德國高中科學新標準探析

肖龍海，金玉宏

（浙江大學教育學院，浙江杭州 310058）

2020年6月18日，德國高中科學科目的化育（Bildung）①“Bildung”在此處不譯為“教育”（education），因為在德語中“教育”對應的單詞是“Erziehung”。“Bildung”在很多語言中并沒有對應的單詞，較為接近的英語單詞為“formation”（塑造）。所以根據“Bildung”在德國教育理論中的特殊意義，并參考其他學者的翻譯將其譯為“化育”。標準——《高等學校入學資格生物、化學、物理化育標準》（Bildungsstandards im Fach Biologie/Chemie/Physik für die Allgemeine Hochschulreife，以下簡稱《高中科學標準》）②德國義務教育包括小學、中學I級和中學II級，中學II級相當于高中。該階段部分學生進入各類職業中學接受職業教育，部分升入文理中學的高中繼續學習，他們通過參加高中畢業考試獲得普通高校入學資格，然后進入大學學習。正式出臺。《高中科學標準》在德國文教部長聯席會議（Kultusministerkonferenz，KMK）的指導下，由教育質量發展研究所③教育質量發展研究所是隸屬于聯邦德國的科學機構，其主要任務是為國家教育標準研制測試任務，使其標準化，并定期展開趨勢評估，以檢測教育標準的落實情況。（Institut zur Qualit?tsentwicklung im Bildungswesen，IQB）組織協調，并與語言學、心理學等領域相關專家合作完成。伴隨著《高中科學標準》的頒布，IQB還提供了大量的學習任務，以此示范性說明如何在教學中發展各種能力。

德國是全球課程改革浪潮中最先開展課改的國家之一。20世紀初，德國在國際學生評估項目（Programme for International Student Assessment，PISA）和國際數學與科學趨勢研究（The Trends in International Mathematics and Science Study，TIMSS）中的表現欠佳，在德國社會各界引起震動。德國對教育體系進行反思后，決定從輸入型向輸出型轉變，推行全國統一的教學質量評估。首先，在2004年完成德國16個聯邦州的初中科學課程的統一，頒布《中學畢業證書科學（生物、化學、物理）化育標準》（簡稱《初中科學標準》）。2007年，成立了針對初中科學科目的全國初中科學標準評估項目（Evaluation of the National Educational Standards for Natural Sciences at the Lower Secondary Level，ESNaS），并已開展多輪全國性評估。[1]在《初中科學標準》和ESNaS的實證數據的基礎上，《高中科學標準》得以建立。值得注意的是，該標準還將2016年德國出臺的《數字世界化育戰略》（Bildung in der digitalen Welt）融入各項能力領域中。所以該標準不僅凝聚了德國科學教育改革的長期經驗和最新成果，還為德國社會的數字化轉型和“工業4.0”①工業4.0又稱為第四次工業革命，是德國提升工業競爭力的一項國家戰略。2011年在漢諾威工業博覽會上首次提出，其核心是智能的虛擬-實體系統（cyber-physical systems），在此基礎上實現智能制造。的國家戰略提供了人才培養的支持。

一、德國《高中科學標準》的框架

（一）秉承德國化育傳統

《高中科學標準》繼承了德國教育傳統，以實現“化育”為目標，并使其在科學科目中有了新的發展。德國的教育傳統與英美有著巨大的差異，并且較少受到美國的影響。[2]原因之一是其植根于德國哲學和文化，具有深厚的歷史積淀。其核心為“化育”，在經典理論中通常被稱為一般化育（Allgemeinbildung）[3]，意指在與社會、自然的互動中實現一個人全部品格（包括知識、道德、個性等）的發展，同時對社會發展作出積極貢獻[4][5]。這是一個發展批判意識、自我發現、以沉思或洞察力的形式獲得知識的過程。這一來源于神學，又經過洪堡和黑格爾等人的哲學闡釋的詞匯具有深刻的美學和道德意蘊，因此有著獨特的教育學意義[6]。《初中科學標準》將“化育”從人文和社會領域引入科學教育中，以實現自然科學的“基礎”化育為目標。《高中科學標準》將此概念提升為一般化育，即“通過培養科學能力從而實現可持續發展觀的化育，媒體的、價值觀的、消費者的和民主的化育，進而實現一般化育”[7]。因此，該標準從學科能力到基本概念和內容上進行了全面的深化，化育的傳統被有機地融入其中，特別強調個人與社會的互動且注重反思和批判。

（二）堅持能力導向

德國從課程改革以來，一直使用能力作為課程標準的導向。能力的專業化概念，最早在1974年由德國經濟學家迪特爾·梅騰斯（Dieter Mertens）提出，從職業發展的角度闡述了為應對未來挑戰，學生所應培養的能力[8]。之后聯合國教科文組織、經濟合作與發展組織、歐盟等紛紛作出響應，提出自己的能力模型。經濟合作與發展組織還邀請德國心理學家弗朗茨·維納特（Franz Weinert）對能力進行概念界定，維納特認為能力是“一個人或一群人成功解決復雜問題的必要先決條件”[9]。必要的先決條件不僅包括個人已經具備或通過學習獲得的知識和技能，還包括動機、意愿和社會準備等。這一點與德國的一般化育傳統形成呼應。

（三）建構結構化能力體系

《高中科學標準》以能力為目標與導向，構建了由能力領域、基本概念、主要內容三部分組成的結構化能力體系。

1.能力領域

能力領域規定了在高中階段結束準備進入高等院校時應獲得的能力，它由四部分組成：專業能力（Sachkompetenz，簡稱S）、獲知能力（Erkenntnisgewinnungskompetenz，簡稱E）、交流能力（Kommunikationskompetenz，簡稱K）和評估能力（Bewertungskompetenz，簡稱B）。2004年頒布的《初中科學標準》提出四個能力領域，以此將能力目標通過標準條目具體化，但其僅進行了羅列，不僅要求較低，還缺乏系統性和足夠的可操作性。該標準還提出了基本概念和有關內容知識，但基本概念與內容知識混雜在一起，羅列于其中的“專業能力”（在《初中科學標準》中稱為“學科知識”）[10]領域之下。這造成了一定的誤導，即能力等同于知識和技能。《高中科學標準》在《初中科學標準》的基礎上，明確了四個能力領域的定義及其分級劃分，進一步明確了能力、基本概念和內容三者的定位與聯系，建構了結構化能力體系（見圖1）。《高中科學標準》明確了“專業能力”的能力屬性，認為其應包括對概念和理論的認知、描述和解釋專業知識的能力以及在學科和日常中恰當地選擇和使用它們的能力。“獲知能力”指對自然科學思維和工作方式的認知，以及描述、解釋和聯系它們以理解或設計知識獲取過程，并反思其可能性和局限性的能力。“交流能力”指對技術語言、表述和論證結構的認知，以及利用它們獲取學科相關信息，并在面對不同受眾和情境時恰當地表述和交流信息的能力。“評估能力”指對技術和跨學科的視角與評估程序的認知，以及利用它們基于多種標準評估陳述和數據，從而提出有說服力的觀點，在道德的基礎上作出決定，并對決策過程及其后果進行反思。[11]

圖1 《高中科學標準》的能力結構示意圖

各能力領域又進行了三級劃分：能力領域—子領域—標準條目。能力領域劃分成遞進關系的子領域以實現具體化，子領域再通過標準條目進一步操作化。標準條目用“學科/能力+條目編號”的方式表示，生物=B、化學=C和物理=P，如 C/K1表示化學科目交流能力的第1條標準。

在子領域層級上，專業能力根據各學科自身特性（如生物、化學和物理）各不相同；而各學科的獲知能力、交流能力和評估能力在子領域層級完全一致（見圖1）。“獲知能力”按照“提出問題和假設—設計和展開調查—評估和反思方法”三個步驟劃分為子領域，最后再通過一個子領域規定了學生需要知道的科學知識生產特性（如可證偽性和可再現性）和標準（循證和理論導向）以及知識獲取的條件和性質。“交流能力”按照“獲取—準備—交流信息”劃分子領域。“評估能力”按照“評估—決策—反思”三個步驟劃分為三個子領域。各學科在具體的標準條目部分有一定的差異。各能力領域之間并非孤立存在的，而是相互滲透，具體條目也存在一定的交叉。例如，為了獲得專業能力領域的能力，需要知識獲取過程最后可以用于交流或評估科學事實。

2.基本概念

《高中科學標準》不僅將基本概念從能力領域中分離出來，明確了其在能力網絡中的基礎地位，還使其從主要內容中脫離出來，它是特定學科的共性概念，是知識體系的骨架。基本概念不與某一內容相對應，而是作為不同知識間的網絡鏈接點，最終幫助學生獲得能與其他自然科學和工程科學相連接的結構化知識。基本概念支持知識體系的構建，從而成為所有能力領域發展的基礎，為所有能力領域的能力深化和新能力的發展提供支持。

3.主要內容

主要內容是學生需要掌握的具體學科知識。在層級上處于底層的位置，是能力培養的具體落腳點。主要內容也以結構化方式呈現，在各學科中分為3～4個不同的內容領域，每個內容領域再劃分為基本和提高兩級要求。在廣度、深度和聯系水平上有了進一步提升。同時，對其具體的課時數作出了要求，其中基本內容要求的課時為2～3小時/周，提高內容要求的課時為4小時/周。

二、德國《高中科學標準》的特點

（一）回歸學科的基本概念

《高中科學標準》不僅將基本概念從能力領域中獨立出來，還提出了更具本學科視角的“基本概念”，伴隨著更具挑戰的學科內容，促進知識和能力的網絡化。“基本概念”是學科的上位概念，體現了學科知識的共性，是所有能力領域的基礎。但在《初中科學標準》中，基本概念的層次沒有得到統一，既有跨學科的共通概念，如“系統”，又有本學科的概念。《高中科學標準》將基本概念定位于學科水平。具體來看，生物學科將“系統”這一跨學科概念進行了進一步的區分，分離出具有重要生物學意義的概念。劃分為信息與交流、調節與控制以及物質與能量轉換三個基本概念（見表1）。物理的基本概念全面做出了深化，為“守恒與平衡、疊加與分量、數學化與預測、概率與確定性”。與《初中科學標準》“物質、相互作用、系統、能量”這些基本概念相比，更具有物理學科的特征，也更能體現出有一定深度的物理學科內容的普遍性。因此，在學科內“基本概念”使不同學科內容聯系成網絡，還提供了不同的視角。它們可以更好地促進學習的進階、知識的結構化和新知識的內化。

表1 德國科學標準中的基本概念

伴隨著“基本概念”學科屬性的明確，基本概念和主要內容之間形成網絡化體系。以物理學科的基本概念“疊加與分量”為例，它可以在不同的物理學領域與不同的物理學系統級別進行參照。它既是經典物理學中分析綜合方法的基礎，如相同物理量的疊加或將物理量分解成分量，包括力的疊加、電磁場中帶電粒子的運動、感應定律等內容；同時，在量子物理學中也有“量子疊加”這一術語。所以在《高中科學標準》中，幾乎每個內容領域都能由“疊加與分量”聯系起來，而同一個內容又可以通過其他基本概念進行理解。如“變化的電磁場”子內容領域中涉及帶電粒子物理量的“疊加與分量”，同時這一內容領域還有一項高級要求——“通過微積分形式歸納定律”，這又體現了“數學化和預測”這一基本概念。“數學化與預測”還在其他很多物理內容領域得到體現，如“量子物理”子內容領域有一項提高要求——“利用量子力學中波函數模的平方解釋隨機性”。

（二）全面融入的數字化戰略

未來社會正在不斷向數字化方向發展。在數字世界生活的能力正成為社會參與的核心要求，因為它們是成功的教育和職業道路發展的必要條件。在日益數字化和批判性反思的背景下學習，將是未來教育使命的重要組成部分。[12]但是將社會的數字化轉型融入教育系統教與學的過程是一個極其復雜的過程。德國《數字世界化育戰略》指出，學生數字能力的培養不應在單獨的學科中實施，而需要通過課程整合的方式融入各個學科。作為《數字世界化育戰略》頒布后制定的第一批學科標準，《高中科學標準》與數字化的化育戰略進行了深度的連接，主要體現在獲知能力、交流能力和評估能力三項中（見圖2）。

靜脈輸液是搶救、治療患者的有效措施和手段，同時又是一項十分復雜的侵襲性操作，一次操作會涉及到50多個步驟［1］。靜脈輸液風險可發生于輸液流程中各個環節，并且最有可能造成實際傷害［2］。靜脈輸液風險屬于醫療風險的一部分，是指存在于靜脈輸液過程中的可能會導致損失和傷殘事件的不確定性和可能發生的一切不安全事件［3］。靜脈輸液風險的正確識別是進行風險管理的前提，護理人員應做好風險識別以減少靜脈輸液過程中的各種風險［4］。本研究旨在通過專家咨詢法對靜脈輸液過程中涉及的風險環節及內容進行系統的梳理及完善，為臨床靜脈輸液風險管理提供依據。

圖2 數字能力相關的《高中科學標準》部分

首先，學生應具備學科相關數字化工具使用的能力。這與學生的獲知能力密切相關。因為數字化工具在科學研究中扮演著越來越重要的角色。在高中階段，這些數字化工具也越來越多地被引入進來，學生在高中畢業時應能了解、選擇和使用適合的工具，對數據進行記錄、顯示、模擬和評估。其次，學生應具備選擇、制作和呈現數字化媒體的能力。學生的交流能力包括獲取—準備—交流信息的能力。而這三者是連貫的整體，學生不是盲目地選擇新技術支持的媒體，而要能看到各種媒體類型的優勢和局限性。學生能對信息和數據及其來源始終保持批判的觀點是能力發展的一個重要目標。[13]

如在化學任務“鋁——是一種會帶來嚴重后果的輕金屬嗎？”（以下簡稱“鋁”，見表2）中，學生獲取的信息來源就有網頁和視頻等多種數字資源，并且有一定的時效性。在交流階段學生也需要使用數字化工具繪制流程圖、思維導圖并制作視頻，但是技術并不被放在首要位置，在選擇交流工具時，仍要根據不同情境的需求。如果只是在同伴間交流，則選擇更快捷的手繪草圖。

表2 化學任務“鋁——是一種會帶來嚴重后果的輕金屬嗎？”

（三）多元的評估方式

《高中科學標準》給出了德國科學科目高校入學資格考試（簡稱德國高考）的考試說明。該考試著重考查標準中要求的各項能力。為此，考試說明提出了三個等級的要求領域。

要求領域不是能力的分級，而是對同一能力領域內不同難度水平的劃分。如表3所示，各要求領域在信息相似性、對關系作出解釋和情境相似性三個方面逐級提升難度。鑒于高中學生的認知水平，德國高考重點考核要求領域II，要求領域I和III之間也是前者占比更大。但在考試中每個要求領域都要考核到。

表3 要求領域的區別

德國高考通過筆試和口試兩種形式，考查學生能力的不同方面。筆試內容幾乎覆蓋了《高中科學標準》的全部內容，考查四個能力領域、學科的基本概念和內容領域。筆試包括三個任務，每個任務劃分為多個相互獨立的子任務，要求某個任務解答出現障礙時，不會影響后續任務的完成。特別需要注意的是，要求每個子任務的分解不能過分詳細，否則會導致學生必須使用唯一的解決方案。而且在評估時，雖然有對應的參考解決方案，但是與參考解決方案不同的其他方案也會被平等地評估。考核任務分為資料任務和實踐任務兩類。資料任務包括對特定學科資料（文本、圖示、表格、模擬等）的解釋、評估、評論、翻譯和判斷，實踐任務包括觀測和數據的采集以及相關的計劃。

口試部分由演講和面試兩部分組成。演講時間不超過總面試時間的一半。學生通過演講要能提出一個問題的解決方案。面試則有更多技術和跨學科的問題。口語考試為考生提供機會來展示他們的交流能力和評估能力，并且還能用于考查他們對特定基本概念和內容理解的深度，還有處理問題時的靈活和敏捷程度。

（四）面向真實世界的教學任務

第一，真實任務驅動。IQB網站同步提供了61個真實情境任務，每個任務需要1～6課時及以上完成。教師可直接或分模塊將各子任務嵌入教學中。以化學任務“鋁”為例（見表2）。該任務的4個子任務的情境都來源于真實的工業生產和日常生活。需要解決的問題也是德國工業界和生活中熱烈討論的問題，如“鋁能否完全替代銅，鋁的廣泛使用是否對人體健康帶來嚴重后果”。情境依托的載體也是生活中真實接觸的各類網站、期刊、電影等。

第二，探究與知識學習緊密交織。在探究的過程中，學生需要反復回到概念和內容中，直到找到解決方案。通過工業生產中“鋁能否完全替代銅”這一問題的驅動，學生學習金屬結合力和鋁的金屬特性等有關內容。再通過生活中的問題“鋁箔包裝食物是否健康無害”，學生產生強烈的了解需求，從而通過實驗探究鋁的有關化學反應。最后通過一部揭露鋁的罪狀的紀錄片，提出“鋁是一種會帶來嚴重后果的輕金屬”。學生需要運用整個任務中學習到的概念和內容，提出最終解決方案。

第三，提出超越科學的解決方案。《高中科學標準》在交流能力領域強調有效的交流是針對不同情境展開的。情境可以從交流的目的、場景和面對的對象幾個方面劃分如下：（1）交流的目的，如陳述或說服；（2）交流的場景，如在實驗室、科學出版物上或公開演講；（3）面對的受眾，如專家、群眾或少年兒童。“評估能力”領域要求能從短期和長期、局部和全球以及從可持續發展的生態、社會、政治和經濟多方面視角展開評估。學生能區分描述性（科學）和規范性（倫理）陳述。學生應該能夠根據不同的目的與特定的場景，并針對不同的受眾設計自己的論文或演講。如化學任務“鋁”子任務4中學生通過扮演不同的角色身份，對鋁生產的經濟、生態和社會各方面進行評估，并從不同立場進行闡述。

三、德國《高中科學標準》體系建構經驗

在英美國家輕知識體系、強調跨學科與共通概念的背景下，德國《高中科學標準》展示了充分的文化自信及其對學科的高度重視。該標準以各學科所應具備的能力為出發點，發展出體現其化育傳統以及更具學科專業特性，并全面融合數字化的能力結構化體系。

（一）建構操作化目標體系

德國《高中科學標準》的結構化能力體系，為課程標準的可操作化提供了可能的方向。該標準明確了能力間的結構關系，并通過多層分級將能力進一步具體化、可操作化，進而為能力建立了操作化目標體系。這是從國家層面推動具體學科、教育科學、心理學和社會學專家以及一線教師共同參與制定，并通過長期、大規模的實證研究不斷修訂完善而成的。

（二）設計真實性學習任務

教師對課程標準理解的偏差最終會造成課程標準和教學實施出現“兩張皮”的現象。德國采取的策略是通過國家指定機構在線發布大量說明性教學任務，每一條標準條目都能找到對應的具體任務條目。教師不僅可以直接將這些任務嵌入教學，還便于教師通過任務深刻理解能力領域，進而創造性地設計教學。

另外，德國《高中科學標準》設計配套任務時依托于真實情境，鮮少對情境進行簡化和修訂。通過具有復雜性、不確定性的情境提出待解決的、開放的真實問題。在問題解決的過程中，通過細分子任務對能力進行培養，在設計真實性學習任務時，篩選與生產、生活聯系更密切的真實情境和真實問題，從而有效地激發學生探索求知的欲望，并實現其能力的發展。

（三）融合數字化學習能力

隨著5G、AI等技術的發展，數字化能力已經是未來社會的必備能力之一。德國放棄了單獨增加數字化課程這種相對更容易實現的方法，而是選擇了更費力地將數字化融入傳統學科的策略。究其原因，數字化本身并不是獨立存在的，它早已滲透到社會、經濟、生活的方方面面。同時，德國沒有將數字化能力的化育窄化為單純的技能培養。而是與化育的哲學思想相融合。在技術至上的思潮中，仍然以人的全面發展為目標，《高中課程標準》的方方面面都體現了對數字化的反思。所以，在培養數字化能力時，教育獨立性的保持是不可忽視的一個方面。

（四）實施多元化學習評價

德國《高中科學標準》規定考試基于任務展開，包括了筆試和口試兩種形式，并強調任務方案的非唯一性。通過不同的任務類型和三級要求，有針對性地評估學生的不同能力和能力的不同水平。對于傳統紙筆測試不易評價的交流和評估能力，可以通過口試進行更深入的考查。從考試任務的設計到評價，都體現了從答案“唯一正確”向問題解決方案“多樣合理”的轉變。