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学校改革的核心环节是课程改革，课程改革的核心环节是课堂改革，钟启泉教授说：“如果说，我国十余年来的‘ 新课程改革’主要侧重于‘自上而下’ 的顶层设计与思想发动，那么，新的十年的‘新课程改革’ 将会侧重于‘自下而上’ 的基层学校的课堂创造。这种课堂创造其实依托的就是学生核心素养的培养。
核心素养描绘的是新时代新型人才的形象，所谓“核心素养”，我国界定的是，“学生在接受相应学段的教育过程中逐步形成起来的适应个人终身发展与社会发展的人格品质与关键能力”。“核心素养”的核心既不是单纯的知识技能，也不是单纯的兴趣、动机、态度，而在于重视运用知识技能、解决现实课题所必须的思考力、判断力与表达力及其人格品性。这意味着，要求学生能够运用各门学科的内容进行思考、判断，并且需要通过记录、概括、说明、论述、讨论之类的语言性活动来进行评价。学校课程与学科教学指向学会思考的“协同”、“沟通”、“表现”的活动，而不再仅仅局限于“读、写、算”技能的训练。所以，钟教授认为：核心素养是课程发展的DNA。
“核心素养”不是直接由教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来的。这就要求我们的课程设计是符合学生真实生活情境的，而不是与现实生活割裂的，破碎的片段化教学。多年来我们大多满足于“课时主义”，并不理会“单元设计”。然而在“核心素养—课程标准—单元设计—学习评价”这一环环相扣的教师教育活动的基本链环中，单元设计处于关键的地位。倘若离开了“单元”这个课程设计与教学实施的基础单位，可能产生的第一个恶果是，那些开发出来的所谓“课程”不过是一堆垃圾而已，因为构成学科的基础单位就是“单元”。离开了单元设计的课时计划归根结底不过是聚焦碎片化的“知识点”教学而已。因为教学的“三维目标”往往是跨课时乃至跨学期、学年的，不可能在一节课时里面得到实现。在科学学科大热的STEM教育中，知识的这种连贯性与发散性也是提出需要重点关注的。
科学学习强调探究，这不是简单的问答与讨论，而是一种互动的过程。教学倘若仅仅局限于教师主导的讲授，或者仅仅列举有助于理解抽象性知识、技能的具体例子，是不可能形成真正有意义的科学教学的。在知识的建构过程中最重要的是让学习者自身经验到假设生成的过程。一般而言，有意义的研究主题往往并不局限于一个正解，这就要求儿童在问题解决过程中，一方面思考运用什么知识才有效，并且收集必要的解决问题信息，另方面，面对复杂的问题情境展开扎扎实实的思考与研究。运用众多已掌握的知识技能，确立若干子目标，逻辑地展开问题解决的过程。
所以，真正的科学教学的过程意味着为儿童提供丰富的挑战研究的机会。挑战“运用水平”的思维过程就是挑战“无定解问题”的过程。
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