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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，全國各地的中小學科學教育也開啟了新的篇章。有的學校把科學課作為“開學第一課”，將機器人、航空航天、軍事兵器等領域的科技知識融入課堂；有的學校將教室搬到校外，帶領同學們實地參觀科研機構、科技企業實驗室，直觀感受科技魅力；北京、天津、杭州、西安等地的中小學則正式拉開人工智能通識課程教育的序幕，讓科學教育跟上產業變革的步伐。

2023年2月21日，習近平總書記在二十屆中共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的青少年群體。

此后，教育部等十八個部門聯合發布《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，不少地方政府先后出臺相關規劃。

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，我國科學教育質量顯著提高，但在課程教學、課標制定、人才培養等方面，仍有一些短板亟待補齊。

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在誰來教、怎么教兩個方面。

誰來教？答案當然是教師，但我國科學教師隊伍卻面臨著數量和質量的雙重挑戰。

“事實上，師資問題是我國中小學在落實科學教育工作時面臨的最重要，也是最難的問題之一。”北京交通大學物理科學與工程學院副教授、全國科普工作先進工作者陳征認為，現在各地中小學總體上已具備較好的實驗器材、實驗室等基礎硬件；但如果沒有足額且具備專業能力的師資隊伍，既難以用好實驗器材，也無法讓實驗室高效運行。

教師數量方面，據統計，2022年，我國小學科學專任教師僅24萬人，校均1.61人，數量嚴重不足。而根據2023年發布的一項調查，我國小學科學教師中超過70%為兼職。

除了數量不足，教師的師資水平也有提升空間。北京大學科學教育研究基地于2023年2月至8月開展的“全國中小學科學教育教師問卷調查”顯示，我國僅約40%的小學科學教師擁有自然科學背景。本科以下學歷者占比接近30%，研究生學歷教師占比不足2%，而發達國家普遍要求科學教師具備本科甚至碩士以上學歷。

“教師是科學教育的實施者，教師科學素養不足，必然嚴重影響科學教育的質量與效果?！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對科學素質、科學思想方法和實踐創新能力的培養?！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一個教學實驗或制作一個科學裝置，都能夠提升教師的教育能力，進而使其在教學中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。

至于課堂教學怎么進行，國家有關部門制定的科學課程標準已經給出了答案，但執行起來仍存在不少難題。

在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多所農村地區的中小學，這項調研基本覆蓋了除港澳臺以外的所有省級地區。

李秀菊說，國家特別重視科學教育中的實驗教學，盡管一些地區和學校擁有完備的硬件條件，但實驗教學仍落實得不好，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。

一線教師對落實課標的重要性深有體會。北京市石景山區電廠路小學教師李夢已有十余年科學課教學經驗，她深刻感受到2022年公布的《義務教育科學課程標準》相比此前變化明顯，“新課標”更強調以科學素養培養為導向，“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?！崩顗粽J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。現在是信息冗余時代，能選擇的教學資料非常多，教師需要根據課標要求來選擇。

“就像吃完三餐才能吃零食?！崩钚憔照f，“科學教育的主渠道是科學課堂，現在需要強調扎扎實實地按照課標執行好課堂教學。要在落實好科學課堂教學的基礎上，再去研究開發多少校本選修課，帶學生參加多少科學活動?！?/p>

課標科學性、整體性有待提升

“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，離教育、科技、人才一體化的要求還有相當大差距。”鄭永春認為，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和創新創造能力，教什么應該由科學家主導，怎么教則應由教育家主導。

陳征對此表示認同。陳征認為，在科學教育的內容設計和課標制定中，科學家要發揮三方面作用。一是提供準確的學科知識體系和邏輯框架?？茖W家可以發揮對自己所研究領域的知識積累、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。作為這些內容的創造者和使用者，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，要客觀評價科學家的工作成果，尊重科學發展的客觀事實。

“當前，我國科學家在科學教育課標制定與教材編寫過程中，應該發揮更大的作用，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，關于教學法的理論知識和實踐經驗也相對較少?？茖W家和教育家應在共同的目標下，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，那么可以認為科學家負責提供食材，教育家負責具體怎么做菜。

記者了解到，某發達國家為制定K12（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，包括多位頂尖科學家、科學教育標準和政策專家。該標準在發布前還向多個科學家組織征求意見。

此外，制定課標時還需通盤考慮從幼兒園到高中的科學教育的整體性和進階性。

“我國青少年科學教育按幼兒園、小學、初中、高中分段設計，缺少12年一貫制進行整體設計，進階性不明顯。”鄭永春認為，從幼兒園到高中的科學教育應該形成整體、統一規劃，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，高中則要培養科學發現的能力。從國際上看，部分發達國家已實現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

根據“掌上高考”網站7月12日公布的數據，我國共有68所高校開設科學教育專業，其中絕大多數為師范類院校。

早在2022年，中國科學院院士周忠和就建議破除體制機制障礙，大幅擴充專職科學教師隊伍。例如吸納一批非師范類理工科畢業生，經培訓和資格認證后將其納入科學教師隊伍，同時在理工科院校開設科學教育專業，擴大科學教師的來源。

2023年3月，時任中國教育學會常務理事、清華大學教育研究院基礎教育研究所所長王殿軍撰文稱，教師培養是一個長期的過程，為了較快速地解決目前科學教師短缺的問題，需要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?？晒膭罘菐煼额愒盒Ｍㄟ^開設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中來。

“單獨開設科學教育專業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培養一線科學教師，我個人存在一定的疑慮?！标愓髡f，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，如果按照傳統的專業建設思路，科學教育專業的培養計劃難以涵蓋所有學科。

陳征認為，科學教育專業不需要聚焦于特別具體的學科，因為理工科專業的底層科學思想方法是相通的。因此，在培養科學教師時，可以適當補充教育學、心理學、教學法等課程；或者直接招募理工科專業畢業生，通過職前培訓的方式補充教學方面的理論和實踐訓練，提升其教學水平。陳征提醒，師范教育中科學探究訓練普遍不足的問題也應引起注意。“很難想象，一個從未探索過怎么從零開始解決問題的科學教師，如何教會學生探索和解決問題。”他說。

“總之，我們的科學教育要重視科學思想和方法，因為科學教師要培養的是掌握科學思想、科學方法的人。”陳征說。

李夢的本科專業是工業工程，后來考了教師資格證成為一名科學教師?！袄砉た扑季S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、更強調用證據說話、更容易接受新的前沿科技。我認為這對于培養孩子的科學思維是有幫助的。”李夢切身體會到理工科背景對從事科學教育的益處。

搞一線教學的人才很重要，搞專業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，與其擁有長期穩定的科學教育研究資助體系、專業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困難。

李秀菊認為，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一批專業人才?！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。”李秀菊說。

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用更豐富內容回答孩子的“問號”

科技日報記者 胡定坤

科學教育的內容不僅在課標或者教材內。

當孩子仰望夜空，指著星星問“那是什么”，亦或是閱讀繪本，問“外星人在哪里”，相信許多父母或老師都可能語塞，一時很難找到適合講給孩子的答案。

閆正洲、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，他們正在上幼兒園大班的女兒和班里不少同學都表現出對星星和外星人的強烈求知欲，然而幼兒園老師卻無法解答孩子們天馬行空的問題。于是，閆正洲、李靜借鑒美國航天局、歐洲南方天文臺等一流機構的優秀案例，專門制作了一套面向幼兒的天文科學課程。

不久后，閆正洲夫婦與四川天府新區第八中學校長張珩開始了天文科學教育的探索。該校在小學部一、二年級開設《科學·天文》必修課，將其委托給西華師范大學天文系團隊進行課程設計開發，并指導課程實施。后來，中國科學院院士武向平推薦閆正洲、李靜加入深圳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，由深圳新基石科學基金會資助開發的《宇宙探秘——尋找另一個“地球”》科學素質通識課開始向全國免費推廣。

閆正洲、李靜是該課程內容團隊的核心成員，他們告訴科技日報記者，這是全國第一個由一線科學家團隊主導開發的、系統性小學天文科學課程。

“類似課程的缺乏，反映出我國科學教育內容供給不足。”北京交通大學物理科學與工程學院副教授、全國科普工作先進工作者陳征認為，優質的科學內容掌握在科學家手里，因此要鼓勵科學家更多參與科學教育，讓這些科學家能夠得到正向回饋。

一線科學家設計出適合孩子的科學課程也面臨許多挑戰。閆正洲回憶課程開發的一年時光，幾乎是全年無休。天文科學教育沒有現成的國家課程標準，可參考的優秀案例幾乎是空白的。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？課程活動如何激發兒童的探索欲？如何通過教學引導兒童像科學家一樣思考？諸多細節的敲定都需要經過討論、探索、實踐檢驗和優化等過程，在這些過程中需要科學家、教育家及一線教師不斷交流碰撞。

現在如果孩子問“外星人在哪里”，我們多了一本可以參考的“工具書”。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“參考指南”，在孩子們心里種下科學的種子。

科學教育內容供給需要更豐富。我國的科學家既要撐起國家的高水平科技自立自強，也要為孩子們的科學教育提供源源不斷、營養豐富的“精神食糧”。