《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的文本挖掘

陳凱 陳悅

摘要： 為探尋《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的關(guān)注熱點以及核心素養(yǎng)要求體現(xiàn)，采用文本挖掘技術(shù)，利用NLPIR工具對新課標(biāo)進(jìn)行文本挖掘。研究發(fā)現(xiàn)：“新課標(biāo)”文本化學(xué)學(xué)科特色明顯，尤其重視“宏觀辨識”、“微觀探析”、“變化觀念”、“科學(xué)探究”四類素養(yǎng);中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在文本中體現(xiàn)出“科學(xué)精神”、“實踐創(chuàng)新”、“學(xué)會學(xué)習(xí)”。

關(guān)鍵詞： 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn); 文本挖掘; 關(guān)鍵詞提取; 詞頻統(tǒng)計; 核心素養(yǎng)

文章編號： 10056629（2019）4000706中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

2003年以來的化學(xué)課標(biāo)研究主要涉及課標(biāo)理解、教材研究、考試評價、教學(xué)實施等方面，大多是扎根于一線教師的教學(xué)經(jīng)歷，但多以思辨性研究和經(jīng)驗總結(jié)為主，實證性研究極少。2018年教育部發(fā)布了各學(xué)科普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）確定化學(xué)課程是弘揚科學(xué)精神、提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，具有傳承科學(xué)文化和培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要作用[1]。課標(biāo)文本是如何承載這些任務(wù)和功能的？

1 研究問題

第一，新課標(biāo)最關(guān)注哪些詞？這些詞能給予化學(xué)教學(xué)怎樣的啟示？

第二，核心素養(yǎng)是如何支撐此次新課標(biāo)的修訂的？具體又細(xì)分為兩問——新課標(biāo)中體現(xiàn)出哪些具有化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)特色的關(guān)鍵詞？以及“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”在新課標(biāo)中如何呈現(xiàn)？

2 研究方法、研究工具與樣本選取

2.1 研究方法

我們以新課標(biāo)為總數(shù)據(jù)源，采用文本挖掘技術(shù)，對文本進(jìn)行統(tǒng)計分析。由于中文文本中字與字、詞與詞之間并沒有明顯的切分標(biāo)志，需要使用中文分詞技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理。文本挖掘隸屬于數(shù)據(jù)挖掘方法，在本文應(yīng)用于教育數(shù)據(jù)挖掘。

2.2 研究工具

本研究采用NLPIR大數(shù)據(jù)語義智能分析系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。文本中的高頻詞、新詞需要用系統(tǒng)的“新詞發(fā)現(xiàn)”、“關(guān)鍵詞提取”、“批量分詞”、“語言統(tǒng)計”功能。其中，新詞發(fā)現(xiàn)、關(guān)鍵詞提取功能根據(jù)特征權(quán)重（特征權(quán)重是指諸如詞頻、詞長、詞性、位置、互聯(lián)網(wǎng)高頻詞等特征對研究文本的重要程度不同進(jìn)行計算機自動加權(quán)處理，并非只按照詞頻多少進(jìn)行衡量）對選出的特征詞語進(jìn)行降序排列。

2.3 樣本選取

我們將新課標(biāo)的pdf文件全部轉(zhuǎn)錄為txt純文本文件，作為原始數(shù)據(jù)，分別選取完整稿和不同片段進(jìn)行分析。

3 研究發(fā)現(xiàn)

3.1 新課標(biāo)中最關(guān)注的詞

將完整稿分析結(jié)果按權(quán)重大小降序排列的關(guān)鍵詞排名前50名羅列于表1，用Wordart網(wǎng)站（https：//wordart.com/）繪制出圖1中的可視化詞云。

NLPIR工具采用中科院標(biāo)準(zhǔn)的漢語詞性對照表，具有較強權(quán)威性。表1中，v代表動詞，n代表名詞，vn代表名動詞（具有名詞功能的動詞）。一般而言，有詞匯意義的詞多為名詞、動詞等，攜帶的信息量大;如連詞、嘆詞、虛詞等詞匯對于本研究無實質(zhì)意義，攜帶信息量較小，權(quán)重排名不高。n_new代表新詞。由上表發(fā)現(xiàn)“氧化還原反應(yīng)”“有機化合物”“氫鍵”等詞頻較低，但是權(quán)重較大，這可能與其加權(quán)條件有關(guān)。以“氧化還原反應(yīng)”為例： 固然因為附錄2對“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)例析;也可能因為本概念在必修和選擇性必修模塊分布較廣——在化學(xué)科學(xué)與實驗探究、常見的無機物及其應(yīng)用、烴及其衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用等主題中均強調(diào)其應(yīng)用。作為一種具體物質(zhì)名稱，“青蒿素”詞頻如此之高，主要是因為其作為教學(xué)設(shè)計和命題的范例反復(fù)出現(xiàn)。

又如“選修課程”“學(xué)習(xí)任務(wù)”等體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)欄目設(shè)置的專用詞也由工具析出，“選擇性必修課程”、“學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”、“學(xué)科核心素養(yǎng)”這三個新詞名列在排名前五十位，這分別對應(yīng)于“新課標(biāo)”修訂過程中在課程模塊劃分、課程評價和課程目標(biāo)三個方面中最顯著的改變。

無論詞頻還是權(quán)重，“化學(xué)”都排名第一，學(xué)科屬性決定新課標(biāo)化學(xué)學(xué)科特色明顯?；瘜W(xué)屬于物質(zhì)科學(xué)，課程標(biāo)準(zhǔn)文本高權(quán)重的“物質(zhì)”“結(jié)構(gòu)”“有機化合物”“元素”“分子”等詞主要涉及物質(zhì)組成和構(gòu)成的名詞，由于同屬科學(xué)學(xué)科都具有“實驗為基礎(chǔ)”的特性，所以“新課標(biāo)”首次正面表達(dá)化學(xué)學(xué)科與物理學(xué)、生物學(xué)的本質(zhì)區(qū)別，強調(diào)了化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征是“認(rèn)識物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)”，并突出“從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)”[2]，詞云表現(xiàn)和詞頻權(quán)重都可以作為未來化學(xué)教學(xué)需要從微觀層面突出物質(zhì)研究特色的佐證，強調(diào)化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科本質(zhì)區(qū)別。“學(xué)生”“學(xué)習(xí)”的詞頻和權(quán)重超過了“教學(xué)”和“教師”，說明新課標(biāo)中更加關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)展。此外“實驗”“探究”“活動”“分析”“設(shè)計”“方法”“研究”等關(guān)鍵詞更多呼應(yīng)“學(xué)習(xí)”的過程和方法，突出化學(xué)學(xué)科“認(rèn)識物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)”的手段或途徑?！吧睢薄凹夹g(shù)”等關(guān)鍵詞突出課程標(biāo)準(zhǔn)中強調(diào)化學(xué)在社會中的價值和意義。

3.2 核心素養(yǎng)支撐新課標(biāo)修訂的關(guān)鍵詞

我國“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”整體框架，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個方面，綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新六大素養(yǎng)[3];將“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”稱之為“通用核心素養(yǎng)”，體現(xiàn)與學(xué)科核心素養(yǎng)的差異和聯(lián)系。

3.2.1 新課標(biāo)中的學(xué)科核心素養(yǎng)關(guān)鍵詞

學(xué)科核心素養(yǎng)在新課標(biāo)文本不同部位的描述與要求各有差異。我們將新課標(biāo)文本按照體現(xiàn)核心素養(yǎng)的特點劃分為三部分——核心素養(yǎng)內(nèi)涵、核心素養(yǎng)載體與核心素養(yǎng)評價?！昂诵乃仞B(yǎng)內(nèi)涵”主要包括文本中的“學(xué)科核心素養(yǎng)”“課程目標(biāo)”和附錄1，主要陳述學(xué)科核心素養(yǎng)的概念、分類及不同水平下的表現(xiàn)，是理解學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)[4];“核心素養(yǎng)載體”主要包括文本中的“課程內(nèi)容”，借助學(xué)科課程內(nèi)容承載素養(yǎng)在課程實施過程中來落實;“核心素養(yǎng)評價”主要指課程標(biāo)準(zhǔn)文本中的“學(xué)業(yè)質(zhì)量”，有助于明確學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)應(yīng)達(dá)到的等級水平。

先人工篩選出素養(yǎng)表達(dá)用詞下的相關(guān)詞的詞頻，獲得表2“核心素養(yǎng)內(nèi)涵”與表3“核心素養(yǎng)評價”里的學(xué)科核心素養(yǎng)詞頻，作為“核心素養(yǎng)載體”研究中的檢索詞源。

由表4可發(fā)現(xiàn)，“性質(zhì)”“反應(yīng)”“結(jié)構(gòu)”“實驗”和“探究”五個詞的頻次均超過50次，既反映化學(xué)學(xué)科特色，又凸顯課標(biāo)對“宏觀辨識”“微觀探析”“變化觀念”“科學(xué)探究”等核心素養(yǎng)的強化?！拔⒂^探析”素養(yǎng)的載體最為豐富： 微觀問題不僅表現(xiàn)對基本微粒的關(guān)注，也充分聯(lián)系“生物大分子”“有機化合物分子”等具體內(nèi)容，尤其新增了三條：“了解淀粉和纖維素及其與葡萄糖的關(guān)系，了解葡萄糖的結(jié)構(gòu)特點、主要性質(zhì)與應(yīng)用”“知道氨基酸和蛋白質(zhì)的關(guān)系”“了解脫氧核糖核酸、核糖核酸的結(jié)構(gòu)特點和生物功能”，試圖彰顯化學(xué)在生命科學(xué)研究中的重要作用。“離子鍵”出現(xiàn)頻次遠(yuǎn)少于“共價鍵”，一方面因為化學(xué)世界以共價鍵構(gòu)建的物質(zhì)種類更為豐富多彩;另一方面從學(xué)科層面看，離子鍵只是一種典型的極端模型——大部分離子鍵都并非理想的絕對概念，教學(xué)處理需要謹(jǐn)慎。氫鍵的頻次超過了共價鍵和離子鍵，雖然“氫鍵”較一般化學(xué)鍵來說較弱，但它是近年來超分子化學(xué)、功能材料研究關(guān)注的熱點，在科學(xué)領(lǐng)域中彰顯重要作用，故課標(biāo)制訂者對其較為重視?！翱茖W(xué)探究”素養(yǎng)的相關(guān)關(guān)鍵詞種類也非常多，以“實驗”“探究”“問題”“研究”四個關(guān)鍵詞為中心的相關(guān)詞頻表現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)探究主要基于問題解決、應(yīng)用實驗手段并針對項目或問題開展研究等，“新課標(biāo)”強調(diào)“研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法與價值”，研究過程、思路與方法更為外顯，表現(xiàn)在“儀器分析”“光譜”“圖譜”在課標(biāo)文本里的出現(xiàn)頻次明顯提高，更在選擇性必修模塊增加了“X射線衍射”，反映課標(biāo)編制者對化學(xué)課程內(nèi)容現(xiàn)代化的重視，希望高中生認(rèn)識到研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)對于了解材料的結(jié)構(gòu)與性能、優(yōu)化物質(zhì)結(jié)構(gòu)、改善材料性能的重要意義，了解科學(xué)研究和真實化學(xué)問題解決均需要物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論與分析測試技術(shù)的支持——這也是證據(jù)推理素養(yǎng)建構(gòu)的需要。

“證據(jù)推理”與“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的確定，也是高中課程首次明確科學(xué)論證和科學(xué)建模教學(xué)的重要性。以“證據(jù)推理”詞頻來看，雖然已經(jīng)涉及問題、假設(shè)、證據(jù)、推理、解釋等科學(xué)論證關(guān)鍵要素，但并未出現(xiàn)“觀點”“反駁”等要素，而且缺少科學(xué)論證教學(xué)的方法示范;“模型認(rèn)知”的關(guān)鍵詞也比較單一，還需要在課程標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)中向一線教師進(jìn)行更為細(xì)致和深入的解讀。

對大部分中學(xué)師生來說，創(chuàng)新是較高要求，批判質(zhì)疑是科學(xué)精神的核心，但“創(chuàng)新意識”在文本中的表現(xiàn)并不顯著——表現(xiàn)在“批判性思維”“獨立思考”等明確的關(guān)鍵詞有所缺失。當(dāng)然根據(jù)表5，該素養(yǎng)還是有一些籠統(tǒng)的表述[5]。

3.2.2 新課標(biāo)中的通用核心素養(yǎng)關(guān)鍵詞

中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)共細(xì)分為18個主要特征，以此為參考的數(shù)據(jù)處理結(jié)果記錄于表5。

（1） 以探究彰顯科學(xué)精神，促進(jìn)實踐創(chuàng)新。

新課標(biāo)目標(biāo)之一是“能發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學(xué)問題，能依據(jù)探究目的設(shè)計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作;能對觀察記錄的實驗信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論;能和同學(xué)交流實驗探究的成果，提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)的設(shè)想;能尊重事實和證據(jù)，破除迷信，反對偽科學(xué);養(yǎng)成獨立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神”。該目標(biāo)與“科學(xué)精神”“實踐創(chuàng)新”兩大素養(yǎng)遙相呼應(yīng)。

新課標(biāo)關(guān)注“探究”，其詞頻達(dá)到172次，其中129次為動詞，強調(diào)探究的實驗特征、行為特點和目標(biāo)性;43次為名動詞，突出重要的探究任務(wù)和學(xué)習(xí)行為?！翱茖W(xué)精神”尤其突出“探究”，與化學(xué)“探究”的思路和方法是一般和特殊的關(guān)系，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科探究的發(fā)展對于一般性的科學(xué)探究素養(yǎng)發(fā)展也具有積極的促進(jìn)作用[6]。

此外，科學(xué)精神對于“思維”的看重也是課程改革中的突破，多次強調(diào)思維能力、思維方式的重要性，也提及“獨立思考”“批判性思維”“質(zhì)疑”等詞，對思維訓(xùn)練的具體操作還需要化學(xué)教師在專業(yè)發(fā)展中身體力行，在課堂教學(xué)中潛移默化。

創(chuàng)新性人才不能只停留在“思維”和“思考”層面，還強調(diào)課堂教學(xué)活動中的“實踐”與“問題解決”——因為這些是知識建構(gòu)和科學(xué)實踐的主要方式，也是“創(chuàng)新”發(fā)展的工具。“技術(shù)”詞頻51次，從側(cè)面反映技術(shù)是化學(xué)課程中“實踐創(chuàng)新”素養(yǎng)的重要工具。

（2） 強調(diào)學(xué)習(xí)的重要性。

課程與教學(xué)越來越強調(diào)學(xué)習(xí)的個體化與學(xué)習(xí)共同體的建立。新課標(biāo)強化“學(xué)習(xí)”特色，“學(xué)習(xí)任務(wù)”和“學(xué)習(xí)活動”頻次較高，正是學(xué)習(xí)化學(xué)的過程導(dǎo)向;此外對“學(xué)習(xí)評價”的強調(diào)，有助于課程教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)習(xí)的定位;“主題學(xué)習(xí)”“自主學(xué)習(xí)”和“反思”成為明確提及的學(xué)習(xí)方式。

（3） 化學(xué)課程的社會性與個體性統(tǒng)一。

21世紀(jì)的中學(xué)化學(xué)課程內(nèi)容的改革要充分關(guān)注和反映現(xiàn)代社會的發(fā)展對化學(xué)的需要。新課標(biāo)中“社會”的詞頻達(dá)69次，通過對社會相關(guān)問題的關(guān)注，強調(diào)對“社會價值”的反思及對“社會發(fā)展”的貢獻(xiàn)，從而彰顯化學(xué)學(xué)習(xí)需要擔(dān)負(fù)的“社會責(zé)任”。其實對于理科課程來說，社會性科學(xué)議題研究由來已久，但本次修訂中首次提及。相比較而言，“健康生活”著眼于個體發(fā)展，在化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)里理應(yīng)多體現(xiàn)在生活中的化學(xué)知識應(yīng)用，但據(jù)詞頻結(jié)果來看，對于“健康”和“生命”強調(diào)并不明顯。

4 研究結(jié)論

本研究不同于傳統(tǒng)的教育政策解讀，而是從語言學(xué)和統(tǒng)計學(xué)的角度切入對課標(biāo)文本進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。研究發(fā)現(xiàn)：

（1） 新課標(biāo)中最關(guān)注的詞化學(xué)學(xué)科特色明顯，“選修課程”“高中化學(xué)課程”“學(xué)習(xí)任務(wù)”等體現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)欄目設(shè)置特色的專用詞，“選擇性必修課程”“學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)”“學(xué)科核心素養(yǎng)”三個本次改革中出現(xiàn)的課程新詞都表現(xiàn)出重要的地位。

（2） 新課標(biāo)主要從學(xué)科與通用兩大視角體現(xiàn)核心素養(yǎng)。學(xué)科核心素養(yǎng)角度，“性質(zhì)”“反應(yīng)”“結(jié)構(gòu)”“實驗”和“探究”五大詞語詞頻較高，凸顯新課標(biāo)對“宏觀辨識”“微觀探析”“變化觀念”“科學(xué)探究”的重視;通用核心素養(yǎng)角度，新課標(biāo)主要支持“科學(xué)精神”“實踐創(chuàng)新”“學(xué)會學(xué)習(xí)”三方面。

本研究對數(shù)據(jù)的解讀，可供化學(xué)教育研究者和一線教師參考，但是更深入的課程標(biāo)準(zhǔn)研究還有待于通過課標(biāo)制訂者訪談、配套教科書的內(nèi)容分析以及具體的實施環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，有待于挖掘出更豐富的證據(jù)。

本研究工具由張華平的自然語言處理與信息檢索共享平臺（http：//www.nlpir.org/）特別提供，在此特別感謝。

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