摘 要： 根據(jù)科學本質(zhì)（NOS）教育的最新分析框架——FRA范式，采用內(nèi)容分析法對2011年版和2022年版義務教育化學課程標準的課程內(nèi)容中，涉及科學本質(zhì)不同要素的內(nèi)容進行頻次統(tǒng)計與分析。結(jié)果表明：2022年版課標呈現(xiàn)的要素種類更多且聯(lián)系更緊密，尤其關(guān)注化學科學與社會背景的相互作用。據(jù)此提出相應的教學實踐建議。

關(guān)鍵詞： 科學本質(zhì)； 義務教育化學課程標準； FRA范式； 認知網(wǎng)絡分析

文章編號： 10056629（2024）08000707

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1 問題的提出

科學本質(zhì)（Nature of Science，后簡稱NOS）是發(fā)展公民科學素養(yǎng)的關(guān)鍵議題，開展NOS教育是科學教育體系的重要一環(huán)，有助于學生體驗科學研究的過程與方法，培養(yǎng)科學精神、能力和情感［1］。在化學學科中，與《義務教育化學課程標準（2011年版）》［2］（下文稱“舊課標”）相比，《義務教育化學課程標準（2022年版）》［3］（下文稱“新課標”）在課程目標中確立了“化學科學本質(zhì)”主題大概念，提出了“科學思維”等承載NOS理念的核心素養(yǎng)，要求學生具備科學探究能力、養(yǎng)成科學態(tài)度、體會科學于人類的價值等。新課標對NOS教育的推進于師生而言勢必提出了新的挑戰(zhàn)，將NOS具體內(nèi)容從課標中顯化出來，以輔助教師理解NOS，具有重要意義。

當前對課標中NOS的研究大多采取內(nèi)容分析法，重點關(guān)注NOS內(nèi)容的頻次及分布［4，5］，卻甚少關(guān)注NOS各內(nèi)容之間的聯(lián)系。鑒于NOS的內(nèi)部復雜性，這種聯(lián)系不應被忽視［6］。同時，調(diào)查發(fā)現(xiàn)我國教師的NOS認知水平普遍較低［7］，關(guān)注課標中NOS各內(nèi)容之間的聯(lián)系，將有助于改善這一現(xiàn)狀。

綜上，本研究聚焦三大問題：（1）兩版課標分別涉及到NOS的哪些內(nèi)容？（2）兩版課標的NOS內(nèi)容之間的聯(lián)系方式是怎樣的？（3）兩版課標的NOS內(nèi)容及其聯(lián)系有什么差異？借鑒國際最新的NOS研究方法，通過厘清并對比分析兩版課標NOS內(nèi)容，為把握初中化學NOS教育新方向提供借鑒與參考。

2 理論基礎與研究方法

本研究相關(guān)理論基礎與研究方法的關(guān)系如圖1所示。

2.1 FRA范式及其分析框架

當前國內(nèi)外教材和課標中NOS的研究框架大多是基于Lederman最早提出的七大內(nèi)容建構(gòu)的（稱為“共識范式”［8］）。每一內(nèi)容都有對應的陳述，這種條例化的呈現(xiàn)便于相關(guān)文本內(nèi)容的篩選，但不利于對NOS進行系統(tǒng)的理解［9］。近年來，基于“家族相似性”的NOS研究框架FRA范式（Family Resemblance Approach）逐漸得到關(guān)注與發(fā)展，其核心理念為：不同科學學科擁有相似的特征，但沒有一個特定的特征將這些學科分開，如同一個家族里的不同成員一般。因此，相較之下FRA范式能夠更適用于闡述不同科學學科的NOS，并且提供了意涵更豐富的11個內(nèi)容要素（如圖2），其展現(xiàn)的優(yōu)勢如下：（1）主張NOS各要素之間是可以“流動”的［10］，強調(diào)NOS的整體觀；（2）以啟發(fā)式的話語代替陳述性的描述，強調(diào)語境的重要性，激發(fā)人們對于NOS的辯證思考；（3）擴充社會層面的要素，利于與更廣闊的社會背景產(chǎn)生聯(lián)系［11］?；贔RA范式進行課

程政策文件的研究已有先例［12］，體現(xiàn)出其對NOS教育內(nèi)容剖析的可行性與價值。

考慮到我國科學教育中甚少涉及政治權(quán)力結(jié)構(gòu)的相互作用對科學的影響，并參考國內(nèi)學者對FRA范式的“本土化”做法［13］，本研究將“金融系統(tǒng)”與“政治權(quán)力結(jié)構(gòu)”合并為“社會權(quán)力結(jié)構(gòu)”，形成由10個要素組成的分析框架（如表1）。為了方便后續(xù)操作，每一維度與要素由英文字母代表。

2.2 ENA與FRA范式的融合

ENA（Epistemic Network Analysis）是一種對學習者在交互過程中的文本數(shù)據(jù)進行量化編碼，并采用動態(tài)網(wǎng)絡模型對學習者認知元素間的網(wǎng)絡關(guān)系進行表征與分析的重要方法［15］。鑒于其在文本量化分析的適用

性，已有學者將其應用于以FRA范式為編碼框架的NOS教育內(nèi)容的分析中，最終以網(wǎng)絡的形式呈現(xiàn)結(jié)果［16，17］。

本研究將兩版課標作為“會話”（ENA中的最大分析單元），將各課標主題作為“單元”，單元內(nèi)部由若干“行”構(gòu)成，一般將完整的句子視為1行，依據(jù)FRA范式的要素意涵對每行進行二進制編碼，如表2示例，涉及到的3個要素均被編碼為1，沒有涉及的要素則為0。ENA將相鄰的行折疊為節(jié)，節(jié)即為建立要素共現(xiàn)關(guān)系的最小單元［18］。節(jié)的劃分由在線軟件ENA Webki（https：//app.epistemicnetwork.org/）內(nèi)置的固定節(jié)長的滑動窗功能實現(xiàn)，考慮到節(jié)內(nèi)部的語義相關(guān)性和數(shù)據(jù)長度，并參考已有研究的做法［19］，將課標中每一個二級主題所包含具體內(nèi)容的平均行數(shù)（約為6行）作為節(jié)長，ENA基于節(jié)內(nèi)要素的共現(xiàn)關(guān)系建立網(wǎng)絡：每一要素會被具象化為節(jié)點，兩要素共現(xiàn)頻次越多，對應節(jié)點間的連線也越粗、顏色越深，意味著其聯(lián)系越為密切。

3 結(jié)果與討論

以新課標課程內(nèi)容的“內(nèi)容要求”以及舊課標課程內(nèi)容的“標準”為例進行研究。其中，新課標各主題“學生必做實驗及實踐活動”歸入主題一中，“跨學科實踐活動”歸入主題五中，以避免重復編碼。由筆者與兩位相關(guān)研究者共同編碼，前期培訓說明了各要素的具體內(nèi)涵。依據(jù)三位編碼者間的相互同意度，計算編碼者信度為0.97（＞0.80），說明本研究信度達標。對爭議編碼進行討論達成一致后，把數(shù)據(jù)導入ENA Webki，得到兩版課標的NOS總體網(wǎng)絡。

3.1 NOS教育內(nèi)容涉及要素的頻次差異

由圖3可知，新課標有關(guān)NOS各要素的出現(xiàn)頻次基本呈現(xiàn)上升趨勢，這主要源于新課標更為重視NOS的統(tǒng)領作用，力求以多樣的形式滲透同一要素的內(nèi)涵。經(jīng)計算，新課標社會制度系統(tǒng)要素的總占比明顯提升（從21.74%升至33.23%），并實現(xiàn)了要素的全覆蓋。

3.1.1 認知系統(tǒng)的要素分析

在認知系統(tǒng)內(nèi)，“目標與價值觀”和“方法和方法論規(guī)則”的頻次大幅上升。對于前者，新課標在此基礎上極大地豐富了該要素的廣度。由圖4可見，新課標的諸多敘述明確地指向?qū)W生科學價值觀的多元發(fā)展，能契合FRA范式對該要素的內(nèi)涵解讀，指導著學生科學實踐與認知建構(gòu)［20］，讓學生像科學家一樣思考問題。

“方法和方法論規(guī)則”要素的增加主要是源于新課標在每個一級主題下均增設了相應的“思路與方法”，為主題內(nèi)容的學習提供路徑。此外，新課標還對科學方法體系進行了重構(gòu)。依據(jù)FRA范式的內(nèi)涵與化學的學科特性，科學方法可分為包括觀察、調(diào)查等通用性的“跨學科方法”，以及包括化學符號、金屬活動性順序等受化學方法論規(guī)則作用的“化學學科方法”。舊課標將“跨學科方法”置于主題一“科學探究”中，后續(xù)知識主題則注重具體的“化學學科方法”。而新課標的主題一簡化了一般性敘述，新增了更具化學特質(zhì)的“化學實驗探究的思路與方法”模塊，對“科學探究”這一“跨學科方法”進行了“學科化”的表達。同時，又要求學生在具體的實驗探究情境中“理解科學探究的本質(zhì)”，即從“化學學科方法”的運用中體悟“跨學科方法”。在后續(xù)主題中也是如此，如主題三提出可以從物質(zhì)性質(zhì)等學科視角以及通過實驗、模型等“跨學科方法”探索物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。總之，新課標對該要素的呈現(xiàn)展現(xiàn)了化學既是科學的一部分，同時也有自己獨特的“方法和方法論規(guī)則”，體現(xiàn)出了NOS與“家族相似性”融合的理念。

3.1.2 社會制度系統(tǒng)的要素分析

新課標重視社會制度系統(tǒng)要素的呈現(xiàn)，其中“科學道德”要素尤為矚目。舊課標對此的敘述主要集中在主題五中，包括環(huán)保節(jié)約等普通公民在日?；顒又械牡赖乱蟆６抡n標將“科學道德”滲透到了不同的主題當中，有效落實“科學態(tài)度與責任”核心素養(yǎng)。橫向地看，該要素所涉及的種類更為多元，除了想象力、團結(jié)協(xié)作等科學家從事科學活動時展現(xiàn)的良好品格，還新增了恪守科學倫理、維護社會安全等底線意識。與此同時，新課標還涉及愛國情懷、對全球生態(tài)負責等責任擔當，故縱向地看，新課標對該要素的落實既明確底線，又彰顯高度。

此外，“社會組織和相互作用”要素同樣有所增加。舊課標對該要素的敘述聚焦在主題一中合作交流的社會性體驗上，如“在教師指導下或通過小組討論，提出活動方案”，體現(xiàn)出人的互動對完成科學活動的作用。新課標在此基礎上還要求學生在更高層面理解化學科學與廣義社會組織形式的作用，其中主題五要求學生意識到化學科學的正常運作需要受國家法律的保障與制約，理解科學、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系。這體現(xiàn)了STSE教育理念的滲透，旨在促進學生認識到化學科學是扎根于廣泛的社會組織背景下而存在的。

“科學的社會價值觀”是兩版課標中社會制度系統(tǒng)內(nèi)占比均較高的要素，差異在于新課標明確指出“欣賞化學反應造福人類的獨特價值”等更具宏觀意義的敘述，這意味著新課標不僅要像舊課標那樣讓學生意識到化學科學運作的前提是滿足社會、環(huán)境的要求，還要塑造學生站在人類文明的角度認可乃至贊賞化學科學的積極價值觀，此舉將從情意層面促進學生正確看待化學科學。

3.2 NOS教育內(nèi)容涉及要素的聯(lián)系情況變化

兩版課標NOS總體網(wǎng)絡如圖5所示。為更進一步地量化差異，借助ENA Webki對二者的總體網(wǎng)絡進行疊減，即如果兩組網(wǎng)絡中存在重疊的節(jié)點間連線，最終呈現(xiàn)出來的是連接較強的顏色或圖案，并且線條粗細都會相互疊減［21］（如圖6），以反映同一聯(lián)系的強弱差異，差異越大，線越粗。

3.2.1 主體結(jié)構(gòu)分析：認知系統(tǒng)的內(nèi)部及認知系統(tǒng)各要素與社會價值觀的關(guān)系

認知系統(tǒng)內(nèi)部要素聯(lián)系所組成的結(jié)構(gòu)是兩版課標NOS網(wǎng)絡的主體，除了“目標與價值觀”要素因頻次較少而聯(lián)系較弱外，知識、方法與實踐構(gòu)成的三角關(guān)系以兩兩雙向聯(lián)系的方式存在于兩版課標中，體現(xiàn)最多的為通過科學方法與實踐探索新知，以及利用科學知識指導方法與實踐，這是學生對NOS最基礎的理解。

此外，價值觀的塑造同樣是科學認知活動的關(guān)鍵。FRA范式有關(guān)價值觀的要素有指向科學界內(nèi)部活動的“目標與價值觀”以及側(cè)重于科學與社會的關(guān)系的“科學的社會價值觀”。由圖6可知，舊課標傾向于用“科學知識”直接作用于“科學的社會價值觀”的形成，如在主題二對常見物質(zhì)的學習中，多次指出了解某些物質(zhì)性質(zhì)的意義在于滿足社會效用。而新課標更注重“目標與價值觀”與“科學的社會價值觀”的相互作用，如主題二“認識合理使用化學品對保護環(huán)境的重要意義”，即體現(xiàn)前者的“合理性”與后者的“尊重環(huán)境”交融，類似的還有“實證性”與“保證知識權(quán)威”等，體現(xiàn)出新課標將兩種價值觀共現(xiàn)以達到相輔相成的效果。

3.2.2 次要結(jié)構(gòu)分析：社會制度系統(tǒng)要素的內(nèi)外部聯(lián)系

社會制度系統(tǒng)與認知系統(tǒng)的要素聯(lián)系之強是新課標NOS網(wǎng)絡變化的主要來源。其中，“科學道德”要素在具體文本中大多為后置的，如主題五指出學生需要先通過科學認知意識到化學與環(huán)境的關(guān)系，再內(nèi)化環(huán)保意識。類似地，由圖5可知，許多新增的社會制度系統(tǒng)要素非獨立存在。如“社會認證和傳播”要素主要位于主題三中，社會對研究結(jié)果的反復認證與傳播是科學家探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要推動力，這一歷史進程以“科學知識”的更新為載體，成為學生理解NOS的一大途徑；“專業(yè)活動”要素主要位于主題五中的職業(yè)體驗活動和社會性議題的探討，旨在讓學生體驗化學從業(yè)者是如何開展日常工作的，此時便需要調(diào)動學生的認知系統(tǒng)，尤其是與“科學實踐”要素的聯(lián)系；“社會權(quán)力結(jié)構(gòu)”要素在新課標中主要表現(xiàn)在經(jīng)濟、環(huán)境對化學科學的制約性，傳遞出化學科學活動并非對所有群體都是有益的理念，該要素主要體現(xiàn)在學生需要依據(jù)一定的知識與方法，學會控制成本與節(jié)約資源。

社會制度系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)是新課標呈現(xiàn)的新特征。最具代表性的“社會組織和相互作用”要素的聯(lián)系實現(xiàn)了從跨系統(tǒng)到系統(tǒng)內(nèi)外兼有的轉(zhuǎn)變，如新課標主題四中指出，在化學科學與工業(yè)、環(huán)境等組織的相互作用中，勢必需要個體秉持節(jié)約環(huán)保的“科學道德”和“科學的社會價值觀”。故社會制度系統(tǒng)與認知系統(tǒng)相似，其內(nèi)部是緊密聯(lián)系的，而這種聯(lián)系也是學生領悟要素意涵的一大途徑。

3.2.3 整體結(jié)構(gòu)分析：跨學科實踐活動發(fā)揮的關(guān)鍵作用

新課標新設的10個“跨學科實踐活動”對NOS的整體呈現(xiàn)有著重要意義。以“調(diào)查家用燃料的變遷與合理使用”為例：該活動圍繞“家用燃料”這一社會性議題展開，涉及到家庭、工業(yè)、經(jīng)濟等社會組織的互動（社會組織和相互作用）；跨學科實踐活動強調(diào)學生進行成果的“輸出交流評價反思”，是學生體驗科學專業(yè)活動（專業(yè)活動）的機會，而調(diào)查研究便是其中的一種方式；“變遷”體現(xiàn)了燃料在不同歷史階段中為適應需求轉(zhuǎn)換（科學的社會價值觀）、技術(shù)更迭而發(fā)生變化的必然趨勢，社會對燃料的態(tài)度決定了燃料是否需要做出改變（社會認證和傳播）；“合理”意味著燃料的發(fā)展需要盡可能地滿足不同群體的需求以減少爭端（社會權(quán)力結(jié)構(gòu)），為此而具備尊重環(huán)境等科學道德應是全體公民的義務（科學道德）。因此，跨學科實踐活動因其自身的綜合性調(diào)動起整個認知系統(tǒng)，是“活化”FRA范式各要素間流動性的重要紐帶，有利于學生在實踐中整體把握NOS的內(nèi)涵。

4 結(jié)論與建議

相比于舊課標，新課標在認知系統(tǒng)內(nèi)更為重視“目標與價值觀”以及“跨學科”和“化學學科”方法論的塑造，在社會制度系統(tǒng)內(nèi)更強調(diào)對廣泛社會背景下不同組織相互作用的認識；更關(guān)注要素聯(lián)系對形成多元化的科學道德與社會價值觀以及理解社會制度系統(tǒng)新要素的促進作用；新設的跨學科實踐活動是促進NOS整體理解的關(guān)鍵載體。為更好地幫助化學教師開展以理解NOS內(nèi)容為目標的教學實踐，提出以下建議：

4.1 基于FRA范式，明確要素的知識載體

首先，理解FRA范式各要素的意涵，再結(jié)合兩版課標NOS要素頻次變化，準確把握新課標對NOS教育的新要求。其次，挖掘具體知識與要素的聯(lián)系，實現(xiàn)各要素教學的落地。對于認知系統(tǒng)要素，因“目標與價值觀”的存在形式大多為內(nèi)隱的，故需搭配能夠調(diào)動學生自主性的知識情境，如基于控制變量實驗設計，通過引導學生從目標的角度思考為何需要控制變量，借助手持技術(shù)數(shù)字化實驗使得學生有意識地樹立準確性、客觀性等價值觀［22］；而對于社會制度系統(tǒng)要素，大多需要依托特定主題的教學內(nèi)容進行顯化，需要明晰各主題的特性，如化學品的合理使用之于“科學道德”的形成、化學反應的合理調(diào)控之于“科學的社會價值觀”的建構(gòu)等，從而尋求知識主題與要素間最直接的關(guān)聯(lián)，為學生搭建理解社會制度系統(tǒng)要素的腳手架。

4.2 依據(jù)NOS網(wǎng)絡，挖掘要素的學習路徑

FRA范式中各要素存在不同形式的聯(lián)系，故可將課標的NOS網(wǎng)絡視為各要素的潛在學習路徑，即學生對不同要素的理解是可以相互促進的。需設計相關(guān)教學活動顯化這種路徑，如從“社會組織和相互作用”的角度出發(fā)組織學生認識公民群體、經(jīng)濟組織等權(quán)力結(jié)構(gòu)對化工生產(chǎn)的影響，進而助力學生理解“社會權(quán)力結(jié)構(gòu)”要素。更為重要的是，形成兩要素之間的聯(lián)系。誠然，這樣的學習路徑使學生以“元認知”的方式［23］從科學的底層邏輯出發(fā)思考問題，在認知活動中理解科學是如何在各要素的聯(lián)系下運作的，從而逐步在腦海中內(nèi)化為自己的NOS網(wǎng)絡。

4.3 挖掘背景素材，創(chuàng)設要素的真實情境

科學認知活動涉及到了復雜的認知、情感與社會因素，與人所處的背景緊密相關(guān)［24］，因此學生對NOS的理解應該在FRA范式的指引下擴展到社會文化背景中，讓學生切實體驗作為科學家需要做的事情，并進行批判性、反思性的討論。除了課標與教材提供的背景素材外，還應立足當下科學與科技熱點，緊密聯(lián)系科學史與當代技術(shù)發(fā)展史［25］，尤其要注重發(fā)揮跨學科實踐活動對NOS教育的作用，還原真實的科學問題解決流程，借助實踐作品與成果匯報評估學生NOS理解水平。適當?shù)那榫衬茏寣W生體會學科融合背景下NOS各要素的獨特價值，學會有效評估當代社會中遇到的科學問題、解釋科學現(xiàn)象，成為對個人、社會負責任的世界公民［26］。

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