胡卫平

随着新时代的发展，国际竞争日趋激烈，社会对人的综合素养和创新能力提出了更高要求，需要我们教育培养出具备科学素养的英才。近几年，教育领域主要探讨培养什么样的人才、如何培养、由谁培养这3个问题。

科学素养建设对建设世界科技强国的重要性不言而喻。如果青少年学生不愿意学科学，将来沒有人从事科技相关的事业，这对国家的未来是非常危险的。调查显示很多职业都需要大量的科学或数学技能，美国提出STEM的初衷就是他们认识到学生不太愿意选择理工科，没有为今后在知识型社会立足作好准备。科学素养的最高层面是科技创新。2016年9月教育部发布《中国学生发展核心素养》;2017年教育部印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准》，普通高中各学科凝练提出了本学科的核心素养;2019年在新一轮义务教育课程改革中，可以毫不含糊地说一定是基于核心素养的。

学生的核心素养是在学习过程中所形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。人的发展是基础，体现了以人为本的理念。没有学生的自身发展，不符合我们的教育目标。学生的核心素养水平与很多因素相关，如课程设计。课程设计包括基于单元（章节、主题）的设计和基于素养的设计2个层面，纵横交叉考虑这2个层面就是基于跨领域和跨素养的综合性活动（项目）设计。下面主要从5个方面分析基于核心素养的科学课程与教学改革。

素养立意

从工业革命前至今，国际科学教育的目标不断演进，系统研究其发展过程，不难发现其趋势是：工业革命前强调人文价值，18世纪到20世纪期间强调实用价值，后来又强调实用价值与人文价值并重，20世纪中叶强调社会本位，20世纪末强调人的发展本位，现在强调人的发展和社会发展一体化。从无限扩大的科学素养逐渐聚焦到核心素养，同时兼顾了学科知识、能力和态度的发展。然而，由于各国的文化传统和对科学教育的期望不尽相同，对核心素养的看法和解释也没有一个完全统一的表达。通过对我国百年来小学自然（科学）20个课程标准文件中的核心素养进行文本分析，综合课标发布时的时代背景，可以发现我国小学科学学科核心素养具有鲜明的时代特征，受国际科学教育思潮的影响，并持续关注了对人与自然的关系的探索。

我们访谈了科学家、心理学家、科学哲学家、校外科学教育工作者、校内优秀科学教师等不同群体的52位利益相关者，结果显示，在他们对小学生科学核心素养的描述中，科学态度与社会责任方面提及得最多（303次），其次是科学思维与创新（230次），然后是科学观念（181次），第四是科学探究（160次）。这与国际科学教育趋势相仿，也反映了利益相关者对科学态度和科学思维的重要性的强调。需要说明的一点是，不同的访谈对象，有不同的理解。例如，科学家知道科学探究的要素，可是基本上不太清楚科学探究这个词，所以科学家对探究不是太关心。但是科学教育的专家，最为关心科学探究。实际上，自2001年以来，我们在推动科学教育改革过程中主要强调的就是科学探究。我们还设计了物质科学、生物科学等领域的访谈内容对学生进行系统研究，其实相当于一次测评。通过整理分析这些数据，可以得出结论：不论是什么视角，科学素养都应该包含“概念理解与应用”“探究与交流”“思维与创新”“科学态度与责任感”这些因素。

强调综合

综合是趋势，是素养培养的需要。课程内容的构建要基于核心概念。按照这种综合思想，核心概念可以进一步整合。以<义务教育小学科学课程标准（2017）》中“物质科学”的主要概念为例，“物体具有一定的特征，材料具有一定的性能”“水是一种常见而重要的单一物质”“空气是一种常见而重要的混合物质”这3条都是物质观;“物体的运动可以用位置、快慢和方向来描述”指运动观;“力作用于物体，可以改变物体的形状和运动状态”是相互作用观;“机械能、声、光、热、电、磁是能量的不同表现形式”属于能量观。

在整合核心概念之外，课程设计也需要提高综合性。现在，STEM教育开展得特别热，但是这种发展局势中存在一个最核心的问题，那是STEM活动普遍以公司为导向、以学生产品为导向，而不是以人的发展、素养提升为导向。造成这种偏差的原因之一是在设计STEM课程之初，没有把提升学生的核心素养放在主要位置。

STEM这种综合课程的设计要求较高，它的课程体系涉及科学、数学、工程和技术。但是我们现有的大部分综合活动或者课外的交叉学科活动，基本上都是以工程技术为主要表现形式的活动。工程技术活动的设计如果脱离开年龄阶段，就给学生的理解增加了难度，或者学生已经理解了其中涉及的知识，但课程活动不能使其思维能力得到锻炼和提高。也就是说，离开思维培养的活动设计是培养技工、匠人，而不是培养科学家，不是培养创新人才。随着人工智能的发展，未来对单纯的工人、操作员思路的需求越来越少。强调综合已是国际共识。

进阶设计

怎样进阶？学段分到什么年级？从小学生的认知规律和心理发展来讲，一般划分为1-2年级、3-4年级、5-6年级这样3个分段。研究证实这种分段方式同样适用于科学素养的进阶发展。当然，我们不仅要关注小学段，而且要关注小学与初中、初中与高中，以及小学与学前的联系。这样系统化设计充分体现了人才培养的一致性、过渡性和进阶性。

思维探究

如何进行科学教学？多年来，我们一直将探究作为科学教学的主要方式，所以可以看到课程标准均以探究为主导。但是探究有一个问题——如何深化，这需要我们进行进一步思考和研究。

首先，我们系统梳理了国际上真正研究教学的专家的思想，同时对学生的学习情况进行了研究。其次，我们分析了学生发展核心素养的构成。所有核心素养的形成必须通过学生积极主动地思考，要以发展学生的学习能力、思维能力和创新能力为核心，提升基础素养的质量和应用素养的水平。最后，我们从学校环境、教学方式、动机、情绪、情境创设、互动、元认知等方面开展了教学本质及规律的系统研究。

基于这些研究，我们构建出思维型教学理论，其核心思想是“教学的核心是思维，学生的学习是需要思维”。它的目标指向核心素养，具体包括5个方面：①知识和方法的深度理解与灵活应用;②批判性思维与创造性思维能力的培养;③合作能力与交流能力的培养;④内在学习动机与自主学习能力的培养;⑤创新素质的发展。

如图1所示的教学层级分析，没有思维的活动都是浅层学习，因为学生没有深度地思考。正如课标中凡是提到做中学的地方就一定有学中思，动手仅仅是操作，没有思维是不够的，达不到深层学习。思维型教学可使学生实现深层学习。它适用于所有培养人才的活动和学科，并且能够融合各种教学方法。

科学探究的发展趋势有三个，一是学习方式上，从自主探究到强调在自主基础上的合作探究学习;二是学习结果上，从探究技能的获取到强调对科学知识、科学本质及探究过程的理解;三是教学视角上，从科学探究扩展为科学实践，强调实践与学科核心思想与跨学科概念的整合。基于这个趋势我们可以看出，科学学科的教学以科学探究为主要方向，目标指向核心素养。思维型科学探究的建构包含了核心素养的培养、科学探究的过程和科学思维的应用。

质量评价

教学评价会起到导向作用，因此课程改革和课程教学评价要融为一体。基于核心素养的评价的设计步骤是制定测评框架，理解素养内涵，构建问题情境，具体设计问题。

2017年，科学教育质量监测框架中科学素养测评一级指标包括“科学理解与应用”“科学思维与实践”和“科学态度与责任”（图2）。“科学理解与应用”指标考查学生的科学基本知识，主要分为两类：一类是科学学科知识，另一类是关于科学的知识。“科学思维与实践”指标考查学生的“模型与建模”“推理与论证”等。

下面是美国的一个检测题目，可以试试看，把这些词联系起来不容易，对思维有很高的要求。请注意在试之前先不要看答案（图4）。