清华附中学生在STEM课上讨论麦轮的运动原理。学校 供图
日前，教育部、中国科学院举行会商会议，研讨深化科学教育有关工作。加强和改进科学教育对于进一步提升青少年科学素养、培养科技创新后备人才具有极为重要的意义。当前中小学科学教育还存在哪些不足？如何充分利用好各方面资源开展科学教育？如何改革现有课程体系和教学方式，使之更有利于提高学生科学素养？课程周刊拟连续两期约请专家和一线教育工作者从理论与实践两个视角深入探讨这一话题。
近日，教育部和中国科学院专门就科学教育进行会商，提出将合作加快建设高质量科学教育体系。部院合作在科学教育上发力，必将大大提高我国科学教育水平，培养更多更优秀的创新人才。作为一名中学校长，我热切期待借这次合作东风，解决我国中小学在科学教育上存在的一些问题，补齐教育体系中的这块短板，充分发挥科学教育在人才培养中的作用，让更多的青少年崇尚科学精神、树立科学思维、掌握科学方法，成为未来献身科技事业的创新人才。
中小学科学教育存在什么问题
国家高度重视科学教育，在中小学普遍开设数学、物理、化学和生物的基础上，近年来又陆续增加了科学和信息技术等课程。应该说，基础教育阶段科学类课程的学习为我国人才培养打下了坚实的基础。但是，2021年初，中国科学技术协会公布的第11次中国公民科学素质抽样调查数据显示，2020年我国公民具备科学素质的比例达10.56%，虽然比2015年的6.20%提高了4.36个百分点，但仍明显落后于西方发达国家。究其原因，中小学科学教育弱化，还有一些与时代要求不相适应之处，主要表现在五个方面。
一是存在重知识轻能力现象。我们习惯于把“科学教育”当成一个独立的学科来对待，把传授知识放在第一位，重在阐明“是什么”，过于强调知识的系统性、完整性和逻辑性，而不重视让学生体验知识的产生过程，不重视引导他们发现和创造新知识，更谈不上学生科学精神、科学思维和科学方法的培养。
二是学生的想象力和好奇心受到抑制。中小学生的好奇心浓、探究欲强，总喜欢问“为什么”，但大多数教师还是以知识为中心，采用传统讲授方式，采取启发式教学的不多；学生的学习方式主要还是背诵、记忆、做题。这样的教与学，难以激发学生科学探究的热情。
三是掌握科学教育方法的师资不足。当前站在讲台上的教师，他们中不少人自己在成长和受教育的过程中，没有接受过系统的科学教育，没有掌握相应的教学方法，不会在学科教学中渗透科学教育，不擅长培养学生科学精神、科学思维和让他们掌握科学方法。
四是设施条件成为制约因素。开展科学教育，需要具备一定的物质条件，配备相应的硬件设施。目前有些中学的实验室条件比较差，很多物理和化学实验学生没法动手做，只是通过视频或者观看教师演示，甚至只能在脑子中想象，这对于激发学生探究热情、培养动手实践能力是很不利的。
五是评价导向不利于开展科学教育。现在的评价更关注学科知识学得是否扎实，对创新精神、科学素养和能力培养关注得少，也缺乏科学的评价手段。如果在中高考选拔中、在对学校进行评价时，科学教育无法得到体现和重视，最后的结果就是学生不愿意学，学校也不愿意搞。
科学教育如何通向科学素养
通过科学教育提升学生的科学素养，要在两个问题上澄清认识。
一是要正确认识科学教育和学科教育的关系。学科教育的主要目的是传授学科知识，学科教育是科学教育的重要基础，但是学科教育做得好，不一定就能培养出科学精神和科学思维，不一定能提升学生的科学素养。当下的学科教育是以知识为中心建构的，注重通过学科知识的学习培养学科核心素养。而科学教育不是一门独立的学科，它是跨学科的。教师在学科教学中，一定要有“借题发挥”的意识，善于发掘能够体现和培养科学精神、科学思维、科学方法的知识点，通过本学科的教学做好科学教育，这非常考验教师的教学能力和智慧。
现在很多人一提到培养拔尖创新人才、提升学生科学素养，就想到搞学科竞赛。其实学科竞赛本质上是一种更难、更深的学科教育，和科学教育绝对不能画等号。学科竞赛是小众化的，对大多数学生而言并不适合，而我们提倡的科学素养是人人都应该具备的。有的学生因为参加学科竞赛而过早地把自己限制在某门学科的专业学习领域，整体的科学素养反而下降了，这不是个好事情。
二是要正确理解科学教育的目标。科学教育的目标不是学习多少具体的知识，而是培养科学精神、科学思维、科学方法和科学探究能力。科学精神最主要的是求实精神和创新精神，不求实就不是科学，不创新科学就无法发展。应该说，科学教育没有专门的内容，任何一门学科的内容都可以成为科学教育的载体。如果说科学精神、科学思维、科学方法是“经”，那么学科知识就是“纬”，只有“经纬交织”才能达成科学教育的目的。科学教育就是能够培养出来这些能力素养的教学内容和方式的总和。
加强和改进科学教育的方式
加强和改进科学教育，包括两个方面：所谓加强，就是要更加重视，应该有而缺失的东西，我们要花功夫下力气建构起来；所谓改进，是说我们教育实践中有些做法偏离了科学教育的正确轨道，应该进行纠偏、改正。
具体而言，我提出五点建议。
第一，要从教育哲学的高度，让每一名教师认识到科学教育的重要意义。科学素养是一个人综合素养的重要组成部分，提升科学素养是建设高质量人才培养体系的必然要求。教师要从育人理念的顶层逻辑出发，找准科学教育的目标定位。现行的课标、教材里并没有明确细致地说明某门学科该如何培养学生的科学素养。教师在进行学科教学时，头脑里要有提升学生科学素养这根弦，把教材整体梳理一遍，寻找学科知识点与科学教育的结合点，看整个教育教学过程中哪些地方可有机融合，这样就能改变有科学知识而缺科学教育的状况，科学教育的短板就会补长。这和“课程思政”的理念及教学方式有异曲同工之妙。
第二，在教师培养方面要加入科学教育相关内容。现在的教师，学历层次普遍提高，很多中小学教师拥有硕士、博士学位，但是学历高不等于科学素养就高，更不等于开展科学教育的能力水平高。教师个人对科学精神、科学思维、科学方法的认识和掌握，既需要在职前培养中夯实基础，掌握科学教育的基本规范，也需要在职后加强相关培训，在教学实践中一边学习，一边反思和提升。
第三，学校要开设跨学科的综合课程（如STEAM课程），倡导开展项目式学习。综合课程是以思维和方法为中心、以综合运用多学科知识为手段、以解决实际问题为目标导向的课程。开设综合课程不是为了学习某一领域的新知识，而是要在多学科融合中培养学生的科学精神，让他们树立科学思维，掌握科学方法。项目式学习（PBL）方式包括提出问题、规划方案、解决问题、评价和反思等中心环节，强调团队合作和自主探究，对于提升学生科学思维水平很有帮助。在科学教育中，培养科学思维、科学精神，掌握科学方法，都要以培养科学兴趣为基础和前提。科学兴趣怎么来？就需要通过项目式学习，研究性、探究性的学习和丰富的科学实践活动，把学生的兴趣激发、调动起来。
第四，推动科教融合，充分利用好科学界的资源。科研院所的科研人员、科研平台是中小学开展科学教育可资利用的宝贵资源。利用的方式多种多样：中小学可邀请科学家到学校举办讲座、现身说法，请科学家来学校，目的并不是让他通过一两个小时的时间教学生掌握某种科学方法，而是请科学家用通俗的语言讲解一些特别奇妙的科学现象，也可以讲他在追求科学真理过程中发生的一些特别动人的故事，让科学家激发学生的兴趣，点燃学生科学探索的激情；中小学可以让学生走进科技馆或相关科研机构，学生可以利用科研机构相关设施条件，在专业科研人员指导下，开展某些科学探究活动，体验科学研究的过程；可以通过线上线下多种方式（如“天宫课堂”）开展科普宣传，向学生传递知识、激发兴趣，同时将科学精神、科学思维、科学方法等融入其中。
第五，开展丰富多彩的科技探究活动和社团活动。科学教育的舞台不应局限于教室，丰富多彩的校园科技活动和综合实践活动，对于激发学生科学兴趣和热情有着独特的作用。科技社团活动可以根据活动小组学生的实际特点、探究能力水平及个性特征设计和选择活动内容。学校应大力支持学生科技社团开展活动，比如清华附中就有“爬虫社”等多个科技社团，学校投资建设了创客空间、高研实验室，尽可能为学生开展课题研究和科技探索活动创造条件并提供支持，让学生自主参与、自主探索，在活动过程中开阔视野，提高创新意识，掌握科学的思维方法。
（作者系清华大学附属中学校长、清华大学教育研究院基础教育研究所所长）
