一、
认识：科学观念的内容与教育价值
《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）提出，科学课程要培养的学生核心素养，包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。科学观念是在理解科学概念、规律、原理基础上形成的对客观事物的总体认识[1]，其内容组成如表1所示。
英国教育家怀特海曾说过这样一句名言：“当一个人把在学校学到的知识忘掉，剩下的就是教育。”在当前信息爆炸的时代，多元的知识来源渠道使得学生的学习趋于零散化、碎片化，如此背景之下，科学教育更应聚焦“剩下的东西”，致力于培育学生的科学观念，给学生提供理解科学知识和科学本质的方法论。所以，在科学教学中落实科学观念的培育，不仅有利于学生对科学学习内容的提炼和概括、归纳与提升，更有助于学生形成对自然界、对人生、对世界的认识和观点。[2]
二、
审视：科学观念在教学中的认识误区
对照新课标对科学观念的培育目标反思课堂教学，可以发现，在当前的科学教学中，一些教师对科学观念的认识存在以下误区。
（一）以“知识灌输”代替“概念建构”
概念建构是学生基于新经验对头脑中已有经验进行改造与重构的过程，这个过程的达成需要各种具象直观或抽象概括的台阶与支架。然而在教学中，一些教师只重视概念的规范表述，倾向于直接灌输概念定义，而后进行记忆强化，轻视概念建构的过程。
（二）以“科学真理”代替“科学本质”
在科学本质（nature of science,NOS）的内涵中，科学知识具有暂时性的特征，科学本身是一种解释自然现象的尝试，不存在绝对唯一的真理。然而在教学中，一些教师倾向于给出绝对化的观点或结论，虽然这些观点或结论可能自洽于初中科学的知识体系，但其对于学生进一步的科学学习有可能产生负面影响。
（三）以“习题训练”代替“科学实践”
科学教学不仅要重视学生对科学观念的深度理解，还要重视这些观念在问题解决过程中的应用。然而在教学中，一些教师将学生对科学概念的落实寄托于大量无序、机械的题海训练，忽视了科学观念在实际问题中的科学实践。
三、
探索：指向核心素养的科学观念培育路径
（一）建构科学概念：在概念认知中形成科学观念
科学概念是科学观念的重要载体，科学观念的形成离不开科学概念的学习。在促进学生科学观念形成的过程中，必须重视概念学习的认知规律，利用认知冲突促进前概念的转变，帮助学生通过概念整合建立完整的科学观念。
1.利用认知冲突，促进概念转变
对于初中学生而言，他们在学习科学概念之前头脑中并非一片空白，而是存在不少能够解释自然现象的前概念，这些前概念可以作为科学观念建构的起点。教师可以通过巧妙设计认知冲突情境，引发学生认识到前概念与科学概念之间的矛盾，从而激发探究兴趣，最终放弃前概念接受新概念，促进概念转变。
【案例】概念转变：力不是维持物体运动的原因
在学习“牛顿第一定律”时，不少学生前概念里认为力是物体运动的原因，物体运动必然受到运动方向上的力。教师可以创设如图1所示的情境：斜面上的小车从静止状态释放，沿斜面下滑。运动的小车并没有受到运动方向上的力，从而引发学生的认知冲突，转变观念认识到力不是维持物体运动的原因，而是改变物体运动状态的原因。
概念转变是思维发展过程中的重要环节，初中学生的思维方式正处于从经验判断到逻辑推理的过渡期。在这个关键时期，以认知冲突为支架的概念教学在促进学生思维能力发展的同时，也让学生逐渐形成问题分析的“方法论”。
2.通过概念整合，建立科学观念
认知学习理论认为，专家型学习者与新手型学习者的认知区别在于专家型学习者的知识是结构化的，概念间存在丰富的联系并具有层次。所以，建立概念间的关联是形成科学观念的重要内容，也是促进知识结构化的重要途径。[3]教师可以对存在互相联系的多个概念进行整合，提取核心概念，帮助学生建立科学观念。
【案例】概念整合：“微粒观”的概念统整和认识升华
“微粒观”是初中科学概念学习中的重要科学观念，其思想渊源可以追溯到“还原论”（Reductionism）哲学观点。“微粒观”在扩散现象、质量守恒定律、气压变化等许多概念中都有体现。教师在进行相关概念的教学时可以从“微粒观”的角度对概念的宏观现象进行解释，揭示其背后统一的微观实质。扩散现象的本质是微粒（分子）的热运动，质量守恒定律的本质是微粒（原子）种类和数量在化学反应前后保持不变，气压变化的实质是气体微粒的状态的改变（图2）。教师将下位概念之间进行联结并与上位观念建立联系，让学生意识到“微粒观”的本质是利用微观粒子解释宏观现象的科学思想，从而实现概念认识的升华。
事实上，概念整合就是将零散的科学概念、规律结构化和体系化，学生通过建构良好的概念体系获得总体上的“认识图景”，初步形成上位观念。
（二）理解科学本质：在科学史学习中内化科学观念
理解科学本质是科学观念培育的重要目标。大量研究表明，在科学教学中渗透科学史教学，有助于还原科学本质，帮助学生内化科学观念，以发展、动态的眼光看待科学，逐步认识到科学范式的革新不仅在于科学知识的更新，更在于科学思想的发展和进步。[4]
1.还原历史背景，完善思维逻辑
教材对概念的组织是精练的，然而学生在学习科学概念时有时会因为概念之间逻辑关系的断裂和缺失感到烦恼。科学史可以帮助学生了解科学思想形成和发展的逻辑轨迹，认识科学概念建立的历史背景和来龙去脉。在教学中，教师可以通过引入科学史，建立概念发展中的联系，完善科学观念的思维逻辑。
【案例】完善逻辑：关于“大气压”的科学史教学
浙教版《科学》教材在介绍“大气压”概念时，先从定性角度介绍马德堡半球实验，以此说明大气压很大，然后从定量角度介绍大气压的大小，1标准大气压大小为760毫米汞柱（图3）。这样的设计虽然符合认知顺序，但是学生在逻辑上却产生了疑惑：为什么大气压大小要用汞柱高度而不用力表示呢？
为了完善思维逻辑，教师可以引入科学史，还原大气压概念建立的历史背景（图4）。学生了解了从亚里士多德提出的“自然厌恶真空”到伽利略的问题思考，到托里拆利实验和帕斯卡的验证，再到最后的马德堡半球实验这一系列大气压概念建立的来龙去脉后，一开始的困惑便烟消云散，对水银气压计的原理也有了更加深刻的认识。
融入科学史的课堂教学让学生置身于科学发现的情境之中，跟随科学家一起经历知识动态生成的过程，体会知识背后的逻辑内涵和科学本质。
2.回顾研究历程，渗透科学思想
科学史教学并非考据式地拿一堆科学发展中的历史事件按时间顺序进行堆叠呈现，而是要挖掘科学史发展过程中引起科学家思想观念变化更替的关键事件，从而影响学生的科学观念。在教学中教师可以借助科学史，在回顾科学家的研究历程中渗透科学思想的演变，对学生的科学观念产生潜移默化的影响。
【案例】思想渗透：关于“地球表面的板块”的科学史教学
“地球表面的板块”一节内容中呈现了一些科学史料。首先是魏格纳观察地图发现大西洋两岸大陆轮廓的对应性，在归纳证据的基础上提出“大陆漂移说”，然后是赫斯和迪茨通过对大洋中脊的研究提出“海底扩张说”，最后是近代科学家在两种假说的基础上提出“板块构造说”（图5）。
在呈现这些科学史料的过程中，教师应注意渗透科学研究的思想方法。魏格纳的研究体现了归纳主义的科学思想。归纳主义的创始人培根认为，科学始于观察，科学研究一般经历“观察—归纳—假说—定律”的过程。而后续科学家的发现却打破了这一研究范式，基于新的证据在原有假说上提出了新的假说，体现了证伪主义的科学思想。证伪主义的创始人波普尔认为，科学源于问题，一切科学理论都是有待证伪的猜想，证伪主义的科学思想对归纳法进行了完善，认为科学研究是一个不断归纳、证伪的迭代过程， 不存在永恒真理。在教学中，教师在史料呈现过程中有意识地抛出关于两种科学思想的观点，引发学生思考，帮助学生理解科学本质，与此同时，学生也意识到“板块构造说”可能也并非最终真理。
科学史中渗透科学思想，可以培养学生批判性思维和创新意识，让学生在体会和比较不同科学思想的过程中逐渐形成自己的科学观念和态度责任。
（三）开展科学实践：在问题解决中应用科学观念
在科学实践中应用科学观念解决科学问题，对加深头脑中的科学观念具有重要的意义。有别于应试教育背景下的机械刷题，科学实践强调对科学知识与原理的深度理解和灵活运用，要求学生能运用同一科学观念对多种不同情境进行科学解释，能应用科学观念解决实际问题，从而促进科学素养的发展。
1.概括多元情境，解释科学现象
在科学教学中教师需要摒弃以习题训练强化概念落实的教学方式，引导学生有意识地应用科学观念进行习题练习，将“训练”转变为“实践”。这就需要教师对各类习题进行精心选择和提炼，概括体现科学观念的各类情境，促使学生应用科学观念完成科学解释。
【案例】科学解释：关于“平衡观”在浮力学习中的应用
学生普遍认为浮力问题难度大，主要原因在于浮力题型种类多、情境复杂，不同题型的推理过程不同，很多学生虽然能看懂解析，但在面对问题时往往无所适从。例如， 浮力分析中常见的密度计（轮船）问题、浮力秤问题、液面升降变化问题等，教师可以对这些题型进行梳理，提炼这类问题思维过程的核心本质“F浮=G”，构建“平衡观”，以“平衡观”统摄多元情境，引导学生主动应用“平衡观”对各类情境进行分析和解释（图6）。
2.开发项目实践，解决实际问题
项目化学习是应用所学科学知识开展科学实践的一种重要途径。在项目化学习中，学生经历聚焦真实问题，设计方案、寻找证据，并进行交流与评价，最终解决问题的实践流程。项目实践不仅能使学生理解书本中的科学概念与原理，形成科学观念，也能有效提升学生的动手能力与创新能力。
【案例】项目实践：体现生命观念的“智慧农场”项目
基于生命观念中的“结构功能观”“物质能量观”等开发“智慧农场”项目，在项目中学生化身为现代农场的农场主，通过智能种植机体验种植的全过程。学生应用科学观念经历“选种育苗”“营养液配制”“光源调节”等任务实践，将科学课程中所学的“植物的一生”“物质的溶解”“植物的根与物质吸收”“光合作用”等知识在真实情境中加以应用（表2）。学生在实践中解决真实问题，从而加深对植物结构与功能的认识，以及对植物生长过程中所需要的物质与能量的理解，最终体验收获的乐趣，在树立正确劳动观念的同时也增进了对现代农业的了解。
立足学科实践开展项目活动是跨学科综合学习的主要方式，学生在实践过程中以更全面的视角认识科学现象，系统思考解决方案，在实际应用的过程中进一步形成了科学观念。
四、
展望：指向核心素养的科学观念研究再思考
在科学教学中，教师对学生科学知识的传授、科学方法的训练、科学精神的传递，最终体现在学生的科学思维习惯和科学探究热情上，而这两者在个体层面很大程度上取决于个人对待科学这门学科、这项事业、这种精神的整体观念。作为科学教师，必须认识到科学教育的意义不仅在于帮助学生积累大量的科学知识与方法，而更在于帮助学生用科学的眼光看待世界、分析问题，经历概念建构的过程，感悟科学本质的真谛，体验科学实践的乐趣。[5]
与此同时，科学教师也必须意识到科学观念的形成绝非一朝一夕之事，需要长期的积淀与准备，科学观念的培育还需要科学思维的支撑、探究实践的驱动和态度责任的涵养。只有全体科学教师树立将科学观念培育付诸教学实践的意识，才能推动新一轮课改的成功实施，促进学生科学核心素养的发展。
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