基于文本挖掘的2022版與2011版《義務教育物理課程標準》比較研究

楊英愷 何述平 李 乙

(1. 陜西省安康中學,陜西 安康 725000; 2. 西北師范大學教師教育學院,甘肅 蘭州 730070; 3. 安康學院教育學院,陜西 安康 725000)

課程標準是國家規范基礎教育課程的綱領性文件,是教育行政部門推進課程改革的指導性文件,亦是編寫教材、教師教學和考試命題的文本依據.2022年4月,中華人民共和國教育部頒布了《義務教育物理課程標準(2022年版)》.這標志著我國初中物理課程改革進入新階段,與核心素養導向的高中物理課程改革全面接軌.為更好地了解義務教育物理課程改革的變化,以《義務教育物理課程標準(2022年版)》(以下簡稱2022版課標)和《義務教育物理課程標準(2011年版)》(以下簡稱2011版課標)中的文本內容為載體,[1,2]對兩版課標進行比較分析,揭示兩版課標的異同,分析差異背后的原因,力求深入了解課標文本呈現上的特點,為一線教師應用課標進行教學提供參考.

1 研究設計

1.1 研究對象

2022版課標和2011版課標的文本內容.

1.2 研究問題

兩版課標在“關鍵詞”使用頻率和文本語義的屬性上有何異同?

1.3 研究方法

以文本挖掘法和比較研究法為主要研究方法.

課程標準作為課程目標和課程內容的呈現載體,是反映課程性質和基本理念的文本依據.文本挖掘法則是對課標文本內容進行定量研究的方法,能有效呈現大數據視角下某一關鍵詞對文本內容的重要程度,[3,4]厘清課標的研究要點及各高頻詞之間的關系.本研究采用ROSTCM6軟件提取兩版課標中的關鍵詞,繪制共現知識圖譜,并著重統計描述核心素養的關鍵詞頻率,以期獲取兩版課標文本呈現上的要點.

2 結果與分析

2.1 兩版課標中呈現的高頻詞

2.1.1 課標中高頻詞分析

本研究先對課標進行預處理,在研讀文本的基礎上校正段落及格式,利用ROSTCM6軟件進行分詞、關鍵詞提取,如表1和表2所示.對比表1和表2不難發現,兩版課標均圍繞“學生”“實驗”“教學”“問題”“課程”等關鍵詞展開,但2022版課標中“教學”“問題”“設計”“實踐”等詞的詞頻較2011版課標有大幅提升.

表1 2022版課標高頻關鍵詞(前40個)

表2 2011版課標高頻關鍵詞(前40個)

“教學”作為2022版課標中前3的高頻詞,在2022版課標中的詞頻亦有了大幅增長.對比2011版課標,變化如下:(1) 新增了“教學提示”,結合具體教學內容,給出了具體的活動建議和教學提示,突出了教學策略和情境選擇的合理性,為教師進行教學設計給出了參考.(2) “教學內容”進行了變革,新增了“實驗探究”和“跨學科實踐”作為課程內容主題,強化了教學內容的系統性,更為注重教學中的實驗和實踐環節.例如,課標給出了“人體中的杠桿”這一跨學科實踐的參考案例,可以運用“肱二頭肌帶動橈骨繞肘關節轉動”作為“杠桿”一節中課題引入、概念建構的情境素材.可見新增的“實驗探究”和“跨學科實踐”內容主題,對教學實踐的優化給出了指導和建議.(3) 新增“學業質量”部分,與課程目標、學業要求形成了可測可評“目標-評價”體系,可以更好地指導教師檢驗教學的效果,[5]凸顯了教學的目標性和有效性.

2022版課標中“問題”一詞詞頻大幅提升,位居第4位.梳理2022版課標中“問題”一詞的分布,該詞遍布課標內容的始終,主要出現在內容要求、學業要求、教學提示和實施建議中.由此可見,2022版課標強調在真實問題情境中進行物理教學,旨在培養學生分析問題、解決問題的本領和思維.國際科學教育非常關注科學實踐,認為應在科學探究的基礎上關注學生進行實踐的能動性,強調自主學習.[6]在2022版課標中,“實踐”一詞的詞頻較2011版課標提升巨大,體現了與國際接軌的教育理念.其中,“實踐活動”“跨學科實踐”等高頻詞的內涵亦表明了2022版課標注重學生科學實踐的過程,亦注重通過跨學科實踐實現教學的減負增效.

2.1.2 兩版課標的語義網絡分析

關鍵詞頻率可以呈現兩版課標在文本內容呈現上的側重點,但缺少對文本語義的屬性研究,因此對兩版課標采用語義網絡分析,利用內嵌軟件NetDraw對高頻詞進行共現分析,以了解各文本要點之間的聯系,更加深入地認識課標內容和側重點的變化.

通過語義分析,可以繪制兩版課標的關鍵詞語義結構,且能較為形象地呈現出各關鍵詞要點之間的聯系.共現圖譜中方塊面積的大小,代表該詞出現頻率的高低.其次,兩個關鍵詞之間的指向箭頭多少代表兩關鍵詞的關聯度大小.如圖1所示,2011版課標中的高頻詞以“學生”“學習”“過程”“教學”“課程”等為中心,向四周分布.其中,“學生”一詞無論詞頻還是箭頭數均為最大,呈現了2011版課標立足于學生的理念.“實驗”“探究”“問題”“知識”等詞簇構成2011版課標文本的重點.由圖1可知,圖形中部關鍵詞較為密集,四周單箭頭指向關鍵詞較為稀疏,說明2011版課標的核心要點比較突出,但文本內容結構有待進一步完善.

對比發現,相較于2011版課標,2022版課標中心詞匯無明顯變化,但語義網絡結構詞匯數目明顯增多.這表明了2022版課標關鍵詞間的語義聯系更加緊密,文本內容結構更加完善(如圖2所示).其中,以“學生”為首的中心詞匯四周單箭頭關鍵詞數量相較2011版課標明顯增多,體現出2022版課標立足于學生的傾向進一步增強.此外,2011版課標“知識”一詞的箭頭數大于“能力”的,而2022版課標“能力”一詞的箭頭數大于“知識”的,表明了2022版課標更加注重學生能力的發展.顯然,透過相關詞簇,可以發現學生能力發展的有效途徑,即在問題、實驗、探究中運用知識,發展能力,進而實現核心素養的形成和提升.

圖2 2022版課標關鍵詞共現知識圖譜

2.2 描述物理學科核心素養的關鍵詞

2.2.1 描述物理學科核心素養的關鍵詞

2022版課標的核心變化在于凝練了義務教育階段物理學科核心素養,以核心素養為綱領對物理課程內容進行了調整,研制學業質量標準,并對教學方式提出了新的建議.[7-9]基于文本挖掘視角,提取2022版課標中4大物理學科核心素養文本內容中的關鍵詞.例如,對于物理觀念——從物理學視角形成的關于物質、運動、相互作用、能量等內容的總體認識,是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華,是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎.[2]提取關鍵詞為形成、物質、運動、相互作用、能量、認識、物理概念、物理規律、提煉、升華、解釋、現象、解決、問題、基礎.

首先,通過上述方法提取描述4大物理學科核心素養的關鍵詞74個,發現其中有的關鍵詞只出現在一個物理學科核心素養的描述中,有的關鍵詞出現在兩個及以上的物理學科核心素養的描述中.[10]因此,將前者歸類為“獨有關鍵詞”,后者歸類為“非獨有關鍵詞”.“獨有關鍵詞”表示某一物理學科核心素養的獨有特征,“非獨有關鍵詞”表示物理學科核心素養的普遍特征.其次,按照關鍵詞的詞性,還可以將這些關鍵詞分為名詞和動詞.動詞表示學生物理學習的某一過程,名詞表示學生物理學習的某一內容.用“獨有關鍵詞+名詞/動詞”表示某一物理學科核心素養反映的獨特的物理學習的內容或過程(如表3所示);用“非獨有關鍵詞+名詞/動詞”表示物理學科核心素養反映的普遍的物理學習的內容或過程(如表4、表5所示).

表3 物理學科核心素養獨有關鍵詞

表4 物理學科核心素養非獨有關鍵詞(動詞)

表5 物理學科核心素養非獨有關鍵詞(名詞)

2.2.2 獨有關鍵詞統計分析

利用文本挖掘軟件ROSTCM6統計在2011版課標和2022版課標中獨有關鍵詞的頻次,統計結果如表6、表7所示.

表6 獨有關鍵詞(名詞)頻率統計

表7 獨有關鍵詞(動詞)頻率統計

(1) 物理觀念.

由表6、表7可知,2022版課標中物理觀念素養的獨有關鍵詞頻率均高于2011版.其中,“能量”一詞的頻率增長最為顯著,是2011版的2.14倍,頻率增長40,說明2022版課標非常關注能量觀念的形成.由于能量的前概念眾多且頑固,引導學生建立合理的能量觀念對教師教學設計提出了較高要求,[11]能量詞頻的大幅提升亦表明了2022版課標對能量觀念的重視.“提煉”“升華”兩詞為2022版課標新增,主要出現在對物理觀念的描述性語句.“解決”一詞在動詞中頻率增長最大;“解決”作為動詞,一般有處理問題并獲取結果之意,而解決問題的過程同樣伴隨著學生知識的內化,有助于物理觀念的形成.[12]因此,教師在理解和培養學生物理觀念時,應著重于應用物理知識解決問題的過程.

(2) 科學思維.

分析可知,“物理模型”在2011版課標中沒有提及,而2022版增加到了5個,“建構”“推理”“論證”“質疑”則是分別從2011版中的2個、1個、6個、3個增加到了2022版中的9個、9個、9個、7個.雖然用詞頻率不高,但也說明了模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新4個方面在2022版課標中受到關注.另一方面,科學方法是有效促成學生科學思維的重要途徑.[13]2022版課標中“方法”一詞的頻率低于2011版,但“分析”“綜合”“抽象”“概括”等科學方法關鍵詞詞頻卻有大幅提升,分別為2011版的2.08倍、5倍、2.5倍和1.25倍.表明了在2022版課標中,對科學方法進行了具體化的呈現,對學生需要學習和運用的科學方法提出了更為細致的要求.由此可見,2022版課標注重通過科學方法的運用,發展學生的科學思維.此外,科學思維中獨有關鍵詞變化最為明顯,有些甚至出現了從無到有的變化.所以教師應當注重科學方法教育,為思維發展創造條件.

(3) 科學探究.

科學探究既是建構概念規律、學習科學方法的過程,又是在科學探究過程中開展活動的能力.[14]數據表明,科學探究素養的獨有關鍵詞中,動詞數目明顯多于名詞.這體現了科學探究既是能力又是過程的雙重屬性,亦凸顯了科學探究“在過程中發展能力”的特點.獨有關鍵詞(名詞)中,2022版課標“實驗”一詞的頻率略低于2011版,“方案”“信息”“證據”“結果”詞頻相比2011版增長顯著,分別為2011版的3.6倍、2.8倍、2.4倍、1.6倍.有學者認為科學探究注重在探究方案、處理信息、搜集證據、獲取結果等方面加深學生對科學探究的理解.[15,16]因此,“方案”“信息”“證據”“結果”等表明實踐環節的關鍵詞詞頻增加,可以說明2022版課標更關注能夠落實科學探究素養的實踐環節.

就獨有關鍵詞(動詞)而言,2022版課標“觀察”一詞詞頻較2011版有所下降,“提出”一詞詞頻基本持平,“猜想”“假設”“處理”“設計”“反思”詞頻均有明顯增幅,分別為2011版的2倍、4倍、2.3倍、2倍和1.5倍.由于“猜想”與“假設”兩詞易模糊其含義,對此作出解釋:“猜想”是指不知其真假的敘述,“假設”則是指科學研究中根據已有事實和認知提出的假定性說明.假設一定是一種猜想,但猜想不一定是一種假設.可以發現,“假設”詞頻增長最為顯著.這表明了2022版課標在科學探究中,鼓勵學生大膽猜想,但更注重根據事實提出合理假設的能力.

(4) 科學·態度與責任.

2022版課標中科學·態度與責任素養的獨有關鍵詞頻率均高于2011版,在獨有關鍵詞(名詞)中“技術”“社會”“環境”“關系”等詞詞頻變化明顯.科學·態度與責任是情感、態度與價值觀的整合與發展,新增了對科學本質認識的要求,升華了STSE教育理念的內涵.[17]獨有關鍵詞(名詞)的變化體現了2022版課標強調從科學本質和STSE教育的角度展現物理學的應用性和藝術性.在獨有關鍵詞(動詞)中2022版“探索”一詞與2011版基本持平,“實現”一詞詞頻相比2011版提升巨大,是2011版的2.75倍.對2022版課標中“實現”一詞進行位置檢索,主要出現在學業要求中“養成實現中華民族偉大復興的責任感與使命感”.因此,教師在教學中,應以進階的眼光制訂科學·態度與責任形成的目標體系,引導學生在形成對科學本質認識的基礎上,養成嚴謹務實、堅毅求真等科學態度,進而過渡到對社會、民族、國家的神圣使命和責任感,逐步完成科學·態度與責任的形成.

2.2.3 非獨有關鍵詞統計分析

分析表8可知,2022版課標與2011版關鍵詞詞頻差異顯著.尤其是“問題”一詞在兩版課標中都明顯高于其他關鍵詞頻率.一方面可以說明,兩版課標都很重視物理學習中的問題意識,強調“問題”為導向的課程編排;另一方面2022版課標問題詞頻為2011版的1.74倍,詞頻增長高達61,說明2022版課標強化了“問題”導向的課程編排和教學思路,亦表明了“問題”是有效發展學生核心素養的重要途徑.2022版課標中“證據”“關系”兩詞詞頻分別為2011版課標的2.44倍和1.87倍.

表8 非獨有關鍵詞頻率統計

“證據”一詞在2011版課標中主要出現在“進行實驗與收集證據”,而2022版課標則新增了根據證據獲取結果的表述.因此“證據”詞頻的增加表明了2022版課標希望通過搜集和處理證據的過程發展學生的核心素養.“關系”一詞旨在表述描述事物之間相互作用、相互影響的狀態,在2011版課標中主要強調各物理概念之間的關系,而2022版課標中新增了一定數量STSE之間關系、核心素養要素之間關系等表述.可見2022版課標更加注重核心素養的整體性,注重核心素養4大要素的相互協調,共同發展.“過程”一詞詞頻在2022版課標中明顯下降,主要在于2011版課標中存在“過程與方法”的三維目標.如不考慮“過程與方法”,兩版課標中“過程”詞頻基本保持不變.

非獨有關鍵詞(動詞)視角下,2022版課標“形成”“認識”“解釋”詞頻均有顯著增長,為2011版的3.67倍、1.64倍和3.88倍.“形成”一詞在2011版課標中主要指的是形成概念、形成結論,而在2022版課標中則新增了形成物理觀念、形成意識等.“認識”在2011版課標中主要為描述知識與技能水平的行為動詞,2022版課標中用來描述多個核心素養(物理觀念、科學思維、科學·態度與責任)的要素.“形成”和“認識”的詞頻提升,表明了2022版課標對學生提出了更高的要求,亦體現了不同核心素養之間的相輔相成,共同促成學生能力和品格的發展.“解釋”指在觀察的基礎上思考,對事物變化的原因、事物間的關系或事物發展規律作出的說明.“解釋”詞頻的大幅提升,體現了2022版課標鼓勵學生表達自己的想法,在表達想法的過程中,完成知識內化和能力的提升.

綜上所述,教師在理解義務教育階段物理學科核心素養時,應堅持問題為導向的教學理念,注重學生搜集和處理證據的經歷,強化運用物理知識解釋現象過程,引導學生理解物理知識、方法之間的關系,凸顯4大核心素養的相輔相成,以期全面提升學生的物理學科核心素養.

3 研究結論

關鍵詞頻率和語義網絡結構表明:兩版課標高頻關鍵詞頻率有所變化,而語義網絡結構中心詞匯基本保持不變.從宏觀上看,2022版課標在文本呈現上基本繼承了2011版,但2022版課標的內容結構更為完善,具體表現在以下兩個方面.

3.1 凝練核心素養,突出內涵與實踐的統一

描述物理學科核心素養的關鍵詞在兩版課標中幾乎都有出現,只是頻率有所不同,由此說明2022版課標凝練的物理學科核心素養是基于2011版的總結與升華.“實驗”“問題”“設計”等描述核心素養的關鍵詞處于2022版課標高頻關鍵詞的前列,說明了核心素養的關鍵詞表征與2022版課標整體的文本內容呈現高度的一致性.這種一致性指明了物理學科核心素養內涵與教學實踐途徑的統一,亦體現出大數據視角下物理學科核心素養在2022版課標中處于至關重要的地位.

3.2 注重學生全面發展,突出教學方式的革新

兩版課標的語義網絡結構中心詞匯變化不大,但2022版課標“學生”一詞邊緣單箭頭指向關鍵詞數目明顯增多,表明了注重學生知識、態度、能力等方面全面發展.這也是物理學科核心素養的應有之義.核心素養的提出和課程內容主題的巨變對教師制訂教學框架提出了新的要求.分析2022版課標詞頻增長前三甲的“教學”“問題”“設計”,可以發現這3個關鍵詞都是有關教學實踐的詞匯,則是突出了2022版課標在教學方式上的革新.一方面,2022版課標對教學實施提出了更詳盡的指導建議;另一方面,更為注重培養學生的問題意識和問題解決能力;最后一個方面,突出了教師教學設計對課標的二次開發,強調結合情境和學情對不同教學環節的設計.

4 建議

4.1 關注新舊課標文本表述的變化

關鍵詞頻率和語義結構的變化表明了課標在文本呈現上具有一定差異,一線教師可以嘗試關注兩版課標文本表述的異同,尤其是核心素養關鍵詞和教學提示的表述上有哪些變化.核心素養關鍵詞變化可以認識核心素養的要求在課標中具體體現在哪些方面,以便更好地以核心素養為導向制訂教學目標、檢驗教學效果.教學提示凸顯教學的情境性和策略性,對教師進行教學具有重要參考.

4.2 教師應秉持問題導向的教學思路

物理學作為情境性很強的學科,需要以“問題”作為學生學習物理知識、分析實際問題的背景.問題不僅是一節課開始的引入環節,還是學生應用物理知識解決實際問題的過程,是活化物理知識,達成核心素養的重要途徑.教師在日常教學中,不僅需要引導學生養成發現問題的意識,還需要培養學生分析問題、應用物理知識解決問題的能力,逐步發展學生的物理學科核心素養.因此,建議教師結合物理課程特點,以物理學科核心素養為基準,以問題為主線貫穿物理課程實施過程的始終,為核心素養的形成和發展保駕護航.

4.3 以課標變化為基準,突出教學設計的創新

教師進行教學設計時需要考慮物理課程的整體性,以應對物理學科核心素養的新要求和課程內容主題的巨大變化.一方面,教師應具備單元教學設計的意識,在深度鉆研課程內容變化的基礎上,嘗試以大概念視角從宏觀上對教學內容進行整合與重構;[18]另一方面,關注2022版課標教學提示中的教學策略和情境素材建議,必要時亦可自行挖掘貼合學情的情境素材,創造發展核心素養的有效情境.