《普通高中化学课程标准（2017年版）》的文本挖掘

陈凯 陈悦

摘要： 为探寻《普通高中课程标准（2017年版）》的关注热点以及核心素养要求体现，采用文本挖掘技术，利用NLPIR工具对新课标进行文本挖掘。研究发现：“新课标”文本化学学科特色明显，尤其重视“宏观辨识”、“微观探析”、“变化观念”、“科学探究”四类素养;中国学生发展核心素养在文本中体现出“科学精神”、“实践创新”、“学会学习”。

关键词： 普通高中化学课程标准; 文本挖掘; 关键词提取; 词频统计; 核心素养

文章编号： 10056629（2019）4000706中图分类号： G633.8文献标识码： B

2003年以来的化学课标研究主要涉及课标理解、教材研究、考试评价、教学实施等方面，大多是扎根于一线教师的教学经历，但多以思辨性研究和经验总结为主，实证性研究极少。2018年教育部发布了各学科普通高中课程标准（2017年版）。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）确定化学课程是弘扬科学精神、提升学生核心素养的重要载体，具有传承科学文化和培养高素质人才的重要作用[1]。课标文本是如何承载这些任务和功能的？

1 研究问题

第一，新课标最关注哪些詞？这些词能给予化学教学怎样的启示？

第二，核心素养是如何支撑此次新课标的修订的？具体又细分为两问——新课标中体现出哪些具有化学学科核心素养特色的关键词？以及“中国学生发展核心素养”在新课标中如何呈现？

2 研究方法、研究工具与样本选取

2.1 研究方法

我们以新课标为总数据源，采用文本挖掘技术，对文本进行统计分析。由于中文文本中字与字、词与词之间并没有明显的切分标志，需要使用中文分词技术进行预处理。文本挖掘隶属于数据挖掘方法，在本文应用于教育数据挖掘。

2.2 研究工具

本研究采用NLPIR大数据语义智能分析系统进行数据处理。文本中的高频词、新词需要用系统的“新词发现”、“关键词提取”、“批量分词”、“语言统计”功能。其中，新词发现、关键词提取功能根据特征权重（特征权重是指诸如词频、词长、词性、位置、互联网高频词等特征对研究文本的重要程度不同进行计算机自动加权处理，并非只按照词频多少进行衡量）对选出的特征词语进行降序排列。

2.3 样本选取

我们将新课标的pdf文件全部转录为txt纯文本文件，作为原始数据，分别选取完整稿和不同片段进行分析。

3 研究发现

3.1 新课标中最关注的词

将完整稿分析结果按权重大小降序排列的关键词排名前50名罗列于表1，用Wordart网站（https：//wordart.com/）绘制出图1中的可视化词云。

NLPIR工具采用中科院标准的汉语词性对照表，具有较强权威性。表1中，v代表动词，n代表名词，vn代表名动词（具有名词功能的动词）。一般而言，有词汇意义的词多为名词、动词等，携带的信息量大;如连词、叹词、虚词等词汇对于本研究无实质意义，携带信息量较小，权重排名不高。n_new代表新词。由上表发现“氧化还原反应”“有机化合物”“氢键”等词频较低，但是权重较大，这可能与其加权条件有关。以“氧化还原反应”为例： 固然因为附录2对“氧化还原反应”教学设计进行详细例析;也可能因为本概念在必修和选择性必修模块分布较广——在化学科学与实验探究、常见的无机物及其应用、烃及其衍生物的性质与应用等主题中均强调其应用。作为一种具体物质名称，“青蒿素”词频如此之高，主要是因为其作为教学设计和命题的范例反复出现。

又如“选修课程”“学习任务”等体现课程标准栏目设置的专用词也由工具析出，“选择性必修课程”、“学业质量标准”、“学科核心素养”这三个新词名列在排名前五十位，这分别对应于“新课标”修订过程中在课程模块划分、课程评价和课程目标三个方面中最显著的改变。

无论词频还是权重，“化学”都排名第一，学科属性决定新课标化学学科特色明显。化学属于物质科学，课程标准文本高权重的“物质”“结构”“有机化合物”“元素”“分子”等词主要涉及物质组成和构成的名词，由于同属科学学科都具有“实验为基础”的特性，所以“新课标”首次正面表达化学学科与物理学、生物学的本质区别，强调了化学学科的本质特征是“认识物质和创造物质”，并突出“从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质”[2]，词云表现和词频权重都可以作为未来化学教学需要从微观层面突出物质研究特色的佐证，强调化学学科与其他学科本质区别。“学生”“学习”的词频和权重超过了“教学”和“教师”，说明新课标中更加关注学生的学习发展。此外“实验”“探究”“活动”“分析”“设计”“方法”“研究”等关键词更多呼应“学习”的过程和方法，突出化学学科“认识物质和创造物质”的手段或途径。“生活”“技术”等关键词突出课程标准中强调化学在社会中的价值和意义。

3.2 核心素养支撑新课标修订的关键词

我国“中国学生发展核心素养”整体框架，分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养[3];将“中国学生发展核心素养”称之为“通用核心素养”，体现与学科核心素养的差异和联系。

3.2.1 新课标中的学科核心素养关键词

学科核心素养在新课标文本不同部位的描述与要求各有差异。我们将新课标文本按照体现核心素养的特点划分为三部分——核心素养内涵、核心素养载体与核心素养评价。“核心素养内涵”主要包括文本中的“学科核心素养”“课程目标”和附录1，主要陈述学科核心素养的概念、分类及不同水平下的表现，是理解学科核心素养的基础[4];“核心素养载体”主要包括文本中的“课程内容”，借助学科课程内容承载素养在课程实施过程中来落实;“核心素养评价”主要指课程标准文本中的“学业质量”，有助于明确学生学科核心素养应达到的等级水平。

先人工筛选出素养表达用词下的相关词的词频，获得表2“核心素养内涵”与表3“核心素养评价”里的学科核心素养词频，作为“核心素养载体”研究中的检索词源。

由表4可发现，“性质”“反应”“结构”“实验”和“探究”五个词的频次均超过50次，既反映化学学科特色，又凸显课标对“宏观辨识”“微观探析”“变化观念”“科学探究”等核心素养的强化。“微观探析”素养的载体最为丰富： 微观问题不仅表现对基本微粒的关注，也充分联系“生物大分子”“有机化合物分子”等具体内容，尤其新增了三条：“了解淀粉和纤维素及其与葡萄糖的关系，了解葡萄糖的结构特点、主要性质与应用”“知道氨基酸和蛋白质的关系”“了解脱氧核糖核酸、核糖核酸的结构特点和生物功能”，试图彰显化学在生命科学研究中的重要作用。“离子键”出现频次远少于“共价键”，一方面因为化学世界以共价键构建的物质种类更为丰富多彩;另一方面从学科层面看，离子键只是一种典型的极端模型——大部分离子键都并非理想的绝对概念，教学处理需要谨慎。氢键的频次超过了共价键和离子键，虽然“氢键”较一般化学键来说较弱，但它是近年来超分子化学、功能材料研究关注的热点，在科学领域中彰显重要作用，故课标制订者对其较为重视。“科学探究”素养的相关关键词种类也非常多，以“实验”“探究”“问题”“研究”四个关键词为中心的相关词频表现出化学学科领域的科学探究主要基于问题解决、应用实验手段并针对项目或问题开展研究等，“新课标”强调“研究物质结构的方法与价值”，研究过程、思路与方法更为外显，表现在“仪器分析”“光谱”“图谱”在课标文本里的出现频次明显提高，更在选择性必修模块增加了“X射线衍射”，反映课标编制者对化学课程内容现代化的重视，希望高中生认识到研究物质结构对于了解材料的结构与性能、优化物质结构、改善材料性能的重要意义，了解科学研究和真实化学问题解决均需要物质结构理论与分析测试技术的支持——这也是证据推理素养建构的需要。

“证据推理”与“模型认知”核心素养的确定，也是高中课程首次明确科学论证和科学建模教学的重要性。以“证据推理”词频来看，虽然已经涉及问题、假设、证据、推理、解释等科学论证关键要素，但并未出现“观点”“反驳”等要素，而且缺少科学论证教学的方法示范;“模型认知”的关键词也比较单一，还需要在课程标准培训中向一线教师进行更为细致和深入的解读。

对大部分中学师生来说，创新是较高要求，批判质疑是科学精神的核心，但“创新意识”在文本中的表现并不显著——表现在“批判性思维”“独立思考”等明确的关键词有所缺失。当然根据表5，该素养还是有一些笼统的表述[5]。

3.2.2 新课标中的通用核心素养关键词

中国学生发展核心素养共细分为18个主要特征，以此为参考的数据处理结果记录于表5。

（1） 以探究彰显科学精神，促进实践创新。

新课标目标之一是“能发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作;能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论;能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进的设想;能尊重事实和证据，破除迷信，反对伪科学;养成独立思考、敢于质疑和勇于创新的精神”。该目标与“科学精神”“实践创新”两大素养遥相呼应。

新课标关注“探究”，其词频达到172次，其中129次为动词，强调探究的实验特征、行为特点和目标性;43次为名动词，突出重要的探究任务和学习行为。“科学精神”尤其突出“探究”，与化学“探究”的思路和方法是一般和特殊的关系，体现化学学科探究的发展对于一般性的科学探究素养发展也具有积极的促进作用[6]。

此外，科学精神对于“思维”的看重也是课程改革中的突破，多次强调思维能力、思维方式的重要性，也提及“独立思考”“批判性思维”“质疑”等词，对思维训练的具体操作还需要化学教师在专业发展中身体力行，在课堂教学中潜移默化。

创新性人才不能只停留在“思维”和“思考”层面，还强调课堂教学活动中的“实践”与“问题解决”——因为这些是知识建构和科学实践的主要方式，也是“创新”发展的工具。“技术”词频51次，从侧面反映技术是化学课程中“实践创新”素养的重要工具。

（2） 强调学习的重要性。

课程与教学越来越强调学习的个体化与学习共同体的建立。新課标强化“学习”特色，“学习任务”和“学习活动”频次较高，正是学习化学的过程导向;此外对“学习评价”的强调，有助于课程教学中培养学习的定位;“主题学习”“自主学习”和“反思”成为明确提及的学习方式。

（3） 化学课程的社会性与个体性统一。

21世纪的中学化学课程内容的改革要充分关注和反映现代社会的发展对化学的需要。新课标中“社会”的词频达69次，通过对社会相关问题的关注，强调对“社会价值”的反思及对“社会发展”的贡献，从而彰显化学学习需要担负的“社会责任”。其实对于理科课程来说，社会性科学议题研究由来已久，但本次修订中首次提及。相比较而言，“健康生活”着眼于个体发展，在化学课程标准里理应多体现在生活中的化学知识应用，但据词频结果来看，对于“健康”和“生命”强调并不明显。

4 研究结论

本研究不同于传统的教育政策解读，而是从语言学和统计学的角度切入对课标文本进行数据挖掘。研究发现：

（1） 新课标中最关注的词化学学科特色明显，“选修课程”“高中化学课程”“学习任务”等体现课程标准栏目设置特色的专用词，“选择性必修课程”“学业质量标准”“学科核心素养”三个本次改革中出现的课程新词都表现出重要的地位。

（2） 新课标主要从学科与通用两大视角体现核心素养。学科核心素养角度，“性质”“反应”“结构”“实验”和“探究”五大词语词频较高，凸显新课标对“宏观辨识”“微观探析”“变化观念”“科学探究”的重视;通用核心素养角度，新课标主要支持“科学精神”“实践创新”“学会学习”三方面。

本研究对数据的解读，可供化学教育研究者和一线教师参考，但是更深入的课程标准研究还有待于通过课标制订者访谈、配套教科书的内容分析以及具体的实施环节进行探讨，有待于挖掘出更丰富的证据。

本研究工具由张华平的自然语言处理与信息检索共享平台（http：//www.nlpir.org/）特别提供，在此特别感谢。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3.

[2]郑长龙. 2017年版普通高中化学课程标准的重大变化及解析[J]. 化学教育， 2018， 39（9）： 41～47.

[3]中华人民共和国教育部. 教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见[EB/OL]. （20140408）[20180504]http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A26/s7054/201404/t20140408_167226.html.

[4]朱鹏飞. 《普通高中化学课程标准（2017年版）》的主要变化——基于中学化学教师的视角[J]. 化学教学， 2018， （10）： 10～14.

[5]刘庆昌. 人文底蕴与科学精神——基于《中国学生发展核心素养》的思考[J]. 教育发展研究， 2017， （4）： 35～41.

[6]王磊， 黄丹青， 陈启新. 调整焦距 更新视角——《普通高中化学课程标准（2017年版）》问题解析（上）[J]. 福建教育， 2018， （11）： 27～29.