深瞳工作室出品

科技日報記者 胡定坤 于紫月 策劃 房琳琳

9月新學(xué)期伊始，全國各地中小學(xué)科學(xué)教育也開啟了新的篇章。有的學(xué)校把科學(xué)教育作為“開學(xué)第一課”，將機(jī)器人、航空航天、軍事兵器等科技元素融入課堂；有的學(xué)校將教室搬到校外，實(shí)地參觀科研機(jī)構(gòu)、科技企業(yè)實(shí)驗(yàn)室，感受高新科技魅力；北京、天津、杭州、西安等地中小學(xué)則正式拉開人工智能通識課程教育的序幕，讓科學(xué)教育跟得上產(chǎn)業(yè)變革的步伐。

2023年2月21日，習(xí)近平總書記在二十屆中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時指出，要在教育“雙減”中做好科學(xué)教育加法，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)的青少年群體。

此后，教育部等十八個部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》，不少地方政府也先后出臺了相關(guān)規(guī)劃。

日前，科技日報記者深入采訪多位專家和一線教師，探究如何進(jìn)一步做好科學(xué)教育這道“加法題”。專家們普遍認(rèn)為，近年來，我國科學(xué)教育質(zhì)量取得顯著提高，但在課程教學(xué)、課標(biāo)制定、人才培養(yǎng)等方面，仍有一些短板亟待解決。

課程誰來教、怎么教困擾教學(xué)

科學(xué)課程教學(xué)中的問題集中體現(xiàn)在誰來教、怎么教兩個方面。

誰在教？答案當(dāng)然是教師，但我國科學(xué)教師隊伍卻面臨著數(shù)量和質(zhì)量的雙重挑戰(zhàn)。

“事實(shí)上，師資問題是我國中小學(xué)在落實(shí)科學(xué)教育的工作中面臨的最重要、也是最難的問題之一。”北京交通大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院副教授、全國科普工作優(yōu)秀工作者陳征認(rèn)為，現(xiàn)在各地中小學(xué)的實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)器材等基礎(chǔ)硬件條件總體上是具備的。但沒有足額、具備專業(yè)能力的師資隊伍，就難以用好實(shí)驗(yàn)器材，運(yùn)行好實(shí)驗(yàn)室了。

數(shù)量上，據(jù)統(tǒng)計，2022年，我國小學(xué)科學(xué)專任教師僅24萬人，校均1.61人，數(shù)量嚴(yán)重不足。而根據(jù)2023年發(fā)布的一項(xiàng)調(diào)查，我國小學(xué)科學(xué)教師中超過70%為兼職。

質(zhì)量上，根據(jù)北京大學(xué)科學(xué)教育研究基地于2023年2至8月份開展的“全國中小學(xué)科學(xué)教育教師問卷調(diào)查”，我國僅約40%的小學(xué)科學(xué)學(xué)科教師擁有自然科學(xué)專業(yè)背景，且學(xué)歷偏低。本科以下學(xué)歷者占比接近30%，研究生學(xué)歷教師占比不足2%，而發(fā)達(dá)國家普遍要求科學(xué)教師具備本科甚至碩士以上學(xué)歷。

該調(diào)查還發(fā)現(xiàn)，科研是教師的能力短板。相當(dāng)比例的科學(xué)教師并不善于應(yīng)用實(shí)驗(yàn)思維進(jìn)行變量控制，缺乏對科學(xué)研究的切身體驗(yàn)與鉆研。

“教師是科學(xué)教育的實(shí)施者，教師科學(xué)素養(yǎng)不足，必然嚴(yán)重影響科學(xué)教育質(zhì)量與效果。”深圳科學(xué)技術(shù)館館長、義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組成員鄭永春說。

“科學(xué)課要從照本宣科地灌輸知識轉(zhuǎn)向科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思想方法和實(shí)踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)。”陳征建議，可以在教師職前、職中的培訓(xùn)中，支持其參與真實(shí)的科研活動。哪怕是從零開始設(shè)計和制作一個教學(xué)實(shí)驗(yàn)或裝置，都能夠提升教師的科學(xué)思想方法和實(shí)踐能力，進(jìn)而使其在教學(xué)中能夠正確引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)、了解科學(xué)并正確開展實(shí)踐探索活動。

至于課堂教學(xué)怎么教，國家有關(guān)部門制定的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)給出了答案，但做起來仍有不少漏洞。

接受科技日報記者采訪時，中國科普研究所科學(xué)素質(zhì)研究室副主任李秀菊介紹，去年其團(tuán)隊在全國調(diào)研了100多所農(nóng)村地區(qū)的中小學(xué)，基本覆蓋了除港澳臺以外的所有省級地區(qū)。

“國家特別重視科學(xué)教育中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，但是在一些地區(qū)和學(xué)校，實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然落實(shí)得不好，有些學(xué)校甚至連實(shí)驗(yàn)室鑰匙在哪都無人知曉。個別學(xué)校沒有按照課標(biāo)完成教學(xué)，為了應(yīng)對考試要求，在‘黑板上做實(shí)驗(yàn)’的情況屢見不鮮。”李秀菊說。

一線教師對課標(biāo)的重要性也深有體會。石景山電廠路小學(xué)教師李夢已有十余年的科學(xué)課教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，她深刻感受到2022年公布《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》相比此前變化明顯，“新課標(biāo)”更強(qiáng)調(diào)以科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向，“把握不好就跟不上形勢”。

“一線教師要將教學(xué)與課標(biāo)對標(biāo)，要學(xué)會用課標(biāo)來指導(dǎo)教學(xué)。”李夢認(rèn)為，課標(biāo)明確了科學(xué)概念在不同年級需要落實(shí)的程度，這既是備課的標(biāo)準(zhǔn)，也是考核的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在是信息過剩時代，教師能選擇的教學(xué)資料非常多。哪些資料適合這節(jié)課，需要根據(jù)課標(biāo)要求來取舍。

“就像吃完三餐才能吃零食。”李秀菊表示，科學(xué)教育的主渠道是科學(xué)課堂，要抓好主體責(zé)任。現(xiàn)在，是需要強(qiáng)調(diào)扎扎實(shí)實(shí)地按照課標(biāo)執(zhí)行好課堂教學(xué)的時候了。在落實(shí)好科學(xué)課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，再去研究開發(fā)了多少校本選修課，帶學(xué)生參加多少科學(xué)活動。

課標(biāo)科技感、整體感有待提升

提升課標(biāo)的科技感，是指科技界、科學(xué)家要在科學(xué)教育課標(biāo)制定中扮演更重要的角色。

“我國科技界在科學(xué)教育課標(biāo)制定、教材編寫、教學(xué)實(shí)踐中的參與度還很有限，科技界和教育界的考核評價導(dǎo)向很不一樣，人員流動存在障礙，離科技、教育、人才一體化的要求還有相當(dāng)大的差距。”鄭永春認(rèn)為，科學(xué)教育需要科學(xué)家和教育家的合作，目標(biāo)是提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，教什么應(yīng)該由科學(xué)家主導(dǎo)，怎么教則應(yīng)由教育家主導(dǎo)。

陳征對鄭永春的觀點(diǎn)表示基本認(rèn)同。他認(rèn)為，在科學(xué)教育的內(nèi)容設(shè)計和課標(biāo)制定中，科學(xué)家要扮演三個方面的角色：

一是提供準(zhǔn)確的學(xué)科知識體系和邏輯框架。科學(xué)家可以發(fā)揮自身對本領(lǐng)域的知識積累、概念理解以及整體邏輯框架把握等方面的優(yōu)勢，為課標(biāo)制定和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計提供更準(zhǔn)確的素材。二是提供真實(shí)的學(xué)科研究范式和思想方法。研究范式和科學(xué)思想方法應(yīng)是未來科學(xué)教育的核心內(nèi)容。作為研究范式、思想方法的創(chuàng)造者和使用者，科學(xué)家可以為課標(biāo)制定和教學(xué)內(nèi)容設(shè)計提供支持。三是堅守科學(xué)精神和科學(xué)家精神，避免不當(dāng)表述。如承認(rèn)重要科學(xué)家的功績，無需為其冠以“某領(lǐng)域之父、之母”之名，這不符合科學(xué)發(fā)展的客觀事實(shí)。科學(xué)家基于對本領(lǐng)域發(fā)展脈絡(luò)的深入了解，可以有效避免類似的問題。

“當(dāng)前我國科學(xué)家在科學(xué)教育課標(biāo)、教材編寫中應(yīng)該發(fā)揮更大的作用，但這不意味著全部交給科學(xué)家。”陳征補(bǔ)充道，科學(xué)家畢竟遠(yuǎn)離中小學(xué)教學(xué)一線，對中小學(xué)生的基礎(chǔ)學(xué)情、認(rèn)知水平等把握不準(zhǔn)確，在教學(xué)法方面的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也相對較少。我們期望的是科學(xué)家和教育家在共同的目標(biāo)下，相互信任、相互理解、積極交流、深入合作。如果將科學(xué)教育比喻成烹飪，簡單理解就是科學(xué)家負(fù)責(zé)提供食材，教育家負(fù)責(zé)具體怎么炒菜。

記者調(diào)研發(fā)現(xiàn)，某發(fā)達(dá)國家為制定K-12（即從幼兒園到高中）科學(xué)教育課程標(biāo)準(zhǔn)，其相關(guān)機(jī)構(gòu)曾成立一個由18位專家組成的委員會，其中有包括兩名諾貝爾獎獲得者在內(nèi)的多位頂尖科學(xué)家、認(rèn)知專家、科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)和政策專家。該標(biāo)準(zhǔn)在發(fā)布前還向多個科學(xué)家組織征求意見。

提升課標(biāo)的整體感，則是要通盤考慮從幼兒園、小學(xué)到初中、高中的科學(xué)教育整體性、進(jìn)階性問題。

“我國2022年發(fā)布的《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》沒有對K-12教育進(jìn)行整體設(shè)計，進(jìn)階性不明顯。”鄭永春認(rèn)為，從幼兒園到高中的科學(xué)教育應(yīng)該形成整體、統(tǒng)一規(guī)劃，其中幼兒園和小學(xué)主要是科學(xué)啟蒙，初中的科學(xué)教育要鼓勵開展科學(xué)探索，高中則要培養(yǎng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的能力。從國際上看，部分發(fā)達(dá)國家已實(shí)現(xiàn)了從幼兒園到高中的科學(xué)教育整體設(shè)計，這對我們有一定參考價值。

加強(qiáng)教學(xué)型、研究型人才培養(yǎng)

根據(jù)“掌上高考”網(wǎng)站7月12日消息，我國共有68所高校開設(shè)科學(xué)教育專業(yè)，其中絕大多數(shù)為師范類院校。

早在2022年，中國科學(xué)院周忠和院士就建議要破除體制機(jī)制障礙，大幅擴(kuò)充專職科學(xué)教師隊伍。如吸納一批非師范類理工科畢業(yè)生，經(jīng)過培訓(xùn)和資格認(rèn)證加入科學(xué)教師隊伍，同時在理工科院校開設(shè)科學(xué)教育專業(yè)，擴(kuò)大科學(xué)教師的來源。

2023年3月，清華大學(xué)附屬中學(xué)原校長王殿軍也撰文稱，教師培養(yǎng)需要一個長期的過程，要比較快速地解決目前科學(xué)教師短缺的問題，必須專門招聘一些新教師、遴選有相關(guān)學(xué)科背景的教師進(jìn)行專門培訓(xùn)。可鼓勵非師范類院校通過開設(shè)教師教育方面的輔修學(xué)位、第二學(xué)位等方式，參與到科學(xué)教師的培養(yǎng)中來。

“單獨(dú)開設(shè)科學(xué)教育專業(yè)能夠突出科學(xué)教育的重要性，在科學(xué)教師的招錄、評價和隊伍穩(wěn)定性等方面能夠起到積極作用。但從學(xué)科設(shè)置的角度，對通過開設(shè)科學(xué)教育專業(yè)培養(yǎng)一線科學(xué)教師，我個人存在一定的疑慮。”陳征表示，中小學(xué)的科學(xué)教育涉及生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)、工程與技術(shù)等諸多學(xué)科，如果按照傳統(tǒng)的專業(yè)建設(shè)思路，這個專業(yè)的培養(yǎng)計劃總不能把涉及學(xué)科的課程都放進(jìn)來吧？

陳征認(rèn)為，特別具體的專業(yè)其實(shí)不太重要，因?yàn)槔砉た茖I(yè)的底層科學(xué)思想方法是相通的。在當(dāng)前理工科學(xué)科的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充適當(dāng)?shù)慕逃龑W(xué)、心理學(xué)、教學(xué)法等課程；或者可以直接面向理工科專業(yè)畢業(yè)生招募，通過職前培訓(xùn)的方式補(bǔ)充教學(xué)方面的理論和實(shí)踐訓(xùn)練，都可以滿足科學(xué)教師培養(yǎng)的需要。師范教育科學(xué)探究訓(xùn)練普遍不足的問題也應(yīng)引起注意，很難想象，一個從未探索過如何從零開始解決問題的科學(xué)教師，能夠教會學(xué)生怎樣探索和解決問題。

“總之，我們的科學(xué)教育要?dú)w到思想和方法上，因?yàn)槲覀円囵B(yǎng)的是掌握科學(xué)思想、科學(xué)方法的人。”陳征說。

李夢的本科專業(yè)是“工業(yè)工程”，后來考了教師資格證成為一名科學(xué)教師。“理工科思維使我在教學(xué)中更重視邏輯思維、更注重科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性、更強(qiáng)調(diào)用證據(jù)說話、更容易接受新的前沿科技。我認(rèn)為這對于培養(yǎng)孩子的科學(xué)思維是有優(yōu)勢的。”李夢切身體會到理工科背景對自己從事科學(xué)教育的益處。

搞一線教學(xué)的人才很重要，搞專業(yè)研究的人才同樣重要。

2024年6月，時任北京師范大學(xué)科研院常務(wù)副院長徐洪撰文表示，歐美一些國家能夠有效推進(jìn)科學(xué)教育改革并取得一定成效，與其擁有長期穩(wěn)定的科學(xué)教育研究資助體系、專業(yè)化科學(xué)教育研究團(tuán)隊，以及堅持循證導(dǎo)向的研究與實(shí)踐探索密不可分。當(dāng)前我國的科學(xué)教育研究資助還處于起步階段，各方面資源投入有限，難以形成長久的團(tuán)隊合作關(guān)系，這為有效支撐我國科學(xué)教育改革實(shí)踐帶來了實(shí)際困難。

李秀菊表示，大量開展高質(zhì)量的科學(xué)教育研究是科學(xué)制定課標(biāo)、編寫高水平教材的基礎(chǔ)，這需要充足的研究隊伍。而我國科學(xué)教育研究人才非常缺乏。

“我們應(yīng)該通過支持科學(xué)教育領(lǐng)域的實(shí)證研究項(xiàng)目培養(yǎng)一批專業(yè)人才。”李秀菊解釋說，科學(xué)教育研究要能更多地指導(dǎo)實(shí)踐。我們要開展實(shí)證研究和教學(xué)實(shí)驗(yàn)，扎扎實(shí)實(shí)地研究課堂教學(xué)，研究中國孩子應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些科學(xué)概念，哪些概念在哪個年齡段應(yīng)該掌握到什么程度，要讓中國孩子在最合適的階段學(xué)習(xí)最合適的內(nèi)容。

“在未來的課標(biāo)修訂、教材編寫中，我們需要看到更多的、來自中國的實(shí)證研究依據(jù)。”李秀菊說。

【記者手記】

科學(xué)教育內(nèi)容供給還需更豐富

科技日報記者 胡定坤

科學(xué)教育內(nèi)容不僅在課標(biāo)或者教材內(nèi)。

當(dāng)孩子仰望夜空，指著星星問是什么，亦或是閱讀繪本，問外星人在哪里？相信很多父母或老師都會一時語塞，無論是在網(wǎng)上或者是在書里，都很難找到適合孩子的答案。

閆正州、李靜夫婦，都是西華師范大學(xué)天文系教師，他們的做法比較“硬核”。2016年，正在上幼兒園大班的女兒和她的不少同學(xué)都表現(xiàn)出對星星和外星人的強(qiáng)烈求知欲，然而幼兒園教師卻無法解答孩子們天馬行空的問題。于是，他們借鑒美國宇航局、歐洲南方天文臺等一流機(jī)構(gòu)的優(yōu)秀案例，專門制作了一套面向幼兒的天文科學(xué)課程。

命運(yùn)的齒輪開始轉(zhuǎn)動。一次偶然的機(jī)會，閆正洲夫婦與四川天府新區(qū)第八中學(xué)校長張珩開始了天文科學(xué)教育的校內(nèi)探索。該校在小學(xué)部一二年級開設(shè)《科學(xué)·天文》必修課，并委托給西華師大天文學(xué)團(tuán)隊設(shè)計開發(fā)，指導(dǎo)課程實(shí)施。后來，中國科學(xué)院武向平院士推薦他倆加入騰訊新基石科學(xué)基金會天文科學(xué)課程的制作團(tuán)隊。

今年9月，在全國9個省市的50多所學(xué)校試點(diǎn)完成后，由武向平任顧問，騰訊新基石科學(xué)基金會資助開發(fā)的《宇宙探秘——尋找另一個“地球”》科學(xué)素質(zhì)通識課將向全國免費(fèi)推廣。

閆正洲夫婦是該課程內(nèi)容團(tuán)隊的核心成員，他們告訴科技日報記者，這是全國第一個依托一線科學(xué)家團(tuán)隊主導(dǎo)開發(fā)的、系統(tǒng)性的小學(xué)天文科學(xué)課程。

“類似課程的缺乏，反映出我國科學(xué)教育的內(nèi)容供給是不足的。”北京交通大學(xué)物理科學(xué)與工程學(xué)院副教授、全國科普工作優(yōu)秀工作者陳征認(rèn)為，內(nèi)容掌握在科學(xué)家手里，我們應(yīng)鼓勵科學(xué)家參與科學(xué)教育，拿出好的內(nèi)容，這不僅需要市場的力量，也需要制度上的設(shè)計，要讓參與科學(xué)教育的科學(xué)家能夠有正向回報。現(xiàn)在對很多一線科學(xué)家而言，參與科學(xué)教育與職稱評定等科學(xué)家的自身需求幾乎完全脫鉤。

事實(shí)上，一線科學(xué)家掌握科學(xué)前沿的知識和研究方法，但針對孩子設(shè)計科學(xué)課程卻并不容易。閆正州回憶課程開發(fā)的一年時光，幾乎是全年無休。天文學(xué)科學(xué)教育沒有現(xiàn)成的國家課程標(biāo)準(zhǔn)，可參考的優(yōu)秀案例幾乎是空白。課程內(nèi)容怎樣兼顧科學(xué)前沿和兒童的認(rèn)知能力和知識基礎(chǔ)？課程活動如何激發(fā)兒童的探索欲？教學(xué)過程如何引導(dǎo)兒童像科學(xué)家一樣思考？諸多細(xì)節(jié)都需要經(jīng)過討論、探索、實(shí)踐檢驗(yàn)和優(yōu)化的過程，需要不斷和科學(xué)家、教育家和一線教師碰撞與迭代。

現(xiàn)在如果孩子問“外星人在哪里”，我們多了一個可以參考答案。但是，在生物、機(jī)械工程、航空航天等領(lǐng)域，孩子們的“問號”或許還有很多，為什么動畫片里的“湯姆”要抓“杰瑞”？挖掘機(jī)是怎樣工作的？火箭是怎樣上天的？我們需要更多的答案，在孩子們心里種下科學(xué)的種子。

科學(xué)教育內(nèi)容供給不能少，而且還需更豐富。我國的科學(xué)家們既要能站起來，撐起國家的高水平科技自立自強(qiáng)，也要能俯下身去，為孩子們的科學(xué)教育提供源源不斷、營養(yǎng)豐富的“精神食糧”。