中小学课题申报书：基于科学学科核心素养进阶的教学设计研究VIP

基于科学学科核心素养进阶的教学设计研究学科分类：基础教育

课题类别：重点课题

关键词：学科核心素养学习进阶教学设计

预期研究成果：研究报告课题设计论证

1.研究背景与意义1.1问题的提出

全面提高每一个学生的科学素养是科学课程的核心理念，科学学科核心素养的培养则是当代科学教育的发展趋势。我国在世纪之交的基础教育课程改革中，提出了提高学生科学素养的理念，就是要将只注重对学生科学知识的传授转向全面的提高学生科学素养的教育。但是十年时间，我国基础教育对学生科学素养的培养效果仍然十分有限，在中小学知识割裂和科学素养要素无法整合的情况下，学生的科学素养没有得到完整和持续连贯的发展。在“少而精（lessismore）”和“更少、更清、更高（fewer，clearer，higher）”等课程设计新理念指导下，核心素养、学习进阶等整合化概念的提出无疑是解决这一矛盾的尝试。作为核心素养的载体与体现，学科核心素养逐渐引起学界的关注。我国当前即将颁布的新一轮高中课程标准正是基于学科核心素养来建构课程体系，符合国际科学课程改革趋势。

1.2课题界定

科学学科核心素养：科学学科核心素养是指科学各学科对于学生核心素养培育最有价值的东西，其突出的是科学学科价值的个性与学生成长的综合性、整体性的有机结合，是科学学科对于学生成长的意义和价值所在。科学学科主要包括物理、化学、生物等学科，在即将颁布的高中课程标准中明确指出了各科学学科的核心素养，其中物理学科包括物理观念、科学思维、科学探究和科学态度与责任；化学学科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、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任；生物学科包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。

科学学科核心素养的进阶：是指学生各科学学科核心素养得到连贯、一致的发展，逐渐科学、完整的过程。

教学设计：是根据课程标准的要求和教学对象的特点，将教学诸要素有序安排，确定合适的教学方案的设想和计划。教学设计是连接教育理论和教学实践的桥梁，包括教学内容分析，学情分析，教学目标和教学重难点的确定，教学模式、策略和方法的选择，教学资源的利用和开发，教学过程设计，教学反思和修改。

1.3国内外研究的现状和趋势

自上世纪90年代以来，“核心素养（KeyLiteracy）”就成为全球范围内教育政策、教育实践、教育研究领域的重要议题，国际组织与许多国家或地区相继构建学生核心素养框架。核心素养成为一个统帅各国教育改革的上位概念，引领并拉动课程教材改革、教学方式变革、教师专业发展、教学质量评价等关键教育活动。受到国际经济合作与发展组织（OECD）、联合国教科文组织（UNESCO）、欧盟（EU）等国际组织先后开展关于核心素养研究的影响。美、英、法、德、日等众多国家把强调“核心素养”的课程发展视为国民教育发展的基因。科学素养是核心素养之一，全民科学素养的提升是国际科学教育界核心议题之一。围绕科学核心素养整合科学课程已成为国际主要发达国家新一轮科学课程改革的共识。2013年4月美国正式发布《新一代科学教育标准》，提出了科学与工程实践、跨学科共通概念、学科核心概念三位一体的科学核心素养。近年来，受到美国《新课标》的影响，我国科学相关学科的高中课程标准修订过程中均提出了各学科的学科核心素养，学科核心素养的思想势必引领我国新一轮课程改革的发展方向。

学习进阶的相关研究是国际科学教育领域的研究焦点，学习进阶理论源起美国，该国科学教育界在反思美国学生在国际测评中的欠佳表现时，认为重要原因之一便是其“课程内容缺乏聚焦、零散而不深入”，在此背景下，科学核心素养的建构及其相应的学习进阶是美国学者寄予厚望的一剂良方。至今，学习进阶及其相关研究已广泛开展，并指导美国联邦政府、各州及各学区的政策制定、课程开发、教学设计及教育成果评估。2012年，美国国家研究委员会（NRC）颁布的《K-12科学教育框架：实践、共通概念及核心概念》，其内容期望通篇采用进阶的形式进行表述。我国教育界的主流学术期刊《全球教育展望》、《课程·教材·教法》、《教育学报》等也纷纷刊文研究。

教学设计是连接教育理论和教学实践的桥梁，通过教学设计的改革能够实现对学科核心素养培养的要求。目前的教学设计模型大多是基于美国教育心理学家加涅（Gagne）提出的ISD教学设计模式的进一步发展。加涅的ISD教学设计流程自1969年提出以来，对全世界各学科的课堂教学行为给予了广泛指导。但是，科学教育不同于其他学科，学生的科学认知发展有着其特殊性和复杂性，因此需要对现有科学课程的教学设计方式有所突破。

1.4选题意义与研究价值

本研究将以学习进阶理论为基础，对中小学生科学相关学科的核心素养的连贯一致的教学进行本土化研究。学习进阶在国际科学教育界得到了空前重视，而我国关于学习进阶的实证研究工作刚刚起步，尚未在科学教育领域产生广泛影响。基于学习进阶的科学学科核心素养教学设计的研究将充实这一领域的理论和实践研究。本研究与国际科学课程改革和国家新一轮高中科学相关课程改革相呼应，即将颁布的高中科学相关课程标准拟将“三维目标”发展为“学科核心素养”，因此本研究将为高中科学相关课程标准提出的“科学学科核心素养”教学实践提供参考。本研究所构建的“科学学科核心素养进阶的教学设计模型”可用于教学实践，测评体系等，针对不同类型常态课和不同维度学科核心素养设计出的案例，汇集出版相关资源手册，教学设计案例集和教学视频集，可直接供一线教师参考使用，并可利用国培计划等教师培训活动对教师展开培训，实现广泛的社会影响。

2.研究目标与内容

2.1研究理论依据

本研究主要基于核心素养、学习进阶、认知心理学理论、建构主义学习理论和教学设计的相关理论开展研究。

2.2研究目标

（1）为广大教师提供围绕学科核心素养开展教学设计的理论模型和实践示例，有利于教师适应课程改革的变化和开展有效的教学实践；

（2）通过进阶框架的指导、教学设计的转变和教学实践的改革，全方位促进中小学生科学学科核心素养的连贯一致的发展；

（3）理论研究与实践研究各部分有机结合，转变学生学习观念、教师教学观念。

2.3研究内容

（1）中小学生各维度科学学科核心素养进阶框架构建

对即将颁布的高中科学相关学科课程标准遴选出的各维度科学核心要素，构建进阶假设和进阶路径。

（2）基于科学学科核心素养进阶的教学设计模型研究

在科学学科核心素养进阶框架的基础上，借鉴已有的教学设计模型，构建基于科学学科核心素养进阶的各类常态课和针对各具体核心素养的教学设计模型，拟包括内容分析、学情分析、教学目标与重难点、教学模式与方法选择、教学过程等。利用提出的教学设计模型，结合我国科学相关学科课程的实际情况，开发教学资源。

（3）科学学科核心素养进阶框架及教学设计的检验

广泛收集、整理、翻译国际权威的科学核心素养测评工具。以中小学生为样本，结合学生科学核心素养发展的实际情况，在取样的某些中小学进行教学实践，和案例开发。教学实验采用平行班对照实验的方式，实验班依照教学设计模型进行实践，在此基础上对学生的科学学科核心素养进行后测，通过学生的测评结果，对进阶假设、教学设计模型和教学资源进行实时的修正、调整和完善。

2.4研究假设

（1）构建的科学学科核心素养进阶框架，适用于描述我国中小学生各科学学科核心素养的发展现状。

（2）构建的基于科学学科核心素养进阶的教学设计模型，可以指导科学相关学科教师开展基于科学学科素养进阶的教学设计。

（3）开发的常态课教学设计案例，可以直接在中小学概念课、规律课、实验课、复习课、讲评课等常态课中使用，并能有效提高学生的学科核心素养。

2.5创新之处

（1）教学设计模型创新。构建一套有理论基础、促进学生科学核心素养连贯发展、适合在中小学科学各学科的常态课中开展、能有效测评的教学设计模型，将充实国内这一研究领域的理论基础。

（2）测评工具创新。基于国内外已有的测试工具，开发出适合测试我国中小学生科学学科核心素养的测评工具，具有推广价值。

（3）统计方法创新。在测评数据分析中，将采用定量评价与质性评价相结合的方式。对于定量数据采用项目反应理论（IRT）进行大量不同年级数据的统计和等值计算，能够从统计方法上更加科学的分析教学设计效果和中小学生科学学科核心素养的发展现状，对其他相关研究具有借鉴意义。

3.研究思路与方法

3.1研究思路

本课题将采取模块化的研究过程。如图1所示，本课题分为科学核心素养进阶框架构建、基于科学学科核心素养进阶的教学设计模型构建、教学设计模型的实践应用和检验三大模块，其中第二模块包括教学设计理论模型构建和教学资源开发两个子模块，第三模块包括实践运用和效果检验两个子模块。

依据即将颁布的高中科学相关学科课程标准中所提出的科学各学科的核心素养，并参考国内外学习进阶的文献，绘制科学学科核心素养的进阶假设。在此基础上，以提高科学学科核心素养为目标，从常态课的视角，建构适合概念课、规律课、实验课、讲评课和复习课等不同课型的教学设计模型，并开发适合教师使用的教学设计、教学课件、教学视频和学生使用的学习任务单等教学和学习资源。在对理论模型和教学案例的实践运用后，借鉴国内外经典的测试量表或自编量表，对教学效果进行检验，并组织专家对教学效果进行评议，不断完善教学设计模型和教学案例。3.2研究方法(1)文献法

收集国内外核心素养、学习进阶和教学设计的相关文献和课程标准，经整理、分析、归纳后初步建构科学学科核心素养进阶假设和教学设计模型。

(2)调查法

1)问卷调查法：本研究中将进行前、后测，以中小学生为研究对象，调查学生在教学前、后在科学观念、科学思维、科学探究、科学本质方面的发展情况。

2)专家咨询法(Delphi法)：邀请专家进行案例讨论，有效性评估。得到的案例反馈的评价和数据既作为框架建构的调整参考，也是教学设计模型和案例的修订依据。

（3）案例法

选取若干课程开发者和典型教师（荆州市3名、武汉市1名、北京、广州、襄阳各1名），进行一系列教学设计案例开发（约一至三个月），授课、听课并录像。

（4）教育实验法

采用教育实验方法和行动研究，通过实验班和对照班对比的方式，课程教学完成后，进行后测，比较和分析教学效果。

3.3实施步骤

第一阶段：构建科学学科核心素养的进阶框架；

（2017年6月-2017年9月）

第二阶段：构建基于科学学科核心素养进阶的教学设计模型；（2017年9月-2018年1月）

第三阶段：开发供教师和学生使用的教学案例，设计评测工具；（2018年1月