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》

目前的新高考中物理、化学的地位有所下降，引起了对公民科学素养提升的争议。高中课程标准修订大力倡导学科核心素养，学科的地位再度引人关注。为什么要从科学素养入手，探讨学科核心素养？这是近三年来我在做教育部高中化学课程标准的学科核心素养研究中反复思考的问题，今天想把自己的思路理一理，分三个问题跟大家分享。

科学素养这个词表达了什么意思呢？最早是上个世纪有人提出来的，到了上世纪五、六十年代开始被不断地报道。科学素养不仅是对科学技术发展的背景而言的，也是整个社会发展的一个代名词。实际上这个词大家并不陌生。早在2001颁布的国家义务教育化学、物理、生物和科学的课程标准中，科学素养就是课程的主旨，在科学素养之下就是课程目标，即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观，也就是常说的“三维目标”。许多老师或许不注意看，到了2011年修订颁布义务教育课程标准，仍然也是这个框架。可以说，科学素养在物理、化学、生物学科里已经牢牢地站稳了地位，在中国基础教育课程园地中至少也有16年的历史了。

今天谈的第一个问题，科学技术发展对教育有什么影响？为什么会提出科学素养？从欧洲的文艺复兴到大工业革命，极大地推动了科学技术的发展。20世纪初起，物理、化学、生物学的研究出现一大批改变人类生存方式的新成果，欧洲的科学教育也随之兴起，很快从欧洲影响到全世界。大约1902年左右，在中国的上海已经有了汉语写的物理、化学的教科书，并在一些学校中开始传授科学。但很遗憾的是，二战几乎割断了欧洲的这段历史，到三四十年代大量的科学家都往美国跑，科学教育也同样受到极大影响。而美国却迎来了战后科学和科学教育的黄金时代。

到了五十年代中期，前苏联的人造卫星上天，航天技术上的成就触动了美国人的神经。美国人开始反思原因何在，最终归结为教育。各个国家都有自己的教育，唯有其中的科学教育是世界通用的，科学教育水平对国家的发展似乎影响更大。此后不久，美国组织了一大批专家开始研究新的理科课程，编制了新的教科书，但短暂试用后宣告失败。因为这些知识在当时确实是很先进，但难度太大，学生无法学懂。科学教育究竟应该往何处去？这是美国人回过头来持续思考的问题。

同时，科学技术迅猛发展，带动了生产力的发展、人类生活方式的变化。科学知识的应用成为当时各国政府最感兴趣的问题。物理学的核能、化学的合成农药，给人类带来某些积极因素的同时，也出现了一系列负面的问题，如战争和污染等。如何解决这些问题，引起了人们长时间的思考。不久便引发了以美国为首的一些发达国家的STS运动，呼唤处理好科学技术的应用与社会发展的关系，STS很快便成为一种国际潮流，深刻地影响了当时对科学教育的定位。人们重新思考，科学究竟是干什么的？我们要培养孩子学什么？具体表现在什么方面？要让学生知道科学能解决什么问题，不能解决什么问题。在这一背景下，科学素养（Science Literacy）被提到一个新的高度来认识。上世纪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，发表了很著名的“2061计划”。“2061计划”的另一个名字，就是《面向全体美国人的科学》。该书一共有十二章，稍后又出版了《科学素养的基准》，涉及科学素养到底是怎么确定的，有了基准以后怎么设计教学。一直到2002年，出版了《科学素养的导航图》（K-12），把科学的大概念建立了树状结构，自下而上，从幼儿园开始，按大概念确定学习路径，一直到12年级。

▲《面向全体美国人的科学》是一本关于人的科学素养的书

在2061计划中，怎么谈科学素养的呢？首先它把科学素养定义为“国家目标”，国家的强盛在于教育，教育最核心的是科学教育，学生的科学素养代表着国家利益。其次，又进一步说明，“科学素养”就是“具备并使用科学、数学和技术学的知识做出有关个人和社会的重要决策”。包括两重涵义：一是知识，二是能依据知识做出决策。光有知识不叫科学素养，还要有做决策的能力。决策不仅是个人的，还有社会的重要决策。可见，上述的科学素养定义中涉及了重要的科学概念原理、思想方法以及价值观念（决策），是一个很有前瞻性的术语，不局限于对科学的狭义理解。

在20世纪80年代初，里根当美国的总统，美国的教育问题比较突出，尤其是中小学教育，学生缺乏学习动力。美国优质教育委员会（The National Commission on Excellence in Education）发布了一个报告——《国家在危急中:教育改革势在必行》（A Nation at Risk ），促使各个行业思考教育改革。1989年，美国科学促进会（American Association for the Advancement of Science，AAAS）编写了具有科学教育里程碑标志的2061计划。克林顿上台后，在全美范围内统一编制了科学教育标准（1996），这是一个庞大的科学教育体系。在这本书中，明确提出科学素养是“一个人能识别国家和地方决定所赖以为基础的科学问题，并能提出有科学技术根据的见解”。这就把知识学习和未来社会的发展联系起来了。

一晃二十几年过去了，几年前到美国参加中美科学教育高层论坛时，那时候美国学者正在做新一代的国家科学教育标准（NGSS）。为什么要做这个NGSS ？美国专家指着手机说，今天的手机里面有多少是传统的科学知识？他说只有百分之几，甚至比例更低，百分之九十几是跨学科的、技术设计的新思想。这个美国下一代标准NGSS2013年面世了，包括科学与工程实践、核心主题、跨学科概念。与90年代第一代美国国家科学教育标准倡导的科学探究和科学、技术与社会等观点相比较，发生了很大的不同。NGSS关注的是如何确立一个工程的问题，怎么做一个计划，怎么解决工程问题所需要的证据；还有学科核心主题谈的是大的学科群，核心主题是科学教育通用的、反映科学本质的大概念。这说明了随着社会变化和技术发展，科学素养的框架和内涵发生了新的变化。

第二个问题，社会变革、经济发展对公民有什么要求？这是科学素养发展的另一条路线。20世纪50年代，科学技术迅猛发展，人们来不及仔细消化便付诸应用，在能源、环境、资源领域随之产生了一系列问题，这些问题成为美国国会讨论的重要议题，而不少议员和公民都不知道事件的背景。当时有一个密西根大学的教授米勒（J.D.Miller），提出健康民主制度需要大量的有科学素养的公民，如果公民科学素养太低，就会削弱制度的根基。他认为，科学素养（Scientific Literacy）是公众在特定社会中履行一定的角色职能，所要求的、可接受的最低程度的知识和技能。具体而言，第一个方面是科学概念词汇量的多少；第二是对科学过程的理解；第三是科学技术对个人和社会的影响。米勒教授一直做了很多年，致力于科学素养怎么在大众的生活中落实，这跟我国几年前提出的全民科学素质行动计划纲要的基本目标是一致的，即大力提升公众理解科学的水平（PUS）。PUS模型已成为国际上公众科学素养测评的一个框架，虽有一些修改，但已使用了很多年。

我国从90年代就开始参与国际公众科学素养的测评，科学素养的整体水平不断提升，从2003年的1.4%，到2015年6.20%。从区域而言，上海是全国最高的，北京其次，数据已接近了发达国家的水平，但中西部的比例相对偏低。根据全民科学素质行动计划纲要，我们要做自己的方案，去年做了一个成人的科学素质基准，最近又在做中小学生的方案。方案要面向2030年，包括必要的科学知识、基本的科学方法、科学精神三大维度。根据框架编制测试工具，采用题型是客观题和主观题实施测评。

前面讨论的是公民要参与社会议题，需要科学素养。经济发展也促进了对科学素养的研究。OECD是国际经合组织，它最著名的是做了PISA科学素养框架和测试，其中测试数据部分成为向全世界报告素养排名的基础。在这个科学素养框架中，也含有知识、态度、情景，但真正起关键作用的是能力（Competence）。

上述各种有关科学素养的话题，尽管背景不同，但大视角基本不变，主要涉及核心概念、 方法和能力、科学价值观等。随着时代的发展，科学素养的内涵更为丰富、深刻。从第一代标准的“科学探究”，到下一代标准强调学生“工程实践能力”，反映了科学素养在新时代的新要求。中国21世纪课程改革，把中国的科学课程和世界的科学教育改革拉近了距离。从2001年起，我们的课程标准的框架就是科学素养，可以说中国的本土实践丰富了国际科学素养的研究成果。

从前面梳理的科学素养，我们看到的是分科的物理、化学、生物乃至技术学科共通的素养，显示了跨学科整合对人才素质培养的重要性，也看到了不同背景的框架对科学素养的重点描述是有差异的：有的是关于教育的，有的是关于经济发展，也有的是关于评价的，各自有所侧重。如果我们进一步去研究美国提的“新三维”，就会发现这和课程内容的主题结合是非常密切的。

第三个问题，学科核心素养为什么成为我国当前课程改革的突破口？众所周知，教育要实现立德树人，必须从学生的学习过程入手，立足学科来强化其教育功能。每位老师都具有这样的教育使命，才能在每门学科、每个课堂中把树人这件事做好。毫无疑问，首先要把培养目标确定，在新的时代根据新的要求制定学科素养目标，再探讨与素养目标匹配的学科课程内容。这就需要修订课程标准。有个观点必须明确，学科核心素养是基于学科知识的，是生动反映学科内在本质和思想的。这要求我们对课程内容做深层研究。基于学科素养目标设置内容，通过教学使学生的行为发生变化，进一步稳定发展就实现素养化了。素养最终是表现在我们的下一代学生身上，我们把这个过程叫做学科核心素养的转化。这个也是今天很多老师关注的——怎么把课程标准上的素养变成学生的学习行动，需要通过教学实践把它落实。

用什么来反映学科核心素养？科学素养的框架能否替代学科核心素养？我用一个生活例子来比喻，科学素养框架相当于我们普通的“理发”，有要求和规则；但学科核心素养则需进一步立足学科加以深化，有点像“美发”，要求更为具体和深刻。换句话说，每一门学科有独特的功能，在科学领域中物理、化学、生物的功能都是独特的。研究过程虽共性，但有明显的不同，解决的问题、思想方法均有差异。如对生命的观念和研究化学物质的观念显然是不一样的，因此要研究学科最本质、最核心的东西。然而，社会发展又要求对科学技术进行整合，比如今天的材料科学是物理还是化学很难说界定，分子生物学是化学还是生物也无法分开。因此，在科学层面不同的学科又具有共同的核心素养，科学素养里面精髓在学科素养里又有重新体现，如说科学态度、科学精神、证据推理等。任何的科学分支学科的思维都必须依据证据，这是科学与其他学科重要的分水岭。

学科核心素养是如何对学科进行深化的？这个深化不是简单地提高学科知识的难度，深化重在强化学科的本质，揭示学科更深层次、更内隐的某些东西，把表象的科学知识与其内因关联起来，形成一个新的思维结构，帮助学生去认识更为复杂的自然现象或实验现象。我们这里讲的深化学科本质，显然不是把知识加深和扩展。

关于前面提到的“三维目标”，2001年的课程标准中将其定义为“科学素养”的具体要素，在当时是有依据的。这么多年的实践，人们关注了操作性的东西，把上位的大概念忘了，导致在实践中三维目标出现了分离的倾向，这是与学科核心素养相违背的。三维目标只有融合于学科内容，才能体现核心素养的精髓。因此三维目标与学科素养之间不是排斥的关系，是整合、深化的关系，是继承、发展的关系。有学者曾发表文章评论，有了核心素养就可以抛弃过去的“三维目标”了。这种说法使不少实践第一线的中小学老师感到困惑，必须引起高度重视。

作为化学教育工作者，我更关心的是怎样培养学生化学学科核心素养。要通过理论和实践研究去完成一些任务。例如，挖掘化学学科独特育人价值，重整化学课程目标；立足化学学科的核心概念，帮助学生形成整合的结构性知识，探索学科的思维规律；结合当前社会发展现实，揭示学科的人文内涵。把这些东西作为我们学科教学研究的出发点，使我们的教学摆脱偏重知识传授和追求考试分数的束缚。举个简单的实例来说明素养教学的可行性和重要性。一个火柴燃烧的现象，一张火力发电厂排放烟尘的照片，引入“二氧化硫”主题的教学，尝试体现从课程内容、公众意识到社会决策的过程。二氧化硫是什么？我们的教科书也许重点关注的是二氧化硫这一酸性氧化物的性质及应用。这些知识非常成熟，学生通过简单的实验能够写出有关的化学方程式。但是，在报纸上、日常生活中，二氧化硫又是以什么角色出现在公众视野中的呢（2015年报刊上有3500多条相关报道）？学生讨论都能说出类似废气、酸雨、雾霾等词。我国是燃煤大国，燃烧排放的二氧化硫到了空中，遇水形成酸雨，大量的建筑物、设备等被腐蚀，每年的损失巨大。这些现象是怎么形成的？从学到的知识中能否找到依据？与二氧化硫的什么性质和变化有关？这是学生从知识向价值观念发展的较低层次。进一步，学生能否尝试提出解决或减缓环境污染的一些建议？关键还是从二氧化硫的性质和反应中去思考。用什么方法能够减少二氧化硫？二氧化硫是个酸性物质，可以用石灰、氨水等碱性物质，也可以用具有一定碱度的海水淋洗脱硫，用各种方法把二氧化硫吸收，再转变成有用的中间产物，这就叫循环利用，在工业上也称“循环经济”。这是学生形成价值观念的较高层次。当然，学生也会提出从源头治理，对含硫燃料进行处理。目前对煤进行液化和气化，降低对环境有害元素的含量，将来的煤不再是黑糊糊的块状固体，而是一种清洁燃料。

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主题，有助于学生认识循环链接、清洁能源、绿色生产和消费等观点，对创新文化的理解会更全面。10月26日，国内媒体报道了一条令人振奋的消息，我国唐山制造出世界上第一辆新颖的有轨电车投入商业运行，用的是氢燃料电池，实现了污染物“零排放”和“无网”运行，涉及的化学原理非常简单。通过这些例子说明，从核心素养要求出发对化学课程内容进行整合，有助于学生理解知识，形成公众意识，体验参与制定社会决策的过程，这也反映了学科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作了题为“从科学素养到学科核心素养”的报告，以上为报告全文）