胡衛(wèi)平

21世紀以來，黨中央、國務院高度重視科學教育，培養(yǎng)了大批高素質(zhì)的科技人才，支撐了經(jīng)濟和社會的發(fā)展。當前，新一輪科技革命、產(chǎn)業(yè)革命和教育革命加速發(fā)展，世界創(chuàng)新格局深度調(diào)整，大國博弈日趨激烈，各國都在加強科學教育，重視科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)。為此，我國也需要制訂一個能夠支撐全民科學素質(zhì)提升和科技創(chuàng)新后備人才成長的義務教育科學課程標準。

一、 立足素養(yǎng)發(fā)展

核心素養(yǎng)是實現(xiàn)立德樹人根本任務的重要抓手，把促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展作為科學課程的目標，既是黨和國家的根本要求，也反映了國際科學課程改革的趨勢。凝練既能反映科學課程獨特育人價值，又能反映批判性思維、創(chuàng)造性思維、合作能力、交流能力、自主學習能力、社會責任感等共通素養(yǎng)的核心素養(yǎng)，是本次義務教育科學課程標準修訂中的基礎性工作?？茖W課程要培養(yǎng)的學生核心素養(yǎng)，主要是指學生在學習科學課程的過程中，逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展所需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，是科學課程育人價值的集中體現(xiàn)，包括科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任等方面。

科學觀念是在理解科學概念、規(guī)律、原理的基礎上，所形成的對客觀事物的總體認識，是科學概念、規(guī)律、原理等在頭腦中的提煉和升華。由于核心素養(yǎng)是在真實情境中解決問題時才能表現(xiàn)出來的，因此，科學觀念不僅包括科學、技術、工程領域的一些具體的觀念，以及對科學本質(zhì)的認識，還包括科學觀念在解釋自然現(xiàn)象和解決實際問題中的應用。之所以將科學觀念作為科學課程要培養(yǎng)的學生核心素養(yǎng)，主要有兩個方面考慮： 一方面，科學教育研究一直重視概念學習。從20世紀重視概念發(fā)展、概念轉(zhuǎn)變，到21世紀重視核心概念，世界各國的課程標準都將核心概念、大概念、關鍵概念、知識理解與應用、工程實踐等作為重要的科學素養(yǎng)；另一方面，科學觀念是科學本質(zhì)和屬性的集中體現(xiàn)，是科技創(chuàng)新的基礎。知識是能力的基礎，科學教育領域關于科學知識的表述有核心概念、關鍵概念、大概念、科學原理等多種方式。在應試教育的背景下，我國特別重視知識和原理本身的教學，而素養(yǎng)強調(diào)知識和原理的深度理解和靈活應用。最新的國際科學教育研究與實踐強調(diào)核心概念、大概念等，而在中國的文化中，概念是指一類事物的共同屬性與本質(zhì)特征在大腦中的反映，是抽象的，這與國際科學教育中關于概念的內(nèi)涵并不一致。因此，在建構(gòu)核心素養(yǎng)時，《科學課程標準》沒有使用“科學知識”或是“科學概念”，而使用了“科學觀念”。一方面，科學觀念是科學概念和規(guī)律等在頭腦中的內(nèi)化和升華；另一方面，中國文化中的科學觀念與國際上核心概念的內(nèi)涵基本一致。

科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關系的認識方式。自然科學以自然現(xiàn)象為研究對象，其目的在于提示自然界各種現(xiàn)象的本質(zhì)，認識它的運動規(guī)律。自然科學的研究對象具有客觀性，我們要認識它們，就要在大腦中形成有關觀察過的自然現(xiàn)象、科學事實、科學過程等清晰的科學圖景，并反復加工、合理改造、去粗取精，從感性認識上升到理性認識，此即科學思維。將科學思維作為科學學科的核心素養(yǎng)，主要依據(jù)有如下幾個方面： 一是觀察、實驗與思維相結(jié)合，是科學學科的基本特征；二是學會學習、批判性思維與創(chuàng)新是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要成分；三是21世紀以來的科學教育研究，特別重視模型建構(gòu)、科學推理、科學論證、創(chuàng)新思維；四是大部分國家的課程標準都會將科學思維與創(chuàng)新列為課程目標；五是模型建構(gòu)、推理論證、創(chuàng)新思維不僅是科學所必備的關鍵能力，也是技術與工程實踐中的核心思維方式，而且可以遷移到其他的領域，特別是對于學生樹立辯證唯物主義和歷史唯物主義思想，形成實事求是的科學態(tài)度，提升品德素養(yǎng)等都具有重要價值。因此，科學思維始終是國際科學教育的研究熱點和科學教育普遍關注的重要目標，是科學課程育人價值的重要體現(xiàn)。

探究實踐是在了解和探索自然、獲得科學知識、解決科學問題，以及開展技術與工程實踐過程中，形成的科學探究能力、技術與工程實踐能力和自主學習能力。本次修訂為了突出科學課程的實踐性，凸顯技術與工程的育人價值，將“科學探究”修改為“探究實踐”；同時，為了反映科學課程在培養(yǎng)學生共通核心素養(yǎng)中的作用，增加了“學習能力”。作為一種能力，探究、實踐和學習都屬于核心素養(yǎng)，而作為形成素養(yǎng)的過程，探究、實踐和學習都屬于學習方式的范疇，因此，本次修訂將“學習能力”放在“探究實踐”維度?？茖W探究是人們探索和了解自然、獲得科學知識的主要方法，是提出科學問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，以及對科學探究過程和結(jié)果進行交流、評估、反思的能力。技術與工程實踐指能針對實際問題，提出有創(chuàng)意的方案，并根據(jù)科學原理或限制條件進行篩選；能利用工具和材料進行加工制作，并根據(jù)實際效果進行修改；能用自制的簡單裝置或?qū)嵨锬Ｐ万炞C或展示某些原理、現(xiàn)象或設想。自主學習是學習者在內(nèi)在動機的激發(fā)下，激活和控制自身的認知、情感和行為，自主確定學習目標、選擇學習策略、監(jiān)控學習過程、反思學習過程與結(jié)果的學習方式或者能力。它不僅可以被看作一種動態(tài)的學習過程或?qū)W習活動，也可以被視為一種相對穩(wěn)定的學習能力。

態(tài)度責任是在認識科學本質(zhì)及規(guī)律，理解科學、技術、社會、環(huán)境之間關系的基礎上逐漸形成的，對科學和技術應有的正確態(tài)度與社會責任，包括科學態(tài)度和社會責任兩個方面?？茖W態(tài)度是個體對自然現(xiàn)象、科學過程、科學事實、科學理論、科學研究等所持有的穩(wěn)定的心理傾向，主要包括探究興趣、實事求是、追求創(chuàng)新、合作分享四個方面，對于培養(yǎng)學生“民主、文明、和諧、自由、平等、公正、法治、誠信、友善”等社會主義核心價值觀具有重要價值。社會責任是公民基本的道德規(guī)范，主要包括健康生活、人地協(xié)調(diào)、價值判斷、道德規(guī)范、家國情懷等方面，體現(xiàn)“愛國、敬業(yè)”等社會主義核心價值觀。

科技創(chuàng)新后備人才的心理特征有思維、知識、動機和人格四個維度。思維維度包括基本思維(抽象和形象)、批判性思維(能力和傾向)、創(chuàng)造性思維；知識維度包括知識的廣博和精深；動機維度包括內(nèi)部動機和成就動機；人格維度主要是創(chuàng)造性人格。

《科學課程標準》中凝練的四個核心素養(yǎng)相互依存，共同構(gòu)成一個完整的體系，不僅體現(xiàn)了科學課程的育人價值，而且體現(xiàn)了科技創(chuàng)新后備人才的心理特征，為全民科學素質(zhì)的提高和科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)提供了具體的、可操作的目標?？茖W觀念是科學課程本質(zhì)屬性的集中體現(xiàn)，是其他素養(yǎng)的基礎；科學思維不僅是學習科學所應具備的關鍵能力，也是適應現(xiàn)代社會發(fā)展的核心思維方式，而且可以遷移到其他領域，是科學課程核心素養(yǎng)的核心；探究實踐是學生形成其他素養(yǎng)的主要途徑，同時也是一種關鍵能力；態(tài)度責任是學生基于對科學觀念的深度理解，在探究實踐的支撐下，通過科學思維內(nèi)化而形成的必備品格，是社會主義核心價值觀在科學課程中的集中體現(xiàn)。

二、 聚焦核心概念

綜合性體現(xiàn)了義務教育的基礎性特點，也是國際科學課程改革的趨勢，還是基于核心素養(yǎng)的課程改革和減輕學生過重課業(yè)負擔的必然要求，有利于學生深度理解和系統(tǒng)認識科學本質(zhì)，形成合理的知識結(jié)構(gòu)和認知結(jié)構(gòu)，整合科學、技術與工程，發(fā)展創(chuàng)新素質(zhì)。科學課程內(nèi)容的組織需要服務于科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)，滿足國家未來科技自立自強的需要。

科技創(chuàng)新活動是開拓人類科技認知新領域、開創(chuàng)人類科技認識新成果的創(chuàng)造性活動，包括提出新的科學問題、設計新的科學實驗、發(fā)明新的技術產(chǎn)品、形成新的科學概念、創(chuàng)建新的科學理論、啟用新的科學方法、做出新的科學解釋等等?？萍紕?chuàng)新活動主要包括兩方面的內(nèi)容： 一是利用類比、重組、聯(lián)想和遷移等方法，重新安排、組合已有的科學知識，或者從新的角度去分析已有知識，創(chuàng)造出新的知識和形象。在研究和學習科學的過程中，需要對已有的科學知識進行綜合，從新的角度去分析已有知識，對科學知識進行合理而有創(chuàng)見的歸類，應用多種方法理解科學知識和解決科學問題。二是突破已有的科學知識，提出嶄新的科學見解、設想、思路、觀點等。突破已有的科學知識，提出科學中尚未有的概念和規(guī)律，是科技創(chuàng)新活動的又一形式。因此，科技創(chuàng)新后備人才的知識特征主要體現(xiàn)在廣博和精深兩個方面： 一是具有較廣博的知識基礎和合理的知識結(jié)構(gòu)；二是對科學知識有深度的理解，掌握學科和跨學科的思想方法，并善于用這些知識和方法解決真實情境中的復雜問題。

科技創(chuàng)新后備人才的知識特征具有綜合性，已被行為和腦科學研究證實?？鐚W科概念圖創(chuàng)作能力有利于學生科學創(chuàng)造力的發(fā)展[1]，靈活的語義記憶網(wǎng)絡有利于創(chuàng)造性的表現(xiàn)[2]。相比低創(chuàng)造力個體，高創(chuàng)造力個體對領域間概念語義關系的評價更高，呈現(xiàn)出更靈活、連接更緊密的語義記憶結(jié)構(gòu)[3]，這表明高創(chuàng)造力者能夠更高效地將不同領域之間的元素聯(lián)系起來，從而有利于新穎聯(lián)系的生成。腦成像的最新研究發(fā)現(xiàn)，個體語義記憶結(jié)構(gòu)的靈活性在腦網(wǎng)絡連接效率和日常創(chuàng)造力表現(xiàn)中起中介作用[4]，表明個體創(chuàng)造力的表現(xiàn)得益于其靈活的知識結(jié)構(gòu)和高效的腦網(wǎng)絡功能連接?；谛袨閷W、腦科學等研究對人類學習的深刻理解，國際上大部分國家在義務教育階段都實施綜合科學課程，并且越來越重視學習內(nèi)容的綜合性。

概念研究一直是科學教育的一個重要研究領域，20世紀主要聚焦概念發(fā)展和概念轉(zhuǎn)變，而21世紀以來，受建構(gòu)主義學習理論的影響，重視核心概念的研究。核心概念是某個知識領域的中心，是教師希望學生理解并能得以應用的概念性知識，這些知識必須清楚地呈現(xiàn)給學生，以便學生理解與他們生活相關的事件和現(xiàn)象?；诤诵母拍?，整合學科知識，促進學生參與科學與工程實踐，實現(xiàn)對重要原理的深入探索，發(fā)展學生對科學知識的深度理解，并提升學生的科學素養(yǎng)，已經(jīng)成為國際科學教育研究者的共識，也是國際科學課程改革的方向。

《科學課程標準》進一步突出了綜合課程的特點，取消了學科領域，按照核心概念設計課程，聚焦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次、宇宙中的地球、設計與物化等13個學科核心概念，并通過學科核心概念的學習實現(xiàn)對物質(zhì)與能量、系統(tǒng)與模型、結(jié)構(gòu)與功能、穩(wěn)定與變化等跨學科概念的學習和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。技術與工程部分的學習要基于學生已有知識經(jīng)驗和認知水平，綜合利用學科核心概念和跨學科概念，通過跨學科綜合實踐，解決真實情境中的技術與工程問題，服務于科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)。

三、 合理安排進階

學生對科學概念的理解是不可能一步到位的，同一概念在不同年段也有不同的具體內(nèi)涵。因此，科學而又系統(tǒng)地安排核心概念的一些下位概念的學習，最終達到對上位概念的理解與應用，就顯得尤為重要。通過學習進階，整體設計K—12科學課程標準，發(fā)展學生對核心概念的理解，幫助學生形成良好的知識結(jié)構(gòu)，深度理解科學概念，提高解決問題的能力，已經(jīng)成為國際科學課程改革的核心理念和課程設計的又一重要趨勢，也是確定課程目標、學業(yè)內(nèi)容、學業(yè)質(zhì)量學段分布的重要依據(jù)。

學習進階研究的早期，研究問題主要集中在基于核心概念構(gòu)建和呈現(xiàn)學習進階；考察學生理解核心概念的真實路徑；脫離科學概念，從思維或能力本身建立進階層級；強調(diào)科學內(nèi)容與日常生活問題結(jié)合，從日常生活情境中建立有關科學能力的學習進階層級。近年來，以學習進階整合科學課程的研究在以下方面取得了突破： (1)學習的路徑是一個逐漸累積、日臻完善的過程。應突出核心概念在課程中的中心地位，加強課程內(nèi)容的貫通性。對于課程開發(fā)者而言，應圍繞核心概念組織“少而精”的課程內(nèi)容，從而有利于學習者的深度學習以及思維的縱深發(fā)展，有利于學習者對核心概念的深度理解，有利于學生建構(gòu)有效的知識結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)知識的有效遷移。(2)學生對科學概念的理解存在多個不同的中間水平，需要經(jīng)歷這些水平才能不斷進步發(fā)展。學習進階整合了以往的研究成果，強調(diào)在一定的時間跨度內(nèi)，借助恰當?shù)慕虒W策略，學生對某一核心概念的理解及其運用將會逐漸發(fā)展、日趨成熟。(3)強調(diào)課程內(nèi)容、教學過程與測驗評價的一致性。學生對核心概念的理解進程并非線性的，研究者可以通過適當?shù)臏y驗檢測學生的知識理解、認知發(fā)展情況。

《科學課程標準》基于學習進階思想進行了整體設計。按照1—2年級、3—4年級、5—6年級、7—9年級的分段，考慮不同學段的進階，并且努力做到“三適應和兩遵循”，即適應學生的認知水平、知識經(jīng)驗和興趣特點，遵循學習規(guī)律和學科規(guī)律?；诓煌瑢W段學生的特征，學習目標由低到高；學習內(nèi)容由淺入深、由表及里、由易到難；學習活動從簡單到綜合。特別考慮幼小銜接，合理設計小學1—2年級課程，注重活動化、游戲化、生活化的學習設計。同時，考慮初高銜接，了解高中階段學生的特點和學科特點，為學生進一步學習物理、化學、生物、自然地理等學科奠定基礎。

《科學課程標準》基于不同年齡學生思維發(fā)展的特點和科學學科的特點，分段設計了科學觀念的目標。由于1—2年級學生處于具體形象思維階段，只能認識具體事物的外部特征。根據(jù)核心素養(yǎng)學段特征的研究，1—2年級學生知道自然界的事物有一定的外在特征，能在教師指導下，觀察和描述日常生活中的常見現(xiàn)象。因此，1—2年級的學段目標就確定為在教師的指導下，能認識具體事物的外部特征。例如，“認識常見物體的基本外部特征，認識生活中常見的材料”；“認識周邊常見的動物和植物，能簡單描述其外部主要特征和生長過程”；“能描述太陽升落、季節(jié)變化和月亮形狀等自然現(xiàn)象”。

由于3—4年級學生處于由具體形象思維向抽象邏輯思維過渡階段，可以認識事物的性能、作用、分類、條件、原因等。根據(jù)核心素養(yǎng)學段特征的研究，3—4年級學生知道自然現(xiàn)象是有規(guī)律的，能在教師引導下，使用所學的科學概念描述并解釋常見現(xiàn)象的外在特征。因此，3—4年級的學段目標就確定為在教師的指導下，能認識事物的性能、作用、分類等。例如，“認識物體有多種運動形式，力可以改變物體的運動狀態(tài)”；“能區(qū)分植物和動物的主要特征，并能對植物和動物進行簡單分類”；“認識植物的某些結(jié)構(gòu)、動物的某些結(jié)構(gòu)與行為具有維持自身生存的功能”。

由于5—6年級學生具有一定的抽象思維能力，這時抽象思維能力還具有較大的經(jīng)驗特征，涉及事物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能、變化與相互關系等。根據(jù)核心素養(yǎng)學段特征的研究，5—6年級學生知道自然規(guī)律是可以被認識的，能利用所學知識描述現(xiàn)象的變化過程，并解釋現(xiàn)象發(fā)生的原因。因此，5—6年級學生的學段目標就確定為能夠認識事物的內(nèi)在結(jié)構(gòu)、功能、變化與相互關系。例如，“初步認識常見物質(zhì)的變化，知道物體變化時構(gòu)成物體的物質(zhì)可能改變也可能不改變”；“認識細胞是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位”；“初步認識生物體的結(jié)構(gòu)層次，以及形態(tài)結(jié)構(gòu)”；“功能的關系”；“知道太陽、地球和月球的周期性運動以及相關的自然現(xiàn)象；知道地球系統(tǒng)不同圈層的相互作用產(chǎn)生了各種自然現(xiàn)象”。

7—9年級涉及微觀結(jié)構(gòu)，需要學生具有較高的抽象思維能力，能夠從微觀的結(jié)構(gòu)解釋事物的宏觀性質(zhì)和變化。根據(jù)核心素養(yǎng)學段特征的研究，7—9年級學生知道自然規(guī)律是可以通過多種方法被發(fā)現(xiàn)的，能用于預測自然現(xiàn)象；能利用所學知識解決簡單的科學問題。因此，7—9年級學生的學段目標確定為認識物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，知道結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)及其變化，初步形成基本的科學觀念。例如，“知道已知的絕大多數(shù)物質(zhì)由元素組成，由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成，不同組成與結(jié)構(gòu)的物質(zhì)具有不同的性質(zhì)與用途，能從微觀視角初步認識物質(zhì)及其變化”；“運用簡單模型描述和解釋物體間的相互作用”。

科技創(chuàng)新后備人才的成長大致需要經(jīng)歷早期探索階段、興趣顯露階段和才干浮現(xiàn)階段，每個階段學生的思維能力、知識經(jīng)驗等都不同，需要根據(jù)不同階段學生的特點，構(gòu)建多要素、多方法、多階段、針對性的科技創(chuàng)新后備人才鑒別方法，以及綜合性、實踐性、思維性、進階式的科技創(chuàng)新后備人才培養(yǎng)體系。《科學課程標準》的進階設計滿足了科技創(chuàng)新后備人才鑒別方法和培養(yǎng)方案系統(tǒng)設計的要求。

四、 加強探究實踐

科學探究在科學教育改革中有著悠久的歷史。受社會發(fā)展背景和科學教育價值觀的影響，不同歷史時期的教育工作者對科學探究的理解也有所不同。目前，關于科學探究的內(nèi)涵理解可以劃歸為以下幾種： 一是將科學探究視為一種教學方法，認為教師作為教學過程中的主體，應引導學生通過收集和分析證據(jù)等過程來自主建構(gòu)科學解釋[5]。二是將科學探究視為一種學習過程，強調(diào)學習者作為科學探究的主體，在學習活動中主動形成科學觀念，理解科學本質(zhì)[6]。三是將科學探究視為一種育人目標，強調(diào)科學教育要培養(yǎng)學生的科學探究能力，加深學生對科學探究本質(zhì)的理解[7]。由此可見，科學探究無論是作為教與學的活動過程，還是作為育人目標，科學思維都處于其核心地位。

自2001年以來，我國就特別強調(diào)科學探究，但在之前的教學過程中，人們過多地關注到了科學探究的形式和操作技能的培養(yǎng)，忽略了在探究過程中學生思維的重要作用。如果想要通過科學探究有效培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，就必須對思維在探究過程中的應用予以重視。針對存在的問題，基于對科學探究教學、學習理論，以及科學教育改革趨勢的特征分析，我們提出了思維型科學探究教學理論[8]，用于指導科學教學。思維型科學探究教學理論注重科學教學的全面育人價值，強調(diào)學生能夠在開放、民主、真實的學習情境中，通過參加探究與實踐活動，發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，服務于科技創(chuàng)新后備人才的培養(yǎng)。因此，我們在學習活動的設計中，強調(diào)積極的思維，提出設計應旨在促進學生自主、探究、思維、合作的教學活動。為了達到這一總體要求，活動設計反映了教學的五大基本原理： 動機激發(fā)、認知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應用遷移；體現(xiàn)了教學的六大基本要素： 創(chuàng)設情境、提出問題、自主探究、合作交流、總結(jié)反思和應用遷移?！犊茖W課程標準》強調(diào)以學生為主體，主要從情境創(chuàng)設與問題提出、自主探究與合作交流、總結(jié)反思和應用遷移三個方面分別闡述。

物質(zhì)科學、生命科學、地球與宇宙領域核心概念學習的主導方式是科學探究，讓學生經(jīng)歷提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價等過程，強調(diào)“做中學”和“學中思”。技術與工程領域核心概念學習的主導方式是技術與工程實踐，讓學生經(jīng)歷明確問題、設計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等過程，養(yǎng)成通過“動手做”解決問題的習慣，強調(diào)工程問題的規(guī)范性和學生思維的積極性，培養(yǎng)學生的實踐能力。在我國發(fā)布的各種文件中，要求實施啟發(fā)式、探究式、互動式、體驗式和項目式等各種教學形式，這些教學形式不是孤立的，是有相互聯(lián)系的，有些方法也不適合在所有科學教學中應用。因此，《科學課程標準》強調(diào)整合這些方式，設計并實施能夠促進學生深度學習的思維型探究和實踐。具體有三點： 一是讓學生經(jīng)歷有效探究和實踐過程；二是激發(fā)學生在探究和實踐中積極思維；三是處理好學生自主和教師指導的關系，加強教師與學生的有效互動。