促进学生科学核心素养发展的“学习进阶”

[摘 要] 核心素养是学生在学校不同阶段、不同学科教育过程中逐步形成的一种普适性的品格与能力，科学核心素养是科学教育的宗旨，是深化课程改革的原动力。教师要积极地探索促进学生科学核心素养发展的“学习进阶”的策略：顶层设计，厘清核心素养发展进阶的心理机制；依据教材内容的特点，突出核心素养能力要素培养；做好相关主题内容的学段衔接，搭建促进核心素养发展的台阶；树立科学探究意识，培养学生科学探究的方法；再现科学发展历史，培养学生的科学精神。

[关键词] 中学科学；科学教学；核心能力；核心素养

新课程改革取得了有目共睹的成绩，但也因为过重的功利导向，使学生的全面素质不高，其已成为束缚深化课程改革的桎梏。因此，寻找打开羁绊基础教育牢笼的钥匙，义不容辞地成为每位科学教育工作者的历史担当。促进学生核心素养培养是科学教育的根本目的，是深化课程改革的原动力。为此，教师要积极地探索促进学生科学核心素养发展的策略。

一、科学核心素养的内涵与认识

刘恩山教授认为，核心素养是一种各学科共同培养的关键、必要素养，适用于一切情境与场所的能力。著名心理学家林崇德教授则更加具体精细地划定核心素养的内容，核心素养包括社会参与、自主发展和文化修养三个领域、十项核心素养指标。[1]核心素养是在学校不同阶段、不同学科教育过程中逐步形成的一种普适性的品格与能力，它指向学生终身发展与适应社会发展的关键能力。核心素养落实到初中科学学科教学中，理应有其培养的独特内涵。科学核心素养是一个包摄性很强的概念，主要包括科学核心知识与技能、科学思想与方法以及科学情感、态度、价值观、科学精神等。[2]

1.科学知识

科学知识是构成科学核心素养的基础，无知则无能，如果没有科学知识作为基础，那么科学核心素养也成为空中楼阁，因此，教师都十分注重科学知识的培养，这也无可非议。学生学习的知识大多数属于课本上的知识，是静态的、凝固的知识。如果知识没有应用，学生很容易忘记，派不上用场。只有把知识转化为学生个体的经验与智慧，才能成为学生个体知识。结构化知识具有很强的迁移性与普适性，因此这种知识在今后学习、工作中起到较大的作用。现代的社会是信息的社会，学校里学到的知识可能只够用一阵子，知识的半衰期变短了，需要学生自己能够再学习、再增殖、再生产知识，即再生性知识，它注重知识的质，而不是知识的量。

2.科学方法

科学方法是构成科学核心素养的主体，在某种意义上讲科学方法比科学知识更重要。科学是一门探索自然规律的学科，它之所以成为一门学科，不仅在于它能揭示自然规律的深刻性，它还拥有自己一套独特的科学方法与思维方式。如果学生学习科学，未能掌握科学方法与思维方式，只能说明学生学过科学，而不能证明他学会科学，那么我们作为教师，也无疑是失败的。

3.科学精神

科学精神是科学核心素养的最高层次，科学知识与方法都可以改变，但是科学精神是永恒的。科学精神的内涵主要体现三个方面：客观精神，实证精神，创新精神。[3]客观精神是指追求客观世界的真实性，它认为世界是规律的，规律是可以被人类认识的；实证精神是指科学讲究证据，实践是检验科学真理的唯一标准；创新精神是科学追求的宗旨，它认为科学并不是证实的过程，同时它也承认科学也存在不足与需要不断修正，以不断地逼近真理。当然，科学精神还包括民主精神、合作精神、奉献精神等。

二、促进学生科学核心素养发展的“学习进阶”

1.顶层设计，厘清核心素养发展进阶的心理机制

核心素养具有层次性，其培养必须遵循低级向高级、简单到复杂的心理机制。核心素养能力包括知识的理解能力，实践应用能力，创新迁移能力，依次逐步提升，即知识的建构化、功能化、素养化，它们构成了核心素养发展的进阶顺序。教师要根据核心素养发展进阶的心理机制，理顺核心素养发展的内在联系，依据课程与教材内容，理解核心素养能力培养的终点目标，做好科学核心素养发展的顶层设计，制订好不同科学核心素养能力培养的策略(如图1)。同时，核心素养具有整体性，各要素之间存在内在的逻辑关系，要避免只局部进行思考而忽视整体思维，缺乏认识的高度；或只整体思维进行思考，而忽视局部思维泛泛而谈，浅尝辄止。教师根据每册教材中各章节中的内容，落细落小落实学生科学核心能力，促进学生科学核心素养发展有序进阶。

图1 核心素养发展进阶的心理机制

2.依据教材内容的特点，突出核心素养能力要素培养

科学核心素养能力表现活动包括记忆、概括、说明、分析、预测、设计、复杂推理、系统探究、创新思维等要素。[4]教师应依据教材内容的特点，关注学生科学核心素养能力要素的培养，促进核心素养发展“学习进阶”的局部突破。例如，九年级上册《化学》内容的知识特点与八年级下册《化学》内容的知识特点不同：八年级《化学》内容要突出学生对化学知识的记忆与理解；九年级上册《化学》内容是酸碱盐的知识，虽然起点低，但是落脚点高。九年级化学教学重理论推理，教学逻辑思维要求比较高，学生需要掌握的是方法而不是某几个具体的反应。学生只有掌握了化学方法，九年级上册《化学》内容才能有规律可循。又如，在测量空气中氧气体积分数时，教师要突出学生的分析与推理能力培养。为什么烧杯里水会进入集气瓶呢？教师引导学生讨论，厘清学生思维的逻辑顺序。集气瓶内温度升高→压强升高→排气→集气瓶内温度降低→气压降低→水被压入集气瓶中。这样，学生观察实验现象，教师分析引导，展现思维逻辑过程，达到知其然更知其所以然的效果。

3.做好相关主题内容的学段衔接，搭建促进核心素养发展的台阶

核心素养的发展具有阶段性，教师依据学生的认知特点与课程的衔接情况，处理好相关主题内容的学段衔接关系，这样才能有的放矢地进行教学，促进学生核心素养的发展进阶。例如，在初中科学与高中物理教材中都有欧姆定律，但是它们的侧重点不同。初中阶段要求学生学会运用控制变量方法对电流、电压和电阻之间关系进行探究，同时加强对实验方案的理解。高中阶段的学习，从知识目标来看，学生要通过电压U与电流I的图像来理解电阻的定义，通过伏安特性曲线(I-U)来理解欧姆定律中电压、电流的因果关系；从过程与方法上看，它要求比初中更精确更复杂的电路知识来进行探究。通过初高中欧姆定律的内容对比分析，高中阶段教师要突出学生利用数据建立图像，利用图像分析得出结论的能力，也就是经历从直接经验到图像经验再到抽象经验的过程，获取科学探究的能力。因此，教师要准确地把握好初中阶段相关主题内容的学段衔接的要求，为促进学生核心素养的发展铺路架桥。

4.树立科学探究意识，培养学生科学探究的方法

(1) 开展科学探究教学，学会科学探究的方法。科学教育不仅要让学生有效地习得科学知识，更要让他们领会隐藏在科学知识背后的思想方法、观念与价值实现三维目标的有机融合，促进学生科学核心素养的发展。为此，教师应尽可能地创设真实的探究情境，让学生在探究中更多地获取直接经验，去认识科学世界的真实面貌，取得最大的收获。例如，在平面镜教学中，如果教师在台上演示实验，学生坐在台下观看，顺着教师的思路机械地接受教师得出的结论。虽然能记住结论，但终究没有经过积极主动的思考，只是被动地接受，所以不能很好地理解这一结论，遇到具体问题就不能很好地解决。教师可以先创设问题情景，提出问题，平面镜成像有什么特点呢？将一块玻璃竖直架在一直尺上，再取彩虹塔放在玻璃板前，引导学生观察。学生观察后分组讨论：像在哪里？大小如何？像与物体到镜面距离如何？如何确定像的位置？然后让学生实验探索，搭建与物体相同的彩虹塔作为标杆，寻找像的位置，验证各自猜想。学生讨论交流，师生共同归纳平面镜成像的特点。这样，学生就以问题为导引，预想实验可能，寻找实验证据，解释实验结果，建构科学知识，渗透等效替代思想方法，从而提高了学生的思维品质，养成了乐于探究、谨慎求证的学习态度。

(2) 开展家庭小实验活动，延伸学生探究的空间。教师不仅要把课堂实验教学组织好，还要吃透教材、精心设计丰富的课外实验活动，使之成为整个教学过程的有机部分，开展家庭小实验活动无疑是个很好的突破口。例如，学完“水和无机盐的运输”有关内容，感觉学生对细胞失水和吸水的原理理解不是很透彻，于是安排学生回家制作三盘凉拌黄瓜，要求记录下不同质量的食盐对黄瓜失水的快慢和多少的关系，而且要记录下撒食盐几分钟后出水最多。这个实验学生积极响应，因为既学到了知识，还能饱了口福。学生发现在撒食盐5～6 min之后出水最快，当然食盐越多，出水越快而且量也多。通过家庭小实验活动，延伸了课堂教学的空间，提高学生实践的能力，学生自然明白了细胞失水和吸水的原理。

(3) 开展研究性学习活动，提升学生实践探究的能力。研究性学习活动具有问题新颖、过程不知、结论不知的特点，它是培养学生实践与创新能力的有效途径之一，教师要积极地开展研究性学习活动，让学生在“做”中“学”、在“学”中“做”，提升学生实践探究的能力。 例如，在“力的作用”教学之后，教师布置学生研究性学习任务，让学生研究水火箭的发射距离与什么因素有关。学生猜想与发射角度、水火箭的质量、水火箭内的气压、火箭本身的重心等原因有关。然后让学生设计实验方案，收集证据，分析论证，得出结论。通过实验研究，发现水火箭发射角45°刚好是抛物线的路径，水火箭可以飞得更远，1/5体积左右的水量，是最佳的质量。多则会造成水火箭的质量太大，难以起飞；少则因为没有喷发物而缺少动力。在水火箭瓶的爆破范围内，注入相同的水量，压力越大，水火箭的射程越远。

5.再现科学发展历史，培养学生的科学精神

科学精神的培养是科学教育永恒的追求，是科学核心素养的最高层次。教师可以恰当地再现科学发展历史，促使学生在特定框架下体会科学渐进、曲折变化的发展过程，从而更好地了解科学家顽强不息的意志与百折不挠、不畏艰险献身科学的精神。例如，在“牛顿第一定律”教学时，教师可以把实验与科学史融合，引导学生不断改变原有的看法。通过亚里士多德的经验总结→伽利略的观察质疑→笛卡尔的实验观点→牛顿的实验与推理的科学思想的巧妙结合，重现历史情境，突出科学发展的曲折过程，感受科学家对科学真理的求真精神。科学家经过百年的探索，最终探明了基因神秘的踪迹。欧姆定律的公式很简单，但是它的发现却不简单。教师在教授欧姆定律时，要再现欧姆科学发现历史，培养学生学习欧姆创新的精神。欧姆在当时没有精确测量仪器，没有电动势、电阻和电流概念时，他凭着自己执着的精神与顽强的意志，揭示电流与电压、电阻三者的关系，发现了举世闻名的欧姆定律。