安徽省阜阳市颍东区和谐路小学学生在科技兴趣课堂上观看机器人表演技能。王彪 摄
在江苏省连云港市大庆路小学，学生在组装神舟十二号航天发射塔模型。
耿玉和 摄
■聚焦中小学科学教育系列报道（二）
科学是人类文明进步的基石，是现代科技发展的动力。面对世界百年未有之大变局，在科技创新成为国际战略博弈主战场的时代背景下，实现人才自主培养和高水平科技自立自强的需求尤为迫切。前不久，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》强调，学校要加强科学教育，不断提升师生科学素质，积极组织并支持师生开展丰富多彩的科普活动。
加强中小学生科学教育正当其时。引导学生热爱科学、投身科学，并成为能进行科学生活和创意生活的人，甚至成为未来的科学家与工程师，成为国家科技进步的新生力量，是科学教育的重要使命。中国的科学教育应加强培养学生的质疑精神、综合应用能力、动手能力、策划意识等重要的创新素质。在科学教育的过程中，这些创新素质的培养，可以通过拓展好奇之心、启蒙批判思维、激发探究兴趣等手段来进行，在学生们心中播下科学“种子”。
当下学生缺乏哪些创新素质
调研发现，中国不少学生身上缺乏一些重要的创新素质，主要表现为质疑精神缺乏、综合应用不够、动手能力较差、策划意识不强等。
第一，缺乏质疑精神。质疑精神就是不盲从附和，敢于提出问题，保持独立和理性的思考，能区分事物的表象和本质，判断事物的真伪。部分学校在培养学生的过程中，过于注重传授知识，导致很多学生不敢挑战权威，提不出问题。比如，我们在国外参加国际学术会议，演讲者讲完报告，到了提问环节，国外很多学生举手发言，而提问的中国学生寥寥无几。这实际上是因为很多学生在听报告过程中，缺乏质疑精神。
第二，综合应用不够。综合应用就是在透彻地理解很多知识的基础上，能够进行交叉融合、提炼升华。但目前很多学生通过条块化、碎片化的方式学习知识，对于如何将学到的知识进行交叉融合、综合应用，他们不知道该怎么做。
第三，动手能力较差。创新是要能将理论知识应用于实践，学会分析观察，从实践中检验理论。但在很多学校，比较注重引导学生学习书本上的理论知识，学好就可以考到好分数。由于很多学生缺乏实践和动手能力的训练，一到动手弱点就暴露出来了。
第四，策划意识不强。这里所说的策划意识，主要指培养学生的组织能力和领导能力。科学教育要引导学生不但听别人的，更重要的是，促进学生能自主策划一些科研项目，帮助他们从小培养领导能力、发掘战略科学家的潜质。但在很多学校的实际教学中，往往是老师说什么，学生就做什么，学生经常被动地接受安排，缺乏主动领导的机会和空间。究其原因，很多学校在科学教育中，未能着力培养学生主动领导、组织、设计课题等能力。
这四个方面实际上都和科学教育思想密切关联。科学教育如何使学生摆脱这样的困境，应是每位科学教育教师都要认真思考的问题。
儿童所有的问题都是好问题，保护学生好奇天性
什么是科学教育的主要任务？在我看来，不只是让学生掌握基本的科学知识，更重要的是，如何保护学生好奇的天性，激发和培养他们对科学的兴趣。怎么通过科学教育，保护、培养好学生的好奇心、质疑精神、综合应用能力、动手能力及策划意识等创新素质呢？
“好奇心是科学之母”，我们要着力拓展学生的好奇心。好奇心是孩子与生俱来的，很多时候，孩子对科学问题的思考，源于对生活的好奇。对于孩子提出的问题，家长都要努力去解答；对于自己不懂的，家长要去查阅资料，或者通过网络寻找答案，而不要去应付孩子。
保持和拓展孩子的好奇心，也是教师的重要责任。教师一定要鼓励学生提问题，并且尽量解答。“世界上没有愚蠢的问题，只有愚蠢的回答。”学生问的任何问题都不是愚蠢的问题。他们提出问题的过程，就是他们的经验世界与未知世界主动建立连接的过程，这时是最好的科学教育时机。从这个角度上说，儿童所有的问题都是好问题。成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生强烈的好奇心。他们对科学的热情一经点燃，就可能释放无穷的潜能。
如何从小就培养孩子的质疑精神呢？在小学科学教育中，包括物质科学、生命科学、地球与宇宙、能源与环境等板块，教师们要做好聚焦、探索、研讨、拓展。聚焦是提出一个学习问题，探索是要探索一些相关现象，研讨的是在这些现象中出现的问题。教师在讲课过程中，要鼓励学生提问，充分拓展学生的想象力与直觉思维，没有想象力就没有创造力，而直觉思维与科学猜想、科学假设和科学怀疑等密切相关。
如何让学生能问出好问题？这就应该从小问题开始，培养好孩子们问问题的思维方式和习惯。“小疑则小进”，大的问题一定是在小问题的基础上积累形成的。科学家问的问题就是大问题，有大的问题才能推进科学的进步。教师在教学过程中，要鼓励学生先从小问题入手，启发学生学习科学家的批判性思维方式。当学生养成问问题的习惯后，他就会逐渐问出大问题来。
如何激发学生的探究兴趣？兴趣是最好的老师，教师在讲课中，可以通过挖掘很多素材，激发学生探究的兴趣，可以引导学生探究一些新奇的现象。例如小学三年级科学课里讲到水，低于零度时，水结冰，是固态；常温时，水是液态；如果把水加热到100℃时，它就变成水蒸气，成为气态，这就是我们常说的物质的三种形态。教师可以再问，把温度升高到一万摄氏度时，水会是什么形态？这时水分子就不存在了，原子的电子也电离了，变成由电子和原子核这样一个离子所构成的状态，这个叫等离子态，这是物质的第四种形态。教师还可以继续问下去，如果把温度升高到比太阳的中心温度高20万倍，达到4万亿摄氏度会是什么样子呢？这时质子和中子都熔化了，形成了由夸克和胶子构成的新物质形态——夸克胶子等离子体，这是物质的第五种形态，是目前国际科学前沿正在探索和研究的物质新形态。
让学生在玩中学、问中学、一起学
科学教育要注重多学科的融合应用，强调动手操作、实验验证和实践检验。教师应引导学生动手实践、策划组织课题，在玩中学、问中学、一起学。
在“玩”的过程中，教师一定要引导学生动手实践，并鼓励学生不断提出问题。如何一起学？教师可在多学科融合应用中，组织不同学科专长的孩子在一块儿学。学生们一起学的时候，还需要一个人在旁边策划、指挥这件事，这是锻炼学生组织策划能力的好时机。教师需要通过引导学生策划组织课题，提升学生的组织策划能力。
华南师范大学成立了粤港澳大湾区科技创新与科学教育研究中心，引入STEM的教育观念，把教学过程转变为学生主动探究的过程，促进学生在主动探究中建构知识、发展思维。在目标内容方面，分为知识、探究、态度和能力四种目标，知识内容是强调科学、技术、工程、数学的融合。研究内容包括提问、假设、计划制定、信息收集处理以及总结交流。
华南师大粤港澳大湾区科技创新与科学教育研究中心经过探索，推出了两种课程设计形式。一种是主题形式的设计课程，一个主题里包含多个项目。另一种是以项目的形式来设计课程，紧密围绕科学教育课标和教材内容，一个项目对标教材的一节内容。
其中小飞行员跨年级的主题教学案例包含11个项目，内容涉及飞行的若干原理、飞机模型等。孩子们都觉得很好奇，为什么飞机能在天上飞，地面的汽车却飞不起来呢？教师这时可对问题进行拓展，飞机为什么能够飞起来？在飞行时要考虑哪些因素？自己能不能做一架飞机？这就是拓展好奇心的典型适应场景。
在孩子们心中播下科学“种子”后，“种子”能不能茁壮成长，关键看有没有得到悉心呵护、持续培养。我们应以育人方式改革为抓手，促进科学教育高质量发展，助力更多青少年学生成长为具备战略科学家潜质的群体，从他们之中再走出能引领未来世界科技大潮的精英。
（作者系华南师范大学党委副书记、校长）
