科学课程与教学改革的未来走向

胡卫平

素养立意

任何一个课程的改革，首先要重视课程的目标。为深入贯彻党的十九大精神和全国教育大会部署，中共中央、国务院于2019年6月23日发布了《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》，提出“坚持立德树人，着力培养担当民族复兴大任的时代新人”“坚持‘五育并举，全面发展素质教育”。为了落实立德树人的根本任务，我国提出了发展学生的核心素养。核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中所形成的、适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格（包括正确的价值观）和关键能力。核心素养可以为学校育人画像，为教师教学架桥，为学生发展导航。因此，科学课程的目标也应发展核心素养。

制定一个课程，需要考虑课程的目标、内容、实施及评价，实施中最核心的就是教学，评价主要看核心素养的达成度。在课程目标确定后，课程设计最关键的是课程内容与课程教学的设计。对教学改革来讲，涉及到教学内容和教学方法。因此，课程与教学改革的重点基本一致，都是内容与教学的改革。我国的科学课程与教学改革，吸收了以往经验，反映了国际趋势，发展核心素养，聚焦概念，进阶设计课程，注重思维型探究。

从目标来讲，未来的课程改革要立足于素养立意。在义务教育阶段，学生具有基础性和发展性的特点，素养内容要体现时代性和综合性，研制过程应具有科学性和政策性。关于科学到底是什么，不同人有不同的观点，我们认为科学是人类在研究自然现象、发现自然规律的基础上形成的知识系统，以及获得这些知识系统的认识过程和在此过程中所利用的方法。这个科学的定义包括了学生需要发展的三个方面的素養：知识系统、认识过程和科学方法。知识系统反映科学观念，认识过程反映科学思维，科学方法反映探究与实践。为此，我们从以下几个方面进行了系统的研究：国际科学教育趋势分析，国际科学课程标准和教材的比较，国家科学教育政策分析，以及国家科学课程标准分析，同时还作了利益相关者的访谈和学生素养的表现性评价。

国际科学教育的价值选择如表1所示，其基本规律可以概括为：工业革命之前重视人文价值;18世纪到20世纪前重视实用价值;20世纪前半叶重视实用价值与人文价值并重;20世纪中叶重视社会本位;20世纪末重视人的发展本位;到21世纪开始，由于强调核心素养，既重视人的发展本位，也重视社会本位。我国百年以来科学课程标准中的有关目标与国际趋势是基本一致的（表2），这是因为我国科学教育主要是从西方发达国家引进的，共同的特点是持续关注人地关系（人文系统与自然环境系统动态关系的简称——编者注）。我们对一些利益相关者进行了访谈，涉及52位不同领域的专家，访谈结果的统计分析表明：一级指标包括科学观念、科学思维、态度责任和科学探究4个方面，态度责任受关注程度最高，其次是科学思维，然后科学观念，最后是科学探究。同时，也对学生的发展进行了一对一的测试，每个领域设计1个问题，每个问题测试时间为1小时，1个多月的时间大概测试了200多人。对数据进行分析后，得到了观念理解与应用，科学探究与交流，科学思维与创新，以及科学态度与责任4个维度。最后形成的科学课程核心素养由4个方面构成（图1），科学观念是科学课程本质属性的集中体现，是其他素养的基础;科学思维是关键能力，是素养的核心;探究实践也是一种能力;态度责任是必备品格，反映了科学课程的方向性。

如果要进行课程改革，除关注科学的独特价值之外，还要反映出科学课程能够培养的共通核心素养。我们把科学课程要培养的核心素养与学生发展核心素养作了一些比较，发现我们所制定的核心素养可以反映学生发展核心素养的主要内容（表3）。

素养立意，也就是说要制定课程标准，以凝练地反映科学课程全面育人价值的核心素养为纲，统领科学课程标准的修订，基于科学课程要培养学生的核心素养的内涵、要素及学段特征，确定课程总目标和学段目标，选择课程内容，制定学业要求和学业质量标准，引领育人方式的转变和考试评价的改革。

加强综合

综合性既是培养学生核心素养的需要，也是国际科学课程改革的趋势。研究表明，综合性有利于学生创造力的发展。十九届六中全会提出要“推进科技自立自强”，自立自强的关键在于拥有大批科技创新人才。义务教育阶段是科技创新后备人才成长的关键期，加强综合，注重让学生从整体上认识世界，发挥不同知识领域的教育功能和思维发展功能，是培养科技创新后备人才的必然要求。为此，科学课程与教学改革要聚焦核心概念，同时注重内容与经验的结合，动手与动脑的结合，知识学习与社会实践的结合，理解自然现象和解决实际问题的结合，科学课程与并行开设的其他课程相互渗透。

综合性的课程有很多优势，主要包括：①体现了义务教育基础性的基本要求，是基于核心素养改革的必然要求;②有利于学生对科学本质的深度理解和系统认识;③有利于学生形成合理的知识结构，提高创新能力;④有利于开展基于项目的科学探究和实践活动;⑤符合国际趋势。1984年，联合国教科文组织对161个成员国的调查发现，大多数国家和地区在初中阶段设置综合科学课程。参与调查的亚太地区17个国家和地区中，除了中国和老挝在初中设置分科科学课程外，其他15个国家和地区均开设综合科学课程。科学课程作为综合课程，统筹设计，整体规划，强调各领域知识的相互渗透与整合，有助于学生从整体上认识自然和科学。根据统一的科学概念、原理和各领域知识之间的联系建立开放性的知识结构，有助于学生知识的迁移和学习能力的发展，有助于对学生科学探究和实践能力培养的总体安排。2019年，我们对科学综合课程实施的情况进行了调研，调研的结果表明满意率大部分在95%以上，所以，未来的改革要聚焦概念、注重综合。

原来的课程标准分成若干个领域，未来的趋势应该打破领域，因为领域之间的概念是相互关联的。比如“物质和能量”，不仅物质科学里有，生命科学、地球与宇宙科学里也有。同时，在重视学科核心概念的同时，也需要高度关注跨学科概念的学习。另外，要基于学科核心概念和跨学科核心概念开展技术与工程实践，这也是STEM教育需要关注的。目前的STEM教育存在较大的问题，是基于产品导向的。STEM教育应以素养发展为导向，同时也要基于学生已有的知识和经验，要遵循学习规律和学生身心发展规律，特别是学生思维的发展规律。

进阶设计

人的发展是螺旋式上升、波浪式前进的，这是发展心理学的一个很重要的研究成果。教师在教学过程中要基于学生的身心发展规律，进阶设计科学课程。首先，从核心素养的进阶看，在义务教育阶段，将小学分成一二年级、三四年级、五六年级3个学段，初中为1个学段;五四学制则需要另行分段。

素养本身是进阶的，课程内容和教学也需要进阶。课程进阶设计要做到“三适合与两遵循”，即适合学生的知识经验、认知水平和兴趣特点;遵循学习规律和学科的内在逻辑。作为教师要做到“三个理解”，即理解学习、理解学科、理解学生。理解学习包括理解学习的本质、条件和规律等;理解学科包括理解学科的本质、学科思想方法和学科结构等;理解学生就得理解学生的知识经验水平、认知水平、学生的兴趣特点等。总之，学习内容的设计要由浅入深、由表及里、由易到难;学习活动要由简单到综合。

同时，要重视幼小衔接，以及义务教育与高中教育的衔接，将学习内容与学习活动有机整合，规划适合于不同学段的、螺旋上升的课程目标和课程内容，设计适合于不同阶段的探究和实践活动，形成有序递进的纵向结构。

进阶设计考虑的因素主要包括以下5个方面：①学生思维的发展;②学习方式的改变;③学生知识经验的丰富;④学生兴趣的发展;⑤解决问题的复杂性。除此之外，还需考虑不同学习内容的进阶。例如，从思维发展来讲，小学低年级关注学生对具体现象与事物外部特征的观察、描述、比较、分类、判断等;中年级在关注具体现象和外部特征的基础上，分析现象和事件发生的条件、过程、原因等，涉及归纳、推理;高年级关注事物的结构、功能、变化与相互关系，涉及概括、系统化、控制变量等。学习方式按照指导性学习、引导性学习、自主性学习的层级发展。学习兴趣则有直觉兴趣、操作兴趣、因果兴趣和理论兴趣4个层级。

思维探究

2001年以来，我国推行的课程改革提出自主学习、合作学习、探究学习，在科学课程改革中提出科学探究。经过20年的教学改革和发展，科学探究有了一定的进展，取得了一定的成绩，但是也存在一些问题，比如，重视形式，忽视本质;重视学生探究的过程，忽视探究中的思维，这将是未来改革需要进一步深化的重点内容。经过30多年的研究，我们提出思维型教学理论，这个理论的核心目标就是指向核心素養，特别关注思维的发展，其核心思想为：教学的核心是思维，学习的关键是思考。因此，如何在学习、探究、实践过程中促进学生积极的思维，是能否有效培养学生素养的关键，也反映了教学的本质。

思维型教育理论强调教学内容应关注核心概念，在此基础上我们提出5大基本原理，包括动机激发、认知冲突、自主建构、自我监控和应用迁移。全国20多个省（市、区）的5000多所学校，以及美国、俄罗斯、瑞士、西班牙，中国台湾、香港和澳门等国家和地区的部分学校基于思维型教学理论推进教学改革，建立了1000多所学校的实验基地，同时也应用于我们国家的课程改革、质量监测、“国培”计划改革等方面。

探究式教学是科学学习的主导方式，在很早以前就有人提出，从探究式教学的发展历史看，不论是19世纪末的赫胥黎（Huxley）、赫尔巴特（Herbart），还是20世纪上半叶的杜威（Dewey），以及20世纪中叶的施瓦布（Schwab）、赫德（Hurd），20世纪末期的安德森（Anderson），或当代的奥斯本（Osborne），都认为探究最核心的是思维（表4）。可以看出，探究式教学的本质不是一个探究的程序，而是一个思维的过程。这正是当前科学教育教学过程中需要提升的，在重视探究程序的同时，重视学生的积极思维。2017版的小学科学课程标准中凡是提到“做中学”，就要提“学中思”;凡是提到动手就一定提动脑，进一步强调动脑的重要性。探究式教学的发展趋势包括两个方面：一是在自主的基础上进行合作学习;二是重视科学探究，强化科学实践，强调核心素养的培养。

大家都知道，科学探究包括提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价8个基本要素，在探究过程中，要特别关注分析、综合、比较、分类、归纳、演绎、抽象、概括、联想、想象、发散、重组、空间认知、突破定势等各种各样的思维。同时，在真实的教学中，要突出情境创设和应用迁移，因为核心素养只有在真实情境中解决问题时才能表现出来。因此，基于核心素养的课程与教学改革特别强调情境创设和应用迁移，这两个要素也是思维型教学中的基本要素。情境创设是培养学生核心素养的重要途径，也是思维与学习理论的必然要求。我们认为：基于核心素养的教学，就要做到“从情境中来，到情境中去”。关于应用迁移，就是要把所学的知识、方法，甚至态度，应用到真实的情境中，迁移到其他领域中。理论建立起来后，根据当前科学探究的趋势，提出两条路径，这两条路径最初都是一样的，从创设情境、提出问题到作出假设，之后可以用两种方式进行探究，一种是在自主基础上的合作学习，在课堂教学中通常是这种方式;另外一种是自主与合作并行，也即合作探究，在项目式学习、研究型学习、时间比较长的学习中，基本是这种方式。

在科学课程要培养的核心素养的前期研究中，用了“科学探究”或者“科学探究与交流”;在科学课程改革中，将“科学探究”修改为“探究实践”，包括科学探究，以及技术与工程实践;在学科核心概念的学习中，突出科学探究，强调做中学和学中思;在技术工程领域，强调技术与工程问题的规范性，让学生养成通过“动手做”解决问题的习惯，培养学生的实践能力。