2022版科学课程标准解读-面向核心素养的科学教育(课件)

面向核心素养的科学教育——2022版科学课程标准解读什么是科学？为什么要学科学？如何学科学？科学教育的目标：学习像科学家一样思考。科学启蒙，奠基未来科学探索

永无止境一二三13个核心概念四五4个跨学科概念六物质科学生命科学地球与宇宙科学技术与工程物质与能量系统与模型稳定与变化结构与功能两大时代背景国际科技发展与科学教育国内科技科普科教发展背景三维课程分析探究实践学科核心概念跨学科概念四大核心素养科学观念科学思维探究实践态度责任10个关键问题科学老师怎么教科学教材怎么用科学课堂怎么学科学教学质量怎么评价不同学段的科学教育如何衔接科学课与其他课程是什么关系科学课与STEM、PBL是什么关系科学课与校外科普活动是什么关系学生如何成为探究实践的主体科学素养如何落地目

录突破中等收入陷阱凸显科技创新对国家前途和命运的重要性。新冠疫情、俄乌战争等黑天鹅、灰犀牛事件，预示着未来的不确定性。

21世纪以来，全球科技创新进入空前密集活跃的时期，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球创新版图、重塑全球经济结构，主要包括：以人工智能、量子信息、移动通信、物联网、区块链为代表的新一代信息技术加速突破应用。以合成生物学、基因编辑、脑科学、再生医学等为代表的生命科学领域孕育新的变革，融合机器人、数字化、新材料的先进制造技术正在加速推进制造业向智能化、服务化、绿色化转型。以清洁高效可持续为目标的能源技术加速发展将引发全球能源变革，空间和海洋技术正在拓展人类生存发展新疆域。国内科技创新科学普及科学教育国际新一轮科技革命面向未来的科学教育：NGSS科学素养：PISA测试重视理工科：STEM一、两大时代背景 科学教育与科技创新同样重要在2016年召开的“科技三会”上，习近平总书记强调：“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。”建设科技创新强国的需要在2018年的两院院士大会上，习近平总书记进一步指出，“当科学家是无数中国孩子的梦想，我们要让科技工作成为富有吸引力的工作、成为孩子们尊崇向往的职业，给孩子们的梦想插上科技的翅膀，让未来祖国的科技天地群英荟萃，让未来科学的浩瀚星空群星闪耀。”科学教育的方法与途径在2020年9月举行的科学家座谈会上，习近平总书记指出，“好奇心是人的天性，对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起，使他们更多了解科学知识，掌握科学方法，形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。”国内：建设科技创新强国对学生科学素养的要求国内：科学教育的成就、问题与挑战学校科学教育的主要进展

：利用优秀科普图书，推广科学阅读。利用优秀科普视频，辅助课堂教学。利用科普科教和研学基地，打造第二课堂。对接科技馆和博物馆，推动馆校结合。以科技竞赛促进科学教育，培养青少年科技创新能力。开展科技节和主题科普活动，促进校园科学文化建设。学校科学课程面临的问题：一、课程的衔接性有待进一步完善二、课程的适切性有待进一步提高三、课程的指导性有待进一步加强四、课程有效实施的支撑不够教材、师资、实验室面临的问题国际科学教育发展现状、原理的基础上形成的•

科对学客观念是在观

事物的理解科学总体认识概念、规律。知识，而国际：科学教育的进展元工程与社会表科学教育发展趋势一、科学课程研究进（一）基于核心概念（二）基于学习进阶二、科学教学研究进（一）重视学生自主（二）强调思维型科（三）关注科学论证三、科学教育质量评•

以NGSS为代表展确定课程内容 1.

大概念、大单确定学段分布 2.

科学、技术、展参与和合作探究 • 以STEM为代学探究 1.

跨学科价研究进展 2.

真实情境学习科学有三个同等重要的维度。分别对应课标对学生核心素养的要求。目的是使学生逐渐加深对科学的理解。探究实践SCIENCE

ANDENGINEERINGPRACTICES二、三维课程分析 学科核心概念DISCIPLINARY

CORE

IDEAS跨学科概念CROSSCUTTING

CONCEPTS科学是一种知识体系，也是一种基于证据的模型和理论建设，不断扩展，完善和修改知识。义务教育科学课程的性质、课程理念与设计思作为义务教育阶段一门重要的基础课程，科学课程具有基础性、实践性和综合性的特点。义务教育科学课程理念与设计思路一、面向全体学生，立足素养发展二、聚焦核心概念，精选课程内容三、合理安排进阶，形成有序结构四、激发学习动机，加强探究实践五、重视综合评价，促进学生发展一、坚持了正确的政治方向，体现了社会主义核心价值观的基本要求二、基于核心概念和学习进阶设计课程，顺应了国际科学课程改革的趋势三、制订了比较科学的课程目标，基本反映了科学课程核心素养四、增加了技术与工程内容，反映了完整科学教育的基本思想学科核心思想，贯穿义务教育并衔接高中最重要的概念，符合以下条件：在多个领域都很重要，或为某一学科的关键概念；为理解更复杂的思想和解决问题提供关键工具；联系生活实际；适应不同年级的教与学，深度和复杂度不断提高。学科核心概念跨学科概念适用于所有科学领域连接不同学科的方式科学家在调查和构建自然界的模型和理论时的行为工程师在设计和构建模型和系统时的工程实践。探究实践

二、三维课程分析 SCIENCE

AND

ENGINEERINGPRACTICESDISCIPLINARY

CORE

IDEASCROSSCUTTING

CONCEPTS科学本质对未知的探索科学知识科学方法适切性：分为低段、中段、高段；低年段以现象为主，高年段以机理为主儿童立场进阶设计幼小衔接小初衔接初高衔接

二、三维课程分析 NATURE

OF

SCIENCESCIENCE

FOR

CHILDREN科学本质的三个维度科学是一套知识体系，包括：事实、定义、概念、理论、规律……科学是一系列的方法和过程，包括：观察、测量、估计、推断、预测、分类、假设、实验、结论……科学是获得知识的途径：科学知识要基于证据（仅有观点是不够的）；科学知识随时间推移而变化（科学知识不是固化不变的）；创新在科学发展中起着重要作用（批判质疑是科学精神的核心）；背景知识会影响科学家看待数据的方式（科学研究存在局限性）；……一、科学观念二、科学思维三、探究实践四、态度责任三、四大核心素养 普及科学知识传播科学思想倡导科学方法弘扬科学精神科学教育科学普及四大核心素养：科学观念科学观念是在理解科学概念、规律、原理的基础上形成的对客观事物的总体认识。包括：科学、技术与工程领域的一些具体观念，如对物质、能量、结构、功能、变化的认识;对科学本质的认识，如对科学知识的可验证性、相对性、暂时性的认识，对人与自然关系的认识，以及对科学、技术、社会、环境之间关系的认识;科学观念在解释自然现象、解决实际问题中的应用。四大核心素养：科学思维科学思维是从科学的视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，主要包括模型建构、推理论证、创新思维等。模型建构体现在:以经验事实为基础,对客观事物进行抽象和概括,进而建构模型;运用模型分析、解释现象和数据,描述系统的结构、关

系及变化过程。推理论证体现在:基于证据与逻辑,运用分析与综

合、比较与分类、归纳与演绎等思维方法,建立证据与解释之间的关

系并提出合理见解。创新思维体现在:从不同角度分析、思考问题,

提出新颖而有价值的观点和解决问题的方法。四大核心素养：探究实践探究实践主要指在了解和探索自然、获得科学知识、解决科学问题,以及技术与工程实践过程中,形成的科学探究能力、技术与工程

实践能力和自主学习能力。科学探究能力体现在:理解科学探究的一

般过程和方法;提出科学问题,并针对科学问题进行合理猜想与假

设;制订计划并搜集证据,分析证据并得出结论;对结果进行解释与

评估;准确表达观点,反思探究过程与结果。技术与工程实践能力体现在:了解技术与工程实践的一般过程和方法,针对实际需要明确问题,提出有创意的方案,并根据科学原理或限制条件进行筛选;实施计划,利用工具和材料进行加工制作;根据实际效果进行修改迭代;用自制的简单装置及实物模型验证或展示某些原理、现象和设想。自主学习能力体现在:自主确定学习目标、选择学习策略、监控学习过

程、反思学习过程与结果四大核心素养：态度责任态度责任是在认识科学本质及规律,理解科学、技术、社会、环

境之间关系的基础上,逐渐形成的科学态度与社会责任。科学态度体现在:保持好奇心和探究热情,乐于探究和实践;有基于证据和逻辑

发表自己见解的意识,严谨求实;不迷信权威,敢于大胆质疑,追求

创新;尊重他人的情感和态度,善于合作,乐于分享。社会责任体现在:珍爱生命,践行科学、健康的生活方式;热爱自然,具有节约资

源、保护环境、推动生态文明建设和可持续发展的责任感;对与科学技术相关的社会热点问题作出正确的价值判断,遵守科学技术应用中的公共规范、法律法规和伦理道德,维护自身和他人的合法权益,捍卫国家利益。取消四大领域的表述提出跨学科概念注重创设真实情境物理、化学、材料等动物、植物、微生物等四、13个核心概念 技术与工程的知识融汇不同学科知识的应用场景真实情境engineering,

technologyandapplicationsofscience.技术与工程DISCIPLINARYCORE

IDEAS the

physicalsciences物质科学the

lifesciences跨学科概念 生命科学the

earth

and

spacesciences地球与宇宙科学地球科学（地质、地理、海洋、大气等）、天文学、航天科技物质科学物质的结构与性质物质具有一定的特性与功能空气与水是重要的物质金属及合金是重要的材料常见的化合物物质由元素组成物质由微观粒子构成常见物质的分类物质的变化与化学反应物质的三态变化物质的溶解和溶液物质变化的特征化学反应遵守质量守恒定律物质的运动与相互作用力是改变物体运动状态的原因电磁相互作用声音与光的传播

13个学科核心概念：物质科学能的转化与能量守恒能的形式、转移与转化能源与可持续发展研究目标：大多数系统或过程在某种程度上依赖于其内部发生的物理和化学子过程，无论是恒星、地球大气层、河流、自行车、人脑还是活细胞。大系统往往具有不能用原子尺度过程来解释的特性；研究方法：要理解一个系统的物理和化学基础，最终必须考虑原子和亚原子尺度上的物质结构，以发现它如何影响该系统更大尺度的结构、性质和功能。类似地，理解任何规模的过程都需要意识到物体之间的作用力、相关的能量传递及其后果。通过这种方式，物理和化学是所有自然和人为现象的基础，尽管其他类型的信息传递，例如遗传密码促进的信息传递或生物体之间的信息传递，对于理解它们的行为也可能至关重要。意义：物质科学学习的首要目标是帮助学生认识到，所有系统和过程中都有因果机制，可以通过一套共同的物理和化学原理来理解。生命科学生命系统的构成层次生物具有区别于非生物的特征地球上存在动物、植物、微生物等不同类型的生物细胞是生物体结构与生命活动的基本单位生物体具有一定的结构层次人体由多个系统组成生态系统由生物与非生物环境共同组成生物体的稳态与调节植物能制造和获取养分来维持自身的生存人和动物通过获取其他生物的养分来维持生存人体通过一定的调节机制保持稳态生物与环境的相互关系生物能适应其生存环境生物与环境相互作用、相互协调,实现生态平衡人的生活习惯影响机体健康人体生命安全与生存环境密切相关13个学科核心概念：生命科学

生命的延续与进化植物通过多种方式进行繁殖不同种类动物具有不同的生殖方式和发育过程人的生命是从受精卵开始的细菌、真菌、病毒具有不同的繁殖方式生物体的遗传信息逐代传递,可发生改变生物的遗传变异和环境因素的共同作用导致了生物的进化研究目标：生命科学专注于生物体的模式、过程和关系。生命是自给自足、自我维持、自我复制和进化的，按照物理世界的规律以及基因编程进行运作研究方法：生命科学家利用观察、实验、假设、测试、模型、理论和技术来探索生命是如何运作的。研究范围：空间上，生命科学研究范围从单分子到生物体和生态系统，再到整个生物圈，也就是地球上所有的生命。时间上，生命科学研究从眨眼到数十亿年的时间尺度上发生的过程。科学思想：生命系统是相互联系、相互作用的。尽管生物对物理环境或地球圈有反应，但它们也在进化过程中从根本上改变了地球。研究意义：生命科学的快速发展有助于为与食品、能源、健康和环境有关的社会问题提供生命科学解决方案。地球与宇宙科学地球系统10.1

天气和气候

10.2

水循环

10.3

岩石和土壤

10.4

地球内部圈层和地壳运动宇宙中的地球9.1

地球是一颗行星

9.2

地球绕地轴自转

9.3地球围绕太阳公转

9.4

月球是地球的卫星

9.5地球所处的宇宙环境

9.6

太空探索拓展了人类对宇宙的认知

13个学科核心概念：地球与宇宙科学

研究目标：研究在地球上运行的过程，并探讨其在太阳系和银河系中的位置，涉及的现象范围从难以想象的大到看不见的小。研究方法：与其他学科有共通之处，但也包括一系列独特的方法。物质科学（如力、能量、引力、磁学）的研究部分是为了了解地球、太阳和月球的大小、年龄、结构、组成和行为；物理和化学后来成为独立的学科。生命科学同样部分植根于地球科学，因为地球唯一有生命活动的行星，而在岩石地质记录中发现的化石生命科学家和地球科学家都感兴趣。大部分研究本质上是跨学科的，属于天体物理学、地球物理学、地球化学和地球生物学的范畴。然而地质学的基础，包括岩石的识别、分析和绘图仍然是本领域的基石。意义：地球由一系列相关系统组成：大气圈、水圈、地圈和生物圈。这些系统有不同的能量来源，它们内部和之间的物质循环以多种方式和不同的时间尺度进行。一个系统某个部分的微小变化可能会在其他系统的某个部分产生巨大而突然的后果，或者根本没有影响。因此，理解导致地球随时间变化的不同过程（从某种意义上说，它是如何“工作的”）需要了解多个系统的相关性和反馈。此外，地球是一个更广泛的系统——太阳系——的一部分，太阳系本身是宇宙中众多星系之一的一小部分。人类活动与环境11.1

自然资源

11.2

自然灾害

11.3

人类活动对环境的影响工程设计与物化工程需要定义和界定工程的关键是设计工程是设计方案物化的结果活物质科学技

术、

工

程

与

社会技术与工程创造了人造物,技术的核心是发明,工

程的核心是建造技术与工程改变了人们的生产和生科学、技术、工程相互影响与促进13个学科核心概念：物质科学

目标：学生应该学习如何获得科学知识，以及如何发展科学解释。学生应该学习如何利用科学，尤其是通过工程设计，理解工程、技术和科学应用之间的区别和关系。方法：在课堂上使用工程实践帮助学生获取和应用科学知识，理解工程实践。设计是工程的核心实践；工程师不仅设计新技术，有时还制造、操作、检查和维护新技术。从学习角度来看，应用科学知识的最大潜力在于设计的迭代周期。意义：科学教育如果主要关注科学活动的具体成果，即科学事实，而不了解这些事实是如何建立的，或者忽视科学在世界上的许多重要应用，都是对科学的歪曲，并将工程的重要性边缘化。物质与能量系统与模型五、4个跨学科概念 CROSSCUTTING

CONCEPTS结构与功能稳定与变化跨学科概念跨越学科界线的概念，选择这些横切概念是因为它们有助于在科学和工程中为学生提供一个框架，将不同学科的知识连接成一个连贯的、基于科学的世界观。跨学科概念是理解科学和工程的基础，但学生通常在没有任何明确教学支持的情况下构建此类知识。因此，将它们作为框架的第二维度加以强调，目的是提升它们在制定标准、课程、教学和评估中的作用。跨学科概念跨学科和年级。明确提及这些概念，以及它们在多个学科背景下的出现，可以帮助学生对科学和工程有一个累积的、连贯的、可用的理解。在科学方面，学生在任何特定年级处理这些概念和相关主题的能力，取决于他们之前的经验和指导。基于跨学科概念学习和教学的研究有限，因此需要进一步实证研究。跨学科概念5.物质和能量：流动、循环和守恒。追踪能量和物质流入、流出和在系统内的流动，有助于了解系统的可能性和局限性。子结构决定了其许多特性和功能。7.稳定与变革。对于自然系统和人工系统来说，稳定性条件和系统变化率或进化率的决定因素都是研究的关键要素。1.模式。观察到的形式和事件模式，指导组织和分类，并引发相关性和影响因素分析。2.因果：机制和解释。事件有其原因，有时是简单的，有时是多方面的。科学的一项主要活动是调查和解释因果关系及其调节机制，

6.结构和功能。物体或生物的形状及其在给定环境中进行测试，并用于在新的环境中预测和解释事件。3.规模、比例和数量。在考虑现象时，关键是要认识到在大小、时间和能量的不同度量中的相关因素，并认识到规模、比例或数量的变化如何影响系统的结构或性能。4.系统和系统模型。定义研究中的系统，明确其边界，明确该系统的模型，为理解和测试适用于整个科学和工程思想提供工具。对策与方案？六、10个关键问题 1. 科学老师怎么教2. 科学教材怎么用3. 科学课堂怎么学4. 科学教学质量怎么评价5. 不同学段的科学教育如何衔接6. 科学课与其他课程是什么关系7. 科学课与STEM、PBL是什么关系8. 科学课与校外科普活动是什么关系9. 学生如何成为探究实践的主体10. 科学素养如何落地认识科学的本质科学是舶来品，发源于古希腊。科学是在与宗教和神学的战斗中逐渐胜出，传遍欧洲。1930年，以发现冥王星为标志，世界科学中心逐渐从欧洲转移到美国1919年的五四运动，科学——赛先生进入中国。文化入侵：传教士—>利玛窦—>徐光启—>屠呦呦…，结论：科学有用军事入侵：鸦片战争—>八国联军—>抗日战争—>两弹一星…，结论：科学救国什么是科学古代传统文化与科学是不兼容的，有时候是矛盾冲突的古代传统文化一方面重视个人修炼，逐渐走向虚无缥缈的玄学；另一方面重视以实用主义为导向的技术发明。中国缺少科学的文化基础，批判、质疑、求证、独立思考赛先生进入中国一百年，我们才开始全民学科学已经晚了，但还不迟……什么是科学科学是以兴趣为导向，以探索未知为目的的创造性活动。科学的本质是求真，在认识世界的过程中逐渐逼近真理，但可能永远无法抵达真理。科学的关键是证据，科学上不应该有权威，也不可能有权威，权威是阻碍科学创新的。科学不等于正确科学是可以被推翻的真理为什么要学科学科学是理性的，科学对人生发展的作用：理性思考人生，提升个人价值。科学是需要证据的，科学对社会发展的作用：减少伪科学、反人类活动，社会秩序平和。科学是批判的，科学对经济发展的贡献：不断否定，追求进步，促进经济、文化、科技、教育等各领域持续改善和提升。科学是探索性的，科学对人类未来的价值：探索未知领域和未知世界，扩充认知边界，促进能力提升，延续人类未来。只有懂得足够多，才能认识到自己的无知；只有站得足够高，才能知道什么是重要的；只有看得足够远，才能体会到人类的渺小。科学教育的目标经济：投资增加，GDP增长。但一定阶段后，导致瓶颈、滞涨。科研：经费投入增加，科研产出增加。一定阶段后增长效应减弱。必须厚植基础，培育创新土壤，才有枝繁叶茂。何谓创新：与众不同。全民（决策者、企业家、父母、中小学教师）：热爱科学，把科学融入生活方式（饮食起居、电视、博物馆）。为什么要学科学科学的兴趣随着年龄逐渐递减，特别需要从小培养对科学的兴趣。科学是反直觉的，因此需要从小启蒙，反复训练，形成科学思维和科学方法。不要觉得中国现在的科技发展还不错，就觉得我们的科学教育还不错。中国对现代科学知识库的贡献还很小，我们是在西方构建的科学基础上发展起来的。为什么要学科学科学教育的现状懂教育的不懂科学，懂科学的不懂教育。学校老师：懂教育，但不懂科学，不会上科学课。科普队伍：懂点科学，但进不了校园。中小学生：不好玩，不用考试，不重视科学课。科研队伍：懂科学，但不懂教育。10种核心思维能力科学进校园教育科普科研科学教育不仅是为了培养未来科学家和工程师，更是奠定科技创新的大众基础。科学教育的现状科学语文数学中国的科学素养还很低。科学课应该成为与语文、数学并列的主课。科学教育太重要了，应该成为与数学和语文并列的主课。2017年，中小学首次全面开设科学课，科学教育的春天来了。现代教育的短板知识教育情感教育健康教育规则教育安全教育科学教育由于学校科学教育的长期落后，导致现在社会化科普来补课。健康与幸福：情感教育、健康教育、安全教育、规则教育如何应对冲突，如何团队合作。如何锻炼身体，如何平衡膳食。如何避免危险，如何保证安全。科学教材现状现状：知识碎片化，缺少体系和逻辑联系，忽视科学方法的训练和科学精神的培养。原因：缺少懂教育、懂科学的科学教育家。科学教育家，首先应该是科学家。中国需要既懂科学、又懂教育的科学教育家。科学教育怎么做教师教材o

校外机构o

社会资源科学家参与科学教育的作用科学课教的是科学，科学家不能缺位，不该缺位。感谢教科社把科学家团队引入科学教材编写，与教研团队联合工作，特别感谢郁波主编的开放和包容。科学家的参与科学家：霍金，影响力遍布全球，持续数十年，微博一天吸粉300万，卡尔萨根（宇宙）：几十种语言，十亿人收看；我们还没有涌现这样的科学家。科幻片：星际穿越、火星救援，一周票房5500万美元，风靡全球，

我们还没有这样的科幻片。科普节目：Discoversy探索频道，国家地理，科普脱口秀。科普作品：《时间简史》，五千万册；《暗淡蓝点》。科学课教什么2016年5月30日，习近平总书记在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协的第九次全国代表大会——科技三会上强调：科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼，要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置，普及科学知识、弘扬科学精神、传播科学思想、倡导科学方法，在全社会推动形成讲科学、爱科学、学科学、用科学的良好氛围，使蕴藏在亿万人民中间的创新智慧充分释放、创新力量充分涌流。科学教育的内涵普及科学知识弘扬科学精神传播科学思想倡导科学方法科学教育的目的讲科学爱科学学科学用科学科学是人的基本素养，文学、艺术、科学，都属于基本素养。像科学家一样思考提出问题，但问题哪里来：来自生活和观察。o总结资料，如何收集信息：文献资料的归纳总结。

作出假设：基于已有知识的合理假设。

o开展实验：验证假设的充分性。观察和记录结果：测量、重复、分析、比较。分享结果：同行评价，接受质疑。法无定法，创新没有固定的路径可循。像科学家一样工作o 野外考察，实地采样：观察、记录、描述实验