指向科學素養(yǎng)的小學科學課程實施的內(nèi)涵價值與邏輯路徑

摘要：培育學生的科學素養(yǎng)是小學科學課程的重要目標。對某小學五年級科學課“世界之最——廣濟橋”的三次教學過程進行對比分析，深入剖析培育學生科學素養(yǎng)的真實教學情況，揭示課程實施邏輯和教學原則，即以問題情境為導向，促進深度學習的發(fā)生；深度挖掘教學內(nèi)容，結(jié)合多元的教學方法；給予學生更多掌控感，走向高水平科學探究；減少不必要的知識記憶環(huán)節(jié)，以啟迪思維為核心。

關(guān)鍵詞：科學素養(yǎng)；科學教育；課程實施；課堂教學

中圖分類號：G623.9 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2023）24-0019-08

自20世紀80年代開始，科學教育領域積極提倡“科學素養(yǎng)”“科學實踐”“基于探究的科學教學”，以及“強調(diào)科學本質(zhì)觀”的科學教育。國際科學教育理論界在“以提升學生科學素質(zhì)為核心的科學教育”上達成前所未有的一致[1]。2021年末，國務院辦公廳制定《全民科學素質(zhì)行動計劃綱要（2021—2035年）》，指明了在科技飛速發(fā)展的今天，提高每個公民的科學素質(zhì)的緊迫性[2]?？茖W素質(zhì)是科學教學的起點和歸宿，而基礎教育階段的科學教育是提升全民科學素質(zhì)的重要途徑。在這種背景下，“科學素養(yǎng)”成為科學領域各學科課程標準確定課程目標的導向，在課程設計與實施層面?zhèn)涫苤匾?。當下，我國中小學的科學教學存在諸多問題，如科學教育功能簡單化，科學課程被邊緣化，科學課程內(nèi)容狹隘化和碎片化，科學課程的相關(guān)研究過于偏重理論，等等。解決這些問題的根本途徑是建立一套以科學素養(yǎng)為核心的科學課程體系[3]。如何有效地通過科學課程教學提升學生的科學素養(yǎng)，科學課程教學依據(jù)何種邏輯理論，成為小學科學課程實施中需要思考的核心問題。

一、澄明闡釋：科學素養(yǎng)的概念審視與科學課程實施的理論依據(jù)

（一）科學素養(yǎng)概念辨析

“科學素養(yǎng)”（Scientific Literacy）于20世紀80年代末由西方傳入我國，有時也以“科學素質(zhì)”一詞出現(xiàn)在教育領域。“素質(zhì)”主要指人在先天的生理基礎上，通過后天的環(huán)境影響和教育訓練，所獲得的內(nèi)在的、相對穩(wěn)定的、長期發(fā)揮作用的身心特征及其基本品質(zhì)結(jié)構(gòu)。而“素養(yǎng)”是指在教育過程中逐漸形成的知識、能力、態(tài)度等方面的綜合表現(xiàn)，是相對于教育教學中的學科本位提出的，強調(diào)學生素養(yǎng)發(fā)展的跨學科性和整合性。無論是“科學素養(yǎng)”還是“科學素質(zhì)”，其內(nèi)涵都是在教育過程中逐漸形成的知識、能力、態(tài)度等方面的綜合表現(xiàn)。

20世紀50年代，科南特在其著作《科學中的普通教育》中首述“科學素養(yǎng)”這個觀念，但沒有詳細解釋其含義。1958年，赫爾德在《科學素養(yǎng)對美國學校的影響》（Science Literacy：Its Meaning for American Schools）一文中首次提議把科學素養(yǎng)引入中小學科學教育中，強調(diào)公眾理解科學發(fā)展和科學現(xiàn)象的重要性[4]。此后多年，科學素養(yǎng)的內(nèi)涵一直是國內(nèi)外學者熱議的話題。1967年，派勒對1946年到1964年間的文獻展開系統(tǒng)研究，首次全面地概括了科學素養(yǎng)，主要涵蓋以下六個方面：概念性知識、科學的理性、科學的道德、科學與人文、科學與社會、科學與技術(shù)[5]。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organization for Economic Co-operation and Development）于1999年提出了科學素養(yǎng)的界定，將其視作科學知識、科學能力和科學情境的總和[6]，又于2006年完善了科學素養(yǎng)的框架，涉及學生認知和情感兩個方面的表現(xiàn)，新增“科學態(tài)度”維度[7]。國際學生評估項目（Programme for International Student Assessment，PISA）2025的科學素養(yǎng)測評將“科學情境”融入其中，并新添“科學身份認同”這一維度[8]。我國學者王素提出，科學素養(yǎng)應包括四個重要因素：理解科學技術(shù)，明白科學、技術(shù)與社會的關(guān)系，具備科學的思考方式和態(tài)度，以及應用科學技術(shù)解決日常生活和社會中的問題[9]。學者李長毅也表示，科學素養(yǎng)是核心素養(yǎng)的重要部分，青少年學生的科學素養(yǎng)可以分為三個方面：基礎的科學知識，進行科學探究的能力，科學的態(tài)度和情感[10]。

2022年4月21日，教育部修訂并發(fā)布《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標”），明確科學課程的目標就是通過培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，為他們的未來發(fā)展打下堅實的基礎[11]。“2022版課標”將科學素養(yǎng)分解為“科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任”四個方面，既彰顯了科學課程的獨特育人價值，也體現(xiàn)了創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作、自主學習、社會責任感等共通素養(yǎng)，共同構(gòu)成了全面的科學教育的目標體系。以“2022版課標”中科學素養(yǎng)總體目標為學理依據(jù)，科學教育指向的“科學素養(yǎng)”是指：學生要掌握與其認知能力相對應的科學知識，構(gòu)建基本科學觀念，熟練掌握基礎思維技巧，并且發(fā)展建立初級模型、邏輯推論和創(chuàng)新等科學思維。通過了解和探索自然，解答科學問題以及參與技術(shù)工程實踐，學生提升自身的科學探究能力，形成科學的態(tài)度和社會責任感（如圖1）。

（二）科學教育課程實施的學理依據(jù)

“課程實施”即將預定的課程計劃轉(zhuǎn)化為具體的教學行動的過程[12]。每堂“課”都蘊含了一定的學理依據(jù)，并從不同的層次上照應其教育目標和理念?？茖W教育課程實施的學理依據(jù)主要是指對課程實施過程本質(zhì)的不同認識及支配這些認識的價值觀，能從根本上集中反映教育工作者對課程目標與課程實施關(guān)系的實質(zhì)性理解。新時代背景下的科學教育以提升公眾的科學素質(zhì)為核心使命，專注于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新、質(zhì)疑和探索的能力，引導其用科學的角度來看待世界和解決問題。

教師在執(zhí)行預設的科學課程安排時，不僅應重視傳授“科學知識”和“科學技能”，也需要把培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)作為課程實施的理論基礎，讓此目標貫穿教學的始終。學生通過一系列的科學活動，將所學到的科學知識和技能運用到實際的科學探究場景中，形成基本的科學觀念，培養(yǎng)系統(tǒng)的科學思維，并建立正確的價值觀與社會責任感。堅持將培育學生科學素養(yǎng)作為科學課程實施的學理依據(jù)不僅有益于豐富科學素養(yǎng)框架的內(nèi)涵要義，還有助于找到培育學生科學素養(yǎng)的價值遵循。

回歸實際的教學環(huán)境，如何明確以“科學素養(yǎng)”為核心的課程教學的具體形態(tài)？什么樣的科學課程可以幫助學生逐漸建立起個人終身成長及社會發(fā)展所需的正確價值觀、必備品質(zhì)和關(guān)鍵技能？本文將通過“一課三構(gòu)”的研究方式，對某科學主題活動的具體教學進程進行深入探究和比較分析，以期得出探究性的思考和結(jié)論。

二、辨?zhèn)螌ふ妫褐赶驅(qū)W生科學素養(yǎng)落地的課程教學探析

本文對某小學五年級科學課“世界之最——廣濟橋”主題的三次教學活動進行對比分析，深度探討培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的課程實施樣態(tài)。在教學實踐中，教師對該科學活動進行三次改進。在不斷完善的過程中，每次教學聚焦的觀點和目標都大相徑庭，分別代表了教師對學生科學素養(yǎng)理解的三種境界。為了對這“三種境界”的課程教學進行系統(tǒng)的對比分析，本文采取1.0版本、2.0版本、3.0版本的編號敘述方式。

（一）1.0版本：指向科學知識習得的課程教學

從1.0版本的教學設計可以看出，教學活動體現(xiàn)了對學生科學知識習得的關(guān)注，但是卻沒能為其提供進行科學實踐探究的主觀體驗（見表1）。首先，在教學引導環(huán)節(jié)，教師播放了廣濟橋航拍視頻，使課堂氣氛活躍起來。播放視頻的目的在于向?qū)W生展示廣濟橋的歷史背景和外觀演變，進而普及關(guān)于廣濟橋的基礎知識。但是，1.0版本僅將其作為一個話題引子，視頻內(nèi)容與引導學生對廣濟橋歷史價值和特殊結(jié)構(gòu)的理解之間并沒有建立實質(zhì)性的聯(lián)系，在某種程度上并不能提高學生的探索興趣，僅僅在于普及知識。其次，在新課講授環(huán)節(jié)，學生對廣濟橋的歷史背景和結(jié)構(gòu)特點有了初步了解。教師鼓勵學生進行小組討論與交流，雖然吸收了課程改革的理念，給學生留下了一定的思考空間，強調(diào)了學生學習自主性的價值，但是，這個教學設計僅停留于科學知識習得階段，缺乏真實的科學實踐探究。最后，盡管1.0版本試圖引導學生獨立思考，但未解決學生實際在思考什么、思考的深度如何以及其與已有知識的關(guān)聯(lián)是什么等問題。

（二）2.0版本：指向科學實踐探究的課程教學

經(jīng)過對1.0版本的優(yōu)化升級，教師展開了第二輪教學，也就是2.0版本（見表2）。第一，2.0版本保留了1.0版本的閃光點，對導入視頻的教學內(nèi)容進行了豐富完善，引導學生不僅要關(guān)注廣濟橋的外觀特點，更要結(jié)合其歷史背景、環(huán)境特征、人文情懷等因素思考其中的設計意圖與創(chuàng)新點。教師結(jié)合視頻內(nèi)容，在現(xiàn)場展示廣濟橋模型，旨在讓學生獲得更加直觀的體驗，進而明確探究問題，提出科學合理的假設。但不足之處在于，未設置具體的問題情境，需要在學生具備一定探究興趣與熱情的前提下才能順利展開實踐探究。第二，雖優(yōu)化了過程性評價，對探究成果進行民主投票，評價內(nèi)容從1.0版本的簡單評價改為科學性、相似性、創(chuàng)新性的模型制作與展示等多方面的評價，但是評價內(nèi)容缺乏對組內(nèi)學生不同表現(xiàn)水平、分工任務以及合作情況等的標準說明，且未有機融合過程性評價、自我評價、教師評價、同伴互評等多主體的評價。第三，雖然運用了廣濟橋模型對其結(jié)構(gòu)特征進行抽象和概括，引導學生運用模型分析、解釋現(xiàn)象，系統(tǒng)描述了橋體結(jié)構(gòu)、各部分關(guān)系以及變化的過程，有助于鍛煉學生的科學思維，但教師尚未基于課程目標和內(nèi)容進行價值情感以及責任態(tài)度層面的升華。

（三）3.0版本：指向?qū)W生科學素養(yǎng)的課程教學

任何科學實踐都應該遵循完整的邏輯鏈條?？茖W領域相關(guān)知識觀念的認識與掌握是落實課程目標的前提基礎，探究實踐是學生形成其他素養(yǎng)的主要途徑[13]。在探究實踐的支撐下，學生通過科學思維內(nèi)化，加深對科學觀念的深度理解，最終形成必備的科學素養(yǎng)。為了解決2.0版本中的不足，教師進行第三次課程教學設計，即3.0版本（見表3）。3.0版本落實了“2022版課標”中提出的科學課程實施的重點，即關(guān)注“情境創(chuàng)設與問題提出”“自主探究與合作交流”“總結(jié)反思與應用遷移”，將探究和實踐作為科學學習的主要方式，精心組織，加強監(jiān)控，讓學生經(jīng)歷有效探究和實踐過程?！翱茖W知識”與“探究實踐”是科學教育的“一體兩面”，是教師在進行教學設計時都應考慮的。“以學為中心”的科學課程并非要求從“勞動知識”向“勞動實踐”轉(zhuǎn)變，因為科學教育的核心目標是學生科學素養(yǎng)的養(yǎng)成，但科學素養(yǎng)的養(yǎng)成不是空洞的、浮于表面的?？茖W知識與探究實踐兩者之間不應該是誰決定誰的問題，也不是誰為先誰為后的問題，而是在科學課程中如何統(tǒng)一起來的問題。

（四）三輪迭代后的課程實施亮點

1.對古代科技內(nèi)容的挖掘，提升了課程活動目標的深度

活動內(nèi)容是教育的載體，也關(guān)乎活動目標的達成。如果教師將活動內(nèi)容定位于一般性的傳統(tǒng)文化常識與工程建造知識，學生的學習只能停留于表淺的識記和知曉，很難有真正的思考和思維活動，更難在情感態(tài)度層面達成認同理解、欣賞自豪等目標。3.0版本的教學對活動內(nèi)容做了更深入的挖掘：廣濟橋作為中國眾多橋梁代表之一，它的特別之處是什么？這座橋怎樣體現(xiàn)了中國古人搭建橋梁的智慧？如何讓學生真正理解這種智慧？教師將內(nèi)容的核心定位于廣濟橋在結(jié)構(gòu)、造型、功能上的獨到之處，圍繞“橋的結(jié)構(gòu)與功能”這一能夠轉(zhuǎn)化成學生探究活動對象的重要概念展開教學，有機地聯(lián)結(jié)了知識、過程方法以及情感態(tài)度等不同維度，切實地提升了課程活動目標的達成。

2.契合小學生的年齡特征和已有知識經(jīng)驗，促進了深度學習的發(fā)生

五年級屬于小學中高年級段，學生具備一定的分析綜合、聯(lián)想想象以及歸納概括的思維能力。教師讓學生體驗工程設計的過程、理解古人設計廣濟橋的匠心，有助于其深刻領悟橋梁的科學之美、藝術(shù)之美。以向韓愈介紹廣濟橋的歷史發(fā)展和作用價值為一條線索，將所有教學環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，有助于學生形成系統(tǒng)完整的認知結(jié)構(gòu)。同時，韓愈的《鱷魚文》也是學生在語文課上剛剛學習過的內(nèi)容，韓愈是學生比較熟悉且崇拜的歷史人物，有助于引發(fā)學生的情感共鳴，激發(fā)其探究熱情。學生在學習的過程中有控制感，能夠真正參與到學習過程之中。學生的學習興趣被激發(fā)，他們在活動中有思考、有情感地流露和表達，這是深度學習發(fā)生的條件，也是深度學習發(fā)生的標志[14]。

3.有機的跨學科關(guān)聯(lián)和多元的教學方法設計，實現(xiàn)了教與學的有機統(tǒng)一

跨學科不是目的，跨學科是在教學過程中自然達成的結(jié)果。3.0版本中有橋的歷史背景沿革，有自然地理特征和人文情懷，有橋的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系的科學探究，也有工程設計的迭代思想、工程與技術(shù)的關(guān)系等。同時，查閱資料、自主探究、動手實驗、交流展示等多種方式的教學設計指向?qū)W生的真正參與。學生對梁橋、浮橋結(jié)構(gòu)的直接探究深化了對橋的功能的理解，通過對比廣濟橋在古代和現(xiàn)代所起作用的不同，加深學生對科學、技術(shù)、環(huán)境以及社會之間關(guān)系的認識。

指向?qū)W生科學素養(yǎng)的科學課程教學一定不能“窄化”科學教育的育人目標，也不能將課程教學的內(nèi)容局限于科學知識的一般習得，更不能為了探究而探究，把學生的實踐探究簡化為淺層的動手操作和模仿復刻，而未達到更深層次的思維和情感層面的發(fā)展。以“科學素養(yǎng)”為核心的課程教學，其目標定位是學生通過真實情境中的探究實踐，領悟科學技術(shù)價值與意義，積極調(diào)動已有的知識經(jīng)驗進行思維及動手活動，促進新舊科學知識與技能的融會貫通，手腦心的協(xié)同發(fā)展，最終實現(xiàn)學生科學素養(yǎng)習得的“落地”。

三、聚焦提煉：培育學生科學素養(yǎng)的課程實施邏輯

（一）科學課程實施的起點：以問題情境為導向，促進深度學習的發(fā)生

在科學教學中，以問題為導向，通過任務驅(qū)動，引導學生體驗和探究隱含在現(xiàn)象背后的科學知識、觀念與思想，以及問題解決的核心策略，是發(fā)展學生科學素養(yǎng)的起點。以問題為導向，學生在利用知識解決問題的過程中，自然內(nèi)化、深化對知識的理解，促進知識的遷移與應用。3.0版本首先為學生創(chuàng)設了“與韓愈進行時空對話”的情境，鼓勵學生全面收集、整理、分析廣濟橋的相關(guān)知識，調(diào)動學生獲取信息的興趣。同時，“向韓愈進行介紹”的問題任務無限伸展了該活動主題的內(nèi)容上限，學生可以廣濟橋本身的歷史演變、結(jié)構(gòu)功能、價值作用為切入點進行探究，還可將主題拔高到工匠精神，工程設計的智慧，人與自然、社會、科技之間的關(guān)系等方面。符合先驗知識的問題情境、層層遞進的任務線索以及真實可控的學習環(huán)境，讓學生真正成為學習的主體，自然地掌控主導權(quán)。學生的每一處好奇、每一次發(fā)問、每一種假設以及每一輪探究都是真實自發(fā)的。學生像“專家”一樣進行知識建構(gòu)、問題解決和反思改進，實現(xiàn)理解性的、發(fā)展素養(yǎng)的深度學習。

（二）科學課程實施的依托：深度挖掘教學內(nèi)容，結(jié)合多元的教學方法

在學?？茖W教育中有效地實施科學探究，就應該有相應的教學內(nèi)容與之匹配。第一，教學內(nèi)容要激發(fā)學生的求知欲和理解欲，探究問題要起源于學生感興趣的、在觀察基礎上的解釋和案例。第二，教學內(nèi)容要促進學生尊重信息，鼓勵學生誠實對待數(shù)據(jù)。第三，教學內(nèi)容要引導學生考慮科學調(diào)查中的假設，支持學生的懷疑精神。第四，教學內(nèi)容要觸及學生的真實情緒活動，從情感態(tài)度層面形成認同感?？茖W學習的內(nèi)容有革新，學習的方式也應有所不同[15]。

科學學習對學生來說是一項復雜的認知活動，因此教師需要深入研究學生的學習規(guī)律，需要以學生的實際需求為基礎，關(guān)注學生已有的認知結(jié)構(gòu)是如何影響科學學習的，營造可以推動學生主動參與的學習環(huán)境，鼓勵學生通過探究性、實踐性和項目式的方法來學習科學，確保學生有足夠的實驗實踐時間，引導他們進行自主探究學習和團隊協(xié)作學習，使學生從被動地接受知識變?yōu)橹鲃拥厮伎己吞骄?。此外，教師還應該強調(diào)科學知識和生活的聯(lián)系，鼓勵學生利用所學來分析和解決實際生活問題，促進其主動且有效地學習。3.0版本綜合了查閱資料、自主探究、動手實驗、交流展示等多種方式的教學設計，指向的是學生的真正參與。以小組為單位展開的實驗操作學習也有利于發(fā)揮小組的群體功能，培養(yǎng)學生的合作意識和個人責任感。

（三）科學課程實施的方式：給予學生更多掌控感，走向高水平科學探究

科學探究是學生主動汲取并運用科學知識和技能，認識、分析、解決真實科學問題的綜合實踐活動。在教學實踐中，有些教師將科學探究教條化、簡單化，認為學生只要經(jīng)歷了科學探究七階段就是在進行探究教學。施瓦布和赫倫根據(jù)探究問題、過程與方法、結(jié)論三個因素，將探究分為四種差異顯著的特征水平（見表4）[16]。

在0級探究活動中，教師將探究的問題、解決問題的過程與方法、應得出的結(jié)論均預先確定并呈現(xiàn)給學生。這種探究活動中，學生可以開展基礎的觀察活動，感受特定現(xiàn)象，或加深對探究過程的理解，或掌握探究技能。在1級探究活動中，教師將探究的問題、解決問題的過程與方法直接提供給學生，同時，教師會給予學生更多的機會，讓他們根據(jù)獲得的證據(jù)自行得出結(jié)論。在2級探究活動中，針對給定的探究問題，學生需要自行設計探究的過程與方法，并獨立尋求結(jié)論。這種探究過程賦予學生更多的自由度，有助于他們探尋合適的研究方法、收集相關(guān)研究數(shù)據(jù)并得出相應的結(jié)論。在3級探究活動中，探究的問題、解決問題的過程與方法以及探究的結(jié)論均是未知的，因此，學生需要在這樣的探究活動中自主提出問題，并基于他們所掌握的知識與技能，獨立設計探究的過程與方法，并得出結(jié)論。

2.0版本中的實踐探究是一個較低層級的科學探究，探究問題由教師拋出，過程及方法由教師事先進行示范展示，其結(jié)論的評價也需由教師進行判定且僅存在一套標準答案。3.0版本的探究問題雖然是教師引導學生提出的，但也給予了學生充分的自主感和控制感，學生小組可從自己感興趣的角度切入，自行探索操作廣濟橋的模型工具，同時輔以學習任務單，幫助學生在前后貫通的思維脈絡中進行體驗、實驗和探究，最終生成各小組的探究性結(jié)論，這是一種介于2級和3級之間的科學探究。

（四）科學課程實施的歸宿：減少不必要的知識記憶環(huán)節(jié)，以啟迪思維為核心

科學思維主要體現(xiàn)在科學推理、科學論證、批判性思維、創(chuàng)造性思維、模型建構(gòu)與用模型來認知等方面，是人們在科學研究活動中總結(jié)出來的認識方式[17]。美國心理學家斯金納曾說過：“教育無非是將一切已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西。”對科學教育來說，這種剩下來的東西就是科學的思維方式、思想與方法、態(tài)度與精神、價值取向等。一個學生的科學素養(yǎng)高低，不僅僅與他掌握科學知識的量有關(guān)，更取決于他的科學思維方式[18]。

科學思維是存在于科學知識習得和科學實踐探究過程中的隱性元素，可它又是科學素養(yǎng)的核心體現(xiàn)?？茖W教育應該著重培養(yǎng)學生的思維，創(chuàng)設一個最佳環(huán)境來推動學生的思維發(fā)展，并讓學生在習得科學知識的同時也能體驗科學發(fā)現(xiàn)、探究、創(chuàng)造及應用的過程，真正實現(xiàn)科學素養(yǎng)的全面提升。在3.0版本的教學中，教師并未致力于給學生“植入”大量事實性知識和技巧，而是鼓勵學生大膽設想，并通過實踐收集證據(jù)，驗證假設并分享他們的發(fā)現(xiàn)與感受。即使相關(guān)課程已經(jīng)結(jié)束，學生此后對課堂中事實性知識的記憶程度有所下滑，但他們的科學思維已被“啟迪”，如此，培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)便貫穿課程實施的始終。

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責任編輯：殷偉

收稿日期：2023-09-19

作者簡介：涂畫，北京師范大學教育學部，主要研究方向為中小學科學教育、課程與教學論。