强化学生科学观念的四种途径

〔摘要〕科学观念是对科学知识和学科内在逻辑的系统认识，具有统领性、抽象性等特征。首先，本文通过梳理科学观念的内涵、认识和特征，对其进行阐释。其次通过认知性目标、技能性目标和体验性目标，三位一体聚焦科学观念素养，实现科学观念目标指向。最后，探寻培养学生科学观念的路径。本文旨在通过以下四种路径，全面落实科学观念素养：立足素养为本，进行单元设计；创设真实情境，进行深度学习；基于问题解决，进行能力评价；通过双线融合，进行智能学习。〔关键词〕科学观念；核心素养；课程标准；科学教育教育部印发了《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的指导思想是落实立德树人的根本任务，发展学生的核心素养，将学生培养为社会主义的建设者和接班人。新课标详尽阐述了科学观念、科学思维、探究实践和态度责任。其中，科学观念居于核心素养的第一位，是一种总体的认识，包含科学学科的基本观念、认识什么是科学的本质以及科学与其他交叉学科关系的认识和应用。科学观念是一种思考科学问题的方式，是在科学学习过程中逐步形成的。科学观念也是方法论，对学生未来的科学学习有“润物细无声”的启示作用。科学观念是人类在长期探索中形成的智慧结晶，有方向引领的作用。科学观念上位于科学知识，像是知识群的聚集点。通过科学观念，赋予学习意义。同时，以此为起点，增长新的知识，使学生有机会内化科学观念，并在未来持续发生作用。总而言之，科学观念的培养，对落实立德树人的目标具有重要意义。一、科学观念的内涵、认识和特征（一）科学观念的内涵培养学生核心素养，终极目标是培养全面发展的人，适应未来社会的人。科学观念是义务教育阶段核心素养之一。何为科学观念？吴俊明与吴敏认为科学观念是对科学事物的本质、变化过程、规律、方法、价值以及外部联系等问题的抽象的、概括的，具有总结性的认识与见解，通常也被称为科学思想。郭思乐认为，科学观念是人们对某一科学对象或科学过程的本原和本体的见解和意识。对该科学知识项目而言，人类为什么想、怎样想和想出了什么这样一些问题，对这些基本问题的领悟，就体现出一定的科学观念。朱玉军、王香凤认为，科学观念是对科学研究的过程、科学研究的结果（科学知识）及科学的应用价值等的概括性理解和认识。综上所述，不同的学者对科学观念的认识是不尽相同的，但是都强调科学观念是一种认识，对科学的认识、对科学与其他学科关系的认识以及对科学本质的认识等。（二）正确认识科学观念科学观念是科学核心素养的重要组成部分，可以从本体论、方法论和价值论方面进行阐述。首先，科学概念依托于本体性知识，以生物科学、物质科学、地球与宇宙以及工程与技术为知识载体。其次，科学观念蕴含了很多方法论，学生通过学习，领悟科学探究的一般过程，内化为学生后续科学学习的基础。最后，科学观念具有重要的价值取向。学习科学，是一种价值追求，不是为了学习而学习，而是为了更好地促进自我提升，适应日新月异的未来社会。（三）科学观念的学段特征由于学生的认知能力是不断发展的，依据科学知识的内在逻辑，学生的年龄特征，对科学观念学段特征的行为动词进行划分，旨在更好地发展不同年龄阶段学生的科学观念素养。核心素养的学段特征有四个方面。其中科学观念方面，有知道、观察、描述、解释、使用、解决和预测。进阶水平是随着学段提升而逐步提升的。通过梳理学段特征的具体内容，如自然界的事物有一定的外在特征；日常生活中的常见现象，自然现象是有规律的；现代工程与技术具有系统性和复杂性……引导学生通过一系列活动掌握科学知识，发展学生科学观念素养。二、科学观念的阐释（一）学科领域科学观念的阐释科学是一门综合性学科，在具体的学科领域，每门自然学科都有一些起到统领性、永恒性、普遍性、抽象性的大概念。例如，在物质科学和生命科学领域，科学观念对整个学科知识的学习有着举足轻重的作用，是整个学科的灵魂。通过梳理，可以发现生物、化学、物理学科有很多学科特征的科学观念。譬如，化学学科有元素观、能量观、微粒观；物理学科有波动观、时空观、运动观；生物学科有生命观、平衡观、适应观。此外，在地球与宇宙、工程与技术领域也必定有一些科学观念，这些科学观念可以指导对应学科的学习，促进学生素养和能力的提升。（二）科学本质的阐释对科学本质的理解是形成科学观念的必要条件。探究实践是科学本质的重要因素，在探究实践中体会科学知识是可以验证的，也必然是可以验证的。科学随着科技水平的发展不断发展，因此，人类对科学的认识是具有时代性的。譬如，延续了1800多年的地心说，最终还是被哥白尼的日心说所取代。哥白尼的日心说也标志着现代科学世界观的开端。（三）科学观念应用的阐释应用科学观念是学习科学知识，内化科学观念的最终目的。科学观念的内化，有利于学生解释自然现象，解决日常生活中常见的问题。学生具有强烈的探究欲望，对于科学现象充满好奇，能自主学习科学知识，内化科学观念。科学观念的形成，是伴随学生学习的始终的。学生在学习科学时，不断地内化，不断地应用，并循环往复，持续强化对科学观念的理解。总之，聚焦科学素养，科学观念的形成是内核。学生内化科学观念的标准，是应用科学观念去解决问题。三、科学观念的目标指向教学目标是教学活动的开端，是整个教学过程的风向标。新课标“附录3”中有包括“认识身边的材料”“植物是活的吗”等10个教学案例。所有的教学案例都是依据科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个维度设定教学目标的。其中，科学观念目标是教学目标的第一位。因为，科学观念包含了一节课最重要的本体性知识：相关科学概念、科学原理和规律等。通过进一步研读新课标，不难发现科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个维度的教学目标都可细化为认知性目标、技能性目标和体验性目标。三类目标三位一体，实现科学素养的全面落地。三类目标根据水平高低，使用不同进阶水平的行为动词表述。认知性目标动词的一级水平有：知道、说出、描述、识别、列举和了解。还有二级水平和三级水平。技能性目标和体验性目标亦是如此。依据新课标的课程目标内容，对科学观念目标内容从物质科学、生命科学、地球与宇宙、工程与技术四个维度对科学观念目标内容进行编码、统计。旨在了解、培养学生科学观念目标的内容，统计结果（见图1）。可以发现，要实现培养学生科学观念的目标，离不开物质科学、生命科学、地球与宇宙、工程与技术四个学科领域的知识。在培养学生科学观念方面，物质科学知识实现科学观念培养目标的占比最高，工程与技术领域的知识相对来说比例最低，但都非常重要，不可或缺。四、科学观念的形成路径当今科技发展日新月异，学生处于这股不断变化的洪流中，面临巨大挑战。新时代的青少年必须与时俱进，方能跟上时代的步伐。在科学教育领域，培养学生的科学核心素养，旨在逐步培养学生适应未来社会的必备品质、关键能力，并形成正确的价值观。科学观念是科学素养的重要组成部分，是学生学习科学，必须具备的重要素养之一。科学观念的培养是一个复杂的、长期的过程，不是一蹴而就的，也不能一蹴而就。基于新课标对科学观念的内涵阐释，在教学实践中，科学教师不断探索培养学生科学观念素养的路径有重要意义。（一）立足素养为本，进行单元设计强化学生科学观念，须立足素养为本的理念，以单元设计为载体。义务教育科学课程是一门综合课程，通过课堂教学活动，以及课外科学实践活动，学生学习科学知识，内化核心素养，为进一步学习科学，为未来从事科学研究工作奠定坚实的基础。科学教育必须培养学生的关键能力，即能独立又可与同伴团队合作。科学教育的重要目标之一：培养学生的科学观念，探寻合适的科学学习方法；科学教育必须培养学生的科学品格，即学习科学、探究生活中科学问题解决的方法。学科核心素养的形成，不是以某一个知识点，也不是以某一个活动为载体。而是要立足于单元设计，进行整体布局。因此，一线教师在进行单元设计时，应牢记培养学生的科学观念这一重要素养。如崔允漷教授说：“大单元设计能够改变学科知识点的碎片化教学，实现教学设计与素养目标的有效对接。”教师教学设计前，亟须认真研读新课标，领会新课标的课程性质、课程理念，尤其是理解科学观念的内涵，再进行单元设计，并在教学实践中全面贯彻实施。（二）创设真实情境，进行深度学习强化学生科学观念，须创设真实情境，进行深度学习。在真实情境下，解决日常生活中的真问题。因此，营造一个实实在在的真情境，是学生进行认真学习的必要条件，也是学生科学观念形成的必要条件。学生在解决问题时，就像专家一样，进行有目的的活动，并能有效地迁移，有利于科学观念的形成。学生的活动必须在真实情境中，解决真实的问题，进而引发深度学习。深度学习是学生感知觉、思维、情感、意志、价值观全面参与、全身心投入的活动；深度学习的目的指向具体的、社会的人的全面发展，是形成学生核心素养的基本途径。学生在学习活动中具有主动性与创造性，在教学过程中发挥主体作用。因此，科学观念的形成，对学生深度学习起到决定性作用。（三）基于问题解决，进行能力评价强化学生科学观念，需基于问题解决，进行能力评价。问题解决能力是一种思维方式，根植于科学知识之中，是科学学科的内核，是科学观念全面形成的重要标志。因此，科学观念的形成，必须基于问题解决，并对学生进行能力评价，帮助学生进行反思与修正。问题解决与能力评价离不开教育影响，两者不可割裂，否则终将南辕北辙，不能有效地促进学生科学观念的形成与内化。总之，问题解决是一种知识与经验的建构过程，对问题解决能力表现进行及时评价，有利于学生及时修正与迭代，进而促进学生科学观念素养的形成。（四）通过双线融合，进行智能学习强化学生科学观念，需双线融合，推进智能学习。随着科技的飞速发展，教育信息化必将引领教育现代化的潮流。每逢大的自然灾害，师生更深刻地体会到信息化教学手段的重要意义。在科学教育中，为了更好地培养学生科学观念素养，线上与线下教学方式的深度融合为学生创造了一个不受时空限制的学习环境。线下教学能够确保师生之间全方位、立体式的实时交互，使学生在真实情境中发展和深化科学观念素养。而线上教学则打破了时空界限，通过各类线上平台，师生之间、生生之间可以便捷地进行交流、互动与讨论，从而推动科学观念的全面渗透与实践。五、结束语综上所述，培养学生科学观念是发展学生科学核心素养的应然选择。教师、学生和教育影响是学生科学观念形成的三要素，将三者有机整合，形成一个系统性的框架，全