基于思維型教學理論的科學課程核心素養測評工具研發

王碧梅

人才質量的提高，科學技術的發展，既是社會發展的需求，也是教育教學實踐的根本要求。教育教學實踐，尤其是科學課程教學對于國民科學與技術素養的提高起到了奠基性作用。自2016年“中國學生發展核心素養”發布后，掀起了教育教學改革的又一浪潮，大量教學實踐將教學目標轉為學生核心素養的培養，眾多學者和一線教師也在積極探索學生核心素養培養的路徑，然而卻不能對目標的實現程度進行準確判斷。基于此，本文將重點介紹思維型教學理論指導下的科學課程核心素養測評工具的研發與實施。

思維型教學理論對課程核心素養測評工具研發的意義

新時代的教學注重學生核心素養的培養，而思維型教學的目標便是指向核心素養。思維型科學課堂教學理論由胡衛平（2002）[1]提出。該理論是以林崇德的“思維的心理結構模型”[2]和“好思維（goodthinking）”為基礎，強調在教學中教師應該做到“5個關注”。

關注學生對知識的深度理解，對方法的靈活應用

思維型教學理論強調在學習過程中學生思維的積極、主動參與，并且能有批判意識，既能做到“學思結合”“察類明故”，又能有“盡信書不如無書”的深度思考。深度思考有利于學生對知識的深度理解。然而對知識的理解不能停步于書面，而應踐行于實踐。故思維型教學理論還強調學生對知識的應用遷移，能夠從一般知識遷移到特殊知識，從一般問題遷移到典型問題，真正做到“學—思—行”合一。這一理念與科學課程核心素養提倡“科學觀念與應用”的內涵密切吻合。

關注學生高階思維的培養

思維型教學理論“以思維能力的培養為核心，引領核心素養的協調發展”[3]。在思維能力中，該理論重點強調學生批判思維和創新思維能力的培養。學生對知識的深度理解需要以一般思維為基礎，以高階思維為核心。在學習過程中，學生要對知識進行深度學習，就需要做到“大疑”，因為“大疑”是“大悟”的核心。同時又不能被先儒的知識輪廓所禁錮，應該有“各持一說，以爭鳴于天下”的創新精神。思維型教學的這一理念與科學課程核心素養的“科學思維與創新”素養相吻合。

關注學生合作與交流能力的培養

合作與交流能力是21世紀人才綜合競爭力的重要指標，也是檢測教學目標落實與否的重要依據。合作與交流能力中包含的關鍵能力便是思維能力。如何實現與他人的高效合作和有效溝通，關鍵都在于思維能力。教師的教學組織與實施是在與學生的合作與交流之間進行，學生知識的學習也是在與自我和他人的合作與交流之間進行。因而，教學要關注學生合作與交流能力的培養。這一理念也與科學課程核心素養提倡的“科學探究與交流”素養相一致。

關注學生內驅力的激發和學習力的培養

思維型教學理論關注學生學習力的培養，強調教學過程中激發學生的內在學習動機和培養學生的自主學習能力。學習動機是學習的源泉，而內部動機是最持久和穩定的動機，思維型教學強調創設真實情境，引發學生的認知沖突，進而激發學生的內在動機。同時，又強調學習過程中要以知識的自主建構、過程的自我監控為要旨，培養學生的學習力。這一理念完全符合科學課程核心素養的“科學責任與態度”素養。

關注學生創新素質的發展

在經濟合作與發展組織（OECD）制定的《學習羅盤2030》和世界經濟論壇制定的“教育4.0全球框架”中都從不同角度提出創新對于未來教育的重要性。教育強調創新，教學關注創新，學習的本質是思維，而創新的核心是思維。思維是創新的核心，是學生核心素養發展的基礎。思維型教學理論強調思維，科學課程核心素養也強調思維。可知，二者在思維的重要性上達成共識。

基于思維型教學理論研發科學課程核心素養測評工具

學生科學課程核心素養測評維度的確定

學生科學課程核心素養測評維度研制的依據包括：各國科學教育標準、小學科學課程標準、科學核心素養、科學教學和學習科學的本質、PISA測試、TIMSS測試等。通過對上述依據采用文本分析，發現：①學生探究能力的重要性;②注重學生問題解決能力、思維能力、科學學習能力、識圖能力、推理能力等的培養;③基于證據的解釋或對現象的描述;④對所學知識的遷移應用;⑤了解和理解相關科學事實、概念、原理等;⑥培養學生的交流合作能力;⑦能夠識別并提出科學問題;⑧了解實驗設計的原則，了解數據精確度的重要性;⑨注重科學、技能、社會、環境的相互聯系;⑩學生對科學技能、方法的掌握和使用。這10個要點是上述依據共同關注的維度，故在學生科學課程核心素養測評維度開發中將其凝練為以下3點：①“大概念”“核心概念”“相關概念”的教學和學習;②科學推理、科學研究、科學論證等能力的掌握和使用;③科學思維能力的養成。

學生科學課程核心素養測評試題的構成

以上述維度為指導，結合學生學習的過程和知識形成的過程，遵循科學知識的邏輯順序，研制了學生科學課程核心素養測評試題，該試題采用紙筆測試方式，總共有7道大題。這7道大題的題項涉及到科學知識、概念、原則、科學問題的提出、科學探究能力、推理能力、科學思維能力幾個方面。經過檢測和分析，7道大題均滿足以下3個條件：①試題內容需符合學生的認知水平;②試題難易程度適當，且具有很好的信效度、區分度;③試題能反映學生的科學核心素養和能力水平。

“思維源于問題，問題起于情境”[4]。情境的創設是學生科學學習和探究興趣激發的首要環節，也是科學推理和論證的重要線索，更是遷移應用的邏輯起點。故試題采用情境測試的模式，先給學生創設一個情境，在情境中給學生提供一些不完全的線索，讓學生根據情境中的線索解決相關問題。創設的情境都是與學生日常生活密切相關的情境，因為“科學探究能力評價的關鍵應該是創設情境，考查學生在具體情境中‘使用’而非‘識別’探究技能的能力”[5]。量表的情境如下。

星期天，萊西、辛巴、朱莉、安妮和丹尼5個小朋友一起去參觀海洋世界，他們在海洋世界里，認識了很多海洋生物，有海龜、海豹、烏賊、海豚、珊瑚、扇貝、牡蠣、海帶、水草等。此外，他們還認識了很多海底巖石。為了探索海洋世界的神秘，5個小朋友合作記錄了所觀察到的海洋動物，將其整理成表格，并上網查找了相關知識。但是在探索過程中，他們遇到了很多問題，你能幫助他們解決這些問題嗎？

情境中的海洋世界是小朋友都比較熟悉的一個娛樂場景，與學生的日常生活實際是比較接近的，在這樣比較熟悉的場景中設置相關問題，既便于學生理解問題發生的情境，也便于學生理解問題的相關內容和側重點。基于這樣的問題情境，設計了7道大題的內容。

第1題：請根據表中信息回答：①墨魚吃什么？②所有用鰓呼吸的海洋動物都是否還具有其他共同的特征？如果有，是什么？

這道題考查的是學生對圖表中信息的觀察能力和識別能力，看圖能力是小學《科學》4年級下冊的相關內容，研究選擇的樣本是5年級學生，因此，這一能力的測量對于他們而言應該是相對比較簡單的，而這個問題的答案在相對應的表格內就能找到相關信息。不過第1道題的第2個小問題除了測試看圖能力外，還涉及到了對圖表信息的整理加工能力，因為這個題的答案，不能直接從圖表中找到相關信息，需要將圖表中涉及到的信息進行整合，進而推理出答案。

第2題：表中的信息，并未填寫完整，請根據下面提示，將信息補充完整：①貝殼是軟體動物;②海龜以海藻為食。

這道題考查的是學生整理信息的能力，題項中給出了相對應的信息，學生需要將這些信息填寫到想對應的表格中，這道題與第1道題是相互聯系的，第1道題是在圖表中尋找歸納相關信息，第2道題是在圖表中填寫、整理相關信息，雖然都是看圖解決問題的能力，但是在分支能力上又各有側重。

第3題：請根據表中給出的海洋生物的捕食信息，繪制食物鏈。

這道題主要考查學生3個方面的知識與能力。一是結合前面的看圖整理識別信息的能力，讓學生在圖表中尋找到與問題相關的信息。二是相關科學知識、概念、原理。食物鏈是小學《科學》5年級上冊的內容，學生學過這方面的知識就會清楚地知道食物鏈必須有生產者，而生產者一般都是綠色植物，但是圖表中并沒有給出綠色植物，而這一信息的獲得必須依賴于第2道題的內容。所以這道題也是在第2道題的基礎上創設的情境問題。三是圖形繪制能力。食物鏈是一個通過吃與被吃的關系，將生物與其他生物之間緊密聯系起來的一種形態，這種形態有著獨特的序列方式，而這種序列方式就是表明生物之間關系的一種方式，因此，如何繪制出這一關系也是本題考查的另一個重點。

第4題：請根據材料內容和表中信息，對海洋動物進行描述。

該題考查的是學生的交流能力、信息匯總能力和描述能力。通過書面形式，讓學生將圖表中的信息進行匯總、凝練，并使用相關科學詞匯和術語描述出圖表中的主要信息。交流能力、描述能力和信息匯總能力也是科學的學科能力，是學生必備的技能。在這道題中，學生可以結合前面3道題中的相關內容，進行匯總和表述。在描述過程中，學生對科學術語的使用也是本題考查的另一個重要內容。如何正確、準確地描述或表達是科學學習的根本要求。在表達中，既能判斷出學生的論證能力，也能判斷出學生的科學思維能力。

第5題：5位小朋友繪制的表格顯示，鯊魚主要以魚等海洋動物為食，但并沒有說清楚，鯊魚更喜歡吃哪些魚類。問題如下：①假如你有足夠的鯉魚、草魚、黑魚、墨魚、比目魚和鯊魚，你怎樣才能找出鯊魚最喜歡吃哪種食物？②你怎樣才能確保每條鯊魚都有自由和公平的機會選擇自己喜歡吃的食物？③你怎樣判斷鯊魚最喜歡吃哪種食物？

該題考查的是學生在情境中使用探究性技能解決問題的能力，里面涉及以下幾個方面的內容。一是學生的問題識別能力。通過情境中的問題，讓學生識別哪些問題是科學問題，能夠進行科學探究，并以此提出相應假設，制訂簡單的科學探究活動計劃。二是學生的實驗設計能力，通過問題情境，讓學生自己設計實驗，驗證自己的假設。通過這樣的方式，能夠測量出學生對對比實驗的相關知識的掌握情況，比如說變量的關系、實驗設計的原則、實驗設備的使用等。三是學生的數據收集、處理、使用能力。通過探究性實驗設計，學生如何收集相關數據，如何處理數據，如何使用數據解釋或論證假設也是本題考查的內容。5年級學生必須學會簡單的實驗數據的收集、處理能力，懂得利用假設和理論決定要收集的數據和類型，能夠了解實驗數據精確度的重要性，懂得有必要通過多次測量提高數據的信度。此外還需要能夠使用數據解釋、支持自己的假設。四是學生的科學推理能力。通過簡單的實驗設計，學生能夠推斷出鯊魚最愛吃的魚是哪一種。推理能力也是科學課程能力中比較核心的能力之一，也是本題考察的一個方面。五是學生的科學論證能力。科學論證能力是在前面的實驗設計、科學推理的基礎上，進行的論證實驗假設的能力，該能力是科學課程能力的另一個核心能力，是學生的必備技能。該題涉及的內容均是科學核心素養的相關要求，也是科學教學和學習科學最為核心的內容。

第6題：除了5位小朋友給出的信息，你還想知道關于鯊魚的什么科學知識？請盡可能多地寫出你想探究的科學問題。

該題考查的是學生通過觀察圖表中給出的情境性信息，發現和提出問題的能力。科學問題的提出能力是科學教學能力的核心能力之一，是科學教學和學習科學的核心要素，也是各國科學課程標準中涉及到的相關能力。本題通過讓學生在情境中，識別出哪些問題是科學問題，哪些問題能夠采用科學的方式進行探究，評價學生的科學核心素養。

第7題：請按照表格的形式，將你所喜歡的陸地動物，繪制成1張表格。動物類別、名稱都不限制，請盡可能多地寫出你所喜歡的動物的特性。

該題考查的是學生的科學思維能力中的遷移應用能力，也就是學生將所學的知識、技能、方法等遷移應用到其他領域中，解決其他問題的能力。在情境中，給出了相關的繪制表格的形式及一些簡要內容，學生可以將情境中給出的信息和自己日常生活中所熟悉的一些事物聯系起來，繪制出相似的表格。這道題是整合了上述所有題項的相關內容，既有科學知識、概念、原理，也有科學探究、推理、論證等的使用，是一道復合、開放試題。該題能夠測量出學生多方面的能力。

學生科學課程核心素養測評試題的測試和質量分析

為了檢驗該工具的信效度，研究選取了2個5年級教學班的學生作為被試，進行試測。學生樣本人數總計有100人，其中男生49人，女生51人。實測采用紙筆測驗的方式，通過對回收的試卷進行難度、區分度和信度的檢測，發現，該套試題的難度為0.437，區分度為0.512，信度為0.867，可知該測試卷質量很好，能夠用于大面積測評。