化学学科核心素养的研究及展望

2020-08-10李娟吴敏

化学教学 2020年7期

李娟　吴敏

摘要：以CNKI的核心期刊中涉及化学学科核心素养的论文为样本数据，在对可视化知识图谱和文献内容进行分析的基础上，梳理了化学学科核心素养的研究热点：内涵及其构成要素、发展和培养机制、测量及评价、影响因素研究。最后进行研究总结，并对该领域的研究趋势进行展望：延展化学学科核心素养的研究主题、开展化学学科核心素养发展的课程专题研究、重视化学教师核心素养的理论与实践研究。

关键词：化学学科核心素养; 知识图谱; 可视化分析; 未来展望

文章编号：1005-6629（2020）07-0016-07

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1 引言

2017年版《普通高中化学课程标准》提出“学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学习化学而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力”[1]。课程标准颁布后，化学学科核心素养的研究和发展情况迅速成为化学教育研究者和一线教师普遍关心的问题。通过对中国知网（CNKI）中核心期刊收录的有关“化学学科核心素养”的文献进行系统分析，梳理出该领域的研究热点，以期对进一步开展该领域的研究有所启示。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

科学知识图谱是一种以知识域（knowledge domain）为对象，可以呈现相关领域科学知识的进展与结构关系的图像。CiteSpace可视化软件是一种常用的知识图谱绘制工具，利用它可在一幅引文网络图谱上集中展现某个知识领域演进历程的来龙去脉，并能自动标识作为知识基础的引文节点文献以及共引聚类所表征的研究前沿[2]。因此，本研究采用CiteSpace软件绘制化学学科核心素养知识图谱，同时，通过对相关文献的解读进一步分析化学学科核心素养的研究热点。

2.2 数据来源

利用CNKI的中国学术期刊（网络版）对期刊论文以“化学学科核心素养”或“化学核心素养”或“宏观辨识与微观探析”或“变化观念与平衡思想”或“证据推理与模型认知”或“科学探究与创新意识”或“科学态度与社会责任”为检索词，依次进行主题、关键词、篇名检索，时间不限，来源类别勾选“核心期刊”“CSSCI”，共搜得文献265篇（检索日期截至2020年01月15日）。通读论文的主要内容，发现其中一部分论文仅提及化学学科核心素养，但并没有实质性联系，此类论文共计37篇，作刪除处理，最终分析论文共计228篇。

3 文献计量及图谱分析

3.1 研究文献计量分析

研究领域的发文量能有效反映在特定时期该领域的研究情况。随着《普通高中化学课程标准（征求意见稿）》的发布，涉及化学学科核心素养的论文数量呈逐年增长趋势。图1呈现了关于化学学科核心素养的研究论文数量随年份的变化情况。2016年之前，核心期刊中未收录到讨论化学学科核心素养相关主题的论文。2016年该主题所发表的核心期刊论文数为6篇，2017年增加至38篇，出现一个较大的跳跃，2018年发文数为67篇，2019年更是增至117篇。可见，在国家相关教育政策的倡导下，化学学科核心素养的研究受到广泛关注。

3.2 关键词图谱分析

3.2.1 关键词共现图谱

关键词作为一种检索标识，在很大程度上可以体现论文的主题和内容。关键词共现图谱可以揭示该学科领域的研究热点。将样本数据导入CiteSpace， Node Types勾选Keyword，进行关键词共现分析，将所得图谱整理如图2所示。节点代表关键词，连线代表共现关系，连线粗细代表紧密程度。其中关键词出现的频次由圆圈的大小表示，圆圈越大，说明关键词出现的频次越高;关键词字体越大，表示中心度越高，越趋向图谱中心位置。该关键词共现网络图谱的网络节点有133个、连线为332条、网络密度为0.0378，说明该图谱的关键词间联系较紧密。由图2可知，核心素养、化学学科核心素养、教学设计等出现频次较高。

关键词共现图谱反映了化学学科核心素养相关文献涉及的主题丰富，理论研究较为完善，包括它的内涵及构成、落实及评价等;实践层面涉及教学设计、科学探究、学业质量标准等，并逐步向化学学科核心素养的课堂教学渗透。

3.2.2 关键词聚类图谱

为了进一步考察化学学科核心素养相关研究热点的知识结构，探寻关键词的组合分类，使用对数似然算法（LLR）对样本数据所包含的关键词进行聚类，通过多次调整阈值得到比较清晰的关键词聚类知识图谱（见图3）。其中，模块值Modularity Q=0.4928>0.3，说明聚类结果可信，平均轮廓值Mean S=0.6937>0.5，说明聚类合理[3]。筛选掉小聚类，通过调整得到学生发展核心素养、核心素养、化学核心素养、教学设计、真实情境和证据推理六大聚类群组，集中反映了最近几年研究文献主要围绕这六大关键词群组展开。

通过对聚类信息进一步整理，列出每个聚类标签值最大的3个关键词，选取标签值最大的关键词作为聚类名称（见表1）。“包含节点数”代表聚类中包含的关键词个数;“紧密程度”代表各关键词之间的联系程度，值越高聚类效果越好。从包含节点数来看，最多的是“学生发展核心素养”聚类标签，说明学生发展核心素养研究领域广泛，与很多关键词都有密切联系，其中与学业质量标准、化学学科核心素养最为紧密;从紧密程度来看，最紧密的是“化学核心素养”。总体来看，各个聚类紧密程度均在0.6以上，甚至有2个超过0.85，说明聚类效果很好，结果具有较强的说服力。另外，聚类的结果也反映出该领域的研究主题比较单一，尚未形成多元化的发展趋势。

4 研究内容分析

聚类分析虽能在一定程度上反映相关研究文献的集中程度，但由于其分析的依据主要为关键词，存在一定的局限性，故分析时有必要对聚类结果进行重新整合。以可视化图谱的分析结果为参考，对研究样本进行详细地梳理和反复精读后，将目前的研究内容总结为以下四个方面。

4.1 化学学科核心素养内涵及其构成要素

研究者依據不同的理论视角对化学学科核心素养的内涵与构成要素进行了详细的讨论。该研究内容主要从聚类图谱中的聚类#1、 #2、 #5中进行提炼。

在研究初期，房宏[4]依据核心素养的含义和化学学科的特征构建了中学化学“核心素养”体系。朱鹏飞和徐惠[5]梳理了国内外关于核心素养内涵的相关研究，初步构建了化学核心素养框架。吴星[6]、吴俊明[7]对国内外核心素养的相关研究成果进行了总结，前者侧重结合我国的历史背景和社会需求，诠释从三维目标发展为核心素养的历史必然。后者则侧重分析素质与素养、国内的“素质教育”与西方国家的“核心素养”之间的区别，提出化学学科核心素养的内涵与外延、组成结构。吴星[8]还提出了建构高中化学核心素养的三大视角并建构了相应的内容体系。吴俊明[9]从学科核心素养的界定、结构及任务着手，结合化学学科特点，再次对化学学科核心素养的具体内容进行了厘定。刘前树[10]则基于对化学核心素养的概念分析和层次分析，提出四维度模型。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）[11]提出化学学科核心素养包括：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任。之后的研究者从不同的角度对其进行了详细的解读，如系统与具体内容角度[12，13]。有研究者对化学学科核心素养的某一方面进行探讨，其中剖析“证据推理与模型认知”的论文[14]较多。

从已有研究不难看出，学者们对于内涵探讨主要采取“分-合-分”的思路进行：将“化学学科核心素养”拆分为“化学学科”与“核心素养”，然后综合国内外的已有研究成果（以“核心素养”相关研究为主），结合化学学科特征构建化学学科核心素养体系，具体内容主要包括化学观念、化学思维与方法、化学实践、科学精神及育人价值等要点。这与《课程标准》所总结的内容具有相通之处，均致力于将化学的学科特征与价值和核心素养的育人功能进行有机结合。《课程标准》的观点融会了多位研究者的观点，概括性和抽象性都更强，得到了学者的普遍认同。

另外，必须提及的是关于专业术语的规范性问题。通过上述分析不难发现，研究初期，研究者多用“化学核心素养”，《课程标准》中规范为“化学学科核心素养”，表示特定的内容。但部分研究者[15，16]仍采用“化学核心素养”，文章讨论的却是《课程标准》中“化学学科核心素养”的内容。但二者的涵义与内容并不一致，要注意区分。关于这个问题，已有研究者[17，18]对其进行了一定的分析。

4.2 化学学科核心素养的发展和培养机制

诸多学者在梳理化学学科核心素养概念的同时，对其发展及培养的系列问题进行了探索与思考。该研究内容的图谱依据为聚类#0、 #3。

徐宾[19]提出了化学学科核心素养培养的教学策略，包括聚焦核心知识、建构思想观念、注重宏微结合、引导实验探究、启发科学思维等，可见其主要侧重教学内容和方法。王云生[20]则提出化学学科核心素养的培养要全面看待与利用教学内容，即不仅要注重显性的学习内容，而且要重视隐性的学习内容，还要重视课堂的教学设计和组织，也就是将教学内容整合为结构化的教学单元。类似地，何彩霞[21]也提出以学科大概念为统领进行单元教学是学科核心素养落地的重要途径。部分研究者[22，23]基于化学学科核心素养对不同的教学主题进行了教学设计。

化学实验作为化学教学的重要组成部分，孙佳林等[24]详细分析了化学实验对发展学生化学学科核心素养的功能，并提出了相应的培养策略。王祖浩[25]则进一步提出以实验创新研究促进学生学科核心素养发展、实验创新需要化学实验教学创新的理念，同时从教学的理念、方法、手段及内容角度设计了相应的实验化学课程。

对于化学学科核心素养的培养，研究者从教学内容、教学方法及策略、教学组织等各个方面进行了探讨，还有的结合具体的课程主题进行了教学设计。相对而言，研究者对如何在课堂上落实化学学科核心素养的研究较为全面，成果也较多，但依旧存在一些不足之处。如多位研究者提出以单元形式整合教学内容，却极少看到相应的研究成果，或者说针对化学学科课程建设的专题研究。那么，化学学科核心素养的5个方面在教学单元或者课程中如何体现，是否需要考虑权重分配等问题，均未得到回答，而这也正是一线教师在落实中面临的困难。

4.3 化学学科核心素养的测量及评价

化学学科核心素养不仅要落实到课堂教学和课程开发方面，还要体现在教学评价环节。该研究内容的图谱依据为聚类#0、#1中的子关键词。

教学评价可以诊断学生的学科核心素养发展水平，从而为课堂教学的改进与优化提供依据。陈进前[26]提出要从“化学学科核心素养及其表现水平”和“化学课程内容”两个维度理解化学学业质量标准的构成。钟辉生等[27]提出考查核心素养的试题一般涵盖“素养”“问题”“情境”“知识”四个要素。俞建锋等[28]进一步构建了素养导向下化学试题的命制模式。卢天宇等[29]综合多种观点提出从“考查的化学知识、创设的真实情境、设计的实际问题、体现的能力要求与核心素养和倡导的价值导向”五个维度构建框架，初步形成试题质量评价标准。在具体的学科核心素养水平评价方面，方弯弯等[30]结合《课程标准》的水平划分及SOLO分类理论等构建了证据推理能力水平框架。赵景方等[31]基于《课程标准》对化学学科核心素养的水平划分，结合化学知识主题构建了命题框架，开发出针对“宏观辨识与微观探析”素养的测评工具并开展了实证研究。

学科核心素养是学生的内在品格与关键能力，看不见也摸不着。故需要将其外显化，而外显的关键则在于评价，即回答如何确定学生化学学科核心素养的获得问题。确定评价内容是实施评价的前提，然后设计科学的评价方式。目前学者主要对考试这种评价方式进行了初步的研究，且所开发的测评工具仅涉及了化学学科核心素养的某一方面。故在评价方面，包括内容与方式，均需要进行更全面和深入地探索。

4.4 化學学科核心素养培育的影响因素

化学学科核心素养的培育与发展必然受到外部条件和教学环境的影响。学者们主要从真实情境、学生、教师、课程与教学等视角，对发展学生学科核心素养的影响因素进行了研究。该研究内容的图谱依据之一为聚类#4。

基于真实情境视角，马圆等[32]从教学情境的内涵与功能出发，深度解读了《课程标准》中对真实情境创设与应用的要求，讨论了真实情境对发展学生化学学科核心素养的教育价值。沈旭东[33]采用量化分析法分析了情境在化学教学中的重要性，还提出在化学教学中创设真实情境的结构模型。

李佳等[34]编制了“高中生化学学科核心素养现状调查问卷”并开展实证研究。结果发现19项因素均对高中生化学学科核心素养有显著影响，其中学生个人影响最显著。邓超等[35]也从实证研究中揭示了职前教师的目标观与其教学实践导向间的关系，意味着日后可能对化学学科核心素养的落实过程产生影响。陈进前[36]从理论角度阐释了课程体系、教学内容等与发展学生化学学科核心素养的关系。

学生是活生生的人，具有独特性和差异性，且学习本身就是一个动态变化的过程。所以学生、教师、学习环境、教学策略等都可能对化学学科核心素养的培育造成影响，故探究这些影响因素是十分必要但又非常复杂的。关于“情境”的相关教育理论早已不是新事物，但如何将“真实情境”与发展学生的化学学科核心素养相联系，却是值得关注和深入探究的问题，研究者已经进行了一定的探索。但对于教学过程的三个关键影响因素——教师、学生和课程的研究是相对匮乏的，需要得到研究者的关注。

5 研究反思及展望

综上，短短几年化学学科核心素养研究领域取得了丰硕的成果，但依然存在一些不足，就此本文总结了以下研究反思，并对该领域未来的研究趋势进行了展望。

5.1 延展化学学科核心素养的研究主题

研究主题不仅是研究的热点，而且能够反映研究者们在某一阶段普遍关注的问题。从CiteSpace关键词共现图谱和聚类图谱中，可以看出化学学科核心素养研究主题的分布情况。结合上文对研究内容的分析，不难发现，研究的主要向度为理论阐释与要素解读，实证研究较少，实际上理论层面的探讨也有待深入。故研究者应重视对研究主题进行延伸和拓展。

在理论层面，化学学科内容体系庞杂，选择什么、如何选择、选择后如何组织与设计从而更好地为培育化学学科核心素养服务等问题，仍需要研究者进一步的理论探讨。此外，化学学科核心素养的研究主题离不开与其他学科的交融，那么，化学学科核心素养如何实现与其他学科核心素养的有机结合，共同为学生的终身发展以及立德树人的目标服务，也值得研究。

在实践层面，目前研究文献偏少。只有通过更深入的实证研究，才能真正发现操作层面的问题，找出影响化学学科核心素养落地的重要因素，建构起更具有实际意义的培育模式与评价机制等。如采取行动研究、比较研究、教学实验等研究方法，探求适合我国化学教学现状、利于化学学科核心素养生成的教学模式。进一步提炼关键要素，寻找其内在逻辑联系和规律，从而丰富和完善化学学科核心素养的相关理论，使学术界对化学学科核心素养的认识提升到新的层次与高度。

5.2 开展促进化学学科核心素养发展的课程专题研究

学科核心素养是后天获得的、可教可学的，而课程是学科核心素养发展的主要支撑。但从化学学科核心素养培育的相关研究中发现，研究者对课程的关注较少。仅有的研究[37]也只是针对课程内容（或教学内容）层面的讨论，缺乏针对课程建设问题的专题研究。从课程内容的确定与整合，到推进课程的初步实施，再到评价，总结课程的反馈与改进，最后形成相对完善的课程体系。该过程不仅面临着如何合理构建其理论体系的难点，还会遭遇如何有效实施的难题，这对于当前的化学教育研究者来说无疑是不小的挑战。

对于课程专题设计，一方面，可以通过系统分析国外的研究成果，深入探讨具有借鉴价值和参考意义的范例，结合我国化学学科核心素养发展的实情进行本土化设计。另一方面，教师可以结合自身教学经验，或联合所在学校及省市的教师，结合有效的课程与教学研究方法，依据学生发展的状况、学校特色和周边的资源对现有的课程进行改造，形成一定的课程体系。然后在实施的过程中改进，探寻出符合学生实际状况的化学课程教学体系，从而实现提升学生化学学科核心素养的目标。

5.3 重视化学教师核心素养的理论与实践研究

由可视化图谱可以发现，“教师”相关的研究极少，说明当前国内基于化学学科核心素养的研究对一线教师关注较少。反观国外相关研究，当一个新的教学理念、教学模式出现时，会同时关注教师的适应程度及遇到的困难，然后提出相应的教师专业发展建议。通俗地说，就是由教师熟悉之后，再有的放矢地帮助学生，避免教学的盲目性。核心素养的研究也不例外，欧盟、美国等对教师核心素养的重视程度也不断提高[38]。但国内的相关研究却较少，也仅有少量研究[39]在文中提及化学教师对学科核心素养的适应过程问题。实际上，化学教师从持有基于“三维目标”的课程理念过渡到基于化学学科核心素养的课程理念，需要在观念（包括课程观、教学观、学生观）以及相应的教学方法上发生转变并进行实践探索。从理论理解到观念更新，从尝试转变到课堂实践，这一系列过程，教师在每一环节都可能遇到很多困难。越来越多的研究表明，教师在知识、技能与情意方面的素养对学生核心素养的形成与发展具有重要影响。因此，需要将教师核心素养的话题提高到与学生核心素养培育同等重要的地位上来。另外，强调学生和教师核心素养已经成为世界各国教育政策中的一个关键特征[40]。

为此，我们需要重视教师群体的核心素养发展问题研究。在理论方面，积极探索和构建关于化学教师核心素养的理论框架，借鉴和引入国外的相关成果，进行本土化创新;实践层面，深入课堂，倾听一线教师的声音，把握教师困惑，了解教师落实学科核心素养所遇到的问题与困难，最后提供针对性的解决方案。化学学科核心素养的落地不仅仅需要每一位一线化学教师付出心力，更需要整个化学教育界的共同努力。

参考文献：

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[5]朱鹏飞，徐惠. 核心素养的研究进展及对化学核心素养构建的启示[J]. 化学教学， 2016，（7）：3～7.

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