深瞳工作室出品
科技日报记者 胡定坤 于紫月 策划 房琳琳
9月新学期伊始，全国各地中小学科学教育也开启了新的篇章。有的学校把科学教育作为“开学第一课”，将机器人、航空航天、军事兵器等科技元素融入课堂；有的学校将教室搬到校外，实地参观科研机构、科技企业实验室，感受高新科技魅力；北京、天津、杭州、西安等地中小学则正式拉开人工智能通识课程教育的序幕，让科学教育跟得上产业变革的步伐。
2023年2月21日，习近平总书记在二十届中央政治局第三次集体学习时指出，要在教育“双减”中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。
此后，教育部等十八个部门联合发布《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，不少地方政府也先后出台了相关规划。
日前，科技日报记者深入采访多位专家和一线教师，探究如何进一步做好科学教育这道“加法题”。专家们普遍认为，近年来，我国科学教育质量取得显著提高，但在课程教学、课标制定、人才培养等方面，仍有一些短板亟待解决。
课程谁来教、怎么教困扰教学
科学课程教学中的问题集中体现在谁来教、怎么教两个方面。
谁在教？答案当然是教师，但我国科学教师队伍却面临着数量和质量的双重挑战。
“事实上，师资问题是我国中小学在落实科学教育的工作中面临的最重要、也是最难的问题之一。”北京交通大学物理科学与工程学院副教授、全国科普工作优秀工作者陈征认为，现在各地中小学的实验室、实验器材等基础硬件条件总体上是具备的。但没有足额、具备专业能力的师资队伍，就难以用好实验器材，运行好实验室了。
数量上，据统计，2022年，我国小学科学专任教师仅24万人，校均1.61人，数量严重不足。而根据2023年发布的一项调查，我国小学科学教师中超过70%为兼职。
质量上，根据北京大学科学教育研究基地于2023年2至8月份开展的“全国中小学科学教育教师问卷调查”，我国仅约40%的小学科学学科教师拥有自然科学专业背景，且学历偏低。本科以下学历者占比接近30%，研究生学历教师占比不足2%，而发达国家普遍要求科学教师具备本科甚至硕士以上学历。
该调查还发现，科研是教师的能力短板。相当比例的科学教师并不善于应用实验思维进行变量控制，缺乏对科学研究的切身体验与钻研。
“教师是科学教育的实施者，教师科学素养不足，必然严重影响科学教育质量与效果。”深圳科学技术馆馆长、义务教育科学课程标准修订组成员郑永春说。
“科学课要从照本宣科地灌输知识转向科学素质、科学思想方法和实践创新能力培养。”陈征建议，可以在教师职前、职中的培训中，支持其参与真实的科研活动。哪怕是从零开始设计和制作一个教学实验或装置，都能够提升教师的科学思想方法和实践能力，进而使其在教学中能够正确引导学生认识科学、了解科学并正确开展实践探索活动。
至于课堂教学怎么教，国家有关部门制定的科学课程标准已经给出了答案，但做起来仍有不少漏洞。
接受科技日报记者采访时，中国科普研究所科学素质研究室副主任李秀菊介绍，去年其团队在全国调研了100多所农村地区的中小学，基本覆盖了除港澳台以外的所有省级地区。
“国家特别重视科学教育中的实验教学，但是在一些地区和学校，实验教学仍然落实得不好，有些学校甚至连实验室钥匙在哪都无人知晓。个别学校没有按照课标完成教学，为了应对考试要求，在‘黑板上做实验’的情况屡见不鲜。”李秀菊说。
一线教师对课标的重要性也深有体会。石景山电厂路小学教师李梦已有十余年的科学课教学经验，她深刻感受到2022年公布《义务教育科学课程标准》相比此前变化明显，“新课标”更强调以科学素养培养为导向，“把握不好就跟不上形势”。
“一线教师要将教学与课标对标，要学会用课标来指导教学。”李梦认为，课标明确了科学概念在不同年级需要落实的程度，这既是备课的标准，也是考核的标准。现在是信息过剩时代，教师能选择的教学资料非常多。哪些资料适合这节课，需要根据课标要求来取舍。
“就像吃完三餐才能吃零食。”李秀菊表示，科学教育的主渠道是科学课堂，要抓好主体责任。现在，是需要强调扎扎实实地按照课标执行好课堂教学的时候了。在落实好科学课堂教学的基础上，再去研究开发了多少校本选修课，带学生参加多少科学活动。
课标科技感、整体感有待提升
提升课标的科技感，是指科技界、科学家要在科学教育课标制定中扮演更重要的角色。
“我国科技界在科学教育课标制定、教材编写、教学实践中的参与度还很有限，科技界和教育界的考核评价导向很不一样，人员流动存在障碍，离科技、教育、人才一体化的要求还有相当大的差距。”郑永春认为，科学教育需要科学家和教育家的合作，目标是提高学生的科学素养和创新创造能力，教什么应该由科学家主导，怎么教则应由教育家主导。
陈征对郑永春的观点表示基本认同。他认为，在科学教育的内容设计和课标制定中，科学家要扮演三个方面的角色：
一是提供准确的学科知识体系和逻辑框架。科学家可以发挥自身对本领域的知识积累、概念理解以及整体逻辑框架把握等方面的优势，为课标制定和教学内容设计提供更准确的素材。二是提供真实的学科研究范式和思想方法。研究范式和科学思想方法应是未来科学教育的核心内容。作为研究范式、思想方法的创造者和使用者，科学家可以为课标制定和教学内容设计提供支持。三是坚守科学精神和科学家精神，避免不当表述。如承认重要科学家的功绩，无需为其冠以“某领域之父、之母”之名，这不符合科学发展的客观事实。科学家基于对本领域发展脉络的深入了解，可以有效避免类似的问题。
“当前我国科学家在科学教育课标、教材编写中应该发挥更大的作用，但这不意味着全部交给科学家。”陈征补充道，科学家毕竟远离中小学教学一线，对中小学生的基础学情、认知水平等把握不准确，在教学法方面的理论知识和实践经验也相对较少。我们期望的是科学家和教育家在共同的目标下，相互信任、相互理解、积极交流、深入合作。如果将科学教育比喻成烹饪，简单理解就是科学家负责提供食材，教育家负责具体怎么炒菜。
记者调研发现，某发达国家为制定K-12（即从幼儿园到高中）科学教育课程标准，其相关机构曾成立一个由18位专家组成的委员会，其中有包括两名诺贝尔奖获得者在内的多位顶尖科学家、认知专家、科学教育标准和政策专家。该标准在发布前还向多个科学家组织征求意见。
提升课标的整体感，则是要通盘考虑从幼儿园、小学到初中、高中的科学教育整体性、进阶性问题。
“我国2022年发布的《义务教育科学课程标准》没有对K-12教育进行整体设计，进阶性不明显。”郑永春认为，从幼儿园到高中的科学教育应该形成整体、统一规划，其中幼儿园和小学主要是科学启蒙，初中的科学教育要鼓励开展科学探索，高中则要培养科学发现的能力。从国际上看，部分发达国家已实现了从幼儿园到高中的科学教育整体设计，这对我们有一定参考价值。
加强教学型、研究型人才培养
根据“掌上高考”网站7月12日消息，我国共有68所高校开设科学教育专业，其中绝大多数为师范类院校。
早在2022年，中国科学院周忠和院士就建议要破除体制机制障碍，大幅扩充专职科学教师队伍。如吸纳一批非师范类理工科毕业生，经过培训和资格认证加入科学教师队伍，同时在理工科院校开设科学教育专业，扩大科学教师的来源。
2023年3月，清华大学附属中学原校长王殿军也撰文称，教师培养需要一个长期的过程，要比较快速地解决目前科学教师短缺的问题，必须专门招聘一些新教师、遴选有相关学科背景的教师进行专门培训。可鼓励非师范类院校通过开设教师教育方面的辅修学位、第二学位等方式，参与到科学教师的培养中来。
“单独开设科学教育专业能够突出科学教育的重要性，在科学教师的招录、评价和队伍稳定性等方面能够起到积极作用。但从学科设置的角度，对通过开设科学教育专业培养一线科学教师，我个人存在一定的疑虑。”陈征表示，中小学的科学教育涉及生命科学、地球与宇宙科学、工程与技术等诸多学科，如果按照传统的专业建设思路，这个专业的培养计划总不能把涉及学科的课程都放进来吧？
陈征认为，特别具体的专业其实不太重要，因为理工科专业的底层科学思想方法是相通的。在当前理工科学科的基础上，补充适当的教育学、心理学、教学法等课程；或者可以直接面向理工科专业毕业生招募，通过职前培训的方式补充教学方面的理论和实践训练，都可以满足科学教师培养的需要。师范教育科学探究训练普遍不足的问题也应引起注意，很难想象，一个从未探索过如何从零开始解决问题的科学教师，能够教会学生怎样探索和解决问题。
“总之，我们的科学教育要归到思想和方法上，因为我们要培养的是掌握科学思想、科学方法的人。”陈征说。
李梦的本科专业是“工业工程”，后来考了教师资格证成为一名科学教师。“理工科思维使我在教学中更重视逻辑思维、更注重科学的严谨性和准确性、更强调用证据说话、更容易接受新的前沿科技。我认为这对于培养孩子的科学思维是有优势的。”李梦切身体会到理工科背景对自己从事科学教育的益处。
搞一线教学的人才很重要，搞专业研究的人才同样重要。
2024年6月，时任北京师范大学科研院常务副院长徐洪撰文表示，欧美一些国家能够有效推进科学教育改革并取得一定成效，与其拥有长期稳定的科学教育研究资助体系、专业化科学教育研究团队，以及坚持循证导向的研究与实践探索密不可分。当前我国的科学教育研究资助还处于起步阶段，各方面资源投入有限，难以形成长久的团队合作关系，这为有效支撑我国科学教育改革实践带来了实际困难。
李秀菊表示，大量开展高质量的科学教育研究是科学制定课标、编写高水平教材的基础，这需要充足的研究队伍。而我国科学教育研究人才非常缺乏。
“我们应该通过支持科学教育领域的实证研究项目培养一批专业人才。”李秀菊解释说，科学教育研究要能更多地指导实践。我们要开展实证研究和教学实验，扎扎实实地研究课堂教学，研究中国孩子应该学习哪些科学概念，哪些概念在哪个年龄段应该掌握到什么程度，要让中国孩子在最合适的阶段学习最合适的内容。
“在未来的课标修订、教材编写中，我们需要看到更多的、来自中国的实证研究依据。”李秀菊说。
【记者手记】
科学教育内容供给还需更丰富
科技日报记者 胡定坤
科学教育内容不仅在课标或者教材内。
当孩子仰望夜空，指着星星问是什么，亦或是阅读绘本，问外星人在哪里？相信很多父母或老师都会一时语塞，无论是在网上或者是在书里，都很难找到适合孩子的答案。
闫正州、李静夫妇，都是西华师范大学天文系教师，他们的做法比较“硬核”。2016年，正在上幼儿园大班的女儿和她的不少同学都表现出对星星和外星人的强烈求知欲，然而幼儿园教师却无法解答孩子们天马行空的问题。于是，他们借鉴美国宇航局、欧洲南方天文台等一流机构的优秀案例，专门制作了一套面向幼儿的天文科学课程。
命运的齿轮开始转动。一次偶然的机会，闫正洲夫妇与四川天府新区第八中学校长张珩开始了天文科学教育的校内探索。该校在小学部一二年级开设《科学·天文》必修课，并委托给西华师大天文学团队设计开发，指导课程实施。后来，中国科学院武向平院士推荐他俩加入腾讯新基石科学基金会天文科学课程的制作团队。
今年9月，在全国9个省市的50多所学校试点完成后，由武向平任顾问，腾讯新基石科学基金会资助开发的《宇宙探秘——寻找另一个“地球”》科学素质通识课将向全国免费推广。
闫正洲夫妇是该课程内容团队的核心成员，他们告诉科技日报记者，这是全国第一个依托一线科学家团队主导开发的、系统性的小学天文科学课程。
“类似课程的缺乏，反映出我国科学教育的内容供给是不足的。”北京交通大学物理科学与工程学院副教授、全国科普工作优秀工作者陈征认为，内容掌握在科学家手里，我们应鼓励科学家参与科学教育，拿出好的内容，这不仅需要市场的力量，也需要制度上的设计，要让参与科学教育的科学家能够有正向回报。现在对很多一线科学家而言，参与科学教育与职称评定等科学家的自身需求几乎完全脱钩。
事实上，一线科学家掌握科学前沿的知识和研究方法，但针对孩子设计科学课程却并不容易。闫正州回忆课程开发的一年时光，几乎是全年无休。天文学科学教育没有现成的国家课程标准，可参考的优秀案例几乎是空白。课程内容怎样兼顾科学前沿和儿童的认知能力和知识基础？课程活动如何激发儿童的探索欲？教学过程如何引导儿童像科学家一样思考？诸多细节都需要经过讨论、探索、实践检验和优化的过程，需要不断和科学家、教育家和一线教师碰撞与迭代。
现在如果孩子问“外星人在哪里”，我们多了一个可以参考答案。但是，在生物、机械工程、航空航天等领域，孩子们的“问号”或许还有很多，为什么动画片里的“汤姆”要抓“杰瑞”？挖掘机是怎样工作的？火箭是怎样上天的？我们需要更多的答案，在孩子们心里种下科学的种子。
科学教育内容供给不能少，而且还需更丰富。我国的科学家们既要能站起来，撑起国家的高水平科技自立自强，也要能俯下身去，为孩子们的科学教育提供源源不断、营养丰富的“精神食粮”。
网友评论
