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2021-01-17 星期日
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高考新政下提升高中生科学素养的策略研究

 来源:全国教育科学规划领导小组办公室    发表时间:2020-11-30   阅读次数:863   作者:潘苏东

    华东师范大学潘苏东教授主持完成了全国教育科学“十三五”规划教育部重点课题“高考新政下提升高中生科学素养的策略研究”(课题批准号:DHA170352)。课题组主要成员:上海师范大学岳晓婷,杭州师范大学徐王熠,海南师范大学李晶晶,广东第二师范学院高洁,华东师范大学刘增泽、黄蕊、白梅、沈甸、周彬。
    一、内容与方法
    (一)研究内容
    本课题的研究内容主要包括:
    第一,探讨高考新政对首批试点的上海市和浙江省高中生科学素养的培养产生的影响;
    第二,揭示高考新政给上海市和浙江省高中生科学素养培养带来的问题及产生问题的原因;
    第三,提出高考新政下有效地提高高中生科学素养的相关策略;
    第四,提出高考新政下改善高中生科学素养培养的政策建议。
    (二)研究方法
    1.调查法
    编制信效度俱佳的《高中生科学素养测试卷》,从科学知识、科学思维、科学探究三个维度纸笔测试上海市和浙江省三个层次各六所高中高二学生科学素养的状况,发现问题、探查原因。
    2.访谈法
    编制访谈提纲,采用半结构性访谈的方式对样本校部分高中生和科学科目教师,了解他们高考新政对科学素养培养影响的看法,进一步认识问题和弄清楚产生问题的原因。
    二、结论与对策
    (一)研究结论
    1.高考新政后两省市高中生科学素养总体水平一般,科学思维更是短板
    高考新政后,上海市和浙江省高中生科学素养总体水平一般,科学思维尤为薄弱。与老高考方案相比,采用新高考方案后,三门科学科目高考有效满分值下降较多、难度也相应降低,致使学科地位急剧下降,学校对它们的重视程度降低、课时变少、教学要求下降,应试倾向趋重,高中生科学思维训练强度降低,导致科学素养总体水平不高,科学思维成为短板。
    2.科学素养三个维度的关联性强,相互影响显著
    高考新政后,上海市和浙江省高中生科学素养三个维度的关联性强,相互影响显著,任一维度出现问题都会对其它维度产生不利的影响,科学思维与科学探究相关度极高,两者的相互影响更为显著。由于三个维度间的高相关度,教学中要提高学生的科学素养,仅从某一个维度发力,很难实现整体素养的提升,需要三个维度均衡发展,才能相互促进、整体提升,而且具有持久效果。高中阶段思维水平与探究能力存在着非常密切的联系,两者相辅相成,高水平思维训练能有效地提高探究能力,探究相关活动也会反过来促进思维水平的提升。
    3.高考新政使传统的文科与理科界限被打破,男女科学素养差距明显缩小
    高考新政前两省市男生选理科比例要高于女生,男生科学素养明显地高于女生。高考新政后,传统的文科与理科界限被打破,男、女生均在文理相交替中学习,选考科目没有明显的男女生差异,他们的科学素养也无显著性差异。高考新政为上海和浙江高中生分别提供了20种、35种选考组合,造成纯文、纯理科选考组合占比很低,大多数都是文、理科目混选,各种组合中没有明显文理科的男女生界限,这种积极的变化有利于男、女生未来的发展。
    4.不同层次高中科学素养差序的格局未被打破
    高考新政后,两省市一流高中学生的科学素养水平高于较好高中、较好高中高于一般高中,但一般与较好高中的差距更大。三层次学校的科学知识差值不太大,而科学思维和科学探究的差值大,说明拉开三类学校科学素养差距主要是思维与探究两个维度。在三层次学校中,高考新政之所以对一般学校高中生科学素养培养影响最大,主要是因为他们与较好高中学生的思维和探究之间的差距更大。
    5.不同选考组合对学生科学素养具有较大影响
    高考新政后,两省市不同选考组合对学生科学素养具有较大影响,科学素养得分是随选考科学科目门数的增加而提高,但三门都选考只略高于选考两门。随着选考科学科目门数的增多,学生的科学素养增加,但是三门都选考只是略高于选考两门,与常理不太相符。这有着比较复杂的、多方面的原因,比如,“策略性选考”催生受考生欢迎的地理、技术这样的“黄金搭配科目”、以及考生弃选的“物理+化学”这样的“魔鬼组合”,还有考生运用高二、高三优化时间的策略等。
    6.物理、化学、生物三门科目选考与否对科学素养的提升效果是不同的
    高考新政后,两省市高中生物理、化学、生物三门科目选考与否对科学素养的提升效果是不同的,物理优于化学、化学又优于生物,体现出物理、化学对学生科学素养培养的重要性。物理和化学课程在训练高中生科学思维中的推理、建模、论证等能力,以及科学探究中的识别和控制变量、制定研究方案等方面优于生物;物理、化学教学中,更多要求学生理解与逻辑推理相结合,提供给学生科学探究、抽象思维、元认知监控的机会较多,而生物教学中采用讲授法、观察法较多,对学生记忆和理解、形象思维、归纳推理要求较多,对学生科学素养提升效果略弱。
    (二)对策
    为了有效地提高高考新政下高中生的科学素养,我们从以下培养策略和相关的政策建议个方面提出对策。
    1.培养高中生科学素养的教学策略
    (1)通过三个维度联动来培养科学素养
    鉴于科学素养三个维度是相互促进、相互影响的,对于选考科学科目的学生来说,教师要重视科学素养各维度的训练,在帮助学生打下较扎实的科学知识基础的同时,同步加强对科学思维与科学探究的培养,不能因为课时减少而忽视科学学习的过程性。例如,如果仅在科学知识维度发力,短期来看,知识提升明显,思维与探究的提高较小,但科学素养整体水平提高幅度有限,就会出现难以突破“天花板”的情况。
    对于非选考科学科目的学生来说,教师在教学中应以学生素养形成为目标,注重探究式教学,提升学生的探究能力,同时促进科学知识和科学思维发展,不应过分降低培养要求和鼓励死记硬背。学生选考科学科目与否,对他们的教学不应该有本质的差异,应在三个维度同时努力来促进科学素养的提升。
    另外,不同科学科目之间要相互配合,取长补短,学科组间要经常交流研讨,合理规划科学科目的教学方案,实现科学素养的全方面培养。某一科目的缺席,都会影响到学生科学素养的整体水平。
    (2)引导学生对科学知识进行深层次理解,通过元认知改善知识学习效果
    科学知识包括科学概念与科学规律等内容,具有抽象性、概括性、结构化的特点,仅靠机械记忆难以学好,必须依靠深层次的理解来学习。首先,教师要清晰地阐述科学概念所反映对象或过程等的本质属性(即内涵)、概念的适用范围(即外延)及科学规律中各因素间的本质联系和成立的条件,这样可以使学生对每个概念和规律有一定程度的理解。其次,教师要尽可能地将学过的科学概念与规律关联起来,既有横向的联系,又有纵向的联系,使学生在认知结构中形成科学知识的网络结构图,加深学生对知识的理解程度。比如,可以围绕核心概念组织教学内容,使学生形成以核心概念为聚合点的知识体系[9],在深层次理解的基础上,提炼升华形成科学观念,实现科学知识的灵活应用与迁移。
    此外,还可以通过元认知策略来进一步加深学生对科学知识的理解。元认知是影响人们认知活动效率的重要而高级的认知机能,包括对认知过程的积极控制,对理解过程的监测和对任务进展情况的动态性评估。[10]科学知识的理解是一个系统性的过程,面对不同科目、不同结构、不同难度的知识内容,如何计划组织、监控和有效的自我调节与反思则显得尤为重要。因此,在科学知识的系统性传授过程中,元认知策略的运用非常重要,它将有助于加深对知识的理解、改善知识学习的效果。教师应通过对知识进行精细加工,建立起新信息和已有知识的联系,以此来增强新信息的意义,降低学生的记忆负担,提升知识结构的能动功能,来实现对科学知识的深层次理解
    (3)采用“四动”策略促进科学探究能力的培养
    美国国家研究理事会于2011年发布的《K-12年级科学教育框架》中使用“科学实践”来取代1996年《美国国家科学教育标准》着重倡导的“科学探究”,将科学探究的内涵扩充到不仅仅是动手,也包括蕴含大量创造性思维和科学理性的“动脑”与“动嘴”。
    在此基础上,我们提出培养学生科学探究能力的动手、动脑、动嘴、动笔相结合的“四动”策略。动手指的是学生在探究过程中通过筹划实验步骤、搭建实验装置、完成实验操作过程或者进行实地考察等,主要是培养其掌握相关的实验操作技能、提高实验探究能力。动脑指的是学生在探究过程中明晰探究问题、提出猜想与假设、设计恰当的探究方案、对探究结果的分析与解释、得出探究结论等,动脑是科学探究的核心,涉及探究能力、思维能力、知识应用能力等,可以培养学生对这些相关能力的综合运用。动嘴指的是学生在探究活动中能够将自身思维过程、操作过程、探究结论等转变为有声信息进行表达,涉及与同伴的沟通与交流、分工与合作、质疑与辩驳等能力。动笔指的是学生能够熟练地运用文字符号等文本形式展现探究的问题、过程、结论以及撰写科学探究报告,对整个科学探究过程的反思等。因此,探究过程不应单纯停留在动手的实验操作或单纯的理论推演,还需要学生之间通过思维碰撞所做的探究方案设计、探究结果和结论的总结与交流、探究过程的反思等。整个探究过程实际上就是操作技能、科学思维、科学思想和方法、知识应用、合作交流能力、总结反思能力的大融合,它们的共同协作促进科学探究能力的培养。
    (4)注重一般性科学思维能力与学科特有科学思维能力相结合的培养
    科学思维能力的培养一直是高中阶段的一个难题,上述测试结果也明显地反映出这个问题。过去,物理、化学、生物课程标准中缺少对科学思维的明确要求,教科书中缺少对科学思维的直接呈现,导致科学思维在教学中属于隐性内容,学生的科学思维训练明显不足。2017年版普通高中物理、化学、生物课程标准重视科学思维的培养,把科学思维作为学科核心素养的一部分。在高考新政背景下,为了有效地培养高中生的科学思维能力,我们认为必须将一般性科学思维与学科特有科学思维能力结合起来进行培养。
    一般性科学思维主要包括比较与分类、分析与综合、抽象与概括等科学思维方法以及归纳推理、假设演绎推理、识别与控制变量、科学论证等。这些科学思维是三门科学科目共有的,既可以在三门科目中培养,也可以在其中任一科目培养。由于所有的高中生都要参加科学科目的及格考或学考,为此,一般性的科学思维能力可以主要在及格考或学考的科学科目中进行。物理、化学、生物教师通过既有分工又有合作的方式,在教学中对所有学生进行一般性科学思维能力的培养。
    学科特有的科学思维具有鲜明的学科特征,与学科的理论体系和研究方法紧密结合,在高中阶段无法脱离该学科来学习。例如,在科学推理中,有物理学科的类比推理和因果推理、生物学科的概率推理和相关推理、化学学科的比例推理和证据推理等;在模型建构中,有物理学科的理想模型和数学模型、化学学科的符号模型和过程模型、生物学科的实物模型和系统模型等。这些学科特有的科学思维可以主要在该学科的选考教学中训练,少部分在该学科的及格考或学考教学中训练。教师可借助思维导图、流程图等形式使思维教学过程可视化,也可以使用出声思考等形式使学生的思维过程外显化。
    学生科学思维能力的提升是一个长期性、系统性的工程,需要多学科、多层次、多角度、多形式的训练,因此,科目间要有协调互动机制,需要不同科学科目教师的共同规划与相互协调,还需要同一科目内及格考教学与选考教学之间的协作,这样才能综合培养学生的科学思维能力。
    2.提升科学素养的政策建议
    此处提出的政策建议虽然不能直接提升学生的科学素养,但是可以通过政策引领,改变科目选考中的一些弊端,进而通过改变学生选考的科目,来间接地提升学生的科学素养。
    (1)提高选考科目与高校专业间的匹配度,鼓励高校招生时各专业都提出相应的选考科目要求
    高考新政下,选考组合向多元化发展,但也存在“策略性选考”导致“陪衬”式科目出现的现象,如上海的地理、浙江的技术,它们的选考人数远远超出高校相关专业招生所需数量,供大于求,必然会使它们仅仅被当作高考取得高分的工具,未来所选专业与它们无关。甚至部分有意愿未来报考此类科目对应专业的学生,由于其他科目不占优势,而无法被相关专业录取,从而造成未来报非所愿、学非所用的局面。而这种现象的发展又会进一步导致选考组合的固化。
    因此,建议通过政策引领高校不仅要求与物理相关的专业指定选考物理,而且对其他理工科专业也有相应的指定选考要求,进一步细化完善报考专业的选考限制。通过使高校大部分专业进一步明确所需报考科目,以减少或者消除不限定选考科目的专业数,提升选考科目与高校专业之间所需人才的匹配性。[15]另外,不同层次高校的不同类专业可以有不同的限选要求,但一定要避免层次较低高校提出过于宽松的限选要求,使高中选考科目与大学就读专业匹配度低而导致教学质量大幅度下滑。
    (2)推进其他有效措施,切实解决选考“物理+化学”吃亏的问题
    随着高考新政的逐渐推行,部分省份开始尝试3+1+2的选考模式,还采用了不同的计分方式,这些探索都试图解决浙江与上海遇到的“弃考物理”等问题。当然,高考新政也面临着其他可能出现的潜在问题,如“物理+化学”吃亏是否会导致“化学”成为下一个遇冷科目等。[16]化学在高中生科学素养的培养中有着难以替代的作用,且高等院校的化学化工、环境工程、材料、医药、农学等相关专业对高中生化学学习基础要求较高,化学理应成为这些专业入学必选的科目。如果化学成为下一个“遇冷”科目,将对高中生科学素养的培养及高校部分专业的发展造成较大的影响。因此,寻求一种动态科学的选考科目保障机制与新的科目分数核算方式才能从根本上解决某一选考组合吃亏的问题。
    (3)合格考分等第并计入高考总分
    从调查中获知,高考新政后三门科学科目均未选的高中生科学素养显著性地低于新政前的文科生,明显地拉低全体高中生的科学素养水平。提高未选考科学科目高中生的科学素养就成了高考新政后的一项基础性工作,为此,我们建议参照江苏省“08高考方案”,将合格考成绩折算后纳入高考成绩。例如,将所有未选考某科目考生的合格考成绩按照正态分布划分为A、B、C、D四个等级,获得A等级加3分,B等级加2分,C等级加1分,D等级不加分,直接纳入高考总分;而选考该科目高中生的合格考不参与等级划分,成绩只分合格与不合格两档。这将能够激励未选考或者未全选科学科目的高中生对科学科目的重视程度,引导他们投入一定的时间与精力于科学科目的学习,确保他们的科学素养不低于新政前文科生的水平。

 

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