教学的核心是思维，学习的关键是思考。没有思维和思考，我们的所有的教学都是失败的。 当下这个时代，我们要关注的一个主题词是——“素养”。从十八大之后，我们国家在教育方面颁布了一系列的政策，这些政策实际上是围绕以下三个问题：培养什么人、怎样培养人、谁来培养人。 培养什么人？ 关于“培养什么人”，国家已经有明确的指示，比如说“立德树人”、“五育并举”，但怎样落到教育教学中、怎样实现呢？教育部组织专家研发学生的“核心素养”——“核心素养”才能够真正地和我们的教育教学去结合。 另外一方面就是国际的趋势。 20世纪90年代末，OECD提出来“核心素养”的问题。到2003年、2004年之后，大部分的发达国家和地区都是基于核心素养来推进课程改革的，从这个意义上讲，我理解我们国家的课程改革落后了10年，因为我们是从2014年的12月启动了高中的课程改革，2017年颁布高中课程标准。 这一轮的改革是基于核心素养，所以素养问题是核心问题。 怎样培养人？ 摆在我们面前更核心的问题是：怎样培养人？这是最关键的！ 这就涉及到两个问题：课程和教学。 我今天用“课程”这个词和“课程设计”这个词，因为“课程设计”中一定会有“教学的设计”。 那么素养到底是什么？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。 关于一般的必备品格、关键能力，林崇德教授主持的“核心素养”研究，基本代表了我们国家的观点。 那么，在科学领域，“核心素养”指的是什么？ 我们做过一些研究，最后大概提出来这四个方面。 科学观念及应用，科学思维及创新，科学探究与实践，科学态度与责任。 为什么这么说？因为应用、创新、交流表达、社会责任这四个方面不仅仅是我们国家强调的，也是国际上在人的通用素养中特别强调的：创新、表达、交流，在真实情境中的应用等这样的思想。 1科学观念及应用 为什么这里用“观念”这个词，没有用“概念”这个词？也没有用“知识”这个词？ 说到知识，我们国家应试教育的传统，现在为止还是非常强大的。我们所教的具体的、死记硬背的、事实性的知识太多了……但是知识学了一大堆，不一定有这个观念，不一定真懂科学。所以当国际上在做“素养”的时候，都会用一些相关的词，比如说“会用科学知识”，但我们没有用“知识”这个词。第二，可以用“科学概念”，或者叫“核心概念”。但这里的“概念”和咱们国家所理解的“概念”不是一个“概念”！这个“概念”相当于中国人所理解的“观念”。 我们国家所说的“概念”指的是什么呢？ 概念是一类事物的共同属性和本质特征在大脑中的一些反映，是抽象的。 如果在小学刚开始，你让孩子学概念，是不是太抽象了？所以我们用“观念”这个词，实际上“观念”就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，我认为是我们平时说的科学概念、科学规律、科学原理在大脑中的内化与升华，到时再解决问题的时候，你就不会忘掉了，因为你形成了“观念”。 所以科学的第一个素养就应该是观念。 我认为科学观念是培养学生本质且与科学联系非常重要的素养。 2科学思维及创新 第二个是思维。关于科学核心素养有哪些方面，我们调研了很多科学家，得出来一个结果：所有人的回答里面，排在第一位的是态度责任，排在第二位的就是科学思维。 这个思维方式特别重要，我们国家在科学教育中培养学生，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，当然还有观察方法、实验方法等等。 科学里边有很多的思维方式，这些思维方式也可以代表着一般的思维方式，比如抽象、概括、比较、分类、归纳、演绎，包括重组思维、发散思维、突破定势、直觉思维等等……那么为了和科学领域结合的比较紧一点，我们用了几个方面： 【第一个是模型建构】 模型建构是抽象概括的结果，就是在真实情境里怎样建成一个模型，而这个模型建构我们国家的学生是最差的。 我们国家的学生比较擅长什么呢？给他一个模型，比如说一个支点，在什么地方运动，或者是一个小球做什么运动？这样的模型给他建构了，他代入公式去做，这是我们擅长的。但是真实情境的问题，就不一定会。所以模型建构是非常重要的一个素养。 【第二个素养是科学推理，第三个素养是科学论证】 我们将这两个素养合在一起说，因为论证过程中会用到推理，reasoning是科学推理。现在很多学生，比如我们的博士生、硕士生在写论文的时候，有的连摘要都写不清楚，逻辑和思路不清，它不仅仅和语文有关系。如果科学学好了，有这样的思维，就不会写不清楚，所以推理是很重要的。 论证（argumentation）素养，实际上是批判性思维——有人叫审辨性思维。它最核心的就是基于证据的思维，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。这个素养我们的公民特别缺乏，特别是现在网络的发展，很多人在网上发一些帖子是凭情绪，我觉得我们国家要强盛、要发展，这个素养是非常重要的。 【第四个素养是创新】 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。改革开放40年，大家可以想一想，我们可以想一下，我们真正从0到1的颠覆性的技术有多少？我们原创性的、对自然规律的科学发现有多少？ 所以我们的创新确实有很大的挑战。 但实际上“创新问题”在儿童和青少年时期是非常重要的。我们国家从90年代开始提出的自主创新、提高自主创新力、建设创新型国家，再后来，钱学森提到“创新人才培养”的问题，特别是“科技创新人才培养”的问题……教育部列了很多项目，很多985的高校都有这样的项目。 当时我们申报的重大招标课题——《创新人才的成长规律与培养模式》。我们去教育部答辩的时候，专家问了一个问题：你认为创新人才的培养是基础教育重要还是高等教育重要？我说了一句折中的话，基础教育和高等教育都重要。但是，专家继续问：到底基础教育和高等教育比，哪个更重要？我说：世界上研究创新的人都清楚，基础教育比高等教育更重要。 我在1998年到2001年做了一项研究，结果使我非常震惊。我比较了1000多名中国的儿童、青少年和和英国的1000多名儿童青少年的科学创造力，科学创造有七个方面，我们有六个方面低于英国的学生——非常可怕的是，创造性的技术产品设计能力持续下降，这正好是关键技术需要的能力。 2007年关于技术创造力，我做了五个方面，其中一个方面还是在下降。 在2010年，我负责的一个项目，国务院教育体制改革项目——《减轻学生的课业负担》做了一个调研，从小学到初中学生的课业负担一路攀升，创造性人格持续下降。 最近我们也做了一项研究，我们整个学生的发展素养，八年级的学生整体不如四年级的学生。 素养问题，我们的教育负有非常重要的责任。创新思维是国家对人才的要求，所以无论如何都是非常核心的。 3科学探究与实践 探究是一种教学方式，也是一种学习方式，这是以往的理解。但是2001年开始，课改以后，我们把“探究”做为综合能力，因此探究如果不作为素养是有问题的。 调研中，很多科学家说这个“探究”是啥？他不是很清楚。他知道观察、实验，却不知道探究。 为什么用“实践”？因为我们科学尽管研究规律，但现在的趋势是科学、技术、工程要整合，所以增加了一个实践。所以“实践”既是形成其它素养的基础，同时它本身又是素养。 4科学态度与责任 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：首先包括好奇心、内在的动机；第二，严谨求实的态度、基于证据的态度；第三，质疑、创新的态度；第四，合作分享的态度，四个方面。严谨求实，实际上就是批判性思维的倾向；比如说好奇心的事情、探究兴趣的事情。 如何基于核心素养进行课程设计？ 素养如何培养？最大的资源是课程。 课程如何设计？我画了一个图，这个不仅对科学，对其他的学科都有用。 第一，这里的一、二、三、四，我们在科学里面叫核心概念，在其他的领域可以叫主题，也可以叫任务群。 第二，横向的A、B、C、D，我认为是素养的几个分素养（部分）。 要培养素养的课程设计，第一件事情就要考虑这样一个横向的设计，就是基于大概念的、基于主题的、基于任务群的设计。 第二件事情就是这个纵向的，基于素养的设计。 到底素养是怎么一步一步发展的？这个探索在国内几乎没有。素养怎么系统设计？我想未来的改革一定会有素养的进阶设计。还有一个就是纵横交错的、聚合交叉的设计，这个在科学里面就是STEM活动。它既包括素养的提升，也包括核心概念，基本上这就是我们素养设计的思想。 2017年我们小学的科学课程标准里面，有18个主要概念，有75个学习内容。我想18个主要概念是不是需要精简一点，再压缩一点，更加整合一点。 那么关于学习进阶到底怎么进阶？ 这个我们做过研究。在小学阶段，一二年级、三四年级、五六年级这样的进阶是最符合规律、最合适的，这个是我的观点。 第三个关于STEM的事情，STEM现在很火，但是我们的STEM存在非常大的问题，到底我们STEM教育该怎么设计？ 我想它需要遵循几个要求。 【三适合】 1、适合学生的知识经验 2、适合学生的认知水平 3、适合学生的兴趣特点 【两遵循】 要遵循学习规律；符合学科的逻辑、学科的特点 要按照一二年级、三四年级、五六年级、初中、高中这样做进阶式的设计，每一个具体的活动、跨学科的设计基本上是以项目式的形式出现的，所以基本是工程技术的项目。工程技术的项目，一定要考虑科学与数学的大的观念，一定要考虑思维在里面，一定要和他的年龄及他学的知识相适应。 现在从一二年级就开始学机器人，做游戏是可以的，但作为课程是很有问题的。因为课程必须教基本知识、基本规律。技术与工程的项目是从构思-设计-实现-操作，当然后边还要验证、优化。 现在是怎么做的呢？很多都在操作、实现，因为（STEM）公司把程序已经设计好了，但是构思和设计，学生特别欠缺。 没有这个，我们培养的人只能是什么？匠人。那我们国家的创新是不可能实现的。我们现在就是在培养这样的人，用大量的投入、高科技来培养最低级的操作人员。 所以这里特别需要：科学与数学的核心观念和思维的方法。 第二个产品就是竞赛。产品和竞赛都需要，但是我们不能把目标锁定在这里。必须把目标定位于人的发展——这是课程的设计。课程设计一定要考虑教学。 教学的核心是思维，学习的关键是思考。没有思维和思考，我们的所有的教学都是失败的。 所以教学问题是根本性的问题。 实际上我在我今天的报告里面有两个地方出现思维，一个是素养的思维，一个是这里的思维。素养的思维是个名词，科学思维是个名词，是思维能力；第二个是动词，是思维活动、是思考活动。 我们要培养学生思维能力、培养素养，没有思考活动，无论如何是不行的。基于这个深度的研究，我们提出来这个思想，基于这个思想，提出来一些基本的原理，这是一个系统的理论体系。 强调探究式教学和探究式的学习，这是国际通用的，所以课程标准里说：以探究式学习为主导方式，但不是唯一方式。 到底“探究”是什么？ 原来我们讲科学，就像电视节目一样，我们讲，学生听、记。但这个过程中不一定没好老师，不一定没有好的课。有些老师90年代的课，你们去听，尽管他在讲，学生还真在思考，因为他是有问题要让学生思考。但是现在我们有很活动性的课程，也可能学生并没有思考。 现在大家都会探究，但是探究干嘛？走程序，走流程，这个流程，从提出问题到反思评价是8个步骤，课程标准也写了，流程还是需要的，但是仅有流程是不够的，流程过程中最大的缺失是思维。 我们对科学探究，对探究式学习，从国际上开始提出到现在，做了一个非常系统的梳理，我们做研究的人是需要有证据的，我们需要基于证据发表自己的意见，整个梳理的结果，从赫尔巴特开始，到杜威，到施瓦布，一直到后面的奥斯本，所有人提到探究的时候，他最核心提的还是思维。 所以杜威提出来“五步教学法”，它叫“做中学”，实际上“做中学”，他更关心的是“学中思”。五步，在情景中发现疑难，在疑难中提出问题，比如说制定解决问题的假设等等，在五步里面，实际上就是在“做中学”，在“做中思维”，强调的是思维。 所以现在很多的教学改革，也把建构主义学习理论作为我们的理论依据，好像没有人认为他们的教学方案不是基于建构主义，但其实很多是违背建构主义。 建构主义说要创设良好的教学情境，设置适当的问题情境，引起学生的认知冲突，激发学生的思维，教学的核心是促进学生积极主动的思维。基于存在这样的问题，我们原来强调探究，教学的核心又是思维，学习的核心也是思维，特别是脑科学的发展，给我们提出来，教学本质上是建构人脑，人脑没改变，你的教学都是失败的。 然后我提出来说，只有学会思维，才能学会求知、才能学会做人、才能学会做事、才能学会合作、才能学会创新，离开了思维，什么都不会。 基于我们做了这么多的研究，提出来一个教学思想，实际上国际上科学探究里就暗含：最核心的是思维。 因此在2017年的科学课程标准中，如果是小学科学老师，会发现在探究的底下，暗含了一条叫思维。在所有的课程标准文本写作中，只要提到“做中学”，一定会提“学中思”，只要提到动手，一定提到动脑。而仅凭动手，仅凭“做中学”，是现在我们的科学教学中存在的一个问题，当然，比原来要进了一步，所以我们要再发展，需要再进一步。 因此，我提了一个词叫“思维型的探究”，我认为这是科学教学改革的一个方向。 关于内容的设计最核心的有两点，一是基于核心概念设计课程内容；二是基于学习进阶来安排学段的分布。 
