我国高中物理、化学和生物学科素养的百年演进——基于课程标准的文本分析

姜 静 王晶莹 宋倩茹 孔凡贵

（1.青岛大学 物理科学学院，山东 青岛 266071；2.青岛大学 师范学院，山东 青岛 266071）

20世纪末，素养频繁出现在我国课程文件中，与此同时，学科素养作为素养的衍生物也开始在国内萌芽。在课程的发展进程中，学科素养逐渐被放置在课程核心目标的位置，培养学生的学科素养成为基础教育中各学科的育人目标和核心理念[1]52-59。基于学科素养设计课程和进行教学实践是核心素养时代课程改革的重点，考虑到我国课程管理的三级体制，国家层面的课程标准对整个课程的设计与实践起着统领的作用。剖析蕴涵课程建设理念与教学要求的科学学科课程标准或教学大纲文件，阐释课程标准中内嵌的学科素养，对于厘清我国科学学科素养的发展脉络大有裨益，同时也为中国式的学科素养模型建构以及在科学素养模型指导下的教育实践提供基于本土的理论支持。

一、研究背景与研究方法

（一）学科素养概念回溯

“士不素养，不可以重国”（《汉书·李寻传》）明确出现了素养一词，意为“修习涵养”[1]52-59。《现代汉语词典》将素养的概念阐释为“人通过长期的学习和修习，在某一方面所达到的高度”，包括功用性和非功用性两个价值范畴[2]111-118。20世纪末期，素养从欧美等国家转译到国内，逐渐取代了当时流行的“能力”“素质”等表述培养目标的词汇。转译而来的素养是以教育学和心理学为基础的，整合了知识、能力以及情感态度并具有需求取向的综合体，可以通过后天养成[3]3-11。学科素养是指本学科的知识、能力与基本思维形式和思维方法，并推及对整个学科逻辑内涵的诠释和解构以及由此而形成的人格品质[1]52-59。学科素养的关注点不再局限于学生的学习成果，而是转向学生的发展和所达到的培养高度。超越行为主义层次，具有中国传统教育“教人成人”的价值特色与文化色彩并且具有多学科的理论依据[4]。PISA对学科素养的定义体现了育人理念的方向，即重视对基础知识的掌握以及迁移，重视学生对学科的精力投入以及感兴趣程度，提高对学生元认知能力的关注度，这是基于学科素养的“能力说”而建构的。

明晰学科素养的内涵，不仅要了解其概念生成，还要明确其与学科能力以及核心素养之间的关系。核心素养是学生在学习过程中逐渐形成的必备品格和关键能力，即无论社会如何变更、劳动组织如何变化，劳动者所具备的这些能力依然起作用[5]33-40。学科能力是成功解决学科问题或完成学科任务的个性特征[6]83-92，是学科素养的重要元素，以概括能力为基础、具有思维品质成分和个体差异以及特殊能力。大型国际学生评价项目（PISA、TIMSS和NAEP等）都各自提出了对学科能力的测评标准。较之于学科能力，学科素养在当今社会具有更强的适切性。学科素养是基于学科能力的进一步发展深化，是对立德树人这一目标更好的回应。

（二）研究方法和框架

关于科学学科素养，目前并没有一致的界定和分类框架，但学者们从各个角度进行了不懈探索。从心理学角度，“心理品格说”认为科学学科素养是科学知识、能力、意识以及情感、价值观的有机构成与综合反映，包括问题解决能力和形成个性心理品质等方面[7]8-18。基础素养是指人们在日常生活、学习、工作中所需要的基本素养，包括基础性的知识技能如基本的读写算素养，以及基本的行为规范，其中学科知识、简单的识记能力属于基础素养的范畴。但仅具备基础素养，学生无法处理不确定情境中的复杂问题，因而涉及逻辑思维、分析、综合、推理、演绎、归纳和假设等元素的认知能力是应该必备的高阶素养[8]2-5，可见基础素养和高阶素养一脉相承，后者是前者在心理领域的深化。从国际核心素养的框架分类来看，有研究者对国际上29个核心素养框架中的所有素养条目进行梳理，将其划分为领域素养和通用素养两个范畴[9]29-37，领域素养和特定领域的实际应用有关，包括传统的基础学科领域和新兴的计算科学等领域；通用素养则不再局限于特定的领域，在高阶认知、个人成长以及社会性发展方面都有涉及。从具体的学科角度，物理学科素养是学生在物理学习过程中，逐步形成的运用物理知识解释物理现象和解决物理问题，有利于适应社会和终身发展的能力，包括尊重科学、求真务实的物理观念，尊重事物客观发展规律和内部结构的物理思维以及个人特色发展和重团队协作三个维度[10]24-28。化学学科素养是学生在化学学习过程中逐渐形成的有助于终身发展的能力和品格，包括化学学科必备知识（基础知识）、关键能力（宏观辨识与微观探析、证据推理、实验探究等）、思维方法（变化观念、模型认知、平衡思想）和创新意识等维度[11]56-57。生物学科素养指人们认识自然和应用生物科学知识的过程中所表现出来的内在特质，包括生物科学知识、技能与方法,以及在此基础上形成的生物科学能力、科学观以及科学品质五个维度[12]49-54。可见，特定学科的素养不仅具有学科特性还具有共性，即可以用心理学分类和核心素养分类指标进行划分，都指向了基础素养、领域素养、高阶素养和通用素养四个范畴（见表1）。

表1 我国中学科学学科素养的分类框架

本文根据中学科学学科素养的分类框架，将1902-2017年颁布的高中物理、化学、生物课程标准的课程目标部分作为研究对象，其中物理20份、化学20份和生物23份，对其进行编码分析。首先阅读课程标准文本，并进行语义阐释，精确定位有关学科素养在不同时期的表述，对课程目标文本进行编码，并对编码的文本进行类目归类，统计各维度学科能力在目标文本中的频次，进而分析其所占比重，来考虑课程对该维度素养的重视程度。本研究由所有作者进行协议编码，通过讨论协商来解决一切有问题或有冲突的编码以达到编码者内部一致性的要求。综合考虑学科课程自身的发展、社会变迁对学科发展的要求、课程目标对学生关注向度的转换，将百年课程的发展历程划分为四个阶段，清末民初至建国前（1902-1949年），建国初期至改革开放初期（1950-1987年），改革开放十年至20世纪末（1988-2000年），新课程改革至今（2001年至今）。从纵向时间阶段的分析和横向学科间的对比，来明晰科学学科素养的百年发展历程，为基于本土的学科素养模型建构提供理论支持。

二、高中科学学科基础素养和领域素养的百年嬗变

按照时间序列对四个时期课程标准（教学大纲）的课程目标部分中的基础素养和领域素养两个维度进行梳理，从其中每个二级指标出现频次所占比重的变化来分析每个时期对学科素养的关注重点，结合对学科素养各个维度具体表述的质性分析，描绘基础素养和领域素养的百年嬗变规律。

（一）从关注基本能力到综合能力并举的基础素养

根据布卢姆学习结果分类中的记忆、领会和运用等认知和技能水平的划分，基础素养所对应的是低阶的知识识记和技能运用，不涉及深层次的思维活动，包括基本能力和综合能力两个维度，是学科素养纵深化发展的基础。通过对基础素养发展历程中基本能力和综合能力所占比重的分析，可以发现对基本能力和综合能力重视程度差距逐渐缩小，清末民初至建国前，综合能力占比仅为26%，基本能力占比明显高于综合能力。建国后，基本能力和综合能力比重趋于平衡，较为重视综合能力的发展，占比达到43%。经历过改革开放后，综合能力的比重反超基本能力。这种综合能力不断提升的趋势一直持续至今，2001至2007年的数据分析显示，21世纪以来高中科学学科平均综合能力略高于基本能力，占比约56%，但值得注意的是，物理学科呈现出学生基本能力较强的态势，但从总体上看，我国学生高中科学学科基础素养中基本能力和综合能力是在往相对均衡的方向发展。

从课程目标对基础素养两个维度的表述来看，三门学科对基础能力的要求从相似走向分离，学科特色随着时间的推移更加明显。首先在物理学科中，基本素养的描述首次出现在1929年的《高级中学普通科物理暂行课程标准》中，明确提出使学生能得到人生必需的物理知识，指向基本能力的养成。随后在1932年的课程标准中，在基本能力方面要求使学生明了物理学中简单原理，综合能力的要求为训练学生运用感官，以培养其观察与实验之才能，首次出现了能力的类似概念——才能。1936、1941、1948年的课程标准中，沿袭了1932年的表述。新中国成立后颁布的第一个高中物理课程标准是《高级中学物理科课程标准草案》，其对基础素养的要求较之以往发生了较大改变，基本能力要求了解物理学的基本规律与思考方法，超脱了知识和原理的范畴，涉及到简单的元认知，综合能力要求增进学生的工作技能。同年的教学大纲是基于苏联的母体编制而成的，重视系统知识的学习，因此基本能力要求变为根据年龄学习系统的和巩固的物理学基本知识。到1963年，对基本能力中的基础知识进行了细化，分为经典物理学的力、热、电等分支，综合能力要求培养学生的实验技能和物理计算能力。1978、1986、1990年，基本能力要求学习现代科学技术需要的物理基础知识，从1996年开始，基本能力的关注视角从国家发展转向学生自身的发展，学习全面的物理知识、学习终身发展必备的物理基础知识和技能，形成物理观念成为主要的要求；而综合能力并未发展生改变，以培养学生的初步观察的实验能力为主。

化学学科素养在清末民初到建国之前，对学生基本能力的要求关注学生化学根本知识的获得，以及培养化学理论常识；综合能力强调养成学生敏锐之观察力与精确之思考力，并持续体现在建国之前的整个化学科学课程发展进程中。新中国成立后颁布的《高级中学化学课程标准草案》基于亟需改变一穷二白的现状，对数理化等学科中基本能力的要求发生了较大改变，在初中阶段学习的基础上，学生学习系统的化学基本知识，强调初中和高中的衔接问题；综合能力仍然是重视观察能力的培养。这种取向一直持续到1986年，在这之后颁布的课程标准中，综合能力从仅强调观察转向初步了解化学知识在实际中的应用，具有实践意识的趋向性并在此次及之后的课程目标中将实践行动具体落实，即使学生能综合应用化学和其他科学知识、技能解释和解决一些简单的实际问题，强调问题的简单性。2001之后颁布的课程标准中，对基本能力和综合能力的要求变得多元化，将化学知识的学习按照化学学科结构细分。

1929年的《高级中学普通科生物学暂行课程标准》首次出现了生物学科基本素养的表述，十分详尽地要求学生掌握相关的知识、原理、学说等，但未出现综合能力的要求。1932年的《高级中学卫生课程标准》首次出现综合能力的要求，即养成学生解决生活上健康问题之能力，体现了生物学科的健康保护价值，基本能力并未发生变化，并一直持续到改革开放时期。但在1932年至改革开放这一时期，综合能力的要求变为采集、观察、实验能力，体现了综合能力在科学学科中的同质性。从1978年开始，无论是基本能力还是综合能力都是为国家现代化建设服务，直到2003版课程标准，生物课程的价值取向转向学生主体，获得终身发展的基础知识和初步的分析、观察、实验、探究以及问题解决能力成为基础素养的要求（见图1）。

图1 高中科学学科的基础素养比较

（二）从一枝独秀到日趋平衡的领域素养

领域素养界定了素养应用的领域范围，强调在实践中的主体行动和思维活动，包括实际应用、实验操作、交流合作、科学方法和认知方式五个维度。我国近百年来高中科学学科领域素养的发展也呈现出逐渐均衡发展的趋势。清末民初至建国前，实际应用素养明显强于其它各方面素养，综合占比高达50%，科学方法素养仅占17%，合作交流素养和认知方式素养几乎被忽略。建国后这种情况得到了改善，实际应用素养占比下降至32%，认知方式素养和交流合作素养都较前一时期有了很大提升。新的变化出现于改革开放后，认知方式素养和科学方法素养提升明显，合作交流素养的培养再一次被忽视，占比仅有1.6%。随着2003年新课程标准的实施，物化生学科的目标是“进一步提高全体高中学生的科学素养”，这使得新世纪学生高中科学学科领域素养各方面的发展相对均衡，合作交流素养得到重视，不再成为学生领域素养中的短板。

从领域素养的表述来看，在物理学科中，1923年的《高级中学第二组必修的物理学课程纲要》首次出现了对领域素养的表述，要求养成学生有精密之观察力，有别于初步观察，强调观察的精密性，指向实验操作这一维度。在清末民初至建国前的其他物理课程标准中，关于实验操作的要求出现空白。这一时期，实际应用的表述较为生活化，即应用以解决日常问题及说明常见现象，了解和利用日常的工具，合作交流没有出现相关表述。科学方法表述为“使学生练习演绎归纳观察试验的方法，应用于研究一切学问”。化学课程标准在实际应用层面强调培养应用化学和自然方法的常识来培养学生的实际应用能力，实验操作维度旨在培养学生的实验兴趣，养成在实验操作时应有的态度和习惯。科学方法从整体上强调注重科学精神及方法，掌握利用自然的方法。生物在这一阶段在实际应用上着重对生物知识应用意识的凸显，实验操作重视实验能力的养成，训练运用观察实验等科学的求知法，这也是科学方法的主要内容。从建国后到改革开放初期，物理的实际应用主要包括学会使用简单的量度仪器和工具的实际技能和要培养学生的分析和解决实际问题的能力两个向度，实验操作主要涉及实验报告的书写能力，科学方法主要出现了理论联系实际的方法和数学方法在物理中的运用，认知方式主要是指学生物理思维能力的养成。化学中，实际应用主要指能把化学知识运用到生产之中，并能分析和解决一些实际的问题，包括结构不良的问题。实验操作层面是指实验的技术及良好习惯的养成，合作交流涉及交流能力和交流技巧。生物的实际应用是指实施保健工作为人民服务，实习的技能和将知识应用于实践的能力，实验操作包括会使用显微镜，制作切片、标本，并掌握采集和解剖的技巧。合作交流涉及基本的交流能力，认知方式包括迷思概念的转化和思维能力的养成。从改革开放初期到20世纪末，物理学科实际应用主要是指培养学生的分析和解决实际问题的能力，在认知方式上培养学生的科学思维能力，使学生受到科学方法的训练。化学科学中实际应用主要表现在认知层面，在实验操作中学习一些化学实验和化学计算的基本技能，获得科学学科的学习方法，在认知方式上关注发展思维能力和自学能力。生物学科在实际应用中强调能应用于实际的实践活动，即能运用学到的生物学知识评价和解决某些实际问题，实验操作要求具有较强的生物学基本操作技能、收集和处理信息的能力、观察能力、实验能力，并对从资料收集到结果呈现整个实验流程做出详尽的描述并内嵌在科学探究过程之中，对学生的合作精神也做出了要求。将学科探究作为寻求真理的一种方法，进一步形成比较、判断、推理、分析、综合等思维能力和思维的独特性、新颖性等创造性思维品质。第八次课程改革以来，随着科学探究的深化与核心素养的发展，在领域素养的要求又出现了新的描述，在物理学科中，独立实验能力、具有交流的意愿与能力、团队合作精神、具有建构模型的意识和能力、科学论证能力成为新的要求；在化学学科中，善于从实践的层面探讨或尝试解决现实生活问题，对实验的改进，运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工的能力以及能对自己的化学学习过程进行计划、反思、评价和调控的元认知能力，成为与时俱进的新要求；生物学科更加关注实验操作的规范性和学科社会议题的参与（见76页图2）。

图2 高中科学学科的领域素养比较

三、高中科学学科高阶素养和通用素养的百年嬗变

梳理四个时期课程标准（教学大纲）的课程目标部分中的高阶素养和通用素养两个维度中二级指标所占比重和具体表述，来分析每个时期对学科素养的关注重点和描绘基础素养和领域素养的百年嬗变规律，以期从培养目标层面为跨学科融合和高端综合性人才的培养提供理论依据。

（一）从单维到多维的高阶

学科本质和创新思维作为学科素养中超越基础素养和领域素养的高阶素养，其发展在这百年间也产生了极大的变化，学科本质体现学生于学科的理解，创新思维体现学生对知识创造性的应用，这都是教育对学生意识层面的影响。清末民初到新中国成立前，受限于当时动荡的社会环境，我国学生高中科学学科高阶素养发展极度不平衡，创新思维完全没有体现。在1950-1986年间，国家开始重视学生创新思维的培养，在高阶素养中的占比达到了64%，远超对于学科本质的理解。改革开放后，教育的重点放在了提高全民族的素质上，在主张创新的同时也强调了基础知识的重要性，学生对于学科本质的理解水平再次发生改变，其中，物理学科在改革开放前学生学科本质素养的占比为0%，而改革开放后为50%，生物和化学学科的创新思维占比进一步提高，分别达到了79%和67%。到了21世纪，学生的高中科学学科高阶素养进一步发展，学科本质素养和创新思维素养占比差距缩小，分别为43%和57%，其中生物学科二者差异较大，学生的学科本质素养仅占比23%，但学生的高阶素养整体呈现并重的局面（见图3）。

图3 高中科学学科的高阶素养比较

从三门学科对高阶素养两个维度的表述来看，各学科对高阶素养的表述随着时间的变化变得更加丰富具体，渗透本学科特征。从清末民初到新中国成立之前，在科学课程发展的早期阶段，高阶素养只注重培养学生对学科本质的认识，三门学科在对国家建设方面的价值得到肯定，希望通过教育来培养救国治世的人才，化学还另外关注了阐明化学与其他自然科学之关系的能力，要求学生在透彻领悟化学知识的基础上，能准确定位该学科在整个知识体系中的关系性。在新中国成立后到改革开放初期，物理学科未出现学科本质的描述，倡导通过课外作业与活动，以增进学生的工作技能，并启发其创造力，鼓励学生养成独立思考和创造精神。化学和生物对学科本质的要求依然体现在学科的应用价值上。在创新思维上，化学学科强调启发学生的研究兴趣及创造性，生物学科要求立足于本土经验，吸收祖国劳动人民合乎科学的生产经验和创造成绩，来培养实事求是的科学态度，不断探求新知识的精神，体现了深刻时代烙印的创造力培养路径。改革开放初期到20世纪末，物理学科的学科本质仍然体现了极强的社会功用取向，要求学生了解物理学在科学技术和社会发展中的重要作用。化学和生物也是类似的表述，不同之处在于对学科本质的要求是基于本学科知识提出的。在创新思维维度，物理学科鼓励独立思考和创造精神的养成；化学学科更加重视培养学生的创新精神以促进个性化发展，树立创新意识；初步形成思维的独特性、新颖性等创造性思维品质和创新思维习惯是生物学科的主要诉求。21世纪以来，物理对学科本质的要求不仅局限于物理学科的社会功能，而是逐渐转向对学科内部发展历程、知识间关联的习得，以及能正确认识科学的本质；化学更加关注化学学科对个人发展的贡献以及对环境保护的作用；生物学科侧重于对可持续发展的促进。在创新思维层面，物理学科更加关注科技创新，化学和生物关注个体独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神的养成。

（二）从整体演进到全面发展的通用素养

通用素养作为核心素养分层中的一类，是通过教育形成的较为稳定的情感方面的素养，也是学生核心素养的重要组成部分，关注学生在不断变化的社会环境中的快速适应和终身发展。近百年来我国学生高中科学学科通用素养的发展也逐渐丰富和均衡。纵观物理学科通用素养的百年发展历程，清末民初至新中国成立前，受当时社会意识形态发展局限，学生价值观念的养成还没能得到体现，情感态度占比60%，主要是培养学生学习物理知识，探索自然现象的兴趣，人格品质所占比重为40%，指向学生良好的观察习惯和缜密的研究精神的养成。新中国成立之后，价值观念成为通用素养中最重要的维度，占比为64%，主要是由于国家建立之初，培养学生的爱国主义价值观成为主要教育目标，此外辩证唯物主义观点也是这一时期价值观念的主要组成。情感态度和人格品质占比分别是27%和9%，前者指向观察和研究问题的正确的和科学的态度的培养，后者关注坚强、勇于克服困难和合理地组织工作等劳动品质的养成。1988年之后，由于对现代化建设的效率诉求，通用素养的内部比例发生了改变，关注价值观念和情感态度的养成，忽视了学生个人品质的发展，培养学生学习科学的志趣以及辩证唯物主义主义和爱国主义教育成为为现代化建设服务的抓手。在2003年之后，三个子维度的占比趋向均衡，通用素养被赋予了新的内涵，可持续发展意识和全球观念，振兴中华的使命感与责任感，能基于证据和逻辑发表自己的见解、不迷信权威，学术伦理道德成为新时期通用素养的主要要求（见78页图4）。

图4 高中科学学科的通用素养比较

化学学科在第一阶段通用素养的内部比例和物理一致，忽视了价值观念的养成，学习兴趣的养成成为情感态度的主要内涵，养成查阅参考书目和随时观察的习惯来帮助人格品质的养成。1949年之后，价值观念成为通用素养的重要内容，占比70%，其他两个子维度占比不足25%，可见新中国的成立带来了素养建构的重大转型，其内涵也发生了质的改变。价值观念以爱国主义和辩证唯物主义为主要追求，情感态度从学习兴趣转变为研究兴趣，培养学生的社会责任感以及勤奋、坚毅、合作等优良品德以促进综合型人格品质的生成。从改革开放初期到千禧之年这十几年时间里，三个子维度的比例都在30%到40%区间分布，其中价值观念和人格品质的表述未发生变化，情感态度包括学习兴趣和科学态度两个维度。从2003年之后，通用素养的表述得到极大地丰富，操作性也进一步增强。三个子维度占比均衡，价值观念从爱国主义和辩证唯物主义变为集体主义、“绿色化学”观念和生命观念，具有当下所追求的可持续发展的内涵。情感态度细致描述了培养什么样的情感态度和可行性路径。人格品质指向当下的核心关切，国家建设的使命感、“绿色化学”观念和可持续发展意识以及参与有关化学问题的社会决策。

在新中国成立之前，生物学科的通用素养主要关注学生情感态度的培养，培养学生对生物学的兴趣以及养成良好卫生态度，增强国民体质。1949年之后，价值观念和人格品质的养成成为主要目标，情感态度受到忽视。价值观念仍然以爱国主义和辩证唯物主义价值观为主，积极地参加群众性的爱国卫生运动，加入了实践层面的要求。人格品质主要是养成热爱自然、爱好劳动、爱好科学的习惯，养成正确的审美观和高尚的情操，以促进身心健康发展。在1988年之后，价值观念仍然是通用素养的重要内容，新加入了可持续发展观念的养成。情感态度和人格品质占比分别是17%和22%，前者指向实事求是的科学态度，后者明确了良好的卫生习惯和对环境的责任感是现代化建设时期人格品质的主要要求。21世纪以来，价值观念的首要位置仍未撼动，主要包括爱国主义情感和社会责任感、科学的世界观和价值观、热爱祖国，增强振兴中华民族的使命感与责任感以及生命观念四个方面。情感态度向生活领域扩展，出现了确立积极的生活态度和健康的生活方式，人格品质除了对环境的责任感和热爱生活的品质外，主动应对挑战，如愿意承担抵制毒品和不良生活习惯等社会责任等也成为培养人格品质的重要内容。

四、高中科学学科素养比较与研究展望

百年科学学科素养的发展在不同时间段呈现出不同特点，不同学科对素养的要求也蕴涵各学科特色，但又有科学本质上的关联，本节试图通过分析这四个不同层次的学科素养在每一个时期的变化，总结其宏观层面的演变特征，以求为今后的研究提供思路，为我国课程改革提供依据，为课程标准的完善助力。

（一）高中学科素养的比较

首先，在基础素养层面，物理学科在四个时间阶段所占比例逐次下降（52%，28%，19%，12%），可见随着科学课程体系的逐渐完善以及社会发展对高层次人才的需求，基础素养已然不能紧跟时代的潮流，其具体指向也发生了较大变化，从简单原理的掌握向物理观念的生成转型。化学和生物学科也表现出类似的变化趋势，但其基础素养的内在含义却不尽相同，分别指向化学观、守恒观以及生命观的生成，三门学科相同之处在于综合能力维度随时间迁移变化较小，以基本技能如初步观察和实验以及简单应用能力的形成为主要目标。

其次，在领域素养层面，物理学科领域素养所占比重呈现上升趋势（26%，32%，37%，53%），表明指向行动领域的素养和能力的发展是当下物理教育的主要追求，其具体的内涵也深刻时代的烙印，从最初重视实际应用和科学方法忽视合作交流和认知方式，到多元协同发展，领域素养的要求越来越丰富。化学学科的领域素养出现了由多到少再增多的波动状态，其本质要求也发生了较大变化，主要表现为实际应用领域从日常生活向国家建设转型，并最终回归到学生问题解决能力的养成。生物学科的领域素养也呈现上升的态势，得益于从只重视实验操作向多维度平衡的转化。但无论三门学科的领域素养如何变化，培养学生分析和解决问题的能力以及科学探究能力始终是科学学科行动领域的追求。

再次，在高阶素养领域，物理学科中高阶素养所占比重在四个时期保持稳定发展趋势，始终保持在10%左右。高阶素养在物理学科百年发展历程中所占比例较低，一方面是由于高阶素养相对于基础素养实现了跨阶级飞跃，从较低的认知水平向较高的思维能力发展，对学生认知能力要求过高，另一方面由于高中教育仍属于基础教育的范畴，对高阶素养重视程度较低也无可厚非，但在最新课程标准中，高阶素养的比例有所上升。化学和生物学科的高阶素养变化趋势和物理较为类似，基本上在每个阶段在所有素养中占比最低。在基本内涵上，21世纪之前，各学科在学科本质的要求是较为一致，强调对该学科在社会发展中的价值的认识，21世纪以来，各学科有不同的内涵演化，物理更加注重学生对学科内部发展历程以及科学本质的了解，化学更加关注化学学科对个人发展的贡献以及对环境保护的作用，生物学科侧重于对可持续发展的促进。在创新思维上，各学科也出现了较大差异，物理学科更加关注科技创新，化学和生物关注个体独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神的养成。

最后，在通用素养层面，各学科呈现出从上升到稳定的趋势，从第一阶段15%左右，到之后的三个阶段均为30%左右。通用素养是核心素养的重要组成部分，是科学学科素养最本质的体现，致力于学生终身发展的需要，因此，通用素养在各学科中差异较小并且各时期的表述也较为类似。对于价值观念这一维度，爱国主义和辩证唯物主义价值观的培养为主要内容，情感态度主要指向培养学生学习兴趣和研究问题的正确的和科学的态度，生物学科还基于学科特性提出确立积极的生活态度和健康的生活方式。人格品质要求从良好习惯的养成向正确的审美观和高尚的情操过渡。（见图5）

图5 高中科学学科素养比较

（二）研究结语与展望

我国高中科学学科素养作为主要育人目标在一个世纪以来发生了较大的变化，主要表现在为了满足时代发展的需要，学科素养中的四个维度所占比例发生了较为明显的变化，其具体的内涵也与早期阶段的要求有所不同。如素养一级指标和二级指标所占比例逐渐均衡，对素养的描述更加具体和立体。学科素养中最基本最核心的通用素养在一百多年的时间中基本没有发生改变，同时它们也未因学科的不同而产生较大的差异。基于上述分析，从政策的制定、理论的生成以及教育实践的展开提出以下展望。

1.课程标准的制定要考虑学生通用素养和高阶素养所占比例。纵观整个学科素养在百年的发展历程，高阶素养和通用素养所占比重较低。根据布鲁姆的课程目标分类系统，高阶素养是指以高阶思维为核心的解决复杂、结构不良问题的情感和能力，包括对学科内涵和外延的深度思考以及创新思维的养成。在云谲波诡的国际环境中，中国急需大量高层次人才，因此从基础教育末期甚至是早期就重视学生高阶素养的形成是非常必要的。鉴于学生高阶素养的养成必然会促进其他素养的培育，尤其是基础素养，因此重视学生高阶素养的比例是十分重要的。通用素养超越了特定的应用领域，关注情感和人格层面素养的生成，是在时代变革中提供应变能力和生存技能的素养，因此通用素养应该放在核心位置。

2.建构本土的科学素养模型，提高中国科学教育理论的话语权。我国学科素养的发展已逾百年，但立足于本土建构的学科素养模型却鲜见，较多的是从PISA等国外大型测试、欧美等科学教育发达国家的素养模型引介过来，加以改造而形成的。将学科素养进行结构化表征最终形成学科素养模型，因此学科素养模型是育人目标的重要借鉴，又因为学科素养与课程标准中的教育目标一脉相承，制定基于本土的模型成为课程标准研制的重要参考。学科素养模型不仅仅是基于教育理论来建构的，还要经过全国范围内的测评进行层层修正，信息技术的发展以及教育大数据的应用为全方位的测评提供了新视角，为生成本土的科学素养模型提高中国科学教育理论的话语权提供了技术支持。

3.基于学科素养设计课程应该成为科学教育的主要追求。科学教育以提高人的科学素养为最终目标[13]1-7，而学科素养是融知识能力与情感态度和个人品质为一体的统整性素养，是学生可以通过学习获得的能力的综合体，学科素养的可教可学性为课程设计提供了理论支持。学科素养不仅是课程目标，还为目标的达成提供了可行路径，因此基于学科素养设计课程成为国际科学教育的主要趋势。基于学科素养进行课程设计不仅要宏观把握课程结构，明确所要达成素养的组成要素，还要了解素养之间的层次分级，从这种课程目标的转向中让学生不仅获得学科的知识和技能，更能获得对学科进行融合以便在日益复杂情景下解决问题的能力。