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科技日報記者 胡定坤 于紫月 策劃 房琳琳

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

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

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

日前，科技日報記者深入采訪多位專家和一線教師，探究如何進一步做好科學教育這道“加法題”。專家們普遍認為，近年來，我國科學教育質量取得顯著提高，但在課程教學、課標制定、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

科學課程教學中的問題集中體現(xiàn)在誰來教、怎么教兩個方面。

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

“事實上，師資問題是我國中小學在落實科學教育的工作中面臨的最重要、也是最難的問題之一?！北本┙煌ù髮W物理科學與工程學院副教授、全國科普工作優(yōu)秀工作者陳征認為，現(xiàn)在各地中小學的實驗室、實驗器材等基礎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，就難以用好實驗器材，運行好實驗室了。

數(shù)量上，據(jù)統(tǒng)計，2022年，我國小學科學專任教師僅24萬人，校均1.61人，數(shù)量嚴重不足。而根據(jù)2023年發(fā)布的一項調查，我國小學科學教師中超過70%為兼職。

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

該調查還發(fā)現(xiàn)，科研是教師的能力短板。相當比例的科學教師并不善于應用實驗思維進行變量控制，缺乏對科學研究的切身體驗與鉆研。

“教師是科學教育的實施者，教師科學素養(yǎng)不足，必然嚴重影響科學教育質量與效果?！鄙钲诳茖W技術館館長、義務教育科學課程標準修訂組成員鄭永春說。

“科學課要從照本宣科地灌輸知識轉向科學素質、科學思想方法和實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)?！标愓鹘ㄗh，可以在教師職前、職中的培訓中，支持其參與真實的科研活動。哪怕是從零開始設計和制作一個教學實驗或裝置，都能夠提升教師的科學思想方法和實踐能力，進而使其在教學中能夠正確引導學生認識科學、了解科學并正確開展實踐探索活動。

至于課堂教學怎么教，國家有關部門制定的科學課程標準已經(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素質研究室副主任李秀菊介紹，去年其團隊在全國調研了100多所農(nóng)村地區(qū)的中小學，基本覆蓋了除港澳臺以外的所有省級地區(qū)。

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

一線教師對課標的重要性也深有體會。石景山電廠路小學教師李夢已有十余年的科學課教學經(jīng)驗，她深刻感受到2022年公布《義務教育科學課程標準》相比此前變化明顯，“新課標”更強調以科學素養(yǎng)培養(yǎng)為導向，“把握不好就跟不上形勢”。

“一線教師要將教學與課標對標，要學會用課標來指導教學。”李夢認為，課標明確了科學概念在不同年級需要落實的程度，這既是備課的標準，也是考核的標準?，F(xiàn)在是信息過剩時代，教師能選擇的教學資料非常多。哪些資料適合這節(jié)課，需要根據(jù)課標要求來取舍。

“就像吃完三餐才能吃零食?！崩钚憔毡硎?，科學教育的主渠道是科學課堂，要抓好主體責任?，F(xiàn)在，是需要強調扎扎實實地按照課標執(zhí)行好課堂教學的時候了。在落實好科學課堂教學的基礎上，再去研究開發(fā)了多少校本選修課，帶學生參加多少科學活動。

課標科技感、整體感有待提升

提升課標的科技感，是指科技界、科學家要在科學教育課標制定中扮演更重要的角色。

“我國科技界在科學教育課標制定、教材編寫、教學實踐中的參與度還很有限，科技界和教育界的考核評價導向很不一樣，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大的差距?！编嵱来赫J為，科學教育需要科學家和教育家的合作，目標是提高學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，教什么應該由科學家主導，怎么教則應由教育家主導。

陳征對鄭永春的觀點表示基本認同。他認為，在科學教育的內容設計和課標制定中，科學家要扮演三個方面的角色：

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

“當前我國科學家在科學教育課標、教材編寫中應該發(fā)揮更大的作用，但這不意味著全部交給科學家?！标愓餮a充道，科學家畢竟遠離中小學教學一線，對中小學生的基礎學情、認知水平等把握不準確，在教學法方面的理論知識和實踐經(jīng)驗也相對較少。我們期望的是科學家和教育家在共同的目標下，相互信任、相互理解、積極交流、深入合作。如果將科學教育比喻成烹飪，簡單理解就是科學家負責提供食材，教育家負責具體怎么炒菜。

記者調研發(fā)現(xiàn)，某發(fā)達國家為制定K-12（即從幼兒園到高中）科學教育課程標準，其相關機構曾成立一個由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的多位頂尖科學家、認知專家、科學教育標準和政策專家。該標準在發(fā)布前還向多個科學家組織征求意見。

提升課標的整體感，則是要通盤考慮從幼兒園、小學到初中、高中的科學教育整體性、進階性問題。

“我國2022年發(fā)布的《義務教育科學課程標準》沒有對K-12教育進行整體設計，進階性不明顯?！编嵱来赫J為，從幼兒園到高中的科學教育應該形成整體、統(tǒng)一規(guī)劃，其中幼兒園和小學主要是科學啟蒙，初中的科學教育要鼓勵開展科學探索，高中則要培養(yǎng)科學發(fā)現(xiàn)的能力。從國際上看，部分發(fā)達國家已實現(xiàn)了從幼兒園到高中的科學教育整體設計，這對我們有一定參考價值。

加強教學型、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所高校開設科學教育專業(yè)，其中絕大多數(shù)為師范類院校。

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

2023年3月，清華大學附屬中學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教師短缺的問題，必須專門招聘一些新教師、遴選有相關學科背景的教師進行專門培訓。可鼓勵非師范類院校通過開設教師教育方面的輔修學位、第二學位等方式，參與到科學教師的培養(yǎng)中來。

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

陳征認為，特別具體的專業(yè)其實不太重要，因為理工科專業(yè)的底層科學思想方法是相通的。在當前理工科學科的基礎上，補充適當?shù)慕逃龑W、心理學、教學法等課程；或者可以直接面向理工科專業(yè)畢業(yè)生招募，通過職前培訓的方式補充教學方面的理論和實踐訓練，都可以滿足科學教師培養(yǎng)的需要。師范教育科學探究訓練普遍不足的問題也應引起注意，很難想象，一個從未探索過如何從零開始解決問題的科學教師，能夠教會學生怎樣探索和解決問題。

“總之，我們的科學教育要歸到思想和方法上，因為我們要培養(yǎng)的是掌握科學思想、科學方法的人?！标愓髡f。

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教師。“理工科思維使我在教學中更重視邏輯思維、更注重科學的嚴謹性和準確性、更強調用證據(jù)說話、更容易接受新的前沿科技。我認為這對于培養(yǎng)孩子的科學思維是有優(yōu)勢的。”李夢切身體會到理工科背景對自己從事科學教育的益處。

搞一線教學的人才很重要，搞專業(yè)研究的人才同樣重要。

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

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

“我們應該通過支持科學教育領域的實證研究項目培養(yǎng)一批專業(yè)人才?！崩钚憔战忉屨f，科學教育研究要能更多地指導實踐。我們要開展實證研究和教學實驗，扎扎實實地研究課堂教學，研究中國孩子應該學習哪些科學概念，哪些概念在哪個年齡段應該掌握到什么程度，要讓中國孩子在最合適的階段學習最合適的內容。

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

【記者手記】

科學教育內容供給還需更豐富

科技日報記者 胡定坤

科學教育內容不僅在課標或者教材內。

當孩子仰望夜空，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都表現(xiàn)出對星星和外星人的強烈求知欲，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構的優(yōu)秀案例，專門制作了一套面向幼兒的天文科學課程。

命運的齒輪開始轉動。一次偶然的機會，閆正洲夫婦與四川天府新區(qū)第八中學校長張珩開始了天文科學教育的校內探索。該校在小學部一二年級開設《科學·天文》必修課，并委托給西華師大天文學團隊設計開發(fā)，指導課程實施。后來，中國科學院武向平院士推薦他倆加入騰訊新基石科學基金會天文科學課程的制作團隊。

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

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

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

事實上，一線科學家掌握科學前沿的知識和研究方法，但針對孩子設計科學課程卻并不容易。閆正州回憶課程開發(fā)的一年時光，幾乎是全年無休。天文學科學教育沒有現(xiàn)成的國家課程標準，可參考的優(yōu)秀案例幾乎是空白。課程內容怎樣兼顧科學前沿和兒童的認知能力和知識基礎？課程活動如何激發(fā)兒童的探索欲？教學過程如何引導兒童像科學家一樣思考？諸多細節(jié)都需要經(jīng)過討論、探索、實踐檢驗和優(yōu)化的過程，需要不斷和科學家、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、機械工程、航空航天等領域，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的種子。

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