科學教育如何更上層樓 加強和改進科學教育的方式

日前，教育部、中國科學院舉行會商會議，研討深化科學教育有關工作。加強和改進科學教育對于進一步提升青少年科學素養、培養科技創新后備人才具有極為重要的意義。當前中小學科學教育還存在哪些不足?如何充分利用好各方面資源開展科學教育?如何改革現有課程體系和教學方式，使之更有利于提高學生科學素養?課程周刊擬連續兩期約請專家和一線教育工作者從理論與實踐兩個視角深入探討這一話題。

近日，教育部和中國科學院專門就科學教育進行會商，提出將合作加快建設高質量科學教育體系。部院合作在科學教育上發力，必將大大提高我國科學教育水平，培養更多更優秀的創新人才。作為一名中學校長，我熱切期待借這次合作東風，解決我國中小學在科學教育上存在的一些問題，補齊教育體系中的這塊短板，充分發揮科學教育在人才培養中的作用，讓更多的青少年崇尚科學精神、樹立科學思維、掌握科學方法，成為未來獻身科技事業的創新人才。

中小學科學教育存在什么問題

國家高度重視科學教育，在中小學普遍開設數學、物理、化學和生物的基礎上，近年來又陸續增加了科學和信息技術等課程。應該說，基礎教育階段科學類課程的學習為我國人才培養打下了堅實的基礎。但是，2021年初，中國科學技術協會公布的第11次中國公民科學素質抽樣調查數據顯示，2020年我國公民具備科學素質的比例達10.56%，雖然比2015年的6.20%提高了4.36個百分點，但仍明顯落后于西方發達國家。究其原因，中小學科學教育弱化，還有一些與時代要求不相適應之處，主要表現在五個方面。

一是存在重知識輕能力現象。我們習慣于把“科學教育”當成一個獨立的學科來對待，把傳授知識放在第一位，重在闡明“是什么”，過于強調知識的系統性、完整性和邏輯性，而不重視讓學生體驗知識的產生過程，不重視引導他們發現和創造新知識，更談不上學生科學精神、科學思維和科學方法的培養。

二是學生的想象力和好奇心受到抑制。中小學生的好奇心濃、探究欲強，總喜歡問“為什么”，但大多數教師還是以知識為中心，采用傳統講授方式，采取啟發式教學的不多;學生的學習方式主要還是背誦、記憶、做題。這樣的教與學，難以激發學生科學探究的熱情。

三是掌握科學教育方法的師資不足。當前站在講臺上的教師，他們中不少人自己在成長和受教育的過程中，沒有接受過系統的科學教育，沒有掌握相應的教學方法，不會在學科教學中滲透科學教育，不擅長培養學生科學精神、科學思維和讓他們掌握科學方法。

四是設施條件成為制約因素。開展科學教育，需要具備一定的物質條件，配備相應的硬件設施。目前有些中學的實驗室條件比較差，很多物理和化學實驗學生沒法動手做，只是通過視頻或者觀看教師演示，甚至只能在腦子中想象，這對于激發學生探究熱情、培養動手實踐能力是很不利的。

五是評價導向不利于開展科學教育。現在的評價更關注學科知識學得是否扎實，對創新精神、科學素養和能力培養關注得少，也缺乏科學的評價手段。如果在中高考選拔中、在對學校進行評價時，科學教育無法得到體現和重視，最后的結果就是學生不愿意學，學校也不愿意搞。

科學教育如何通向科學素養

通過科學教育提升學生的科學素養，要在兩個問題上澄清認識。

一是要正確認識科學教育和學科教育的關系。學科教育的主要目的是傳授學科知識，學科教育是科學教育的重要基礎，但是學科教育做得好，不一定就能培養出科學精神和科學思維，不一定能提升學生的科學素養。當下的學科教育是以知識為中心建構的，注重通過學科知識的學習培養學科核心素養。而科學教育不是一門獨立的學科，它是跨學科的。教師在學科教學中，一定要有“借題發揮”的意識，善于發掘能夠體現和培養科學精神、科學思維、科學方法的知識點，通過本學科的教學做好科學教育，這非常考驗教師的教學能力和智慧。

現在很多人一提到培養拔尖創新人才、提升學生科學素養，就想到搞學科競賽。其實學科競賽本質上是一種更難、更深的學科教育，和科學教育絕對不能畫等號。學科競賽是小眾化的，對大多數學生而言并不適合，而我們提倡的科學素養是人人都應該具備的。有的學生因為參加學科競賽而過早地把自己限制在某門學科的專業學習領域，整體的科學素養反而下降了，這不是個好事情。

二是要正確理解科學教育的目標。科學教育的目標不是學習多少具體的知識，而是培養科學精神、科學思維、科學方法和科學探究能力。科學精神最主要的是求實精神和創新精神，不求實就不是科學，不創新科學就無法發展。應該說，科學教育沒有專門的內容，任何一門學科的內容都可以成為科學教育的載體。如果說科學精神、科學思維、科學方法是“經”，那么學科知識就是“緯”，只有“經緯交織”才能達成科學教育的目的。科學教育就是能夠培養出來這些能力素養的教學內容和方式的總和。

加強和改進科學教育的方式

加強和改進科學教育，包括兩個方面：所謂加強，就是要更加重視，應該有而缺失的東西，我們要花功夫下力氣建構起來;所謂改進，是說我們教育實踐中有些做法偏離了科學教育的正確軌道，應該進行糾偏、改正。

具體而言，我提出五點建議。

第一，要從教育哲學的高度，讓每一名教師認識到科學教育的重要意義。科學素養是一個人綜合素養的重要組成部分，提升科學素養是建設高質量人才培養體系的必然要求。教師要從育人理念的頂層邏輯出發，找準科學教育的目標定位。現行的課標、教材里并沒有明確細致地說明某門學科該如何培養學生的科學素養。教師在進行學科教學時，頭腦里要有提升學生科學素養這根弦，把教材整體梳理一遍，尋找學科知識點與科學教育的結合點，看整個教育教學過程中哪些地方可有機融合，這樣就能改變有科學知識而缺科學教育的狀況，科學教育的短板就會補長。這和“課程思政”的理念及教學方式有異曲同工之妙。

第二，在教師培養方面要加入科學教育相關內容。現在的教師，學歷層次普遍提高，很多中小學教師擁有碩士、博士學位，但是學歷高不等于科學素養就高，更不等于開展科學教育的能力水平高。教師個人對科學精神、科學思維、科學方法的認識和掌握，既需要在職前培養中夯實基礎，掌握科學教育的基本規范，也需要在職后加強相關培訓，在教學實踐中一邊學習，一邊反思和提升。

第三，學校要開設跨學科的綜合課程(如STEAM課程)，倡導開展項目式學習。綜合課程是以思維和方法為中心、以綜合運用多學科知識為手段、以解決實際問題為目標導向的課程。開設綜合課程不是為了學習某一領域的新知識，而是要在多學科融合中培養學生的科學精神，讓他們樹立科學思維，掌握科學方法。項目式學習(PBL)方式包括提出問題、規劃方案、解決問題、評價和反思等中心環節，強調團隊合作和自主探究，對于提升學生科學思維水平很有幫助。在科學教育中，培養科學思維、科學精神，掌握科學方法，都要以培養科學興趣為基礎和前提。科學興趣怎么來?就需要通過項目式學習，研究性、探究性的學習和豐富的科學實踐活動，把學生的興趣激發、調動起來。

第四，推動科教融合，充分利用好科學界的資源。科研院所的科研人員、科研平臺是中小學開展科學教育可資利用的寶貴資源。利用的方式多種多樣：中小學可邀請科學家到學校舉辦講座、現身說法，請科學家來學校，目的并不是讓他通過一兩個小時的時間教學生掌握某種科學方法，而是請科學家用通俗的語言講解一些特別奇妙的科學現象，也可以講他在追求科學真理過程中發生的一些特別動人的故事，讓科學家激發學生的興趣，點燃學生科學探索的激情;中小學可以讓學生走進科技館或相關科研機構，學生可以利用科研機構相關設施條件，在專業科研人員指導下，開展某些科學探究活動，體驗科學研究的過程;可以通過線上線下多種方式(如“天宮課堂”)開展科普宣傳，向學生傳遞知識、激發興趣，同時將科學精神、科學思維、科學方法等融入其中。

第五，開展豐富多彩的科技探究活動和社團活動。科學教育的舞臺不應局限于教室，豐富多彩的校園科技活動和綜合實踐活動，對于激發學生科學興趣和熱情有著獨特的作用。科技社團活動可以根據活動小組學生的實際特點、探究能力水平及個性特征設計和選擇活動內容。學校應大力支持學生科技社團開展活動，比如清華附中就有“爬蟲社”等多個科技社團，學校投資建設了創客空間、高研實驗室，盡可能為學生開展課題研究和科技探索活動創造條件并提供支持，讓學生自主參與、自主探索，在活動過程中開闊視野，提高創新意識，掌握科學的思維方法。

(作者系清華大學附屬中學校長、清華大學教育研究院基礎教育研究所所長)

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