生物学核心素养模型构建的国际经验与启示

郑晨清 陈秉初

（浙江师范大学生命科学学院 浙江金华 321004）

目前很多国家都启动了以培养学生核心素养为指向，研制学科核心素养模型，明确课程标准，深化学习测评的研究。 其中学科核心素养模型作为学科课程实施与评价的灵魂，是连接学生发展核心素养与课程标准的枢纽，有着极其重要的地位［1］。 我国新一轮课程改革指出应将教育目标具体落实为学生核心素养的培养，明确学科核心素养的核心地位，凸显学科育人价值。生物学作为高中教育阶段的核心课程，在课程改革过程中面临着“如何明确新的课程标准，如何落实学科核心素养，如何进行学业测评”等实际难题。 学科核心素养模型作为一种能够系统地描述在解决特定领域问题时所需素养的理论框架，代表着人们对该学科教育价值本质的认识与表达，也是学科教育或课程标准的内在逻辑［1，4］。因而有助于更好地认识和解决上述难题，十分重要。本文通过介绍与分析别国的相关经验，以期为我国生物学核心素养模型的构建提供借鉴与启示。

1 生物学核心素养的内涵及其模型构建的意义

1.1 生物学核心素养的内涵 学科核心素养是连接教育目的和教育实践的桥梁，是具有学科特质、解决实际问题的关键能力和必备品格［2］。 我国于2017年颁布了新的普通高中生物学课程标准，明确了生物学核心素养由科学思维、科学探究、生命观念、社会责任4 个要素构成［3］。 其具体内涵如下：

1）科学思维。科学思维主要指综合分析、抽象概括、批评与反思性思维、构建模型、推理论证等思维方式和方法。对于注重逻辑性、科学性的生物学而言，科学思维是其重要的思维方法。

2）科学探究。科学探究在生物学中指观察、提出问题、设计并实施方案、获取数据并分析、交流与讨论等一整套能力体系，这些对于生物学等实验科学来说是不可或缺的。

3）生命观念。 生命观念指在生物学的系统学习中，不断对基础知识和学习过程进行反思和总结，进而转化为对生物学的概括性认识和总体看法。 具体表现为能够应用学科知识，发展学科思想，培养处理各种问题的主观意识或思维习惯。

4）社会责任。 社会责任要求学生关心与生物学相关的社会热点问题，借助所学知识参与社会事务，做出理性解释和判断，并尝试探索、解决生产生活中相关学科问题。

1.2 生物学核心素养模型构建的意义 作为生物学课程实施与评价的依据，生物学核心素养模型的构建有着重要意义，主要体现在以下3 个方面。

1）明确生物学课程标准，推进其落实。生物学课程标准是落实生物学教育目标的重要依据，它体现了生物学的学科本质及独有的育人价值。 学科核心素养模型代表了人们对学科教育价值本质的认识与表达，并以学习领域或内容、学习机会或标准、 表现标准或水平等要素呈现学科课程标准［1］，所以生物学核心素养模型的构建有助于生物学课程标准的明确与落实。

2）明确学业质量标准，促进学业测评发展。 杨向东指出学业质量标准要突出学科核心素养模型的核心地位，应按照“教育总体目标—素养模型—学业质量标准”的思路进行研制［4］。 可见，核心素养模型的构建在明确学业质量标准的过程中处于核心地位。 此外，基于学科核心素养的学业测评应明确核心素养的内涵及其表现水平、 学科的认知结构，这与核心素养模型的构建目标相符合。 因此构建生物学核心素养模型有助于科学地设置检验学生核心素养水平的测验内容,促进学业测评的发展。

3）助推一线教师对生物学核心素养的理解，将核心素养落实到教学实处。 当下我国生物学教育目标旨在培养学生的生物学核心素养，凸显生物学育人价值。 但目前很多一线教师在落实这个目标时可能存在以下困难：第1，无法明确把握核心素养中各要素的具体内涵，例如忽视了生命观念的本质是以生物学概念为基础，解释并探究生命活动的品格与能力，而简单地将其等同于生物学的基本知识与概念；第2，在理清核心素养各要素间关系上存在困难，缺乏核心素养的整体性培养能力，例如无法认识到科学思维与科学探究两者之间的相互依存关系。 核心素养模型包含了各要素之间的界定及各要素之间相关关系明确［5］，从而有助于一线教师对生物学核心素养的准确理解，做到在实际教学中真正的落实。

2 国际学科核心素养模型的结构特征

在以“学科核心素养”为导向的课程改革过程中，核心素养模型的构建起着十分重要的作用。德国、 美国等国家在其国家课程标准及相关测评中对学科素养模型的研究已有了初步成果。 本文选取了其中几个具有代表性的模型进行分析，为我国生物学核心素养模型的构建提供借鉴。

2.1 德国理科素养模型 德国国家课程标准（2005）将物理学、化学、生物学的学科素养分解为4 个不同的领域：学科知识、认识论和方法论、科学交流、 判断，并在此基础上建立了学科素养模型，旨在明确教育方向及目标。 以物理学素养模型为例（图1）［5］，该模型由基本概念（basic concepts）、素养领域（area of competence）、素养水平（level）3个维度构成。

图1 德国物理学素养模型

其中，“基本概念”包括系统、物质、相互作用、能量4 个方面，旨在为学生构建一个连贯的知识框架，并且呈现不同领域不同科学现象之间的内在结构关系；“素养领域”中4 个方面的学科素养是国家期望每位学生在完成物理学教育时所应掌握的基本内容和最低要求；“素养水平”维度体现的则是物理学科的3 种认知要求，目的在于描述学生在基本概念及素养领域等方面应当达到的认知程度。

2.2 澳大利亚科学素养模型 2005年，澳大利亚在整合物理学、化学、生物学3 门学科基础上提出了科学素养模型［6］（图2）。 该模型也由3 个维度构成，具体包含：复杂度（complexity）、学科素养（subject competence）、实践素养（competence of acting），但在具体表述上不同于德国的理科素养模型。 其中“复杂度”体现了澳大利亚科学课程的3种认知要求，旨在描述学生在科学课程中达到的认知程度；“学科素养”则包含了科学课程的4 大学科主题，涵盖了主要的学科内容，为学生提供了科学课程学习的主要线索，目的在于帮助学生把握学科核心概念，形成核心知识体系；“实践素养”包含观察与习得、探究与操作、评价与应用3个方面，明确了科学课程要求学生所应习得的学科关键能力。

图2 澳大利亚科学素养模型

比较上述2 个素养模型发现，两者具有以下几个相似之处：1）2 个模型中提出的素养水平和复杂度实质上都在描述学习过程中学生所要达到的认知程度，体现了学科的认知要求；2）2 个模型中提出的基本概念和学科素养虽在具体描述上有所不同，但都涵盖了主要学科主题，旨在帮助学生构建核心知识框架；3）2 个模型中提出的素养领域和实践素养本质上都体现了学科的关键能力与必备品格，规定了学生应当习得的学科素养。因而两者所包含的3 个维度实际上可转化为学科主题、认知要求及学科素养3 个方面。

此外，2 个模型中各维度的构成要素之间具有相互促进作用，并呈现前后递进的关系。以德国素养模型中的素养领域维度为例，形成学科认识论和方法论需要以学科知识为基础，反过来认识论和方法论又能促进学生对于学科知识的掌握。2个模型均能系统地呈现在解决特定问题时涉及到的学科主题、应达到的认知要求、所需要的学科素养。 将模型中3 个维度中所达到的相应要素连接在一起可形成3 维矩阵结构，此结构可清晰地呈现在学习某一学科主题时学生应具备的素养能力和应达到的认知要求，也能为教师明确相应的教学目标和教学方向提供帮助，对于学科测评及相关试题的编制具有指导意义。例如，以分子与细胞作为学科主题，并依次列出细胞的分子组成、结构、代谢、生命进程4 个子主题构成主题序列，以生命观念这一核心素养作为学科素养，根据新课标将其4 个素养水平组成学科素养水平序列，以理解、应用、分析、评价构成认知要求序列，从而形成测评矩阵，用以测量学习某一学科主题时学生应具备的素养能力和应达到的认知要求（如图3所示）。

图3 生物核心素养测评矩阵结构

2.3 美国新版K-12 科学教育框架 美国国家研究理事会于2011年研制发布了美国新版K-12科学教育框架，该框架由科学和工程的实践、跨学科概念、学科核心概念3 个维度构成，明确了学生在高中毕业时应具备的科学能力、 科学观念及科学知识，为美国新科学教育的课程标准制定与落实提供了指南，可以认为是学科核心素养模型的另一种表现形式，如表1 所示［7］。

表1 美国新版K-12 科学教育框架

该框架中，“科学和工程的实践”指出了学生在K-12 阶段应掌握的8 项科学能力，各科学能力在认知程度上体现了再现、 联结和应用3 个层次要求。 例如，提出问题（科学）与创立解释（科学）需要学生做到明确问题对应的科学知识，并将科学知识与问题本质相联系，从而对问题做出科学的解释，体现了再现、联结2 个认知要求。 “跨学科概念”确立了科学教育中贯穿于各科学领域的基本原理、概念与过程，有助于学生形成系统的科学观念。 以上2 个维度实质上包含了学生在学习科学课程时所应具备的关键能力和必备品格，属于科学课程的学科素养。 “学科核心概念”则包含了科学课程的四大学科主题，即物质科学，生命科学，地球与空间科学，工程、技术和科学应用，涵盖了科学课程的核心知识。

因此，该科学教育框架的3 个维度体现了学科素养、认知要求、学科主题3 个方面，与德国物理学素养模型、 澳大利亚科学素养模型的架构基本相同。此外，该框架指出科学教育中每门学科的教学都要以学科核心概念为学习主线，整合跨学科概念和实践，实现科学与工程的实践、跨领域概念和学科核心概念的三维整合［7］。 这表明每个学科主题的教学都应综合考虑相应的学科素养和认知要求，与德国、澳大利亚提出的学科素养模型观点是相同的。 但是，该框架与德国、澳大利亚的素养模型之间也存在2 个明显的差异：第1，此框架中没有明确将认知要求单独作为1 个维度，而是将其包含在学科素养之中。 第2，该框架从科学和工程的实践与跨学科概念2 个维度分别体现了科学课程要求学生习得的关键能力与科学观念，细化了学科素养。

2.4 PISA 科学测评框架 基于学科核心素养的评价背景，国际上典型的学科测评框架（如PISA）开始从学科主题、学科素养、认知要求、任务情景等各方面入手［1］，重点检测学生对于学科核心素养的掌握情况，以及在实际情境中解决问题的能力。 这对学科核心素养模型的认识与构建具有重要的借鉴作用。

PISA的科学测评框架（如图4）［8］由知识（knowledge）、素养（competencies）、背景（context）3 个方面构成。

图4 PISA 科学测评框架

其中“知识”包含了科学基本概念、科学探究、科学解释，即科学学科主题；“素养”则包含识别科学问题、 科学地解释现象、 使用科学证据3 个方面，体现了再现、联结、应用3 种认知要求；“背景”表明要将科学能力与知识运用到真实场景中，体现了问题情境设置在学科测评过程中的重要性。因此，该框架实际上包含了学科主题、学科素养、认知要求、问题情境4 个维度。根据这4 个维度能检测出学生在科学领域中解决特定问题时所应具备的素养类型、认知要求、学科主题，与学科核心素养模型的作用是一致的。所以，在构建学科核心素养模型的基础上，应深入学科学业质量标准及测评的研究，从而有助于落实基于学科核心素养的学业质量测评。

3 国际经验对我国构建生物学核心素养模型的启示

目前，我国生物学课程改革正处于以学科核心素养为统领的新课程标准的试行阶段，落实生物学核心素养已成为现阶段课程与教学改革的主要研究目标与任务。 分析上述各国学科素养模型及其结构特征，对我国构建生物学核心素养模型具有以下几方面的启示：

3.1 明确生物学核心素养模型的构成维度及内在结构 构建生物学核心素养模型的关键之一在于确定模型的构成维度，通过上文对几个国际模型的分析发现，构建学科核心素养模型一般涉及学科素养、学科主题、认知要求、问题情境等几个维度，其中学科素养、学科主题在各模型中明确指出，因此两者必不可少。而认知要求的表现有2 种形式，一是包含于其他维度中（一般包含在学科素养维度），二是在模型中明确作为一个维度提出。问题情境在测评框架中被作为一个重要的维度，旨在检测学生在实际情境中解决问题的能力。 因此，在确定我国生物学核心素养模型的具体维度时应基于生物学教育的特征及课程改革现状，并充分考虑以下3 个问题：第1，是否将认知要求包含于其他维度中，这要求在明确生物学核心素养各要素内涵的基础上分析其是否能够体现出生物学的认知要求体系；第2，是否将问题情境作为模型中的一个维度，或将问题情境融于学科主题中，在问题情境下对学科主题进行描述；第3，如何明确生物学课程中每个学科主题的既定教学目标及教学方向，以期为各维度的确定提供理论基础。

3.2 细化生物学核心素养模型各维度的具体构成 落实生物学核心素养模型各维度中的具体构成要素也是构建模型的重要内容。基于本研究，应在确定基本维度的基础上进行以下几个方面努力：第1，深入分析当前我国生物学的教材及课程标准，系统归纳梳理出课程的主要知识体系，从而确定学科主题包含的具体内容，形成学科主题序列。 第2，从明确的学科主题、学科核心素养和学业质量标准入手，分析生物学认知要求体系，明确认知要求类型和程度。 第3，在落实各维度具体构成要素的基础上分析要素之间的结构与关系。

3.3 深化落实学业质量标准与测评研究 培养学生的核心素养作为当下的教育目标，对我国各学科的学业质量标准与测评的确定与落实具有指向作用。 学业质量标准与测评反过来又能帮助了解和明确我国学生核心素养的达成水平，所以对于学业质量标准与测评的深入研究十分必要。 学科核心素养模型作为两者的中间纽带，可为相应的研究提供理论基础。因此，在素养模型构建基础上深化落实学业质量标准与测评的研究可以在以下方面做出努力：第1，针对我国当前生物学教育水平和学习质量状况进行基于大数据的调研分析，以充分理解和把握生物学教育与学生学业水平的实际状况。 第2，进行学业质量标准的国际比较，分析与借鉴别国落实学业质量标准的理论基础与实践经验，为我国学业质量标准的落实提供借鉴与启示。 第3，分析当下生物学学业质量测评标准，以核心素养评价为指导，进一步探讨科学合理的学业测评体系与方法。