王祖浩:從科學素養到學科核心素養

文 / 王祖浩 責編 / 屠桂芳 2019-02-25 點擊 981

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王祖浩---華東師範大學課程與教學研究所研究員

《從科學素養到學科核心素養》

目前的新高考中物理、化學的地位有所下降,引起了對公民科學素養提升的爭議。高中課程標準修訂大力倡導學科核心素養,學科的地位再度引人關註。為什麼要從科學素養入手,探討學科核心素養?這是近三年來我在做教育部高中化學課程標準的學科核心素養研究中反覆思考的問題,今天想把自己的思路理一理,分三個問題跟大家分享。

科學素養這個詞表達了什麼意思呢?最早是上個世紀有人提出來的,到了上世紀五、六十年代開始被不斷地報道。科學素養不僅是對科學技術發展的背景而言的,也是整個社會發展的一個代名詞。實際上這個詞大家並不陌生。早在2001頒佈的國家義務教育化學、物理、生物和科學的課程標準中,科學素養就是課程的主旨,在科學素養之下就是課程目標,即知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀,也就是常說的“三維目標”。許多老師或許不註意看,到了2011年修訂頒佈義務教育課程標準,仍然也是這個框架。可以說,科學素養在物理、化學、生物學科里已經牢牢地站穩了地位,在中國基礎教育課程園地中至少也有16年的歷史了。

今天談的第一個問題,科學技術發展對教育有什麼影響?為什麼會提出科學素養?從歐洲的文藝復興到大工業革命,極大地推動了科學技術的發展。20世紀初起,物理、化學、生物學的研究出現一大批改變人類生存方式的新成果,歐洲的科學教育也隨之興起,很快從歐洲影響到全世界。大約1902年左右,在中國的上海已經有了漢語寫的物理、化學的教科書,併在一些學校中開始傳授科學。但很遺憾的是,二戰幾乎割斷了歐洲的這段歷史,到三四十年代大量的科學家都往美國跑,科學教育也同樣受到極大影響。而美國卻迎來了戰後科學和科學教育的黃金時代。

到了五十年代中期,前蘇聯的人造衛星上天,航天技術上的成就觸動了美國人的神經。美國人開始反思原因何在,最終歸結為教育。各個國家都有自己的教育,唯有其中的科學教育是世界通用的,科學教育水平對國家的發展似乎影響更大。此後不久,美國組織了一大批專家開始研究新的理科課程,編製了新的教科書,但短暫試用後宣告失敗。因為這些知識在當時確實是很先進,但難度太大,學生無法學懂。科學教育究竟應該往何處去?這是美國人回過頭來持續思考的問題。

同時,科學技術迅猛發展,帶動了生產力的發展、人類生活方式的變化。科學知識的應用成為當時各國政府最感興趣的問題。物理學的核能、化學的合成農藥,給人類帶來某些積極因素的同時,也出現了一系列負面的問題,如戰爭和污染等。如何解決這些問題,引起了人們長時間的思考。不久便引發了以美國為首的一些發達國家的STS運動,呼喚處理好科學技術的應用與社會發展的關係,STS很快便成為一種國際潮流,深刻地影響了當時對科學教育的定位。人們重新思考,科學究竟是乾什麼的?我們要培養孩子學什麼?具體表現在什麼方面?要讓學生知道科學能解決什麼問題,不能解決什麼問題。在這一背景下,科學素養(Science Literacy)被提到一個新的高度來認識。上世紀80年代中期,為了迎接新世紀的到來,美國政府對全體美國人提出了新的要求,發表了很著名的“2061計劃”。“2061計劃”的另一個名字,就是《面向全體美國人的科學》。該書一共有十二章,稍後又出版了《科學素養的基準》,涉及科學素養到底是怎麼確定的,有了基準以後怎麼設計教學。一直到2002年,出版了《科學素養的導航圖》(K-12),把科學的大概念建立了樹狀結構,自下而上,從幼兒園開始,按大概念確定學習路徑,一直到12年級。

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▲《面向全體美國人的科學》是一本關於人的科學素養的書

在2061計劃中,怎麼談科學素養的呢?首先它把科學素養定義為“國家目標”,國家的強盛在於教育,教育最核心的是科學教育,學生的科學素養代表著國家利益。其次,又進一步說明,“科學素養”就是“具備並使用科學、數學和技術學的知識做出有關個人和社會的重要決策”。包括兩重涵義:一是知識,二是能依據知識做出決策。光有知識不叫科學素養,還要有做決策的能力。決策不僅是個人的,還有社會的重要決策。可見,上述的科學素養定義中涉及了重要的科學概念原理、思想方法以及價值觀念(決策),是一個很有前瞻性的術語,不局限於對科學的狹義理解。

在20世紀80年代初,里根當美國的總統,美國的教育問題比較突出,尤其是中小學教育,學生缺乏學習動力。美國優質教育委員會(The National Commission on Excellence in Education)發佈了一個報告——《國家在危急中:教育改革勢在必行》(A Nation at Risk ),促使各個行業思考教育改革。1989年,美國科學促進會(American Association for the Advancement of Science,AAAS)編寫了具有科學教育里程碑標誌的2061計劃。克林頓上臺後,在全美範圍內統一編製了科學教育標準(1996),這是一個龐大的科學教育體系。在這本書中,明確提出科學素養是“一個人能識別國家和地方決定所賴以為基礎的科學問題,並能提出有科學技術根據的見解”。這就把知識學習和未來社會的發展聯繫起來了。

一晃二十幾年過去了,幾年前到美國參加中美科學教育高層論壇時,那時候美國學者正在做新一代的國家科學教育標準(NGSS)。為什麼要做這個NGSS ?美國專家指著手機說,今天的手機裡面有多少是傳統的科學知識?他說只有百分之幾,甚至比例更低,百分之九十幾是跨學科的、技術設計的新思想。這個美國下一代標準NGSS2013年面世了,包括科學與工程實踐、核心主題、跨學科概念。與90年代第一代美國國家科學教育標準倡導的科學探究和科學、技術與社會等觀點相比較,發生了很大的不同。NGSS關註的是如何確立一個工程的問題,怎麼做一個計劃,怎麼解決工程問題所需要的證據;還有學科核心主題談的是大的學科群,核心主題是科學教育通用的、反映科學本質的大概念。這說明瞭隨著社會變化和技術發展,科學素養的框架和內涵發生了新的變化。

第二個問題,社會變革、經濟發展對公民有什麼要求?這是科學素養發展的另一條路線。20世紀50年代,科學技術迅猛發展,人們來不及仔細消化便付諸應用,在能源、環境、資源領域隨之產生了一系列問題,這些問題成為美國國會討論的重要議題,而不少議員和公民都不知道事件的背景。當時有一個密西根大學的教授米勒(J.D.Miller),提出健康民主制度需要大量的有科學素養的公民,如果公民科學素養太低,就會削弱制度的根基。他認為,科學素養(Scientific Literacy)是公眾在特定社會中履行一定的角色職能,所要求的、可接受的最低程度的知識和技能。具體而言,第一個方面是科學概念詞彙量的多少;第二是對科學過程的理解;第三是科學技術對個人和社會的影響。米勒教授一直做了很多年,致力於科學素養怎麼在大眾的生活中落實,這跟我國幾年前提出的全民科學素質行動計劃綱要的基本目標是一致的,即大力提升公眾理解科學的水平(PUS)。PUS模型已成為國際上公眾科學素養測評的一個框架,雖有一些修改,但已使用了很多年。

我國從90年代就開始參與國際公眾科學素養的測評,科學素養的整體水平不斷提升,從2003年的1.4%,到2015年6.20%。從區域而言,上海是全國最高的,北京其次,數據已接近了發達國家的水平,但中西部的比例相對偏低。根據全民科學素質行動計劃綱要,我們要做自己的方案,去年做了一個成人的科學素質基準,最近又在做中小學生的方案。方案要面向2030年,包括必要的科學知識、基本的科學方法、科學精神三大維度。根據框架編製測試工具,採用題型是客觀題和主觀題實施測評。

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前面討論的是公民要參與社會議題,需要科學素養。經濟發展也促進了對科學素養的研究。OECD是國際經合組織,它最著名的是做了PISA科學素養框架和測試,其中測試數據部分成為向全世界報告素養排名的基礎。在這個科學素養框架中,也含有知識、態度、情景,但真正起關鍵作用的是能力(Competence)。

上述各種有關科學素養的話題,儘管背景不同,但大視角基本不變,主要涉及核心概念、 方法和能力、科學價值觀等。隨著時代的發展,科學素養的內涵更為豐富、深刻。從第一代標準的“科學探究”,到下一代標準強調學生“工程實踐能力”,反映了科學素養在新時代的新要求。中國21世紀課程改革,把中國的科學課程和世界的科學教育改革拉近了距離。從2001年起,我們的課程標準的框架就是科學素養,可以說中國的本土實踐豐富了國際科學素養的研究成果。

從前面梳理的科學素養,我們看到的是分科的物理、化學、生物乃至技術學科共通的素養,顯示了跨學科整合對人才素質培養的重要性,也看到了不同背景的框架對科學素養的重點描述是有差異的:有的是關於教育的,有的是關於經濟發展,也有的是關於評價的,各自有所側重。如果我們進一步去研究美國提的“新三維”,就會發現這和課程內容的主題結合是非常密切的。

第三個問題,學科核心素養為什麼成為我國當前課程改革的突破口?眾所周知,教育要實現立德樹人,必須從學生的學習過程入手,立足學科來強化其教育功能。每位老師都具有這樣的教育使命,才能在每門學科、每個課堂中把樹人這件事做好。毫無疑問,首先要把培養目標確定,在新的時代根據新的要求制定學科素養目標,再探討與素養目標匹配的學科課程內容。這就需要修訂課程標準。有個觀點必須明確,學科核心素養是基於學科知識的,是生動反映學科內在本質和思想的。這要求我們對課程內容做深層研究。基於學科素養目標設置內容,通過教學使學生的行為發生變化,進一步穩定發展就實現素養化了。素養最終是表現在我們的下一代學生身上,我們把這個過程叫做學科核心素養的轉化。這個也是今天很多老師關註的——怎麼把課程標準上的素養變成學生的學習行動,需要通過教學實踐把它落實。

用什麼來反映學科核心素養?科學素養的框架能否替代學科核心素養?我用一個生活例子來比喻,科學素養框架相當於我們普通的“理髮”,有要求和規則;但學科核心素養則需進一步立足學科加以深化,有點像“美髮”,要求更為具體和深刻。換句話說,每一門學科有獨特的功能,在科學領域中物理、化學、生物的功能都是獨特的。研究過程雖共性,但有明顯的不同,解決的問題、思想方法均有差異。如對生命的觀念和研究化學物質的觀念顯然是不一樣的,因此要研究學科最本質、最核心的東西。然而,社會發展又要求對科學技術進行整合,比如今天的材料科學是物理還是化學很難說界定,分子生物學是化學還是生物也無法分開。因此,在科學層面不同的學科又具有共同的核心素養,科學素養裡面精髓在學科素養里又有重新體現,如說科學態度、科學精神、證據推理等。任何的科學分支學科的思維都必須依據證據,這是科學與其他學科重要的分水嶺。

學科核心素養是如何對學科進行深化的?這個深化不是簡單地提高學科知識的難度,深化重在強化學科的本質,揭示學科更深層次、更內隱的某些東西,把表象的科學知識與其內因關聯起來,形成一個新的思維結構,幫助學生去認識更為複雜的自然現象或實驗現象。我們這裡講的深化學科本質,顯然不是把知識加深和擴展。

關於前面提到的“三維目標”,2001年的課程標準中將其定義為“科學素養”的具體要素,在當時是有依據的。這麼多年的實踐,人們關註了操作性的東西,把上位的大概念忘了,導致在實踐中三維目標出現了分離的傾向,這是與學科核心素養相違背的。三維目標只有融合於學科內容,才能體現核心素養的精髓。因此三維目標與學科素養之間不是排斥的關係,是整合、深化的關係,是繼承、發展的關係。有學者曾發表文章評論,有了核心素養就可以拋棄過去的“三維目標”了。這種說法使不少實踐第一線的中小學老師感到困惑,必須引起高度重視。

作為化學教育工作者,我更關心的是怎樣培養學生化學學科核心素養。要通過理論和實踐研究去完成一些任務。例如,挖掘化學學科獨特育人價值,重整化學課程目標;立足化學學科的核心概念,幫助學生形成整合的結構性知識,探索學科的思維規律;結合當前社會發展現實,揭示學科的人文內涵。把這些東西作為我們學科教學研究的出發點,使我們的教學擺脫偏重知識傳授和追求考試分數的束縛。舉個簡單的實例來說明素養教學的可行性和重要性。一個火柴燃燒的現象,一張火力發電廠排放煙塵的照片,引入“二氧化硫”主題的教學,嘗試體現從課程內容、公眾意識到社會決策的過程。二氧化硫是什麼?我們的教科書也許重點關註的是二氧化硫這一酸性氧化物的性質及應用。這些知識非常成熟,學生通過簡單的實驗能夠寫出有關的化學方程式。但是,在報紙上、日常生活中,二氧化硫又是以什麼角色出現在公眾視野中的呢(2015年報刊上有3500多條相關報道)?學生討論都能說出類似廢氣、酸雨、霧霾等詞。我國是燃煤大國,燃燒排放的二氧化硫到了空中,遇水形成酸雨,大量的建築物、設備等被腐蝕,每年的損失巨大。這些現象是怎麼形成的?從學到的知識中能否找到依據?與二氧化硫的什麼性質和變化有關?這是學生從知識向價值觀念發展的較低層次。進一步,學生能否嘗試提出解決或減緩環境污染的一些建議?關鍵還是從二氧化硫的性質和反應中去思考。用什麼方法能夠減少二氧化硫?二氧化硫是個酸性物質,可以用石灰、氨水等鹼性物質,也可以用具有一定鹼度的海水淋洗脫硫,用各種方法把二氧化硫吸收,再轉變成有用的中間產物,這就叫循環利用,在工業上也稱“循環經濟”。這是學生形成價值觀念的較高層次。當然,學生也會提出從源頭治理,對含硫燃料進行處理。目前對煤進行液化和氣化,降低對環境有害元素的含量,將來的煤不再是黑糊糊的塊狀固體,而是一種清潔燃料。

十九大報告中提到了創新和創新文化。用化學方法製備人類需要的新物質的過程就是創新。但創新文化的內涵更深刻,創新必須與社會可持續發展的目標相一致。結合化學課程的具體內容主題,有助於學生認識循環鏈接、清潔能源、綠色生產和消費等觀點,對創新文化的理解會更全面。10月26日,國內媒體報道了一條令人振奮的消息,我國唐山製造出世界上第一輛新穎的有軌電車投入商業運行,用的是氫燃料電池,實現了污染物“零排放”和“無網”運行,涉及的化學原理非常簡單。通過這些例子說明,從核心素養要求出發對化學課程內容進行整合,有助於學生理解知識,形成公眾意識,體驗參與制定社會決策的過程,這也反映了學科核心素養教育的重要性和可行性。

(華東師範大學課程與教學研究所研究員王祖浩教授在第15屆上海國際課程論壇作了題為“從科學素養到學科核心素養”的報告,以上為報告全文)

 


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