科學(xué)課程與教學(xué)改革的未來走向

胡衛(wèi)平

素養(yǎng)立意

任何一個課程的改革，首先要重視課程的目標(biāo)。為深入貫徹黨的十九大精神和全國教育大會部署，中共中央、國務(wù)院于2019年6月23日發(fā)布了《關(guān)于深化教育教學(xué)改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》，提出“堅持立德樹人，著力培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人”“堅持‘五育并舉，全面發(fā)展素質(zhì)教育”。為了落實立德樹人的根本任務(wù)，我國提出了發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中所形成的、適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格（包括正確的價值觀）和關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)可以為學(xué)校育人畫像，為教師教學(xué)架橋，為學(xué)生發(fā)展導(dǎo)航。因此，科學(xué)課程的目標(biāo)也應(yīng)發(fā)展核心素養(yǎng)。

制定一個課程，需要考慮課程的目標(biāo)、內(nèi)容、實施及評價，實施中最核心的就是教學(xué)，評價主要看核心素養(yǎng)的達成度。在課程目標(biāo)確定后，課程設(shè)計最關(guān)鍵的是課程內(nèi)容與課程教學(xué)的設(shè)計。對教學(xué)改革來講，涉及到教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。因此，課程與教學(xué)改革的重點基本一致，都是內(nèi)容與教學(xué)的改革。我國的科學(xué)課程與教學(xué)改革，吸收了以往經(jīng)驗，反映了國際趨勢，發(fā)展核心素養(yǎng)，聚焦概念，進階設(shè)計課程，注重思維型探究。

從目標(biāo)來講，未來的課程改革要立足于素養(yǎng)立意。在義務(wù)教育階段，學(xué)生具有基礎(chǔ)性和發(fā)展性的特點，素養(yǎng)內(nèi)容要體現(xiàn)時代性和綜合性，研制過程應(yīng)具有科學(xué)性和政策性。關(guān)于科學(xué)到底是什么，不同人有不同的觀點，我們認為科學(xué)是人類在研究自然現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律的基礎(chǔ)上形成的知識系統(tǒng)，以及獲得這些知識系統(tǒng)的認識過程和在此過程中所利用的方法。這個科學(xué)的定義包括了學(xué)生需要發(fā)展的三個方面的素養(yǎng)：知識系統(tǒng)、認識過程和科學(xué)方法。知識系統(tǒng)反映科學(xué)觀念，認識過程反映科學(xué)思維，科學(xué)方法反映探究與實踐。為此，我們從以下幾個方面進行了系統(tǒng)的研究：國際科學(xué)教育趨勢分析，國際科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的比較，國家科學(xué)教育政策分析，以及國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)分析，同時還作了利益相關(guān)者的訪談和學(xué)生素養(yǎng)的表現(xiàn)性評價。

國際科學(xué)教育的價值選擇如表1所示，其基本規(guī)律可以概括為：工業(yè)革命之前重視人文價值;18世紀(jì)到20世紀(jì)前重視實用價值;20世紀(jì)前半葉重視實用價值與人文價值并重;20世紀(jì)中葉重視社會本位;20世紀(jì)末重視人的發(fā)展本位;到21世紀(jì)開始，由于強調(diào)核心素養(yǎng)，既重視人的發(fā)展本位，也重視社會本位。我國百年以來科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)目標(biāo)與國際趨勢是基本一致的（表2），這是因為我國科學(xué)教育主要是從西方發(fā)達國家引進的，共同的特點是持續(xù)關(guān)注人地關(guān)系（人文系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)動態(tài)關(guān)系的簡稱——編者注）。我們對一些利益相關(guān)者進行了訪談，涉及52位不同領(lǐng)域的專家，訪談結(jié)果的統(tǒng)計分析表明：一級指標(biāo)包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、態(tài)度責(zé)任和科學(xué)探究4個方面，態(tài)度責(zé)任受關(guān)注程度最高，其次是科學(xué)思維，然后科學(xué)觀念，最后是科學(xué)探究。同時，也對學(xué)生的發(fā)展進行了一對一的測試，每個領(lǐng)域設(shè)計1個問題，每個問題測試時間為1小時，1個多月的時間大概測試了200多人。對數(shù)據(jù)進行分析后，得到了觀念理解與應(yīng)用，科學(xué)探究與交流，科學(xué)思維與創(chuàng)新，以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任4個維度。最后形成的科學(xué)課程核心素養(yǎng)由4個方面構(gòu)成（圖1），科學(xué)觀念是科學(xué)課程本質(zhì)屬性的集中體現(xiàn)，是其他素養(yǎng)的基礎(chǔ);科學(xué)思維是關(guān)鍵能力，是素養(yǎng)的核心;探究實踐也是一種能力;態(tài)度責(zé)任是必備品格，反映了科學(xué)課程的方向性。

如果要進行課程改革，除關(guān)注科學(xué)的獨特價值之外，還要反映出科學(xué)課程能夠培養(yǎng)的共通核心素養(yǎng)。我們把科學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)作了一些比較，發(fā)現(xiàn)我們所制定的核心素養(yǎng)可以反映學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容（表3）。

素養(yǎng)立意，也就是說要制定課程標(biāo)準(zhǔn)，以凝練地反映科學(xué)課程全面育人價值的核心素養(yǎng)為綱，統(tǒng)領(lǐng)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂，基于科學(xué)課程要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)的內(nèi)涵、要素及學(xué)段特征，確定課程總目標(biāo)和學(xué)段目標(biāo)，選擇課程內(nèi)容，制定學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)育人方式的轉(zhuǎn)變和考試評價的改革。

加強綜合

綜合性既是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的需要，也是國際科學(xué)課程改革的趨勢。研究表明，綜合性有利于學(xué)生創(chuàng)造力的發(fā)展。十九屆六中全會提出要“推進科技自立自強”，自立自強的關(guān)鍵在于擁有大批科技創(chuàng)新人才。義務(wù)教育階段是科技創(chuàng)新后備人才成長的關(guān)鍵期，加強綜合，注重讓學(xué)生從整體上認識世界，發(fā)揮不同知識領(lǐng)域的教育功能和思維發(fā)展功能，是培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才的必然要求。為此，科學(xué)課程與教學(xué)改革要聚焦核心概念，同時注重內(nèi)容與經(jīng)驗的結(jié)合，動手與動腦的結(jié)合，知識學(xué)習(xí)與社會實踐的結(jié)合，理解自然現(xiàn)象和解決實際問題的結(jié)合，科學(xué)課程與并行開設(shè)的其他課程相互滲透。

綜合性的課程有很多優(yōu)勢，主要包括：①體現(xiàn)了義務(wù)教育基礎(chǔ)性的基本要求，是基于核心素養(yǎng)改革的必然要求;②有利于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的深度理解和系統(tǒng)認識;③有利于學(xué)生形成合理的知識結(jié)構(gòu)，提高創(chuàng)新能力;④有利于開展基于項目的科學(xué)探究和實踐活動;⑤符合國際趨勢。1984年，聯(lián)合國教科文組織對161個成員國的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)國家和地區(qū)在初中階段設(shè)置綜合科學(xué)課程。參與調(diào)查的亞太地區(qū)17個國家和地區(qū)中，除了中國和老撾在初中設(shè)置分科科學(xué)課程外，其他15個國家和地區(qū)均開設(shè)綜合科學(xué)課程?？茖W(xué)課程作為綜合課程，統(tǒng)籌設(shè)計，整體規(guī)劃，強調(diào)各領(lǐng)域知識的相互滲透與整合，有助于學(xué)生從整體上認識自然和科學(xué)。根據(jù)統(tǒng)一的科學(xué)概念、原理和各領(lǐng)域知識之間的聯(lián)系建立開放性的知識結(jié)構(gòu)，有助于學(xué)生知識的遷移和學(xué)習(xí)能力的發(fā)展，有助于對學(xué)生科學(xué)探究和實踐能力培養(yǎng)的總體安排。2019年，我們對科學(xué)綜合課程實施的情況進行了調(diào)研，調(diào)研的結(jié)果表明滿意率大部分在95%以上，所以，未來的改革要聚焦概念、注重綜合。

原來的課程標(biāo)準(zhǔn)分成若干個領(lǐng)域，未來的趨勢應(yīng)該打破領(lǐng)域，因為領(lǐng)域之間的概念是相互關(guān)聯(lián)的。比如“物質(zhì)和能量”，不僅物質(zhì)科學(xué)里有，生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)里也有。同時，在重視學(xué)科核心概念的同時，也需要高度關(guān)注跨學(xué)科概念的學(xué)習(xí)。另外，要基于學(xué)科核心概念和跨學(xué)科核心概念開展技術(shù)與工程實踐，這也是STEM教育需要關(guān)注的。目前的STEM教育存在較大的問題，是基于產(chǎn)品導(dǎo)向的。STEM教育應(yīng)以素養(yǎng)發(fā)展為導(dǎo)向，同時也要基于學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗，要遵循學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展規(guī)律，特別是學(xué)生思維的發(fā)展規(guī)律。

進階設(shè)計

人的發(fā)展是螺旋式上升、波浪式前進的，這是發(fā)展心理學(xué)的一個很重要的研究成果。教師在教學(xué)過程中要基于學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律，進階設(shè)計科學(xué)課程。首先，從核心素養(yǎng)的進階看，在義務(wù)教育階段，將小學(xué)分成一二年級、三四年級、五六年級3個學(xué)段，初中為1個學(xué)段;五四學(xué)制則需要另行分段。

素養(yǎng)本身是進階的，課程內(nèi)容和教學(xué)也需要進階。課程進階設(shè)計要做到“三適合與兩遵循”，即適合學(xué)生的知識經(jīng)驗、認知水平和興趣特點;遵循學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)科的內(nèi)在邏輯。作為教師要做到“三個理解”，即理解學(xué)習(xí)、理解學(xué)科、理解學(xué)生。理解學(xué)習(xí)包括理解學(xué)習(xí)的本質(zhì)、條件和規(guī)律等;理解學(xué)科包括理解學(xué)科的本質(zhì)、學(xué)科思想方法和學(xué)科結(jié)構(gòu)等;理解學(xué)生就得理解學(xué)生的知識經(jīng)驗水平、認知水平、學(xué)生的興趣特點等?？傊?，學(xué)習(xí)內(nèi)容的設(shè)計要由淺入深、由表及里、由易到難;學(xué)習(xí)活動要由簡單到綜合。

同時，要重視幼小銜接，以及義務(wù)教育與高中教育的銜接，將學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)活動有機整合，規(guī)劃適合于不同學(xué)段的、螺旋上升的課程目標(biāo)和課程內(nèi)容，設(shè)計適合于不同階段的探究和實踐活動，形成有序遞進的縱向結(jié)構(gòu)。

進階設(shè)計考慮的因素主要包括以下5個方面：①學(xué)生思維的發(fā)展;②學(xué)習(xí)方式的改變;③學(xué)生知識經(jīng)驗的豐富;④學(xué)生興趣的發(fā)展;⑤解決問題的復(fù)雜性。除此之外，還需考慮不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的進階。例如，從思維發(fā)展來講，小學(xué)低年級關(guān)注學(xué)生對具體現(xiàn)象與事物外部特征的觀察、描述、比較、分類、判斷等;中年級在關(guān)注具體現(xiàn)象和外部特征的基礎(chǔ)上，分析現(xiàn)象和事件發(fā)生的條件、過程、原因等，涉及歸納、推理;高年級關(guān)注事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化與相互關(guān)系，涉及概括、系統(tǒng)化、控制變量等。學(xué)習(xí)方式按照指導(dǎo)性學(xué)習(xí)、引導(dǎo)性學(xué)習(xí)、自主性學(xué)習(xí)的層級發(fā)展。學(xué)習(xí)興趣則有直覺興趣、操作興趣、因果興趣和理論興趣4個層級。

思維探究

2001年以來，我國推行的課程改革提出自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)，在科學(xué)課程改革中提出科學(xué)探究。經(jīng)過20年的教學(xué)改革和發(fā)展，科學(xué)探究有了一定的進展，取得了一定的成績，但是也存在一些問題，比如，重視形式，忽視本質(zhì);重視學(xué)生探究的過程，忽視探究中的思維，這將是未來改革需要進一步深化的重點內(nèi)容。經(jīng)過30多年的研究，我們提出思維型教學(xué)理論，這個理論的核心目標(biāo)就是指向核心素養(yǎng)，特別關(guān)注思維的發(fā)展，其核心思想為：教學(xué)的核心是思維，學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是思考。因此，如何在學(xué)習(xí)、探究、實踐過程中促進學(xué)生積極的思維，是能否有效培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的關(guān)鍵，也反映了教學(xué)的本質(zhì)。

思維型教育理論強調(diào)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)關(guān)注核心概念，在此基礎(chǔ)上我們提出5大基本原理，包括動機激發(fā)、認知沖突、自主建構(gòu)、自我監(jiān)控和應(yīng)用遷移。全國20多個?。ㄊ?、區(qū)）的5000多所學(xué)校，以及美國、俄羅斯、瑞士、西班牙，中國臺灣、香港和澳門等國家和地區(qū)的部分學(xué)?；谒季S型教學(xué)理論推進教學(xué)改革，建立了1000多所學(xué)校的實驗基地，同時也應(yīng)用于我們國家的課程改革、質(zhì)量監(jiān)測、“國培”計劃改革等方面。

探究式教學(xué)是科學(xué)學(xué)習(xí)的主導(dǎo)方式，在很早以前就有人提出，從探究式教學(xué)的發(fā)展歷史看，不論是19世紀(jì)末的赫胥黎（Huxley）、赫爾巴特（Herbart），還是20世紀(jì)上半葉的杜威（Dewey），以及20世紀(jì)中葉的施瓦布（Schwab）、赫德（Hurd），20世紀(jì)末期的安德森（Anderson），或當(dāng)代的奧斯本（Osborne），都認為探究最核心的是思維（表4）?？梢钥闯觯骄渴浇虒W(xué)的本質(zhì)不是一個探究的程序，而是一個思維的過程。這正是當(dāng)前科學(xué)教育教學(xué)過程中需要提升的，在重視探究程序的同時，重視學(xué)生的積極思維。2017版的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中凡是提到“做中學(xué)”，就要提“學(xué)中思”;凡是提到動手就一定提動腦，進一步強調(diào)動腦的重要性。探究式教學(xué)的發(fā)展趨勢包括兩個方面：一是在自主的基礎(chǔ)上進行合作學(xué)習(xí);二是重視科學(xué)探究，強化科學(xué)實踐，強調(diào)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

大家都知道，科學(xué)探究包括提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流、反思評價8個基本要素，在探究過程中，要特別關(guān)注分析、綜合、比較、分類、歸納、演繹、抽象、概括、聯(lián)想、想象、發(fā)散、重組、空間認知、突破定勢等各種各樣的思維。同時，在真實的教學(xué)中，要突出情境創(chuàng)設(shè)和應(yīng)用遷移，因為核心素養(yǎng)只有在真實情境中解決問題時才能表現(xiàn)出來。因此，基于核心素養(yǎng)的課程與教學(xué)改革特別強調(diào)情境創(chuàng)設(shè)和應(yīng)用遷移，這兩個要素也是思維型教學(xué)中的基本要素。情境創(chuàng)設(shè)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑，也是思維與學(xué)習(xí)理論的必然要求。我們認為：基于核心素養(yǎng)的教學(xué)，就要做到“從情境中來，到情境中去”。關(guān)于應(yīng)用遷移，就是要把所學(xué)的知識、方法，甚至態(tài)度，應(yīng)用到真實的情境中，遷移到其他領(lǐng)域中。理論建立起來后，根據(jù)當(dāng)前科學(xué)探究的趨勢，提出兩條路徑，這兩條路徑最初都是一樣的，從創(chuàng)設(shè)情境、提出問題到作出假設(shè)，之后可以用兩種方式進行探究，一種是在自主基礎(chǔ)上的合作學(xué)習(xí)，在課堂教學(xué)中通常是這種方式;另外一種是自主與合作并行，也即合作探究，在項目式學(xué)習(xí)、研究型學(xué)習(xí)、時間比較長的學(xué)習(xí)中，基本是這種方式。

在科學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)的前期研究中，用了“科學(xué)探究”或者“科學(xué)探究與交流”;在科學(xué)課程改革中，將“科學(xué)探究”修改為“探究實踐”，包括科學(xué)探究，以及技術(shù)與工程實踐;在學(xué)科核心概念的學(xué)習(xí)中，突出科學(xué)探究，強調(diào)做中學(xué)和學(xué)中思;在技術(shù)工程領(lǐng)域，強調(diào)技術(shù)與工程問題的規(guī)范性，讓學(xué)生養(yǎng)成通過“動手做”解決問題的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。