化學學科核心素養的研究及展望

李娟　吳敏

摘要：以CNKI的核心期刊中涉及化學學科核心素養的論文為樣本數據，在對可視化知識圖譜和文獻內容進行分析的基礎上，梳理了化學學科核心素養的研究熱點：內涵及其構成要素、發展和培養機制、測量及評價、影響因素研究。最后進行研究總結，并對該領域的研究趨勢進行展望：延展化學學科核心素養的研究主題、開展化學學科核心素養發展的課程專題研究、重視化學教師核心素養的理論與實踐研究。

關鍵詞：化學學科核心素養;?知識圖譜;?可視化分析;?未來展望

文章編號：1005-6629（2020）07-0016-07

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1??引言

2017年版《普通高中化學課程標準》提出“學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學習化學而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力”[1]。課程標準頒布后，化學學科核心素養的研究和發展情況迅速成為化學教育研究者和一線教師普遍關心的問題。通過對中國知網（CNKI）中核心期刊收錄的有關“化學學科核心素養”的文獻進行系統分析，梳理出該領域的研究熱點，以期對進一步開展該領域的研究有所啟示。

2??研究方法和數據來源

2.1??研究方法

科學知識圖譜是一種以知識域（knowledge?domain）為對象，可以呈現相關領域科學知識的進展與結構關系的圖像。CiteSpace可視化軟件是一種常用的知識圖譜繪制工具，利用它可在一幅引文網絡圖譜上集中展現某個知識領域演進歷程的來龍去脈，并能自動標識作為知識基礎的引文節點文獻以及共引聚類所表征的研究前沿[2]。因此，本研究采用CiteSpace軟件繪制化學學科核心素養知識圖譜，同時，通過對相關文獻的解讀進一步分析化學學科核心素養的研究熱點。

2.2??數據來源

利用CNKI的中國學術期刊（網絡版）對期刊論文以“化學學科核心素養”或“化學核心素養”或“宏觀辨識與微觀探析”或“變化觀念與平衡思想”或“證據推理與模型認知”或“科學探究與創新意識”或“科學態度與社會責任”為檢索詞，依次進行主題、關鍵詞、篇名檢索，時間不限，來源類別勾選“核心期刊”“CSSCI”，共搜得文獻265篇（檢索日期截至2020年01月15日）。通讀論文的主要內容，發現其中一部分論文僅提及化學學科核心素養，但并沒有實質性聯系，此類論文共計37篇，作刪除處理，最終分析論文共計228篇。

3??文獻計量及圖譜分析

3.1??研究文獻計量分析

研究領域的發文量能有效反映在特定時期該領域的研究情況。隨著《普通高中化學課程標準（征求意見稿）》的發布，涉及化學學科核心素養的論文數量呈逐年增長趨勢。圖1呈現了關于化學學科核心素養的研究論文數量隨年份的變化情況。2016年之前，核心期刊中未收錄到討論化學學科核心素養相關主題的論文。2016年該主題所發表的核心期刊論文數為6篇，2017年增加至38篇，出現一個較大的跳躍，2018年發文數為67篇，2019年更是增至117篇。可見，在國家相關教育政策的倡導下，化學學科核心素養的研究受到廣泛關注。

3.2??關鍵詞圖譜分析

3.2.1??關鍵詞共現圖譜

關鍵詞作為一種檢索標識，在很大程度上可以體現論文的主題和內容。關鍵詞共現圖譜可以揭示該學科領域的研究熱點。將樣本數據導入CiteSpace，?Node?Types勾選Keyword，進行關鍵詞共現分析，將所得圖譜整理如圖2所示。節點代表關鍵詞，連線代表共現關系，連線粗細代表緊密程度。其中關鍵詞出現的頻次由圓圈的大小表示，圓圈越大，說明關鍵詞出現的頻次越高;關鍵詞字體越大，表示中心度越高，越趨向圖譜中心位置。該關鍵詞共現網絡圖譜的網絡節點有133個、連線為332條、網絡密度為0.0378，說明該圖譜的關鍵詞間聯系較緊密。由圖2可知，核心素養、化學學科核心素養、教學設計等出現頻次較高。

關鍵詞共現圖譜反映了化學學科核心素養相關文獻涉及的主題豐富，理論研究較為完善，包括它的內涵及構成、落實及評價等;實踐層面涉及教學設計、科學探究、學業質量標準等，并逐步向化學學科核心素養的課堂教學滲透。

3.2.2??關鍵詞聚類圖譜

為了進一步考察化學學科核心素養相關研究熱點的知識結構，探尋關鍵詞的組合分類，使用對數似然算法（LLR）對樣本數據所包含的關鍵詞進行聚類，通過多次調整閾值得到比較清晰的關鍵詞聚類知識圖譜（見圖3）。其中，模塊值Modularity?Q=0.4928>0.3，說明聚類結果可信，平均輪廓值Mean?S=0.6937>0.5，說明聚類合理[3]。篩選掉小聚類，通過調整得到學生發展核心素養、核心素養、化學核心素養、教學設計、真實情境和證據推理六大聚類群組，集中反映了最近幾年研究文獻主要圍繞這六大關鍵詞群組展開。

通過對聚類信息進一步整理，列出每個聚類標簽值最大的3個關鍵詞，選取標簽值最大的關鍵詞作為聚類名稱（見表1）。“包含節點數”代表聚類中包含的關鍵詞個數;“緊密程度”代表各關鍵詞之間的聯系程度，值越高聚類效果越好。從包含節點數來看，最多的是“學生發展核心素養”聚類標簽，說明學生發展核心素養研究領域廣泛，與很多關鍵詞都有密切聯系，其中與學業質量標準、化學學科核心素養最為緊密;從緊密程度來看，最緊密的是“化學核心素養”。總體來看，各個聚類緊密程度均在0.6以上，甚至有2個超過0.85，說明聚類效果很好，結果具有較強的說服力。另外，聚類的結果也反映出該領域的研究主題比較單一，尚未形成多元化的發展趨勢。

4??研究內容分析

聚類分析雖能在一定程度上反映相關研究文獻的集中程度，但由于其分析的依據主要為關鍵詞，存在一定的局限性，故分析時有必要對聚類結果進行重新整合。以可視化圖譜的分析結果為參考，對研究樣本進行詳細地梳理和反復精讀后，將目前的研究內容總結為以下四個方面。

4.1??化學學科核心素養內涵及其構成要素

研究者依據不同的理論視角對化學學科核心素養的內涵與構成要素進行了詳細的討論。該研究內容主要從聚類圖譜中的聚類#1、?#2、?#5中進行提煉。

在研究初期，房宏[4]依據核心素養的含義和化學學科的特征構建了中學化學“核心素養”體系。朱鵬飛和徐惠[5]梳理了國內外關于核心素養內涵的相關研究，初步構建了化學核心素養框架。吳星[6]、吳俊明[7]對國內外核心素養的相關研究成果進行了總結，前者側重結合我國的歷史背景和社會需求，詮釋從三維目標發展為核心素養的歷史必然。后者則側重分析素質與素養、國內的“素質教育”與西方國家的“核心素養”之間的區別，提出化學學科核心素養的內涵與外延、組成結構。吳星[8]還提出了建構高中化學核心素養的三大視角并建構了相應的內容體系。吳俊明[9]從學科核心素養的界定、結構及任務著手，結合化學學科特點，再次對化學學科核心素養的具體內容進行了厘定。劉前樹[10]則基于對化學核心素養的概念分析和層次分析，提出四維度模型。《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）[11]提出化學學科核心素養包括：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任。之后的研究者從不同的角度對其進行了詳細的解讀，如系統與具體內容角度[12，13]。有研究者對化學學科核心素養的某一方面進行探討，其中剖析“證據推理與模型認知”的論文[14]較多。

從已有研究不難看出，學者們對于內涵探討主要采取“分-合-分”的思路進行：將“化學學科核心素養”拆分為“化學學科”與“核心素養”，然后綜合國內外的已有研究成果（以“核心素養”相關研究為主），結合化學學科特征構建化學學科核心素養體系，具體內容主要包括化學觀念、化學思維與方法、化學實踐、科學精神及育人價值等要點。這與《課程標準》所總結的內容具有相通之處，均致力于將化學的學科特征與價值和核心素養的育人功能進行有機結合。《課程標準》的觀點融會了多位研究者的觀點，概括性和抽象性都更強，得到了學者的普遍認同。

另外，必須提及的是關于專業術語的規范性問題。通過上述分析不難發現，研究初期，研究者多用“化學核心素養”，《課程標準》中規范為“化學學科核心素養”，表示特定的內容。但部分研究者[15，16]仍采用“化學核心素養”，文章討論的卻是《課程標準》中“化學學科核心素養”的內容。但二者的涵義與內容并不一致，要注意區分。關于這個問題，已有研究者[17，18]對其進行了一定的分析。

4.2??化學學科核心素養的發展和培養機制

諸多學者在梳理化學學科核心素養概念的同時，對其發展及培養的系列問題進行了探索與思考。該研究內容的圖譜依據為聚類#0、?#3。

徐賓[19]提出了化學學科核心素養培養的教學策略，包括聚焦核心知識、建構思想觀念、注重宏微結合、引導實驗探究、啟發科學思維等，可見其主要側重教學內容和方法。王云生[20]則提出化學學科核心素養的培養要全面看待與利用教學內容，即不僅要注重顯性的學習內容，而且要重視隱性的學習內容，還要重視課堂的教學設計和組織，也就是將教學內容整合為結構化的教學單元。類似地，何彩霞[21]也提出以學科大概念為統領進行單元教學是學科核心素養落地的重要途徑。部分研究者[22，23]基于化學學科核心素養對不同的教學主題進行了教學設計。

化學實驗作為化學教學的重要組成部分，孫佳林等[24]詳細分析了化學實驗對發展學生化學學科核心素養的功能，并提出了相應的培養策略。王祖浩[25]則進一步提出以實驗創新研究促進學生學科核心素養發展、實驗創新需要化學實驗教學創新的理念，同時從教學的理念、方法、手段及內容角度設計了相應的實驗化學課程。

對于化學學科核心素養的培養，研究者從教學內容、教學方法及策略、教學組織等各個方面進行了探討，還有的結合具體的課程主題進行了教學設計。相對而言，研究者對如何在課堂上落實化學學科核心素養的研究較為全面，成果也較多，但依舊存在一些不足之處。如多位研究者提出以單元形式整合教學內容，卻極少看到相應的研究成果，或者說針對化學學科課程建設的專題研究。那么，化學學科核心素養的5個方面在教學單元或者課程中如何體現，是否需要考慮權重分配等問題，均未得到回答，而這也正是一線教師在落實中面臨的困難。

4.3??化學學科核心素養的測量及評價

化學學科核心素養不僅要落實到課堂教學和課程開發方面，還要體現在教學評價環節。該研究內容的圖譜依據為聚類#0、#1中的子關鍵詞。

教學評價可以診斷學生的學科核心素養發展水平，從而為課堂教學的改進與優化提供依據。陳進前[26]提出要從“化學學科核心素養及其表現水平”和“化學課程內容”兩個維度理解化學學業質量標準的構成。鐘輝生等[27]提出考查核心素養的試題一般涵蓋“素養”“問題”“情境”“知識”四個要素。俞建鋒等[28]進一步構建了素養導向下化學試題的命制模式。盧天宇等[29]綜合多種觀點提出從“考查的化學知識、創設的真實情境、設計的實際問題、體現的能力要求與核心素養和倡導的價值導向”五個維度構建框架，初步形成試題質量評價標準。在具體的學科核心素養水平評價方面，方彎彎等[30]結合《課程標準》的水平劃分及SOLO分類理論等構建了證據推理能力水平框架。趙景方等[31]基于《課程標準》對化學學科核心素養的水平劃分，結合化學知識主題構建了命題框架，開發出針對“宏觀辨識與微觀探析”素養的測評工具并開展了實證研究。

學科核心素養是學生的內在品格與關鍵能力，看不見也摸不著。故需要將其外顯化，而外顯的關鍵則在于評價，即回答如何確定學生化學學科核心素養的獲得問題。確定評價內容是實施評價的前提，然后設計科學的評價方式。目前學者主要對考試這種評價方式進行了初步的研究，且所開發的測評工具僅涉及了化學學科核心素養的某一方面。故在評價方面，包括內容與方式，均需要進行更全面和深入地探索。

4.4??化學學科核心素養培育的影響因素

化學學科核心素養的培育與發展必然受到外部條件和教學環境的影響。學者們主要從真實情境、學生、教師、課程與教學等視角，對發展學生學科核心素養的影響因素進行了研究。該研究內容的圖譜依據之一為聚類#4。

基于真實情境視角，馬圓等[32]從教學情境的內涵與功能出發，深度解讀了《課程標準》中對真實情境創設與應用的要求，討論了真實情境對發展學生化學學科核心素養的教育價值。沈旭東[33]采用量化分析法分析了情境在化學教學中的重要性，還提出在化學教學中創設真實情境的結構模型。

李佳等[34]編制了“高中生化學學科核心素養現狀調查問卷”并開展實證研究。結果發現19項因素均對高中生化學學科核心素養有顯著影響，其中學生個人影響最顯著。鄧超等[35]也從實證研究中揭示了職前教師的目標觀與其教學實踐導向間的關系，意味著日后可能對化學學科核心素養的落實過程產生影響。陳進前[36]從理論角度闡釋了課程體系、教學內容等與發展學生化學學科核心素養的關系。

學生是活生生的人，具有獨特性和差異性，且學習本身就是一個動態變化的過程。所以學生、教師、學習環境、教學策略等都可能對化學學科核心素養的培育造成影響，故探究這些影響因素是十分必要但又非常復雜的。關于“情境”的相關教育理論早已不是新事物，但如何將“真實情境”與發展學生的化學學科核心素養相聯系，卻是值得關注和深入探究的問題，研究者已經進行了一定的探索。但對于教學過程的三個關鍵影響因素——教師、學生和課程的研究是相對匱乏的，需要得到研究者的關注。

5??研究反思及展望

綜上，短短幾年化學學科核心素養研究領域取得了豐碩的成果，但依然存在一些不足，就此本文總結了以下研究反思，并對該領域未來的研究趨勢進行了展望。

5.1??延展化學學科核心素養的研究主題

研究主題不僅是研究的熱點，而且能夠反映研究者們在某一階段普遍關注的問題。從CiteSpace關鍵詞共現圖譜和聚類圖譜中，可以看出化學學科核心素養研究主題的分布情況。結合上文對研究內容的分析，不難發現，研究的主要向度為理論闡釋與要素解讀，實證研究較少，實際上理論層面的探討也有待深入。故研究者應重視對研究主題進行延伸和拓展。

在理論層面，化學學科內容體系龐雜，選擇什么、如何選擇、選擇后如何組織與設計從而更好地為培育化學學科核心素養服務等問題，仍需要研究者進一步的理論探討。此外，化學學科核心素養的研究主題離不開與其他學科的交融，那么，化學學科核心素養如何實現與其他學科核心素養的有機結合，共同為學生的終身發展以及立德樹人的目標服務，也值得研究。

在實踐層面，目前研究文獻偏少。只有通過更深入的實證研究，才能真正發現操作層面的問題，找出影響化學學科核心素養落地的重要因素，建構起更具有實際意義的培育模式與評價機制等。如采取行動研究、比較研究、教學實驗等研究方法，探求適合我國化學教學現狀、利于化學學科核心素養生成的教學模式。進一步提煉關鍵要素，尋找其內在邏輯聯系和規律，從而豐富和完善化學學科核心素養的相關理論，使學術界對化學學科核心素養的認識提升到新的層次與高度。

5.2??開展促進化學學科核心素養發展的課程專題研究

學科核心素養是后天獲得的、可教可學的，而課程是學科核心素養發展的主要支撐。但從化學學科核心素養培育的相關研究中發現，研究者對課程的關注較少。僅有的研究[37]也只是針對課程內容（或教學內容）層面的討論，缺乏針對課程建設問題的專題研究。從課程內容的確定與整合，到推進課程的初步實施，再到評價，總結課程的反饋與改進，最后形成相對完善的課程體系。該過程不僅面臨著如何合理構建其理論體系的難點，還會遭遇如何有效實施的難題，這對于當前的化學教育研究者來說無疑是不小的挑戰。

對于課程專題設計，一方面，可以通過系統分析國外的研究成果，深入探討具有借鑒價值和參考意義的范例，結合我國化學學科核心素養發展的實情進行本土化設計。另一方面，教師可以結合自身教學經驗，或聯合所在學校及省市的教師，結合有效的課程與教學研究方法，依據學生發展的狀況、學校特色和周邊的資源對現有的課程進行改造，形成一定的課程體系。然后在實施的過程中改進，探尋出符合學生實際狀況的化學課程教學體系，從而實現提升學生化學學科核心素養的目標。

5.3??重視化學教師核心素養的理論與實踐研究

由可視化圖譜可以發現，“教師”相關的研究極少，說明當前國內基于化學學科核心素養的研究對一線教師關注較少。反觀國外相關研究，當一個新的教學理念、教學模式出現時，會同時關注教師的適應程度及遇到的困難，然后提出相應的教師專業發展建議。通俗地說，就是由教師熟悉之后，再有的放矢地幫助學生，避免教學的盲目性。核心素養的研究也不例外，歐盟、美國等對教師核心素養的重視程度也不斷提高[38]。但國內的相關研究卻較少，也僅有少量研究[39]在文中提及化學教師對學科核心素養的適應過程問題。實際上，化學教師從持有基于“三維目標”的課程理念過渡到基于化學學科核心素養的課程理念，需要在觀念（包括課程觀、教學觀、學生觀）以及相應的教學方法上發生轉變并進行實踐探索。從理論理解到觀念更新，從嘗試轉變到課堂實踐，這一系列過程，教師在每一環節都可能遇到很多困難。越來越多的研究表明，教師在知識、技能與情意方面的素養對學生核心素養的形成與發展具有重要影響。因此，需要將教師核心素養的話題提高到與學生核心素養培育同等重要的地位上來。另外，強調學生和教師核心素養已經成為世界各國教育政策中的一個關鍵特征[40]。

為此，我們需要重視教師群體的核心素養發展問題研究。在理論方面，積極探索和構建關于化學教師核心素養的理論框架，借鑒和引入國外的相關成果，進行本土化創新;實踐層面，深入課堂，傾聽一線教師的聲音，把握教師困惑，了解教師落實學科核心素養所遇到的問題與困難，最后提供針對性的解決方案。化學學科核心素養的落地不僅僅需要每一位一線化學教師付出心力，更需要整個化學教育界的共同努力。

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