科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)及其內(nèi)涵

1、科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)及其內(nèi)涵胡衛(wèi)平（陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安，710062）自然科學(xué)是研究自然界物質(zhì)的形態(tài)、 結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及物質(zhì)間相互作 用的一門(mén)科學(xué)，在國(guó)際上簡(jiǎn)稱(chēng)科學(xué)，本質(zhì)上是一個(gè)整體，只是為了研究的方便， 人們把它分解成物理、化學(xué)、生物等分支。在科學(xué)教育領(lǐng)域，大部分國(guó)家和地區(qū) 都統(tǒng)一制定科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)和課程標(biāo)準(zhǔn)，圍繞核心概念整合物理、化學(xué)、生 物等課程內(nèi)容，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階確定小學(xué)、初中、高中的內(nèi)容分布。制定一個(gè)統(tǒng)一 的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，不論對(duì)高中物理、化學(xué)、生物的課程改革，還是對(duì)小學(xué)科 學(xué)、初中科學(xué)（或者物理、化學(xué)、生物等）的課程改革，以及推進(jìn)STEAM教育等

2、， 都具有重要的價(jià)值。綜合國(guó)際組織和世界各國(guó)對(duì)核心素養(yǎng)內(nèi)涵的界定， 考慮到不同學(xué)科對(duì)核心素 養(yǎng)的研究，以及我國(guó)對(duì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的定義，我們將科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng) 定義為：學(xué)生在接受科學(xué)教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需 要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過(guò)科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有科學(xué)學(xué)科特性的品 質(zhì)，是科學(xué)學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。依據(jù)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)和科學(xué)學(xué)科的本質(zhì)， 系統(tǒng)分析了主要發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際科學(xué)教育研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)，總結(jié)了我國(guó)科學(xué)教育的實(shí)踐和研究，建構(gòu)了科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，主要包括四個(gè)方面。一、科學(xué)觀念及應(yīng)用“科學(xué)觀念與應(yīng)用”是學(xué)生形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動(dòng)、相互作用、能量等的

3、基 本認(rèn)識(shí)；是科學(xué)概念、規(guī)律、原理等在頭腦中的提煉和升華；是用科學(xué)觀念解釋 自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。由于核心素養(yǎng)是在真實(shí)情境中解決問(wèn)題時(shí)才能 表現(xiàn)出來(lái)的，因此，不僅要重視科學(xué)觀念的深度理解， 還要重視這些觀念在真實(shí) 情景中的應(yīng)用。知識(shí)是能力的基礎(chǔ)，有知識(shí)不一定就有能力，但沒(méi)有知識(shí)就一定沒(méi)有能力。 在科學(xué)教育領(lǐng)域，國(guó)際上關(guān)于科學(xué)知識(shí)的表述有核心概念、關(guān)鍵概念、大概念、 科學(xué)原理、科學(xué)知識(shí)等等幾種方式。在應(yīng)試教育的背景下，我國(guó)特別重視知識(shí)和 原理的教學(xué)，很多學(xué)校強(qiáng)調(diào)死記硬背的知識(shí)和原理學(xué)習(xí)，而素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)知識(shí)和原理的深度理解和靈活應(yīng)用。最新的國(guó)際科學(xué)教育研究與實(shí)踐中，強(qiáng)調(diào)核心概念、大 概念、跨學(xué)

4、科概念，而在中國(guó)的文化中，概念是指一類(lèi)事物的共同屬性與本質(zhì)特 征2，是抽象的，這與國(guó)際關(guān)于概念的內(nèi)涵并不一致。因此，在建構(gòu)科學(xué)核心素 養(yǎng)時(shí)，沒(méi)有使用科學(xué)知識(shí)，也沒(méi)有使用科學(xué)概念，而使用了科學(xué)觀念。一方面， 觀念是概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉和升華，另一方面，中國(guó)文化中的觀念與國(guó)際上概念的內(nèi)涵基本一致。我們將科學(xué)觀念與應(yīng)用作為科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，其依據(jù)主要有兩個(gè)方面：一是科學(xué)教育研究一直重視概念學(xué)習(xí) 。從21世紀(jì)之前重視概念發(fā)展、概念轉(zhuǎn)變， 到最近重視核心概念和概念進(jìn)階，都把科學(xué)概念學(xué)習(xí)作為科學(xué)教育的重要目標(biāo)。 科學(xué)教育研究者普遍認(rèn)為，科學(xué)教育的目標(biāo)不是去獲得一大堆由事實(shí)和理論堆砌 的知識(shí)，而應(yīng)是實(shí)

5、現(xiàn)一個(gè)趨向于核心概念的進(jìn)展過(guò)程；二是世界各國(guó)的課程標(biāo)準(zhǔn)都將核心概念、或者大概念、或者關(guān)鍵概念、或者知識(shí)理解與應(yīng)用、工程實(shí)踐等 作為重要的科學(xué)素養(yǎng)。如美國(guó)頒布了K-12年級(jí)科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨領(lǐng)域 概念和核心概念和新一代科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)都強(qiáng)調(diào)學(xué)科核心概念(big ideas)、跨學(xué)科概念(crosscutting conceptS)、科學(xué)和工程實(shí)踐(scienee and engineering practice)。二、科學(xué)思維與創(chuàng)新科學(xué)思維是具有意識(shí)的人腦對(duì)科學(xué)事物(包括科學(xué)對(duì)象、科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)過(guò) 程、科學(xué)事實(shí)等)的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律性及事物間的相互聯(lián)系和關(guān)系的間接和 概括的反映。將科學(xué)思維與創(chuàng)

6、新作為科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，主要依據(jù)有如下幾個(gè) 方面：一是觀察、實(shí)驗(yàn)與思維相結(jié)合，是科學(xué)學(xué)科的基本特征；二是學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、 批判性思維與創(chuàng)新是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要成分；三是21世紀(jì)以來(lái)的科學(xué)教育研究，特別重視科學(xué)論證、模型思維和科學(xué)推理 ；四是大部分國(guó)家的課程標(biāo) 準(zhǔn)都會(huì)將科學(xué)思維與創(chuàng)新列為課程目標(biāo)?！翱茖W(xué)思維與創(chuàng)新”主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等 要素。在理解科學(xué)思維與創(chuàng)新核心素養(yǎng)時(shí)，要注意如下幾個(gè)方面：第一，理解科學(xué)思維本身的特征、形式和方法4?？茖W(xué)思維有兩個(gè)基本特征， 一是精確性與近似性的統(tǒng)一，在進(jìn)行科學(xué)思維時(shí)，要根據(jù)要求和問(wèn)題的性質(zhì)，處 理好精確性與近似性的關(guān)系。二是抽象性

7、與形象性的統(tǒng)一，抽象思維是科學(xué)思維的核心，形象思維是科學(xué)思維的先導(dǎo)，具體的科學(xué)思維中往往同時(shí)存在著兩種思 維，抽象思維和形象思維相互作用、相互補(bǔ)充，推動(dòng)著科學(xué)的發(fā)展?？茖W(xué)思維有 科學(xué)抽象思維、科學(xué)形象思維、科學(xué)直覺(jué)思維三種形式。凡是以科學(xué)概念為思維 材料，以科學(xué)概念、科學(xué)判斷和科學(xué)推理的形式來(lái)反映自然界物質(zhì)的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、 性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及物質(zhì)間相互作用，達(dá)到對(duì)科學(xué)事物的本質(zhì)特征和內(nèi)在聯(lián)系的認(rèn) 識(shí)過(guò)程叫做科學(xué)抽象思維?？茖W(xué)形象思維就是以科學(xué)表象為思維材料而進(jìn)行的思 維。所謂科學(xué)直覺(jué)思維，就是以科學(xué)概念和科學(xué)表象結(jié)合而成的、具有整體功能的“知識(shí)組塊”為思維材料而進(jìn)行的思維，是指人腦不借助于邏輯推理

8、而綜合運(yùn) 用已有知識(shí)、表象和經(jīng)驗(yàn)知覺(jué)，以高度省略、簡(jiǎn)化、濃縮的方式洞察事物的實(shí)質(zhì)， 并迅速作出猜測(cè)、設(shè)想或突然領(lǐng)悟的思維。科學(xué)思維有多重基本方法，包括分析 與綜合、抽象與概括、比較與分類(lèi)、邏輯推理、類(lèi)比思維、臻美思維等。第二，理解科學(xué)思維與創(chuàng)新的四個(gè)要素。“科學(xué)思維與創(chuàng)新”包括模型建構(gòu)、 科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新。模型建構(gòu)作為一種認(rèn)識(shí)手段和思維方式，是學(xué) 生根據(jù)研究問(wèn)題和情境，在對(duì)客觀事物抽象和概括的基礎(chǔ)上構(gòu)建易于研究的、能反映事物本質(zhì)特征和共同屬性的理想模型、理想過(guò)程、理想實(shí)驗(yàn)和科學(xué)概念的過(guò) 程。模型建構(gòu)有助于幫助學(xué)生抓住事物的關(guān)鍵要素，加深對(duì)概念、過(guò)程和系統(tǒng)的 理解，形成系統(tǒng)思維?？茖W(xué)

9、教育研究和實(shí)踐中所提出的科學(xué)推理，不僅包括邏輯上的歸納推理、演繹推理和類(lèi)比推理，而且包括分析與綜合、抽象與概括、比較 與分類(lèi)等思維方法，還包括控制變量、組合推理、概率推理、相關(guān)推理、因果推 理、等推理形式5。科學(xué)論證科學(xué)論證(Scientific argumentation)是個(gè)人引用數(shù) 據(jù)或資料來(lái)支持自己或反駁他人論點(diǎn)的過(guò)程?？茖W(xué)論證能力(Scientific argume ntation ability)是以科學(xué)知識(shí)為中介，積極面對(duì)問(wèn)題，對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)資 料進(jìn)行解釋說(shuō)明，提出自己的論點(diǎn)，反思自己和別人論點(diǎn)的不足并提出反論點(diǎn)， 同時(shí)能反駁他人的質(zhì)疑和批判的高級(jí)思維能力6。質(zhì)疑創(chuàng)新核心是科學(xué)創(chuàng)

10、造力。 科學(xué)創(chuàng)造力是在科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)、科學(xué)問(wèn)題解決和科學(xué)創(chuàng)造活動(dòng)中， 根據(jù)一定的目 的，運(yùn)用一切已知信息，在新穎、獨(dú)特且有價(jià)值地(或恰當(dāng)?shù)?產(chǎn)生某種產(chǎn)品的 過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的智能品質(zhì)或能力7】。三、科學(xué)探究與交流科學(xué)探究是人們探索和了解自然、獲得科學(xué)知識(shí)的主要方法，是提出科學(xué) 問(wèn)題，形成猜想和假設(shè)，獲取和處理信息，基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋?zhuān)约?對(duì)科學(xué)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。以證據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用各種 信息分析和邏輯推理得出結(jié)論，公開(kāi)研究結(jié)果，接受質(zhì)疑，不斷更新和深入，是 科學(xué)探究的主要特點(diǎn)。將科學(xué)探究與交流作為科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)， 主要依據(jù)有 如下幾個(gè)方面：一是科學(xué)教學(xué)倡導(dǎo)探究式

11、學(xué)習(xí)，為學(xué)生提供充分的探究式學(xué)習(xí)機(jī) 會(huì)，逐步培養(yǎng)學(xué)生收集和處理科學(xué)信息的能力、 獲取新知識(shí)的能力、分析問(wèn)題和 解決問(wèn)題的能力，以及交流與合作的能力等，形成尊重事實(shí)、善于質(zhì)疑的科學(xué)態(tài) 度，突出學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力，以及批判性思維和創(chuàng)造性思維能力的 培養(yǎng)。探究及其教學(xué)是科學(xué)教育最重要的研究領(lǐng)域，最近的趨勢(shì)是：探究教學(xué)強(qiáng) 調(diào)合作學(xué)習(xí)與科學(xué)論證，基于模型的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境有利于促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探 究，提高學(xué)生的探究能力；二是世界各國(guó)的課程標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)將科學(xué)探究與交流能力 作為培養(yǎng)目標(biāo)。如美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的課程目標(biāo)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探 究所需要的能力和對(duì)科學(xué)探究的理解能力。 英國(guó)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)將實(shí)

12、踐與探究技能 以及交流都作為學(xué)科核心素養(yǎng)。韓國(guó)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)科學(xué)探究自然的能力。 加拿大奧尼 托巴省強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究、技術(shù)問(wèn)題解決、STSE等。一般情況下，科學(xué)探究包含提出問(wèn)題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、收集證據(jù)、處 理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、遷移應(yīng)用、反思評(píng)價(jià)九個(gè)方面，可以概括為問(wèn)題、 證據(jù)、解釋、交流等四大要素。問(wèn)題：具有科學(xué)探究意識(shí)，能在學(xué)習(xí)和日常生活 中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出合理猜測(cè)與假設(shè)。如提出或識(shí)別可以通過(guò)科學(xué)探究解決的問(wèn)題； 判斷一項(xiàng)探究活動(dòng)圍繞什么問(wèn)題展開(kāi)； 根據(jù)已有研究，提出可以進(jìn)一步探究的科 學(xué)問(wèn)題；針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行合理的猜想與假設(shè)。 證據(jù)：具有設(shè)計(jì)探究方案和獲取證據(jù) 的能力，能正確實(shí)施探究方案，使

13、用各種科技手段和方法收集信息。 如能通過(guò)觀 察、調(diào)查和實(shí)驗(yàn)等方式獲取證據(jù)；掌握課程標(biāo)準(zhǔn)要求的實(shí)驗(yàn)器材的使用、實(shí)驗(yàn)方 案的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的收集；以圖或表等多種方式呈現(xiàn)收集到的數(shù)據(jù)。解釋?zhuān)壕哂蟹?析論證的能力，會(huì)使用各種方法和手段分析、處理信息，描述、解釋探究結(jié)果和 變化趨勢(shì)，基于證據(jù)得出合理的結(jié)論。如基于證據(jù)，分析相關(guān)現(xiàn)象或原因；使用 課程標(biāo)準(zhǔn)要求的方法和技術(shù)來(lái)分析數(shù)據(jù)； 對(duì)收集到的證據(jù)的可靠性進(jìn)行評(píng)估； 評(píng) 價(jià)證據(jù)是否支持所得出的結(jié)論。交流：具有交流與合作的意愿與能力，能準(zhǔn)確表 述、評(píng)估和反思探究過(guò)程與結(jié)果。如準(zhǔn)確表達(dá)自己的探究問(wèn)題、過(guò)程和結(jié)果；選 擇和運(yùn)用適宜的媒體與他人進(jìn)行有效交流；對(duì)他人的探

14、究過(guò)程和結(jié)果能提出建設(shè) 性的意見(jiàn)。除此之外，學(xué)生還應(yīng)理解科學(xué)探究：第一，理解科學(xué)探究是獲取科學(xué)知識(shí)的 主要途徑，是通過(guò)多種方法尋找證據(jù)、運(yùn)用創(chuàng)造性思維和邏輯推理解決問(wèn)題， 并 通過(guò)評(píng)價(jià)與交流等方式形成共識(shí)的過(guò)程；第二，理解科學(xué)探究需要圍繞已提出和 聚焦的問(wèn)題設(shè)計(jì)研究方案，通過(guò)收集和分析信息獲取證據(jù)，經(jīng)過(guò)推理得出結(jié)論， 并通過(guò)有效表達(dá)與別人交流自己的探究結(jié)果和觀點(diǎn)；第三，理解通過(guò)科學(xué)探究形成共識(shí)的科學(xué)知識(shí)在一定階段是正確的， 但是隨著新證據(jù)的增加，會(huì)不斷完善和 深入，甚至?xí)l(fā)展變化；第四，理解科學(xué)探究不僅是一種綜合能力，而且是科學(xué) 學(xué)習(xí)的主要方式，在科學(xué)探究中，掌握分析、綜合、比較、分類(lèi)、抽象、

15、概括、 推理、類(lèi)比等思維方法，發(fā)展學(xué)習(xí)能力、思維能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，以及 運(yùn)用科學(xué)語(yǔ)言與他人交流和溝通的能力四、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”是指在認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，理解科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境的 關(guān)系基礎(chǔ)上，逐漸形成的對(duì)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度以及責(zé)任感。 通過(guò)科學(xué)學(xué) 科的學(xué)習(xí)，學(xué)生保持自然現(xiàn)象和好奇心和探究熱情，樂(lè)于觀察、實(shí)驗(yàn)和思維；實(shí) 事求是，不迷信權(quán)威，敢于大膽質(zhì)疑，追求創(chuàng)新；善于與他人合作、分享；了解 科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的關(guān)系；熱愛(ài)自然、珍惜生命，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資 源的責(zé)任感。這些都是科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要內(nèi)容，也是科學(xué)學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)?！翱茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任”主要包括科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度

16、、社會(huì)責(zé)任等要素?？?學(xué)本質(zhì)是指對(duì)于科學(xué)知識(shí)、科學(xué)研究過(guò)程、科學(xué)方法、科學(xué)精神、科學(xué)的歷史、 科學(xué)的價(jià)值、科學(xué)的限度等方面最基本特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，是一種對(duì)于科學(xué)本身全面的、 哲學(xué)性的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)?？茖W(xué)本質(zhì)觀是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的觀念系統(tǒng)， 包括三個(gè)方面：一是 科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。世界是可以認(rèn)識(shí)的、科學(xué)是可變的、科學(xué)不可能解決所有問(wèn)題； 二是科學(xué)研究的本質(zhì)?？茖W(xué)講究證據(jù)、科學(xué)是邏輯與想象相結(jié)合的產(chǎn)物、 科學(xué)用 作解釋和預(yù)測(cè)、科學(xué)試圖確定和避免偏見(jiàn)、科學(xué)反對(duì)權(quán)威；三是科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)。 科學(xué)是一種負(fù)責(zé)的社會(huì)活動(dòng)、科學(xué)被分成專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域并在不同情況下進(jìn)行研究、科 學(xué)研究中存在普遍的倫理原則、科學(xué)家既作為專(zhuān)家又作為公民參加公共事

17、務(wù)。 科 學(xué)態(tài)度是個(gè)體對(duì)科學(xué)對(duì)象、科學(xué)現(xiàn)象、科學(xué)過(guò)程、科學(xué)事實(shí)、科學(xué)理論、科學(xué)研究等所持有的穩(wěn)定的心理傾向，主要包括好奇心、實(shí)事求是、追求創(chuàng)新、合作分 享四個(gè)方面。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)科學(xué)，應(yīng)具有學(xué)習(xí)和研究科學(xué)的好奇心與求知欲；具有基于證據(jù)和邏輯發(fā)表自己見(jiàn)解的意識(shí)和能力，不迷信權(quán)威，實(shí)事求是；善于從不同角度思考問(wèn)題，追求創(chuàng)新；能主動(dòng)與他人合作，尊重他人的情感和態(tài)度。社 會(huì)責(zé)任主要包括“科學(xué)倫理”和“ STSE （科學(xué)技術(shù)社會(huì)環(huán)境）”兩部分 內(nèi)容，要求是在進(jìn)行科學(xué)研究和科學(xué)成果應(yīng)用時(shí)，知道需要考慮倫理和道德的價(jià)值取向，并能遵循普遍接受的倫理道德規(guī)范；理解科學(xué)技術(shù)的本質(zhì)；理解科學(xué)、 技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境的關(guān)系；熱愛(ài)自然，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā) 展的責(zé)任感。在科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)要素中，科學(xué)探究是一個(gè)過(guò)程，是一種學(xué)習(xí)方 式和科學(xué)研究的方式，是一種學(xué)習(xí)科學(xué)觀念、發(fā)展科學(xué)思維、形成科學(xué)態(tài)度和責(zé) 任的手段和途徑，同時(shí)，也是一種綜合的能力。科學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度 與責(zé)任是通過(guò)科學(xué)學(xué)習(xí)而形成的核心素養(yǎng)。參考文獻(xiàn)：1 林崇德.21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究M.北京：北京師范大學(xué)出版社， 2016: 29.2 胡衛(wèi)平孫枝蓮劉建偉.物理