識的能力分為識別科學議題、解釋科學現象、基于證據得出科學結論三個維度。

2. NAEP。NAEP是一項只在美國本土進行的評價項目，因此有關該測試框架的文獻較少。它是由美國教育統計中心開展的全國學生學業成就評價體系，旨在衡量美國教育目標達成與否，在全美范圍內具有一定的權威性。科學部分評估以科學內容和科學實踐為內容來獲得學生科學學科能力的信息，評測對象為四、八及十二年級學生。NAEP很好地反映了《美國國家科學課程標準》中的理念。

3. TIMSS。TIMSS是由國際教育成就評價協會（IEA）主辦的國際測試項目，每四年一個周期，考察對象為四年級和八年級學生，其框架由內容和認知兩個維度構成。以TIMSS2011四年級框架為例，內容維度包括生命科學、物質科學以及地球科學，認知能力則包括知道、應用和推理。“知道”指學生需要知道的科學事實、過程和概念；“應用”指學生在問題情境中應具備的知識應用和概念理解的能力；“推理”指學生針對新情境、復雜關系或多步驟的問題提出非常規的解決方案的能力⑦。

二、國內科學學科能力研究

國內學者的研究主要集中在學科能力的界定、學科能力要素構建和借助結構模型進行評價研究，有關中學生的科學學科能力研究比重較大，小學生的相關研究則較少提及。

（一）學科能力界定、要素建構及評價

曹琦明等提出并構建了中學化學學科能力的三維模型（內容、過程以及情境維度）及其層級模型，并通過信度和效度檢驗了模型的有效性⑧。陳花蕊結合當前中學生科學學習理論和科學教育研究的趨勢，強調學生通過學習理解科學知識事實、技能過程，逐漸形成科學實踐的能力，并參考國際科學評估項目的理論框架，把中學生科學能力的構成要素劃分為科學概念、科學符號、科學模型、科學定量和科學實驗五個維度⑨。胡衛平認為中學生基本的科學能力是觀察能力、實驗能力和科學思維能力⑩。抽象思維能力、形象思維能力是科學思維能力的兩大基本成分，二者的有機結合構成直覺思維能力。同時，研究還建立了中學生基本的三維科學學科能力結構模型。

黃星艷等人借助Rasch模型對學科能力評估的數據進行分析，使評測的評分更加精確，為評測提供信效度信息，在編制學科能力評測框架或試題以及改進測試評分標準方面提供了有價值的信息{11}。

（二）小學科學課程標準中的小學科學學科能力

《科學（3～6年級）課程標準》（以下簡稱《標準》）強調科學探究的重要性，認為科學探究是科學學習的中心環節，科學學科能力的形成依賴于學生的學習和探究活動，并制定了科學探究的具體內容標準。內容標準部分指出“科學探究不僅涉及提出問題、猜想問題、制定計劃、觀察、實驗、制作、搜集證據、進行解釋、表達與交流等活動，還涉及對科學探究的認識，如科學探究的特征”。盡管《課標》中未明確提出學科能力，但是細化了科學探究的內容標準：認識科學探究，提出問題，猜想與假設，制定計劃，觀察、實驗、制作，搜集整理信息，思考與結論，表達與交流八個要素，可解讀為小學生科學學科能力。

三、國內外科學學科能力研究比較

通過對上述資料的梳理，不難發現國內外科學教育都重視能力的培養。國外課程標準中制定了較為細致的能力表現標準，對于學生需要達到的認知能力做了具體規定，比較細致，操作性很強；有的還針對不同年段學生劃分了學習進程，學生在什么年級，學科能力發展到何種階段，都有具體描述。同時，國外重視科學評估項目的開發和研究，其框架設計關注內容和認知兩個領域都強調探究的重要，對探究過程中學生所要發展的學科能力進行了維度上的劃分，各維度有更細致的能力表現標準。但此類研究還缺乏結合課程并適應不同學段課程學習的具體框架，其評價結果主要面向社會或進行國際比較。

四、啟示

依據以上分析并借鑒已有研究成果，對研究者及一線教師有如下啟示：

（一）借鑒國際科學測評框架研究

國外研究普遍認為科學學科能力能夠利用內容及認知的二維框架進行界定和構建，不同評價機構基于不同的研究視角及評測理念，通過多次大規模評測，建立了具有可操作、可測評的標準。因此，國際測試框架不僅已經成為研究科學教育公平性、科學教育的效果等熱點問題的有力工具，也為研究我國科學教育體系的質量、公平和效率提供重要參考。由于框架在試卷結構、難度、對科學探究的考察程度、對學生科學概念的學習進程的考察等各方面的合理性，所建構的能力維度及要素所顯示出較高的科學性和穩定性，為研究者和一線教師提供了重要參考。

（二）科學探究是培養學生學科能力的重要途徑

能力是學生的心理能力和技能，是其思維過程，因此學科能力不能被直接觀察到，必須通過學生在具體活動中的表現來評價。科學探究對發展學生的科學學科能力具有不可替代的作用，是學生積極主動地獲取科學知識、認識和解決科學問題的重要實踐活動。科學探究具有一般規律和一定的方法和步驟，多種探究活動的實施不僅培養、發展學生的學科能力，也是學生的多項學科能力共同參與的體現。科學探究是一個受多種因素影響的、多層面的、多種實現方式的、不斷循環和上升的復雜過程，是科學家發現自然規律、獲取科學知識的主要過程和方法。探究活動中學生像科學家那樣進行研究和解釋自然世界的活動，充分理解科學知識并獲得科學家那樣系統的探究科學本質的方法，掌握了探究活動的一般規律，針對具體的活動提出問題并通過合理的假設、方法的設計，逐步解決并得出結論，逐步穩定形成學生的科學學科能力。

注釋：

①美國科學促進會.科學素養的導航圖[M].北京：科學普及出版社，2008.

②王祖浩.國內外科學學科能力體系的建構研究及其啟示[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叢立新，章燕主編譯.澳大利亞課程標準[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.中學化學學科能力考查模型的構建及應用[J].考試與招生，2013（6）：49-55.

⑨陳花蕊.中學生科學學科能力的框（下轉 87頁）（上接 14頁）架建構與測量研究[D].華東師范大學，2012.

{10}胡衛平.論中學生科學能力的結構[J].中國教育學刊，2001（6）：20-23.

{11}黃星艷.代測驗多面Rasch技術在學科能力測評中的應用[D].浙江師范大學，2011.