指向科学素养的小学科学课程实施的内涵价值与逻辑路径

摘要：培育学生的科学素养是小学科学课程的重要目标。对某小学五年级科学课“世界之最——广济桥”的三次教学过程进行对比分析，深入剖析培育学生科学素养的真实教学情况，揭示课程实施逻辑和教学原则，即以问题情境为导向，促进深度学习的发生；深度挖掘教学内容，结合多元的教学方法；给予学生更多掌控感，走向高水平科学探究；减少不必要的知识记忆环节，以启迪思维为核心。

关键词：科学素养；科学教育；课程实施；课堂教学

中图分类号：G623.9 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2023）24-0019-08

自20世纪80年代开始，科学教育领域积极提倡“科学素养”“科学实践”“基于探究的科学教学”，以及“强调科学本质观”的科学教育。国际科学教育理论界在“以提升学生科学素质为核心的科学教育”上达成前所未有的一致[1]。2021年末，国务院办公厅制定《全民科学素质行动计划纲要（2021—2035年）》，指明了在科技飞速发展的今天，提高每个公民的科学素质的紧迫性[2]。科学素质是科学教学的起点和归宿，而基础教育阶段的科学教育是提升全民科学素质的重要途径。在这种背景下，“科学素养”成为科学领域各学科课程标准确定课程目标的导向，在课程设计与实施层面备受重视。当下，我国中小学的科学教学存在诸多问题，如科学教育功能简单化，科学课程被边缘化，科学课程内容狭隘化和碎片化，科学课程的相关研究过于偏重理论，等等。解决这些问题的根本途径是建立一套以科学素养为核心的科学课程体系[3]。如何有效地通过科学课程教学提升学生的科学素养，科学课程教学依据何种逻辑理论，成为小学科学课程实施中需要思考的核心问题。

一、澄明阐释：科学素养的概念审视与科学课程实施的理论依据

（一）科学素养概念辨析

“科学素养”（Scientific Literacy）于20世纪80年代末由西方传入我国，有时也以“科学素质”一词出现在教育领域。“素质”主要指人在先天的生理基础上，通过后天的环境影响和教育训练，所获得的内在的、相对稳定的、长期发挥作用的身心特征及其基本品质结构。而“素养”是指在教育过程中逐渐形成的知识、能力、态度等方面的综合表现，是相对于教育教学中的学科本位提出的，强调学生素养发展的跨学科性和整合性。无论是“科学素养”还是“科学素质”，其内涵都是在教育过程中逐渐形成的知识、能力、态度等方面的综合表现。

20世纪50年代，科南特在其著作《科学中的普通教育》中首述“科学素养”这个观念，但没有详细解释其含义。1958年，赫尔德在《科学素养对美国学校的影响》（Science Literacy：Its Meaning for American Schools）一文中首次提议把科学素养引入中小学科学教育中，强调公众理解科学发展和科学现象的重要性[4]。此后多年，科学素养的内涵一直是国内外学者热议的话题。1967年，派勒对1946年到1964年间的文献展开系统研究，首次全面地概括了科学素养，主要涵盖以下六个方面：概念性知识、科学的理性、科学的道德、科学与人文、科学与社会、科学与技术[5]。经济合作与发展组织（Organization for Economic Co-operation and Development）于1999年提出了科学素养的界定，将其视作科学知识、科学能力和科学情境的总和[6]，又于2006年完善了科学素养的框架，涉及学生认知和情感两个方面的表现，新增“科学态度”维度[7]。国际学生评估项目（Programme for International Student Assessment，PISA）2025的科学素养测评将“科学情境”融入其中，并新添“科学身份认同”这一维度[8]。我国学者王素提出，科学素养应包括四个重要因素：理解科学技术，明白科学、技术与社会的关系，具备科学的思考方式和态度，以及应用科学技术解决日常生活和社会中的问题[9]。學者李长毅也表示，科学素养是核心素养的重要部分，青少年学生的科学素养可以分为三个方面：基础的科学知识，进行科学探究的能力，科学的态度和情感[10]。

2022年4月21日，教育部修订并发布《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“2022版课标”），明确科学课程的目标就是通过培养学生的核心素养，为他们的未来发展打下坚实的基础[11]。“2022版课标”将科学素养分解为“科学观念、科学思维、探究实践、态度责任”四个方面，既彰显了科学课程的独特育人价值，也体现了创新思维、团队协作、自主学习、社会责任感等共通素养，共同构成了全面的科学教育的目标体系。以“2022版课标”中科学素养总体目标为学理依据，科学教育指向的“科学素养”是指：学生要掌握与其认知能力相对应的科学知识，构建基本科学观念，熟练掌握基础思维技巧，并且发展建立初级模型、逻辑推论和创新等科学思维。通过了解和探索自然，解答科学问题以及参与技术工程实践，学生提升自身的科学探究能力，形成科学的态度和社会责任感（如图1）。

（二）科学教育课程实施的学理依据

“课程实施”即将预定的课程计划转化为具体的教学行动的过程[12]。每堂“课”都蕴含了一定的学理依据，并从不同的层次上照应其教育目标和理念。科学教育课程实施的学理依据主要是指对课程实施过程本质的不同认识及支配这些认识的价值观，能从根本上集中反映教育工作者对课程目标与课程实施关系的实质性理解。新时代背景下的科学教育以提升公众的科学素质为核心使命，专注于培养学生的创新、质疑和探索的能力，引导其用科学的角度来看待世界和解决问题。

教师在执行预设的科学课程安排时，不仅应重视传授“科学知识”和“科学技能”，也需要把培养学生的科学素养作为课程实施的理论基础，让此目标贯穿教学的始终。学生通过一系列的科学活动，将所学到的科学知识和技能运用到实际的科学探究场景中，形成基本的科学观念，培养系统的科学思维，并建立正确的价值观与社会责任感。坚持将培育学生科学素养作为科学课程实施的学理依据不仅有益于丰富科学素养框架的内涵要义，还有助于找到培育学生科学素养的价值遵循。

回归实际的教學环境，如何明确以“科学素养”为核心的课程教学的具体形态？什么样的科学课程可以帮助学生逐渐建立起个人终身成长及社会发展所需的正确价值观、必备品质和关键技能？本文将通过“一课三构”的研究方式，对某科学主题活动的具体教学进程进行深入探究和比较分析，以期得出探究性的思考和结论。

二、辨伪寻真：指向学生科学素养落地的课程教学探析

本文对某小学五年级科学课“世界之最——广济桥”主题的三次教学活动进行对比分析，深度探讨培养学生科学素养的课程实施样态。在教学实践中，教师对该科学活动进行三次改进。在不断完善的过程中，每次教学聚焦的观点和目标都大相径庭，分别代表了教师对学生科学素养理解的三种境界。为了对这“三种境界”的课程教学进行系统的对比分析，本文采取1.0版本、2.0版本、3.0版本的编号叙述方式。

（一）1.0版本：指向科学知识习得的课程教学

从1.0版本的教学设计可以看出，教学活动体现了对学生科学知识习得的关注，但是却没能为其提供进行科学实践探究的主观体验（见表1）。首先，在教学引导环节，教师播放了广济桥航拍视频，使课堂气氛活跃起来。播放视频的目的在于向学生展示广济桥的历史背景和外观演变，进而普及关于广济桥的基础知识。但是，1.0版本仅将其作为一个话题引子，视频内容与引导学生对广济桥历史价值和特殊结构的理解之间并没有建立实质性的联系，在某种程度上并不能提高学生的探索兴趣，仅仅在于普及知识。其次，在新课讲授环节，学生对广济桥的历史背景和结构特点有了初步了解。教师鼓励学生进行小组讨论与交流，虽然吸收了课程改革的理念，给学生留下了一定的思考空间，强调了学生学习自主性的价值，但是，这个教学设计仅停留于科学知识习得阶段，缺乏真实的科学实践探究。最后，尽管1.0版本试图引导学生独立思考，但未解决学生实际在思考什么、思考的深度如何以及其与已有知识的关联是什么等问题。

（二）2.0版本：指向科学实践探究的课程教学

经过对1.0版本的优化升级，教师展开了第二轮教学，也就是2.0版本（见表2）。第一，2.0版本保留了1.0版本的闪光点，对导入视频的教学内容进行了丰富完善，引导学生不仅要关注广济桥的外观特点，更要结合其历史背景、环境特征、人文情怀等因素思考其中的设计意图与创新点。教师结合视频内容，在现场展示广济桥模型，旨在让学生获得更加直观的体验，进而明确探究问题，提出科学合理的假设。但不足之处在于，未设置具体的问题情境，需要在学生具备一定探究兴趣与热情的前提下才能顺利展开实践探究。第二，虽优化了过程性评价，对探究成果进行民主投票，评价内容从1.0版本的简单评价改为科学性、相似性、创新性的模型制作与展示等多方面的评价，但是评价内容缺乏对组内学生不同表现水平、分工任务以及合作情况等的标准说明，且未有机融合过程性评价、自我评价、教师评价、同伴互评等多主体的评价。第三，虽然运用了广济桥模型对其结构特征进行抽象和概括，引导学生运用模型分析、解释现象，系统描述了桥体结构、各部分关系以及变化的过程，有助于锻炼学生的科学思维，但教师尚未基于课程目标和内容进行价值情感以及责任态度层面的升华。

（三）3.0版本：指向学生科学素养的课程教学

任何科学实践都应该遵循完整的逻辑链条。科学领域相关知识观念的认识与掌握是落实课程目标的前提基础，探究实践是学生形成其他素养的主要途径[13]。在探究实践的支撑下，学生通过科学思维内化，加深对科学观念的深度理解，最终形成必备的科学素养。为了解决2.0版本中的不足，教师进行第三次课程教学设计，即3.0版本（见表3）。3.0版本落实了“2022版课标”中提出的科学课程实施的重点，即关注“情境创设与问题提出”“自主探究与合作交流”“总结反思与应用迁移”，将探究和实践作为科学学习的主要方式，精心组织，加强监控，让学生经历有效探究和实践过程。“科学知识”与“探究实践”是科学教育的“一体两面”，是教师在进行教学设计时都应考虑的。“以学为中心”的科学课程并非要求从“劳动知识”向“劳动实践”转变，因为科学教育的核心目标是学生科学素养的养成，但科学素养的养成不是空洞的、浮于表面的。科学知识与探究实践两者之间不应该是谁决定谁的问题，也不是谁为先谁为后的问题，而是在科学课程中如何统一起来的问题。

（四）三轮迭代后的课程实施亮点

1.对古代科技内容的挖掘，提升了课程活动目标的深度

活动内容是教育的载体，也关乎活动目标的达成。如果教师将活动内容定位于一般性的传统文化常识与工程建造知识，学生的学习只能停留于表浅的识记和知晓，很难有真正的思考和思维活动，更难在情感态度层面达成认同理解、欣赏自豪等目标。3.0版本的教学对活动内容做了更深入的挖掘：广济桥作为中国众多桥梁代表之一，它的特别之处是什么？这座桥怎样体现了中国古人搭建桥梁的智慧？如何让学生真正理解这种智慧？教师将内容的核心定位于广济桥在结构、造型、功能上的独到之处，围绕“桥的结构与功能”这一能够转化成学生探究活动对象的重要概念展开教学，有机地联结了知识、过程方法以及情感态度等不同维度，切实地提升了课程活动目标的达成。

2.契合小学生的年龄特征和已有知识经验，促进了深度学习的发生

五年级属于小学中高年级段，学生具备一定的分析综合、联想想象以及归纳概括的思维能力。教师让学生体验工程设计的过程、理解古人设计广济桥的匠心，有助于其深刻领悟桥梁的科学之美、艺术之美。以向韩愈介绍广济桥的历史发展和作用价值为一条线索，将所有教学环节串联起来，有助于学生形成系统完整的认知结构。同时，韩愈的《鳄鱼文》也是学生在语文课上刚刚学习过的内容，韩愈是学生比较熟悉且崇拜的历史人物，有助于引发学生的情感共鸣，激发其探究热情。学生在学习的过程中有控制感，能够真正参与到学习过程之中。学生的学习兴趣被激发，他们在活动中有思考、有情感地流露和表达，这是深度学习发生的条件，也是深度学习发生的标志[14]。

3.有机的跨學科关联和多元的教学方法设计，实现了教与学的有机统一

跨学科不是目的，跨学科是在教学过程中自然达成的结果。3.0版本中有桥的历史背景沿革，有自然地理特征和人文情怀，有桥的结构与功能之间的关系的科学探究，也有工程设计的迭代思想、工程与技术的关系等。同时，查阅资料、自主探究、动手实验、交流展示等多种方式的教学设计指向学生的真正参与。学生对梁桥、浮桥结构的直接探究深化了对桥的功能的理解，通过对比广济桥在古代和现代所起作用的不同，加深学生对科学、技术、环境以及社会之间关系的认识。

指向学生科学素养的科学课程教学一定不能“窄化”科学教育的育人目标，也不能将课程教学的内容局限于科学知识的一般习得，更不能为了探究而探究，把学生的实践探究简化为浅层的动手操作和模仿复刻，而未达到更深层次的思维和情感层面的发展。以“科学素养”为核心的课程教学，其目标定位是学生通过真实情境中的探究实践，领悟科学技术价值与意义，积极调动已有的知识经验进行思维及动手活动，促进新旧科学知识与技能的融会贯通，手脑心的协同发展，最终实现学生科学素养习得的“落地”。

三、聚焦提炼：培育学生科学素养的课程实施逻辑

（一）科学课程实施的起点：以问题情境为导向，促进深度学习的发生

在科学教学中，以问题为导向，通过任务驱动，引导学生体验和探究隐含在现象背后的科学知识、观念与思想，以及问题解决的核心策略，是发展学生科学素养的起点。以问题为导向，学生在利用知识解决问题的过程中，自然内化、深化对知识的理解，促进知识的迁移与应用。3.0版本首先为学生创设了“与韩愈进行时空对话”的情境，鼓励学生全面收集、整理、分析广济桥的相关知识，调动学生获取信息的兴趣。同时，“向韩愈进行介绍”的问题任务无限伸展了该活动主题的内容上限，学生可以广济桥本身的历史演变、结构功能、价值作用为切入点进行探究，还可将主题拔高到工匠精神，工程设计的智慧，人与自然、社会、科技之间的关系等方面。符合先验知识的问题情境、层层递进的任务线索以及真实可控的学习环境，让学生真正成为学习的主体，自然地掌控主导权。学生的每一处好奇、每一次发问、每一种假设以及每一轮探究都是真实自发的。学生像“专家”一样进行知识建构、问题解决和反思改进，实现理解性的、发展素养的深度学习。

（二）科学课程实施的依托：深度挖掘教学内容，结合多元的教学方法

在学校科学教育中有效地实施科学探究，就应该有相应的教学内容与之匹配。第一，教学内容要激发学生的求知欲和理解欲，探究问题要起源于学生感兴趣的、在观察基础上的解释和案例。第二，教学内容要促进学生尊重信息，鼓励学生诚实对待数据。第三，教学内容要引导学生考虑科学调查中的假设，支持学生的怀疑精神。第四，教学内容要触及学生的真实情绪活动，从情感态度层面形成认同感。科学学习的内容有革新，学习的方式也应有所不同[15]。

科学学习对学生来说是一项复杂的认知活动，因此教师需要深入研究学生的学习规律，需要以学生的实际需求为基础，关注学生已有的认知结构是如何影响科学学习的，营造可以推动学生主动参与的学习环境，鼓励学生通过探究性、实践性和项目式的方法来学习科学，确保学生有足够的实验实践时间，引导他们进行自主探究学习和团队协作学习，使学生从被动地接受知识变为主动地思考和探究。此外，教师还应该强调科学知识和生活的联系，鼓励学生利用所学来分析和解决实际生活问题，促进其主动且有效地学习。3.0版本综合了查阅资料、自主探究、动手实验、交流展示等多种方式的教学设计，指向的是学生的真正参与。以小组为单位展开的实验操作学习也有利于发挥小组的群体功能，培养学生的合作意识和个人责任感。

（三）科学课程实施的方式：给予学生更多掌控感，走向高水平科学探究

科学探究是学生主动汲取并运用科学知识和技能，认识、分析、解决真实科学问题的综合实践活动。在教学实践中，有些教师将科学探究教条化、简单化，认为学生只要经历了科学探究七阶段就是在进行探究教学。施瓦布和赫伦根据探究问题、过程与方法、结论三个因素，将探究分为四种差异显著的特征水平（见表4）[16]。

在0级探究活动中，教师将探究的问题、解决问题的过程与方法、应得出的结论均预先确定并呈现给学生。这种探究活动中，学生可以开展基础的观察活动，感受特定现象，或加深对探究过程的理解，或掌握探究技能。在1级探究活动中，教师将探究的问题、解决问题的过程与方法直接提供给学生，同时，教师会给予学生更多的机会，让他们根据获得的证据自行得出结论。在2级探究活动中，针对给定的探究问题，学生需要自行设计探究的过程与方法，并独立寻求结论。这种探究过程赋予学生更多的自由度，有助于他们探寻合适的研究方法、收集相关研究数据并得出相应的结论。在3级探究活动中，探究的问题、解决问题的过程与方法以及探究的结论均是未知的，因此，学生需要在这样的探究活动中自主提出问题，并基于他们所掌握的知识与技能，独立设计探究的过程与方法，并得出结论。

2.0版本中的实践探究是一个较低层级的科学探究，探究问题由教师抛出，过程及方法由教师事先进行示范展示，其结论的评价也需由教师进行判定且仅存在一套标准答案。3.0版本的探究问题虽然是教师引导学生提出的，但也给予了学生充分的自主感和控制感，学生小组可从自己感兴趣的角度切入，自行探索操作广济桥的模型工具，同时辅以学习任务单，帮助学生在前后贯通的思维脉络中进行体验、实验和探究，最终生成各小组的探究性结论，这是一种介于2级和3级之间的科学探究。

（四）科学课程实施的归宿：减少不必要的知识记忆环节，以启迪思维为核心

科学思维主要体现在科学推理、科学论证、批判性思维、创造性思维、模型建构与用模型来认知等方面，是人们在科学研究活动中总结出来的认识方式[17]。美国心理学家斯金纳曾说过：“教育无非是将一切已学过的东西都遗忘掉的时候所剩下来的东西。”对科学教育来说，这种剩下来的东西就是科学的思维方式、思想与方法、态度与精神、价值取向等。一个学生的科学素养高低，不仅仅与他掌握科学知识的量有关，更取决于他的科学思维方式[18]。

科学思维是存在于科学知识习得和科学实践探究过程中的隐性元素，可它又是科学素养的核心体现。科学教育应该着重培养学生的思维，创设一个最佳环境来推动学生的思维发展，并让学生在习得科学知识的同时也能体验科学发现、探究、创造及应用的过程，真正实现科学素养的全面提升。在3.0版本的教学中，教师并未致力于给学生“植入”大量事实性知识和技巧，而是鼓励学生大胆设想，并通过实践收集证据，验证假设并分享他们的发现与感受。即使相关课程已经结束，学生此后对课堂中事实性知识的记忆程度有所下滑，但他们的科学思维已被“启迪”，如此，培养学生科学素养便贯穿课程实施的始终。

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责任编辑：殷伟

收稿日期：2023-09-19

作者简介：涂画，北京师范大学教育学部，主要研究方向为中小学科学教育、课程与教学论。