基于核心素養的義務教育科學課程與教學改革

胡衛平

隨著新時代的發展，國際競爭日趨激烈，社會對人的綜合素養和創新能力提出了更高要求，需要我們教育培養出具備科學素養的英才。近幾年，教育領域主要探討培養什么樣的人才、如何培養、由誰培養這3個問題。

科學素養建設對建設世界科技強國的重要性不言而喻。如果青少年學生不愿意學科學，將來沒有人從事科技相關的事業，這對國家的未來是非常危險的。調查顯示很多職業都需要大量的科學或數學技能，美國提出STEM的初衷就是他們認識到學生不太愿意選擇理工科，沒有為今后在知識型社會立足作好準備。科學素養的最高層面是科技創新。2016年9月教育部發布《中國學生發展核心素養》;2017年教育部印發《普通高中課程方案和語文等學科課程標準》，普通高中各學科凝練提出了本學科的核心素養;2019年在新一輪義務教育課程改革中，可以毫不含糊地說一定是基于核心素養的。

學生的核心素養是在學習過程中所形成的適應個人終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。人的發展是基礎，體現了以人為本的理念。沒有學生的自身發展，不符合我們的教育目標。學生的核心素養水平與很多因素相關，如課程設計。課程設計包括基于單元（章節、主題）的設計和基于素養的設計2個層面，縱橫交叉考慮這2個層面就是基于跨領域和跨素養的綜合性活動（項目）設計。下面主要從5個方面分析基于核心素養的科學課程與教學改革。

素養立意

從工業革命前至今，國際科學教育的目標不斷演進，系統研究其發展過程，不難發現其趨勢是：工業革命前強調人文價值，18世紀到20世紀期間強調實用價值，后來又強調實用價值與人文價值并重，20世紀中葉強調社會本位，20世紀末強調人的發展本位，現在強調人的發展和社會發展一體化。從無限擴大的科學素養逐漸聚焦到核心素養，同時兼顧了學科知識、能力和態度的發展。然而，由于各國的文化傳統和對科學教育的期望不盡相同，對核心素養的看法和解釋也沒有一個完全統一的表達。通過對我國百年來小學自然（科學）20個課程標準文件中的核心素養進行文本分析，綜合課標發布時的時代背景，可以發現我國小學科學學科核心素養具有鮮明的時代特征，受國際科學教育思潮的影響，并持續關注了對人與自然的關系的探索。

我們訪談了科學家、心理學家、科學哲學家、校外科學教育工作者、校內優秀科學教師等不同群體的52位利益相關者，結果顯示，在他們對小學生科學核心素養的描述中，科學態度與社會責任方面提及得最多（303次），其次是科學思維與創新（230次），然后是科學觀念（181次），第四是科學探究（160次）。這與國際科學教育趨勢相仿，也反映了利益相關者對科學態度和科學思維的重要性的強調。需要說明的一點是，不同的訪談對象，有不同的理解。例如，科學家知道科學探究的要素，可是基本上不太清楚科學探究這個詞，所以科學家對探究不是太關心。但是科學教育的專家，最為關心科學探究。實際上，自2001年以來，我們在推動科學教育改革過程中主要強調的就是科學探究。我們還設計了物質科學、生物科學等領域的訪談內容對學生進行系統研究，其實相當于一次測評。通過整理分析這些數據，可以得出結論：不論是什么視角，科學素養都應該包含“概念理解與應用”“探究與交流”“思維與創新”“科學態度與責任感”這些因素。

強調綜合

綜合是趨勢，是素養培養的需要。課程內容的構建要基于核心概念。按照這種綜合思想，核心概念可以進一步整合。以<義務教育小學科學課程標準（2017）》中“物質科學”的主要概念為例，“物體具有一定的特征，材料具有一定的性能”“水是一種常見而重要的單一物質”“空氣是一種常見而重要的混合物質”這3條都是物質觀;“物體的運動可以用位置、快慢和方向來描述”指運動觀;“力作用于物體，可以改變物體的形狀和運動狀態”是相互作用觀;“機械能、聲、光、熱、電、磁是能量的不同表現形式”屬于能量觀。

在整合核心概念之外，課程設計也需要提高綜合性。現在，STEM教育開展得特別熱，但是這種發展局勢中存在一個最核心的問題，那是STEM活動普遍以公司為導向、以學生產品為導向，而不是以人的發展、素養提升為導向。造成這種偏差的原因之一是在設計STEM課程之初，沒有把提升學生的核心素養放在主要位置。

STEM這種綜合課程的設計要求較高，它的課程體系涉及科學、數學、工程和技術。但是我們現有的大部分綜合活動或者課外的交叉學科活動，基本上都是以工程技術為主要表現形式的活動。工程技術活動的設計如果脫離開年齡階段，就給學生的理解增加了難度，或者學生已經理解了其中涉及的知識，但課程活動不能使其思維能力得到鍛煉和提高。也就是說，離開思維培養的活動設計是培養技工、匠人，而不是培養科學家，不是培養創新人才。隨著人工智能的發展，未來對單純的工人、操作員思路的需求越來越少。強調綜合已是國際共識。

進階設計

怎樣進階？學段分到什么年級？從小學生的認知規律和心理發展來講，一般劃分為1-2年級、3-4年級、5-6年級這樣3個分段。研究證實這種分段方式同樣適用于科學素養的進階發展。當然，我們不僅要關注小學段，而且要關注小學與初中、初中與高中，以及小學與學前的聯系。這樣系統化設計充分體現了人才培養的一致性、過渡性和進階性。

思維探究

如何進行科學教學？多年來，我們一直將探究作為科學教學的主要方式，所以可以看到課程標準均以探究為主導。但是探究有一個問題——如何深化，這需要我們進行進一步思考和研究。

首先，我們系統梳理了國際上真正研究教學的專家的思想，同時對學生的學習情況進行了研究。其次，我們分析了學生發展核心素養的構成。所有核心素養的形成必須通過學生積極主動地思考，要以發展學生的學習能力、思維能力和創新能力為核心，提升基礎素養的質量和應用素養的水平。最后，我們從學校環境、教學方式、動機、情緒、情境創設、互動、元認知等方面開展了教學本質及規律的系統研究。

基于這些研究，我們構建出思維型教學理論，其核心思想是“教學的核心是思維，學生的學習是需要思維”。它的目標指向核心素養，具體包括5個方面：①知識和方法的深度理解與靈活應用;②批判性思維與創造性思維能力的培養;③合作能力與交流能力的培養;④內在學習動機與自主學習能力的培養;⑤創新素質的發展。

如圖1所示的教學層級分析，沒有思維的活動都是淺層學習，因為學生沒有深度地思考。正如課標中凡是提到做中學的地方就一定有學中思，動手僅僅是操作，沒有思維是不夠的，達不到深層學習。思維型教學可使學生實現深層學習。它適用于所有培養人才的活動和學科，并且能夠融合各種教學方法。

科學探究的發展趨勢有三個，一是學習方式上，從自主探究到強調在自主基礎上的合作探究學習;二是學習結果上，從探究技能的獲取到強調對科學知識、科學本質及探究過程的理解;三是教學視角上，從科學探究擴展為科學實踐，強調實踐與學科核心思想與跨學科概念的整合。基于這個趨勢我們可以看出，科學學科的教學以科學探究為主要方向，目標指向核心素養。思維型科學探究的建構包含了核心素養的培養、科學探究的過程和科學思維的應用。

質量評價

教學評價會起到導向作用，因此課程改革和課程教學評價要融為一體。基于核心素養的評價的設計步驟是制定測評框架，理解素養內涵，構建問題情境，具體設計問題。

2017年，科學教育質量監測框架中科學素養測評一級指標包括“科學理解與應用”“科學思維與實踐”和“科學態度與責任”（圖2）。“科學理解與應用”指標考查學生的科學基本知識，主要分為兩類：一類是科學學科知識，另一類是關于科學的知識。“科學思維與實踐”指標考查學生的“模型與建模”“推理與論證”等。

下面是美國的一個檢測題目，可以試試看，把這些詞聯系起來不容易，對思維有很高的要求。請注意在試之前先不要看答案（圖4）。