新课改背景下，科学教学如何实现提质增效？

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《关于加强小学科学教师培养的通知》提出，要培养一批高素质专业化创新型小学科学教师后备人才，推动科学教育及相关专业师范毕业生从事小学科学教育工作，支撑小学科学教育高质量开展。

主要包括建强科学教育专业扩大招生规模，加大相关专业科学教师人才培养力度等等。为此，科学教师更需不断学习相关理论方法，丰富学科素养，进一步提升科学教学的水平。

今年4月，语文、数学、英语、科学等十六门学科的义务教育新课标颁布，其中科学学科基于核心素养与学科核心概念，对义务教育课程教学再次提出了新的要求。作为科学教师，如何基于新课标的基本要求开展科学教学，可以从以下五个方面入手。

立足素养

新课标强调所有学科的课程目标均指向学科核心素养，科学课程也不例外。教师需要对科学核心素养具有深刻的认识。

素养是人们在学习过程中所形成的、适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。

在科学领域，核心素养指的是科学观念及应用、科学思维及创新、科学探究及实践、科学态度及责任这四个方面，以下展开详细描述。

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科学观念及应用

观念是学生在科学的学习和实践中所形成的、对科学事物的本质和规律的一些见解、一些观点、一些思想，是我们平时所说的科学概念、科学规律、科学原理在大脑中的内化与升华，在应用的时候，学生就不会忘掉，因为已形成“观念”。

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科学思维及创新

我国在科学教育中培养学生，存在最大的问题就是没有很好地培养学生的思维，其中最核心的是思维方法，还有观察方法、实验方法等。

 以下四个素养，是学生们需要掌握的思维方式。

（1）模型建构：即在真实情境里建构一个模型，有利于培养学生的抽象概括能力；

（2）科学推理、科学论证：论证素养实际上是批判性思维，它最核心的就是基于证据和逻辑，并且这个证据要能够经得起检验，可以辨别真伪。而在论证中常常会用到推理，如果科学学好了，其他学科遇到的逻辑性问题，也能迎刃而解。

（3）创新素养：创新是一种高阶思维，创新能力对于我们国家来讲是至关重要的，我们国家的创新还有非常大的空间。

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科学探究及实践

以往对探究的理解，认为它是一种教学方式，也是一种学习方式。

但从2001年课改开始以后，“探究”成为了综合能力，该能力如果不作为素养将出现问题。

虽然科学要研究规律，但现在的趋势是整合科学、技术及工程，因此增加了实践。所以，实践既是形成其他素养的基础，同时它本身又是素养。

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科学态度及责任

最后一个特别关键的素养是态度责任。这是科学学习和实践过程中所形成的对科学思维的正确态度——责任感和价值观。

科学态度包括：好奇心、内在的动机；严谨求实的态度、基于证据的态度；质疑、创新的态度；合作分享的态度这四个方面。

四个核心素养相互依存，共同构成一个完整的体系。在理解科学素养的基础上，教师便可以从设计科学课程、展开科学教学、进行科学评价这三方面入手提升学生的科学素养。

注重综合

大量研究实践表明，综合性课程有利于学生创造力的发展，综合性课程体现了义务教育基础性的要求，有利于促进学生对于科学本质的深度理解。因此我们要加强综合性的设计。

整合科学技术与工程，有利于学生形成合理的认知结构，发展学生的创新素质。故实施综合课程是基于核心素养改革和减轻学生负担的必然要求，符合国际趋势。

在这个过程中，我们要思考综合与分科的关系——是要基于分科进行综合，还是不管是否有分科学习的基础，直接进行综合？

目前，很多学校都存在这样的问题：教授科学课的老师并非科学学科出身，甚至学校没有开设科学课。

可尽管如此，学校还在大谈STEAM教育。实际上，如果没有科学课作为基础，与STEAM类似的其他课程能给学生发展带来的优势微弱，甚至有害无利。

综合，在课程内容层面体现为学科 跨学科。

在内容结构层面，工程技术的核心素养存在于物质科学、生命科学、地球与宇宙等领域，学科概念的学习不仅要掌握本学科的核心概念，还要形成跨学科的概念。工程技术的实践也需要基于学科和跨学科的概念来进行。

因此，如果在幼儿园或者小学低学段——孩子没有一定知识积淀时就开展诸如人工智能等课程，无异于竹篮打水。

所以我们要扭转这种思想，要在学生科学学习的基础上开展工程与技术的学习，否则STEAM课程就仅仅是活动而已。

关键技术的要点不在于操作，技术的核心是设计,设计能力也真正体现学生之间的差异。

如果我们能够培养学生的产品设计能力，就有益于攻克关键技术的难关。我们研究了学生的产品设计能力和创造性，发现这一能力从小学到高中呈现一种下降趋势。

而造成这种下降趋势的原因主要有两个：第一，之前并不注重活动。第二，尽管开设了活动，但一方面缺少科学知识、科学观念和科学概念的支撑；另一方面是没有考虑到活动是否符合学生的年龄特征。

重视核心概念

在科学技术和教育理念的不断精进下，学生所需要了解和掌握的知识体系愈发庞大，过去以专题为单位的碎片化教学方式无法满足当下对知识输出的需求，因此通过综合性的方法和学习内容进行教学非常必要。

教育的目标不再是去获得一大堆由事实和理论堆砌的知识，而应是实现一个趋向于核心概念的进展过程，这样做有助于学生理解与他们生活相关的事件和现象。

同时，基于核心概念，整合学科知识，实现对重要原理的深入探索，发展学生对学科知识的深度理解，并提升学生的核心素养，也已经成为国际教育研究者的共识。

核心概念是某个知识领域的中心，包括基本概念、基本规律、基本原理，这些内容能够展现当代学科的图景，是学科结构的主干部分。

科学学科主要明确了13个核心概念，基于此基础上理解4个跨学科概念，明确每个核心概念需要学习的主要内容，对科学学科所有内容基于核心概念进行了系统整合。

▲科学课程内容结构

在课程内容的呈现上，每个学科核心概念分解成若干学习内容。

根据学段目标、学生特点，以及学科核心概念的本质特征，提出每个学段的内容要求、学业要求、教学策略建议和学习活动建议。

内容要求、学业要求由浅入深，由现象到本质，螺旋上升，强调进阶设计；

学习活动主要包括观察、测量、观测、实验探究、模拟实验、制作、体验、调查、种植养殖、读图识图、项目研究、科普剧等。

▲科学学科核心概念及学习内容

强调进阶

国家质量监测研究中心研究过初中学生的测评结果，也针对小学阶段学生进行了核心素养发展的研究，从中能看出不同学段的区别。

因此，在课程设计的时候，我们就要考虑不同学段的学生处于什么水平，再根据学生思维的进阶设计课程，完成学生素养的进阶。

关于进阶设计我们提出了五个基本要求，总结为“三适合两遵循”。

第一，适合学生的知识经验；学习的内容要由浅入深、由表及里、由易到难。

第二，适合学生的思维水平；例如一二年级的学生以具体形象思维为主，三四年级存在学生思维发展的转折期，由具体形象思维向抽象逻辑思维过渡，相应的学习活动要从简单的探究活动到综合的探究和实

第三，适合学生的兴趣特点；

第四，遵循学生的学习规律；

第五，遵循学科的内在逻辑。

这不仅是科学课标修订的要求，也是所有学科课程设计需要符合的要求。同时，国家还特别重视学段之间的衔接，其中幼小衔接是国家课改高度重视的部分。

在进行进阶性课程设计时，需要考虑学生思维的发展、学习方式的改变、学生知识储备量的递增、学生兴趣的发展以及问题的复杂性等因素。

基于科学课程的研究发现，整体概念进阶设计不是仅仅考虑小学或者义务教育阶段，而要考虑从小学到高中到底学生的学习需要怎样的进阶；

课标修订前我们对教师也进行了深度调研，对核心概念覆盖哪些知识进行了调整。以上两点也是课程整体设计的理论与实践依据。

开展思维型探究

新课标指出，科学学科要以探究为核心。探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。

科学学科的探究实践活动包括学生在学习过程中进行的观察、实验、记录、测量、制作、调查等。

在科学里面最核心的教学方式是探究式教学，也是科学教学的主导方式。

从探究式教学发展阶段来看，表面上提的是探究，实际上关注的是思维。教师需要整合启发式、探究式、互动式、体验式等各种教育学方式的基本要求，设计能够促进学生深度学习的思维型探究实践。

然而迄今为止，教学实践仍然仅聚焦于操作技能的训练，无法灵活的解决真实问题。

而我们需要了解如何在科学探究的教学过程中激发学生的科学思维，在思维型教学理论的指导下，发展学生核心素养。

在探究过程中，教师要为学生创设一个学习情境，在探究过程中精选和设计学习材料，为学生搭建“脚手架”以引导学生达成学习目标，启发学生应用迁移。

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情境创设与问题提出

情境创设应使学生联系已有的知识经验解决问题，鼓励学生独立思考、挑战权威、合作互动，从而形成一种学生主动学习、积极参与的生动活泼的教学氛围。

提出问题阶段，学生主要通过观察，将现象与概念进行联想以激活先验知识，结合对现象或环境中变量间关系的分析，在发散性思维的基础上从多个视角上提出不同的问题；比较和区分所提问题的可行性，进一步确定自己的研究问题，明晰学习目标。

对中小学生，尤其是低年级的学生而言，独立提出、鉴别和区分科学问题存在一定困难。

教师需要提供辅助材料来帮助学生感知到情境中的实际价值，建构学习的意义；关注学生如何提出问题，帮助他们对所提出问题进行聚焦和转化，进一步引导学生发现和归纳科学问题的特征。

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作出假设并制定计划

学生需通过因果推理、类比推理、演绎推理等逻辑思维，在已具备的科学观念基础上，提出可验证的假设，通过不断的测试和修正假设来构建知识。

综合利用联想、发散、重组和辩证等多种思维方式制定调查计划。

学生需要综合利用联想、发散、重组和辩证等多种思维方式制定调查计划。此时要考虑五个方面的基本内容：

明确自己的信息需求，确定所要进行的调查类型；

明确控制和操作变量；

设计具体的实验步骤；

选择合适的测量和数据记录方案；

明确使用何种元认知策略有计划地监控和评估自己的学习过程。

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搜集证据与信息处理

在计划实施之初，学生使用不同的调查手段和工具收集证据。利用发散思维，从证据的类型、搜集的方式等多维视角考虑证据的收集；

基于比较、分析、综合等思维方式，对证据的准确性和可靠性，及支持主张的切合性和充足性进行综合评估。

信息处理需要学生使用工具来理解数据，查找数据中隐含的关系；获取、协调和存储观察到的现象和数据。

在该阶段，教师需要引导学生进行有目的、有计划地观察，向他们介绍数据处理方式和策略，以便帮助他们学会对数据信息进行加工以建构意义。

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得出结论与表达交流

学生需要在科学推理的基础上，从收集的信息中得出某现象如何发生或为什么发生的合理解释；通过比较和分析不同的理论与证据，进一步评估协调调查中形成的解释。

表达交流是一个合作学习的探究过程，包括明确地公开分享自己的证据和观点；通过交流和辩驳捍卫自己的观点。

在该阶段，教师的角色是组织学生通过合作交流来构建对科学观念和科学探究的理解；引导学生辩证地从正反两个方面看待同伴的观点和意见，明白不同观点是个体对问题的生成的不同理解；帮助学生学会通过协作来找到最佳的问题解释或解决方案。

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总结反思与迁移

在一个探究周期完成之后，从背景知识出发，联系学习目标，对探究过程进行批判性回顾；

以分析、比较、概括等思维活动为基础，对探究过程进行反思和和自我评价，为新的探究循环提出新问题。

教师应该为学生创建一个新的相关情境，以便学生能够将原有探究过程中所形成的实践能力、科学观念、科学态度与价值观应用到新的情境中。

教师在创建迁移情境的时候，需要明确链接新旧情境的相关内容，预估学生迁移的程度。

科学教育在提升公民科学素养、建设创新型国家中具有重要作用，尤其是中小学的科学教育，随着各地对小学科学教师队伍建设的重视以及课改的新要求，科学教师们更需要找对方法，加强自我学习，有效培养孩子的科学素养。

整理 | 倪文东

编辑 | 倪文东

统筹 | 孙习涵

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