核心素养视域下小学科学学业质量的多维影响机制

摘要

在核心素养导向的教育转型背景下，基于大规模质量监测数据，探讨学习兴趣、自信心、学习习惯及探究教学水平对小学科学核心素养的影响机制。通过多元回归分析与组间效应比较发现，学习兴趣等因素对学业质量具有显著促进作用，同时揭示了多因素间的协同机制。基于此，提出构建生活化教学策略激发深层兴趣、设计分层任务培育阶梯式自信、建立家校协同机制固化学习习惯、聚焦教师专业发展优化探究教学等改进路径，为推动核心素养落地提供了理论框架与实践启示。

关键词

核心素养 / 小学科学 / 学业质量 / 影响因素

随着全球教育评价范式从学业成绩单一维度转向综合素养评估，国际大型测评项目（如PISA科学素养评估）已证实素养的多维性与情境性：其框架不仅测查知识应用与能力表现，更将科学态度（学习兴趣、自我效能感等）作为独立维度，揭示态度与认知能力的互动机制。

2022年，教育部颁布的《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称新课标）确立了核心素养导向的培养体系，明确将科学态度责任作为核心素养之一，要求学生具备科学好奇心、求知欲及创新精神等要素。

国家义务教育质量监测是由教育部组织实施的大规模教育评估项目，旨在科学、客观地监测我国义务教育阶段学生的学习质量和身心健康状况，为教育政策制定和改进教学提供依据。其中，科学学科是监测的核心科目之一，主要以新课标和科学素养理论为基础，不仅关注学生的知识掌握，还重视科学态度的培养。

通过测查学生的科学学习态度与习惯，系统分析其与科学观念理解、科学思维能力、探究实践能力等学业维度的关系，通过实证数据揭示态度因素对核心素养发展的具体影响机制，从而揭示素养发展的动态路径。

本研究基于第三轮国家义务教育质量监测的广西数据，建构了科学核心素养影响机制的多元线性回归模型，以科学学业成绩作为因变量，选取学习兴趣、学习自信心、学习习惯及探究教学水平4个关键因素作为自变量，系统分析各因素对科学素养的影响效应及相互作用机制。通过实证研究探索核心素养培养路径，旨在为教育决策提供科学依据，为教学实践提供针对性的策略建议^［1］。

1 学业质量与相关因素影响效应分析

1.1 多元回归分析

数据来源于2023年广西四年级学生科学学业质量监测，覆盖全区14个设区市的1 379所城乡学校，有效样本量9 599人。通过分层随机抽样方法，确保样本具有代表性。主要运用多元回归分析和独立样本t检验等方法，对广西小学科学学业质量与相关因素影响效应进行分析（表1）。

多元回归模型分析结果：F=368.24，p<0.001，调整R²=0.683。标准化回归系数：学习兴趣=0.35，学习自信心=0.28，学习习惯=0.25，探究教学水平=0.32。

1.2 组间效应比较分析

上述回归分析表明，学习兴趣、自信心、习惯及探究教学水平对科学学业成绩具有显著作用（p<0.001）。为进一步验证这些因素的实际影响差异，研究采用独立样本t检验与效应量分析（Cohen's d），以学业成绩中位数（485分）为基准，将样本划分为优质组（≥525分）与待提升组（≤445分），并运用描述性统计与阈值判定法提取两类县区的典型特征。通过对比组间均值差异及效应量，系统揭示四维度因素在教育质量分层中的作用机制（表2）。

效应量分析（Cohen's d）：探究教学水平=4.87，学习兴趣=4.15，学习自信心=3.97，学习习惯=3.64。

说明：所有p<0.01，通过Bonferroni校正。

（1） 优质组县区的典型特征。

数据结果表明，学业成绩优异（≥525分）的县区普遍具有的特征为：学生科学兴趣浓厚（高兴趣比例≥70%）；学习习惯良好（好+较好习惯≥65%）；学习自信心高（高探究教学≥60%）；探究教学水平较高（高探究教学≥50%）。监测数据显示，当县区的兴趣指数超过80%、自信指数超过60%、习惯优良率超过80%、探究教学水平超过50%时，会产生显著的协同效应。同时具备高兴趣和高自信的县区，其科学成绩平均比仅具备高教学水平的县区高出约65分，充分体现了心理因素与教学因素的协同增效作用。

（2） 待提高组县区的突出问题。

数据结果表明，学业困难（≤445分）的县区普遍存在的现象为：学习兴趣不足（高兴趣≤30%）；学习习惯欠佳（好习惯≤30%）；学习自信心低（自信心≤25%）；探究教学薄弱（高探究教学≤10%）。

待提升组的数据揭示了一个关键规律：当兴趣指数低于40%、自信指数低于30%、习惯优良率低于40%、探究教学水平低于20%时，教育质量提升会遭遇明显的“门槛效应”。这充分说明，要突破发展瓶颈，必须同步改善心理环境和教学环境，单一方面的改进难以产生实质性突破。特别值得注意的是，探究教学水平低的，即使学生兴趣尚可，成绩也难以提升。当4个要素同时处于低位时，学业成绩提升面临系统性挑战。

综上数据显示，四大因素与学业成绩均呈显著正相关（相关系数0.71~0.82，p<0.01），共同解释68.3%的成绩差异。其中，学习兴趣（标准化系数0.35）奠定基础，高兴趣县区成绩比低兴趣县区高80分；探究教学水平（0.32）具有杠杆效应，在高兴趣基础上，每提升10%的探究教学水平可带来约15分的成绩提升；好习惯县区的成绩稳定性显著更高，其标准差（18.5分）较习惯差县区（32.7分）低了14.2分；学习自信心（0.28）则是协同增效的“催化剂”，可提升兴趣转化效率40%。

2 影响科学核心素养的相关因子的作用效应

社会认知理论强调个人因素（认知、情感）、行为和环境三者之间存在动态的、双向的交互作用（三元交互决定论），共同塑造个体的学习与发展。在三元交互动力层面，高兴趣（P：积极情感）提供学习驱动力和积极的结果预期；强自信（P：高自我效能感）保障面对挑战时的持续投入度和克服困难的信念；好习惯（B：稳定的学习行为）将内在动力转化为可操作、可持续的学习实践；探究教学（E：优化的学习环境）则为兴趣的激发、自信的建立、习惯的养成提供支持性的环境、有效的榜样（观察学习）和结构化的引导。研究广西小学科学教育的监测数据，可充分印证该理论框架下教育质量提升的协同效应。

2.1 兴趣的基础性作用：高兴趣县区的平均成绩比低兴趣县区高出约80分

学习兴趣对科学学业成绩的影响具有基础性和决定性作用。数据分析显示，高兴趣县区（兴趣高比例≥60%）的平均科学成绩达到520分左右，而低兴趣县区（兴趣高比例≤40%）的平均成绩仅为440分左右，两者存在约80分的显著差距。兴趣驱动的学习具有更强的持久性，高兴趣县区的学生在面对学习困难时表现出更好的坚持性和抗挫折能力。值得注意的是，兴趣的影响具有累积效应，长期保持高兴趣的县区，其成绩提升幅度会随着年级升高而不断扩大。教育实践表明，创设真实的问题情境、增加动手实践机会、建立积极的评价机制是培养和维持科学兴趣的有效途径。

2.2 习惯的保障作用：习惯好县区的成绩稳定性显著高于习惯差的县区

学习习惯对学业成绩的保障作用主要体现在稳定性和可持续性两个方面。数据显示，学习习惯好（好+较好≥50%）的县区，其成绩的标准差平均为18.5分，显著低于习惯差县区（好+较好≤40%）的32.7分。在进一步的调查研究中发现，这种稳定性差异源于多个维度：在时间管理方面，好习惯县区的学生普遍建立了规律的预习、复习和作业完成机制，如桂林市某城区（习惯好占比53.6%）推行“科学学习日志”制度，帮助学生养成每日科学学习的习惯。在课堂学习方面，此类县区的学生表现出更好的倾听习惯、做笔记习惯和提问习惯。在探究实践方面，学生更善于按照科学流程开展实验，并养成及时记录和分析数据的习惯。此外，好习惯县区在各类测评中的成绩波动较小，表现出更强的抗干扰能力。此外，习惯培养需要家校协同，持续6~8周的专项训练才能形成稳定习惯，而维持这些习惯则需要建立长效的激励机制和环境支持。

2.3 自信心的催化效应：自信指数提升显著增强协同机制效能

学习自信心在科学教育质量提升中展现出显著的催化作用，其通过心理赋能、行为强化与协同增效三重路径，深度嵌入“兴趣—习惯—教学”的协同机制。追踪数据显示，当县区科学自信指数突破55%阈值时（优质组均值63.7% vs 待提升组23.6%），兴趣培养效率提升65%（t= 9.42，p<0.001），习惯养成速度加快40%（F=24.78，p< 0.01），探究教学效果转化率提高50%（β=0.53，p<0.05）。心理赋能作用于高自信学生更敢于尝试复杂任务，其探究实验完成率（优质组82% vs 待提升组29%）与创新方案提出量（人均1.7个 vs 0.3个）显著更高。行为强化表现在自信心通过“成功体验—能力认同”循环促进习惯固化。协同增效机制在于自信心是连接兴趣驱动与教学转化的枢纽。回归模型表明，在自信指数≥55%的县区，兴趣对成绩的影响系数（β=0.42）显著高于低自信组（β=0.18）；同时，探究教学的效果转化效率提升至1.0∶1.8（即每1个单位教学投入产生1.8个单位成绩增益），而低自信组仅为1.0∶0.6。由此可见，科学教育质量的提升需要构建“兴趣驱动—自信保障—习惯支撑—教学引领”的完整生态系统，任何一维度的短板都会制约整体发展效果。

2.4 教学的杠杆效应：在高兴趣基础上，每提升10%的探究教学水平，可带来约15分的成绩提升

探究教学水平对学业成绩的提升具有显著的杠杆效应，特别是在学生兴趣较高的基础上，这种效应更为突出。回归分析显示，在兴趣高（≥60%）的县区中，探究教学水平每提升10个百分点，平均可带来约15分的成绩提升。这一效应主要通过3个机制实现：第一，高质量的探究教学能有效转化学生的兴趣为学习成效，如柳州市某区县（高质量探究教学占比30.4%）通过设计阶梯式探究任务，学生的学习兴趣转化为深度学习。第二，探究教学能够培养学生的科学思维和实践能力，这些高阶能力对成绩提升具有乘数效应。第三，探究教学改变了传统的学习方式，促使学生从被动接受转向主动建构。值得注意的是，探究教学的提升效果存在阈值效应，当实施水平超过40%后，每10个百分点的提升带来的成绩增益会增大到18~20分。教学观察发现，最有效的探究教学往往具有以下特征：问题导向的任务设计、适度的脚手架支持、充分的交流讨论机会以及及时的形成性反馈。实践表明，要实现探究教学的持续改进，需要建立校本教研机制，为教师提供专业的支持系统和成长平台。

2.5 协同效应：兴趣、自信、习惯与探究教学的“四位一体”提升机制

教育质量提升的协同效应在广西小学科学教育数据中得到了充分印证。当学习兴趣、科学自信、学习习惯和探究教学4个关键因素协同发展时，产生的学业提升效果（约150分）远超单一因素改善的效果（兴趣40分、自信30分、习惯35分、教学45分），呈现出显著的倍增效应。这种“四位一体”的协同机制主要通过以下维度实现：首先，在心理动力系统层面，高兴趣提供学习驱动力，强自信保障持续投入度，好习惯转化为稳定行为，探究教学则为这一过程提供专业支持。监测数据显示，自信心在这一协同链条中起到关键“催化剂”作用，使兴趣的驱动效率提升40%。其次，在认知发展维度，四者形成“动机—效能—过程—方法”的良性循环。兴趣激发学习意愿，自信增强尝试勇气，习惯保障学习质量，探究教学优化学习方法。这种循环使学习效果呈现指数级增长。数据显示，四因素协同县区的学生在科学推理能力（提升42%）和问题解决能力（提升48%）方面的表现尤为突出。

3 改进策略

针对广西小学四年级学生科学学业质量现状及多维度影响因素，笔者从学生兴趣培养、树立自信心、习惯养成、教师探究教学改进方面提出以下改进策略。

3.1 兴趣培养要注重与生活实践的联结

培养小学生的科学兴趣必须从日常生活出发，将科学知识与生活实际结合的县区，学生的长期兴趣保持率比其他地区高。可通过3个方法来建立这种联系。

首先，从学生熟悉的生活场景设计科学问题。比如让学生观察厨房里盐和糖的溶解现象，或者研究校园植物的生长规律。例如，利用当地农业特色，让学生探究“为什么我们种的玉米长得不一样”，这样生活化的问题让大部分学生都积极参与。

其次，组织有趣的实践活动。开展“家庭科学小实验”活动，鼓励学生和家长一起完成简单实验，学生表示这样学科学更有意思。还可以结合当地特色，比如沿海地区可以研究海洋生态，山区可以观察地质特点。

最后，把科学和其他学科联系起来。比如测量教室面积时融入数学知识，记录植物生长时练习语文写作。设计“四季科学”主题活动，通过观察春种、夏长、秋收、冬藏的自然规律，激发学生的兴趣。

生活化教学不仅仅是简单地做活动，而是要精心设计。活动内容要贴近学生生活，符合当地特色，同时要紧扣科学知识点。比如在研究食物保鲜时，既要联系日常生活，又要讲清楚其中的科学原理。这样才能既激发兴趣，又学到真知识，形成“动手做—感兴趣—学明白”的良性循环。

3.2 树立自信心要创设阶梯式成功体验

培养小学生的科学自信心需要系统设计成功路径。学业质量优质县区数据显示，当学生科学自信心提升时，其探究任务完成率可获得提高。具体实施策略包括：一是设计分层探究任务。将科学实验分解为“观察—验证—创新”3个梯度，确保每个学生都能获得适切挑战。例如在研究“植物生长条件”时，先指导观察幼苗变化（基础），再验证阳光的影响（进阶），最后自主设计对比实验（拓展）。二是建立成长记录系统。采用“科学成长树”等可视化工具，记录每个小进步。如完成一次规范实验获一片树叶，提出创新想法添一朵花。跟踪观察显示，使用成长记录的学生，其科学参与度持续保持在较高水平。三是优化评价方式。注重过程性评价，设置“最佳观察奖”“进步实验员”等专项鼓励。学校通过“容错式评价”，使学困生的实验报告完整度提升，自信心显著增强。四是搭建展示平台。定期举办“我的科学发现”汇报会，让学生获得展示机会。实践证明，经历公开展示的学生，其科学表达意愿大幅提升，进一步巩固了学习自信。

3.3 习惯养成需要家校协同的持续训练

学习习惯的培养是一个需要家校系统配合的长期工程。研究表明，在家校协同程度高的县区，良好学习习惯的形成效率提升65%，且习惯的稳定性显著增强。有效的家校协同机制包含3个关键环节：首先是目标的一致性，如推行“习惯培养计划”，明确学校和家庭各自的责任清单。其次是方法的科学性，通过家长工作坊培训习惯培养策略，如“21天习惯养成法”的具体应用。第三是反馈的及时性，建立家校习惯培养日志，实现双向沟通。在具体实施中，要重点培养三类核心习惯：认知习惯（如观察记录）、元认知习惯（如计划反思）和社会性习惯（如合作交流）。推行“科学学习三步骤”（预习—探究—反思）家庭指导方案，使学生形成稳定学习模式。数据追踪显示，持续6个月的系统训练可以有效提升习惯达标率。但需警惕3个常见问题：家庭训练代替学校指导、短期强化代替长期坚持、统一要求忽视个体差异。

3.4 探究教学改进要聚焦教师专业能力提升

探究教学水平的提升本质上是教师专业能力的重构过程。数据显示，教师专业发展投入每增加1个单位，探究教学有效性提升0.78个标准差。有效的专业能力提升应聚焦3个维度：第一是学科教学知识（PCK）的深化，帮助教师把握科学概念的本质及教学表征方式。第二是探究教学设计能力，包括问题设计、实验改进和评价策略等。第三是课堂实施能力，特别是生成性问题的处理技巧。在专业发展模式上，实践证明“校本教研+课例研究+实践共同体”的三维模式最为有效。例如通过“探究教学工作坊”可有效提升教师设计真实问题的能力，具体策略包括：开展诊断性听课分析、建立探究教学资源库、实施教学改进行动计划等。跟踪研究表明，持续一学期的课例研究能促进教师探究教学水平的提升。然而，资源投入需注重均衡性，可能因过度侧重骨干教师培养，导致整体改进效果受限。理想的专业发展应该形成“新手—熟手—专家”的成长梯队，通过建立校级导师制实现经验传承。评估显示，这种系统化培养可提升县域内高探究教学水平教师的比例。

教育改进中的木桶效应启示我们，兴趣、自信心、习惯和教学4个关键要素中的任何一个存在短板都会严重制约整体成效。首先，教学方法的落后不仅消磨已有兴趣，更会打击学生的自信心，形成“不会做—不敢做—不愿做”的恶性循环；其次，过程链条断裂，如缺乏自信支撑会使习惯培养和兴趣维持事倍功半；最后是成效转化受阻，单一优势难以突破发展瓶颈。因此，必须构建“兴趣驱动—自信保障—习惯支撑—教学引领”的完整生态。

参考文献

[1] 李凌艳，任晓琼，江照富.我国区域基础教育质量监测的探索与思考［J］.中国教育学刊，2017（12）：37-41.

基金资助

广西教育科学“十四五”规划2024年度委托重点课题“基于核心素养的广西义务教育小学科学学业水平质量状况及影响因素的研究”(2024AA35)