生物學核心素養模型構建的國際經驗與啟示

鄭晨清 陳秉初

（浙江師范大學生命科學學院 浙江金華 321004）

目前很多國家都啟動了以培養學生核心素養為指向，研制學科核心素養模型，明確課程標準，深化學習測評的研究。 其中學科核心素養模型作為學科課程實施與評價的靈魂，是連接學生發展核心素養與課程標準的樞紐，有著極其重要的地位［1］。 我國新一輪課程改革指出應將教育目標具體落實為學生核心素養的培養，明確學科核心素養的核心地位，凸顯學科育人價值。生物學作為高中教育階段的核心課程，在課程改革過程中面臨著“如何明確新的課程標準，如何落實學科核心素養，如何進行學業測評”等實際難題。 學科核心素養模型作為一種能夠系統地描述在解決特定領域問題時所需素養的理論框架，代表著人們對該學科教育價值本質的認識與表達，也是學科教育或課程標準的內在邏輯［1，4］。因而有助于更好地認識和解決上述難題，十分重要。本文通過介紹與分析別國的相關經驗，以期為我國生物學核心素養模型的構建提供借鑒與啟示。

1 生物學核心素養的內涵及其模型構建的意義

1.1 生物學核心素養的內涵 學科核心素養是連接教育目的和教育實踐的橋梁，是具有學科特質、解決實際問題的關鍵能力和必備品格［2］。 我國于2017年頒布了新的普通高中生物學課程標準，明確了生物學核心素養由科學思維、科學探究、生命觀念、社會責任4 個要素構成［3］。 其具體內涵如下：

1）科學思維。科學思維主要指綜合分析、抽象概括、批評與反思性思維、構建模型、推理論證等思維方式和方法。對于注重邏輯性、科學性的生物學而言，科學思維是其重要的思維方法。

2）科學探究。科學探究在生物學中指觀察、提出問題、設計并實施方案、獲取數據并分析、交流與討論等一整套能力體系，這些對于生物學等實驗科學來說是不可或缺的。

3）生命觀念。 生命觀念指在生物學的系統學習中，不斷對基礎知識和學習過程進行反思和總結，進而轉化為對生物學的概括性認識和總體看法。 具體表現為能夠應用學科知識，發展學科思想，培養處理各種問題的主觀意識或思維習慣。

4）社會責任。 社會責任要求學生關心與生物學相關的社會熱點問題，借助所學知識參與社會事務，做出理性解釋和判斷，并嘗試探索、解決生產生活中相關學科問題。

1.2 生物學核心素養模型構建的意義 作為生物學課程實施與評價的依據，生物學核心素養模型的構建有著重要意義，主要體現在以下3 個方面。

1）明確生物學課程標準，推進其落實。生物學課程標準是落實生物學教育目標的重要依據，它體現了生物學的學科本質及獨有的育人價值。 學科核心素養模型代表了人們對學科教育價值本質的認識與表達，并以學習領域或內容、學習機會或標準、 表現標準或水平等要素呈現學科課程標準［1］，所以生物學核心素養模型的構建有助于生物學課程標準的明確與落實。

2）明確學業質量標準，促進學業測評發展。 楊向東指出學業質量標準要突出學科核心素養模型的核心地位，應按照“教育總體目標—素養模型—學業質量標準”的思路進行研制［4］。 可見，核心素養模型的構建在明確學業質量標準的過程中處于核心地位。 此外，基于學科核心素養的學業測評應明確核心素養的內涵及其表現水平、 學科的認知結構，這與核心素養模型的構建目標相符合。 因此構建生物學核心素養模型有助于科學地設置檢驗學生核心素養水平的測驗內容,促進學業測評的發展。

3）助推一線教師對生物學核心素養的理解，將核心素養落實到教學實處。 當下我國生物學教育目標旨在培養學生的生物學核心素養，凸顯生物學育人價值。 但目前很多一線教師在落實這個目標時可能存在以下困難：第1，無法明確把握核心素養中各要素的具體內涵，例如忽視了生命觀念的本質是以生物學概念為基礎，解釋并探究生命活動的品格與能力，而簡單地將其等同于生物學的基本知識與概念；第2，在理清核心素養各要素間關系上存在困難，缺乏核心素養的整體性培養能力，例如無法認識到科學思維與科學探究兩者之間的相互依存關系。 核心素養模型包含了各要素之間的界定及各要素之間相關關系明確［5］，從而有助于一線教師對生物學核心素養的準確理解，做到在實際教學中真正的落實。

2 國際學科核心素養模型的結構特征

在以“學科核心素養”為導向的課程改革過程中，核心素養模型的構建起著十分重要的作用。德國、 美國等國家在其國家課程標準及相關測評中對學科素養模型的研究已有了初步成果。 本文選取了其中幾個具有代表性的模型進行分析，為我國生物學核心素養模型的構建提供借鑒。

2.1 德國理科素養模型 德國國家課程標準（2005）將物理學、化學、生物學的學科素養分解為4 個不同的領域：學科知識、認識論和方法論、科學交流、 判斷，并在此基礎上建立了學科素養模型，旨在明確教育方向及目標。 以物理學素養模型為例（圖1）［5］，該模型由基本概念（basic concepts）、素養領域（area of competence）、素養水平（level）3個維度構成。

圖1 德國物理學素養模型

其中，“基本概念”包括系統、物質、相互作用、能量4 個方面，旨在為學生構建一個連貫的知識框架，并且呈現不同領域不同科學現象之間的內在結構關系；“素養領域”中4 個方面的學科素養是國家期望每位學生在完成物理學教育時所應掌握的基本內容和最低要求；“素養水平”維度體現的則是物理學科的3 種認知要求，目的在于描述學生在基本概念及素養領域等方面應當達到的認知程度。

2.2 澳大利亞科學素養模型 2005年，澳大利亞在整合物理學、化學、生物學3 門學科基礎上提出了科學素養模型［6］（圖2）。 該模型也由3 個維度構成，具體包含：復雜度（complexity）、學科素養（subject competence）、實踐素養（competence of acting），但在具體表述上不同于德國的理科素養模型。 其中“復雜度”體現了澳大利亞科學課程的3種認知要求，旨在描述學生在科學課程中達到的認知程度；“學科素養”則包含了科學課程的4 大學科主題，涵蓋了主要的學科內容，為學生提供了科學課程學習的主要線索，目的在于幫助學生把握學科核心概念，形成核心知識體系；“實踐素養”包含觀察與習得、探究與操作、評價與應用3個方面，明確了科學課程要求學生所應習得的學科關鍵能力。

圖2 澳大利亞科學素養模型

比較上述2 個素養模型發現，兩者具有以下幾個相似之處：1）2 個模型中提出的素養水平和復雜度實質上都在描述學習過程中學生所要達到的認知程度，體現了學科的認知要求；2）2 個模型中提出的基本概念和學科素養雖在具體描述上有所不同，但都涵蓋了主要學科主題，旨在幫助學生構建核心知識框架；3）2 個模型中提出的素養領域和實踐素養本質上都體現了學科的關鍵能力與必備品格，規定了學生應當習得的學科素養。因而兩者所包含的3 個維度實際上可轉化為學科主題、認知要求及學科素養3 個方面。

此外，2 個模型中各維度的構成要素之間具有相互促進作用，并呈現前后遞進的關系。以德國素養模型中的素養領域維度為例，形成學科認識論和方法論需要以學科知識為基礎，反過來認識論和方法論又能促進學生對于學科知識的掌握。2個模型均能系統地呈現在解決特定問題時涉及到的學科主題、應達到的認知要求、所需要的學科素養。 將模型中3 個維度中所達到的相應要素連接在一起可形成3 維矩陣結構，此結構可清晰地呈現在學習某一學科主題時學生應具備的素養能力和應達到的認知要求，也能為教師明確相應的教學目標和教學方向提供幫助，對于學科測評及相關試題的編制具有指導意義。例如，以分子與細胞作為學科主題，并依次列出細胞的分子組成、結構、代謝、生命進程4 個子主題構成主題序列，以生命觀念這一核心素養作為學科素養，根據新課標將其4 個素養水平組成學科素養水平序列，以理解、應用、分析、評價構成認知要求序列，從而形成測評矩陣，用以測量學習某一學科主題時學生應具備的素養能力和應達到的認知要求（如圖3所示）。

圖3 生物核心素養測評矩陣結構

2.3 美國新版K-12 科學教育框架 美國國家研究理事會于2011年研制發布了美國新版K-12科學教育框架，該框架由科學和工程的實踐、跨學科概念、學科核心概念3 個維度構成，明確了學生在高中畢業時應具備的科學能力、 科學觀念及科學知識，為美國新科學教育的課程標準制定與落實提供了指南，可以認為是學科核心素養模型的另一種表現形式，如表1 所示［7］。

表1 美國新版K-12 科學教育框架

該框架中，“科學和工程的實踐”指出了學生在K-12 階段應掌握的8 項科學能力，各科學能力在認知程度上體現了再現、 聯結和應用3 個層次要求。 例如，提出問題（科學）與創立解釋（科學）需要學生做到明確問題對應的科學知識，并將科學知識與問題本質相聯系，從而對問題做出科學的解釋，體現了再現、聯結2 個認知要求。 “跨學科概念”確立了科學教育中貫穿于各科學領域的基本原理、概念與過程，有助于學生形成系統的科學觀念。 以上2 個維度實質上包含了學生在學習科學課程時所應具備的關鍵能力和必備品格，屬于科學課程的學科素養。 “學科核心概念”則包含了科學課程的四大學科主題，即物質科學，生命科學，地球與空間科學，工程、技術和科學應用，涵蓋了科學課程的核心知識。

因此，該科學教育框架的3 個維度體現了學科素養、認知要求、學科主題3 個方面，與德國物理學素養模型、 澳大利亞科學素養模型的架構基本相同。此外，該框架指出科學教育中每門學科的教學都要以學科核心概念為學習主線，整合跨學科概念和實踐，實現科學與工程的實踐、跨領域概念和學科核心概念的三維整合［7］。 這表明每個學科主題的教學都應綜合考慮相應的學科素養和認知要求，與德國、澳大利亞提出的學科素養模型觀點是相同的。 但是，該框架與德國、澳大利亞的素養模型之間也存在2 個明顯的差異：第1，此框架中沒有明確將認知要求單獨作為1 個維度，而是將其包含在學科素養之中。 第2，該框架從科學和工程的實踐與跨學科概念2 個維度分別體現了科學課程要求學生習得的關鍵能力與科學觀念，細化了學科素養。

2.4 PISA 科學測評框架 基于學科核心素養的評價背景，國際上典型的學科測評框架（如PISA）開始從學科主題、學科素養、認知要求、任務情景等各方面入手［1］，重點檢測學生對于學科核心素養的掌握情況，以及在實際情境中解決問題的能力。 這對學科核心素養模型的認識與構建具有重要的借鑒作用。

PISA的科學測評框架（如圖4）［8］由知識（knowledge）、素養（competencies）、背景（context）3 個方面構成。

圖4 PISA 科學測評框架

其中“知識”包含了科學基本概念、科學探究、科學解釋，即科學學科主題；“素養”則包含識別科學問題、 科學地解釋現象、 使用科學證據3 個方面，體現了再現、聯結、應用3 種認知要求；“背景”表明要將科學能力與知識運用到真實場景中，體現了問題情境設置在學科測評過程中的重要性。因此，該框架實際上包含了學科主題、學科素養、認知要求、問題情境4 個維度。根據這4 個維度能檢測出學生在科學領域中解決特定問題時所應具備的素養類型、認知要求、學科主題，與學科核心素養模型的作用是一致的。所以，在構建學科核心素養模型的基礎上，應深入學科學業質量標準及測評的研究，從而有助于落實基于學科核心素養的學業質量測評。

3 國際經驗對我國構建生物學核心素養模型的啟示

目前，我國生物學課程改革正處于以學科核心素養為統領的新課程標準的試行階段，落實生物學核心素養已成為現階段課程與教學改革的主要研究目標與任務。 分析上述各國學科素養模型及其結構特征，對我國構建生物學核心素養模型具有以下幾方面的啟示：

3.1 明確生物學核心素養模型的構成維度及內在結構 構建生物學核心素養模型的關鍵之一在于確定模型的構成維度，通過上文對幾個國際模型的分析發現，構建學科核心素養模型一般涉及學科素養、學科主題、認知要求、問題情境等幾個維度，其中學科素養、學科主題在各模型中明確指出，因此兩者必不可少。而認知要求的表現有2 種形式，一是包含于其他維度中（一般包含在學科素養維度），二是在模型中明確作為一個維度提出。問題情境在測評框架中被作為一個重要的維度，旨在檢測學生在實際情境中解決問題的能力。 因此，在確定我國生物學核心素養模型的具體維度時應基于生物學教育的特征及課程改革現狀，并充分考慮以下3 個問題：第1，是否將認知要求包含于其他維度中，這要求在明確生物學核心素養各要素內涵的基礎上分析其是否能夠體現出生物學的認知要求體系；第2，是否將問題情境作為模型中的一個維度，或將問題情境融于學科主題中，在問題情境下對學科主題進行描述；第3，如何明確生物學課程中每個學科主題的既定教學目標及教學方向，以期為各維度的確定提供理論基礎。

3.2 細化生物學核心素養模型各維度的具體構成 落實生物學核心素養模型各維度中的具體構成要素也是構建模型的重要內容。基于本研究，應在確定基本維度的基礎上進行以下幾個方面努力：第1，深入分析當前我國生物學的教材及課程標準，系統歸納梳理出課程的主要知識體系，從而確定學科主題包含的具體內容，形成學科主題序列。 第2，從明確的學科主題、學科核心素養和學業質量標準入手，分析生物學認知要求體系，明確認知要求類型和程度。 第3，在落實各維度具體構成要素的基礎上分析要素之間的結構與關系。

3.3 深化落實學業質量標準與測評研究 培養學生的核心素養作為當下的教育目標，對我國各學科的學業質量標準與測評的確定與落實具有指向作用。 學業質量標準與測評反過來又能幫助了解和明確我國學生核心素養的達成水平，所以對于學業質量標準與測評的深入研究十分必要。 學科核心素養模型作為兩者的中間紐帶，可為相應的研究提供理論基礎。因此，在素養模型構建基礎上深化落實學業質量標準與測評的研究可以在以下方面做出努力：第1，針對我國當前生物學教育水平和學習質量狀況進行基于大數據的調研分析，以充分理解和把握生物學教育與學生學業水平的實際狀況。 第2，進行學業質量標準的國際比較，分析與借鑒別國落實學業質量標準的理論基礎與實踐經驗，為我國學業質量標準的落實提供借鑒與啟示。 第3，分析當下生物學學業質量測評標準，以核心素養評價為指導，進一步探討科學合理的學業測評體系與方法。