学科核心素养 王祖浩：从科学素养到学科核心素养

王祖浩

华东师范大学课程与教学研究所研究员

从科学素养到学科核心素养

目前，物理和化学在新高考中的地位已经下降，这在促进公民科学素养方面引起了争议。高中课程标准的修订大力倡导学科的核心素养，学科的地位再次引起人们的关注。为什么要从科学素养入手，探索学科的核心素养？这是我三年来在教育部高中化学课程标准学科核心素养研究中反复思考的问题。今天我想理清思路，分三个问题和大家分享。

科学素养这个词是什么意思？最早是上个世纪有人提出来的，从五六十年代开始不断有报道。科学素养不仅是科学技术发展的背景，也是整个社会发展的代名词。其实这个词大家都不陌生。早在2001年，在化学、物理、生物、科学的国家义务教育课程标准中，科学素养是课程的主要目的，科学素养之下是课程目标，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，常被称为“三维目标”。很多老师可能不太重视，但是2011年修订颁布的义务教育课程标准还是同样的框架。可以说，科学素养在物理、化学、生物等领域已经牢固确立了自己的地位，并且已经在我国基础教育课程中至少有16年的历史。

今天的第一个问题，科技的发展对教育有什么影响？为什么提出科学素养？从欧洲文艺复兴到大工业革命，科学技术的发展得到了极大的推动。20世纪初以来，物理学、化学、生物学研究领域出现了大量改变人类生存方式的新成果，欧洲的科学教育也兴起了，很快从欧洲波及到了全世界。1902年前后，中国上海已经有了用中文写的物理和化学教科书，一些学校开始教授科学。可惜二战差点断送了欧洲的历史。到三四十年代，大量科学家赴美，科学教育也受到很大影响。然而，美国迎来了战后科学和科学教育的黄金时代。

50年代中期，前苏联的卫星上天，航天技术的成就触动了美国人的神经。美国人开始反思原因，最终归结到教育。每个国家都有自己的教育，世界上只有科学教育是普及的。科学教育水平对国家发展的影响似乎更大。此后不久，美国组织了大量专家研究新的科学课程，编写新的教科书，但经过短暂的尝试后失败了。因为这个知识在当时确实很先进，但是对于学生来说太难理解了。科学教育该何去何从？这是美国人回来不断思考的问题。

同时，科学技术的快速发展导致了生产力的发展和人类生活方式的改变。科学知识的应用成为当时政府最感兴趣的问题。物理学中的核能和化学中的合成农药给人类带来了一些积极因素，但也带来了一系列负面问题，如战争和污染。如何解决这些问题，引起了人们长久的思考。它很快引发了以美国为首的一些发达国家的STS运动，要求处理科学技术应用与社会发展的关系。STS很快成为国际潮流，深刻影响了当时科学教育的定位。人们反思，科学是干什么的？应该训练孩子学什么？具体表现如何？让学生知道科学能解决什么问题，不能解决什么问题。在这种背景下，科学素养被提高到了一个新的水平。80年代中期，为了迎接新世纪的到来，美国政府对全体美国人提出了新的要求，并公布了著名的“2061计划”。“2061计划”的另一个名字是“所有美国人的科学”。本书共12章，后来出版了《科学素养的基准》，论述了如何确定科学素养，有了基准之后如何设计教学。直到2002年，《科学素养导航图》(K-12)出版，确立了科学大概念的树形结构。自下而上，从幼儿园开始，按照大的理念确定学习路径，一直到12年级。

▲《全民科学》是一本关于人类科学素养的书

如何谈2061计划中的科学素养？首先，它把科学素养定义为“国家目标”。一个国家的繁荣在于教育，教育的核心是科学教育。学生的科学素养代表国家利益。其次，进一步解释了“科学素养”是指“拥有和运用科学、数学和技术知识，对个人和社会做出重要决策”。包括两层含义:第一，知识；第二，基于知识做出决策的能力。光有知识不是科学素养，还有决策能力。决策不仅是个人的，对社会也很重要。由此可见，以上对科学素养的定义，涉及到重要的科学概念、原理、思维方法和价值观(决策)，是一个很有前瞻性的术语，并不局限于对科学的狭义理解。

80年代初里根就任美国总统，美国的教育问题更加突出，尤其是中小学，学生缺乏学习的动力。国家卓越教育委员会发布了一份报告《国家面临风险》，敦促各行各业思考教育改革。1989年，美国科学进步协会(AAAS)以科学教育的里程碑编制了《2061计划》。克林顿上台后，制定了全美统一的科学教育标准(1996)，这是一个庞大的科学教育体系。这本书明确指出，科学素养是“一个人能够识别国家和地方决策所依据的科学问题，能够基于科学技术提出意见”。这将知识学习与未来社会的发展联系在一起。

二十年过去了。几年前，当我来到美国参加中美科学教育论坛时，美国学者正在研究新一代国家科学教育标准(NGSS)。你为什么要这样做，NGSS？美国专家指着手机说，现在的手机里传统科学知识有多少？他说，只有百分之几，甚至更低的比例，90%以上是跨学科和技术设计的新思想。下一代美国标准《NGSS》于2013年出版，内容包括科学和工程实践、核心主题和跨学科概念。与20世纪90年代美国第一代国家科学教育标准倡导的科学探究、科学、技术和社会的观点相比，有很大的不同。NGSS侧重于如何建立一个工程问题，如何制定计划，以及如何解决工程问题所需的证据；还有学科的核心主题，是一个大的学科群，核心主题是科学教育的一般概念，体现了科学的本质。这表明，随着社会变革和技术发展，科学素养的框架和内涵发生了新的变化。

二、社会变革和经济发展对公民的要求是什么？这是科学素养发展的另一条路径。20世纪50年代，随着科学技术的快速发展，人们没有时间仔细消化并付诸实践，导致了能源、环境和资源领域的一系列问题。这些问题成为美国国会讨论的重要话题，但许多议员和公民不知道事件的背景。当时密歇根大学教授J.D .米勒指出，一个健康的民主制度需要大量具有科学素养的公民，如果公民的科学素养过低，制度的基础就会被削弱。他认为，科学素养是公众在特定社会中履行特定角色和职能所需的最低可接受的知识和技能。具体来说，第一个方面是科学概念的词汇；二是对科学过程的理解；三是科技对个人和社会的影响。米勒教授多年来一直致力于此，重点研究如何在人们的生活中实施科学素养，这与中国几年前提出的《国家科学素养行动计划》的基本目标是一致的，即大力提高公众对科学的认识(PUS)。PUS模型已经成为国际公众科学素养评价的框架，尽管有所修改，但已经使用了很多年。

自20世纪90年代以来，中国参与了国际公众科学素养的评估，科学素养的整体水平从2003年的1.4%不断提高到2015年的6.20%。从地域上看，上海是中国最高的，其次是北京。数据接近发达国家水平，但中西部地区比例相对较低。根据《国家科学质量行动计划纲要》，我们必须制定自己的计划。去年我们做了一个成年人科学素质的标杆，最近在做中小学生的规划。规划要面向2030年，包括必备的科学知识、基本的科学方法和科学精神三个维度。根据框架编制测试工具，试题分为客观题和主观题。

我们之前讨论的是公民需要科学素养才能参与社会问题。经济发展也促进了科学素养的研究。经合组织是一个国际经济合作组织，以其PISA科学素养框架和测试而闻名，其中测试数据是向世界报告素养排名的基础。在这个科学素养的框架中，也有知识、态度和情境，但真正起关键作用的是能力。

尽管背景不同，上述与科学素养相关的话题基本保持不变，主要涉及核心理念、方法与能力、科学价值观等。随着时代的发展，科学素养的内涵越来越丰富和深刻。从第一代标准中的“科学探究”到下一代标准中的“工程实践能力”，体现了新时代对科学素养的新要求。21世纪的中国课程改革拉近了中国科学课程与世界科学教育改革的距离。从2001年开始，我国课程标准的框架是科学素养。可以说，中国本土的实践丰富了国际科学素养的研究成果。

从以往的科学素养中，我们可以看到物理、化学、生物甚至技术的共同素养，这说明了跨学科融合对人才素质培养的重要性，也可以看到不同背景下科学素养的重点描述是不同的:有的是关于教育的，有的是关于经济发展的，有的是关于评价的，各有侧重。如果我们进一步研究美国提出的“新3D”，就会发现它与课程内容的主题结合得非常紧密。

第三个问题是，为什么学科核心素养成为我国当前课程改革的突破口？众所周知，要实现德育，必须从学生的学习过程出发，以学科为基础，强化其教育功能。每一个老师都有这样的教育使命，让他在每一个学科、每一个班级都能做好育人工作。毫无疑问，我们应该首先确定培养目标，根据新时代的新要求制定学科素养目标，然后讨论与素养目标相匹配的学科课程内容。这就需要修订课程标准。有一点必须说清楚。学科核心素养以学科知识为基础，生动地反映了学科的内在本质和思想。这就需要我们对课程内容做深入的研究。基于学科素养目标设定内容，通过教学改变学生行为，通过进一步稳定发展实现素养。识字最终体现在我们的下一代学生身上。我们称这个过程为学科核心素养的转化。这也是当今许多教师所关注的问题——如何将课程标准中的素养转化为学生的学习行为，需要通过教学实践来实施。

应该用什么来体现学科的核心素养？科学素养的框架能否取代学科的核心素养？我用一个生活的例子作为比喻。科学素养框架相当于我们普通的“理发”，有要求，有规则；但学科的核心素质需要在学科的基础上进一步深化，有点像“美发”，要求更具体更深刻。换句话说，每个学科都有独特的功能，物理、化学和生物的功能在科学领域是独特的。虽然研究过程是共同的，但明显不同，解决问题和思考方法也有差异。比如生命的概念和研究化学物质的概念明显不同，要研究学科最本质、最核心的东西。然而，社会发展需要科学和技术的结合。比如材料科学是物理还是化学很难界定，分子生物学是化学还是生物学也是分不开的。因此，不同学科在科学层面有着共同的核心素养，科学素养的本质又体现在学科素养上，如科学态度、科学精神、证据推理等。任何科学分支的思维都必须以证据为基础，这是科学与其他学科之间的重要分水岭。

学科核心素养如何深化学科？这种深化不是简单地提高学科知识的难度，而是强化学科的本质，揭示学科中更深更隐的东西，把表征的科学知识与其内因联系起来，形成新的思维结构，帮助学生理解更复杂的自然现象或实验现象。这里说的显然不是知识的深化和拓展。

关于上述"三维目标"，当时所依据的2001年课程标准将其定义为"科学素养"的具体要素。经过这么多年的实践，人们注重可操作的东西，而忘记了上层的概念，导致实践中三维目标的分离趋势，这与学科的核心素养背道而驰。三维目标融入学科内容，才能体现核心素养的本质。因此，三维目标与学科素养的关系不是排他性的，而是整合深化、继承发展的。有学者发表文章评论说，有了核心素养，就可以抛弃过去的“三维目标”。这种说法让很多处于实践第一线的中小学教师感到困惑，必须引起高度重视。

作为一名化学教育工作者，我更关心的是如何培养学生的化学核心素质。有必要通过理论和实践研究来完成一些任务。比如挖掘化学独特的教育价值，重组化学课程目标；以化学核心概念为基础，帮助学生形成完整的结构知识，探索学科的思维规律；结合当前社会发展实际，揭示了该学科的人文内涵。把这些东西作为我们学科教学研究的出发点，可以让我们的教学摆脱强调知识转移、追求考试成绩的束缚。举个简单的例子说明识字教学的可行性和重要性。一个火柴燃烧现象，一张火电厂排放烟尘的照片，以及“二氧化硫”主题的教学介绍，试图反映从课程内容、公众意识到社会决策的过程。什么是二氧化硫？我们的教科书可能集中在二氧化硫的性质和应用上，二氧化硫是一种酸性氧化物。这个知识非常成熟，学生可以通过简单的实验写出相关的化学方程式。但是，在报纸和日常生活中，二氧化硫在公众视野中出现的是什么作用(2015年报纸相关报道3500余篇)？学生在讨论时可以说废气、酸雨、雾霾之类的话。我国是燃煤大国，燃烧排放的二氧化硫达到空，遇水形成酸雨，大量建筑物和设备被腐蚀，每年造成巨大损失。这些现象是如何产生的？能否从所学的知识中找到基础？二氧化硫有什么性质和变化？这是学生从知识到价值观发展的较低层次。进一步，学生能否尝试提出一些解决或减缓环境污染的建议？关键是要从二氧化硫的性质和反应来思考。有什么方法可以降低二氧化硫？二氧化硫是一种酸性物质，可以用石灰、氨水等碱性物质洗涤脱硫，也可以用一定碱度的海水洗涤脱硫，然后用各种方法吸收，转化为有用的中间产物。这叫循环利用，在工业上也叫“循环经济”。这是学生形成价值观的更高层次。当然，学生也会提出从源头上处理含硫燃料。目前，煤被液化和气化，以减少对环境有害的元素含量。将来，煤不再是黑色的固体，而是一种清洁的燃料。

十九大报告中提到了创新和创新文化。用化学方法制备人类需要的新物质的过程就是创新。但创新文化的内涵更为深刻，创新必须与社会可持续发展的目标相一致。结合化学课程的具体内容和主题，有助于学生理解循环环节、清洁能源、绿色生产和消费的观点，对创新文化有更全面的理解。10月26日，国内媒体报道了一个激动人心的消息。中国唐山制造了世界上第一辆新型有轨电车并投入商业运营，使用氢燃料电池，实现了污染物“零排放”和“无网络”运营，涉及的化学原理非常简单。通过这些实例，从核心素养要求出发整合化学课程内容，有助于学生理解知识，形成公众意识，体验参与社会决策的过程，也体现了核心素养教育的重要性和可行性。(华东师范大学课程与教学研究所研究员王祖浩教授在第15届上海国际课程论坛上做了题为《从科学素养到学科核心素养》的报告。以上是报告全文。)