重新思考科学教育

摘 要 科学教育的广泛目的是培养儿童及青少年对科学的好奇心和兴趣，形成科学思维和科学理解力，育成科学精神品质;要让他们成为主动学习者，学会将知识作为认知世界的方式，应对世界的变化与挑战。我国须加强科学教育的学术建设，重视对科学教育实践的正确指引，强化科学教育跨学科专业共同体的建设，扎实推进科学教育的内容和方式的革新。

关键词 科学教育 科学素质 探究 参与

0 引言

科学是我们认识世界的基本方式，是处理现今时代许多重大问题的主要工具。众多国家高度重视科技后备人才培养，把科学教育（特别是从幼儿园到大学阶段）作为科技发展和社会进步的关键基础。但究竟科学教育要做什么、如何做，并无统一和固定的模式。地域的文化境脉和社会经济状况决定了一个国家基本的科学教育立场，同时随着社会历史阶段的不同，特别是科技发展水平的变化，科学教育的目标、内容和方法也发生着变化。新冠病毒肺炎疫情的突发对全球基础教育学校体系产生了巨大冲击，也加速了智能科技时代的到来，教育的数字化转型成为必然。面对世界范围的“大变局”所带来的新气象和新挑战，全球科学教育的重启正在进行。前不久，国务院发布了《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，吹响了未来5到15年我国科学素质建设高质量发展的行动号角，对面向儿童和青少年的科学教育工作提出了明确任务。在这样的背景下，有必要对科学教育进行重新思考，以确立实现任务目标的关键行动。本文基于国内外科学教育发展背景，梳理关于科学与科学教育的已有共识，讨论科学教育的基本取向和当下主要关切，分析我国科学教育的现实问题和困境，提出科学教育新发展的若干建议。

1 关于科学和科学教育的基本理解

科学教育的内涵表达和实施方式总是跟对科学的内涵理解联系在一起。关于“什么是科学教育”学界有不同表述，但是在诸如“科学是什么”“谁需要科学教育”“需要什么样的科学教育”等基本问题上，全球已达成基本共识。

第一，科学是探知世界的一种方式;科学同时作为一种过程、产品和建制[1];科学是通过系统的观察和实验而获得的知识体系;所创建出的科学知识总体不断地被科学家共同体拓展、完善和修订[2]。这些表述突出了科学在本质上是客观性（发现真理）和建构性（科学作为人类的建构，具有可变性和不确定性）的合体，由此也決定了科学教育的各个层次（如科学知识、科学方法、科学态度、科学精神）共生交错的复杂性。

第二，科学要发展，就必须为人所知，让人拥有。即科学教育是面向所有人的。科学教育不仅是儿童青少年心智成长之需，也是全民终身教育的重要内容和途径，是成为科技事业建设者的需要。进入新世纪，在联合国教科文组织等的倡导下，发达国家率先启动了高质量科学教育运动，着力改进科学教育的内容、方式、产出和目标管理，并将普及高质量的科学教育归为国家科技战略的中心。

第三，知识、实践和科学学习启动于人生早期，贯穿一生而发展，具有内在的文化属性;科学和科学实践中的内容和过程交织于一体;有效的科学教育反映科学家的实际工作方式[3]，并与学习者的世界相关联。学界经过数10年的研究探索，达成关于科学教育方式与过程的共识，旗帜鲜明地指出：科学教育本身是一种专业实践，而非日常实践;科学教育活动须由专业实践共同体遵循科学学习的规律和原则进行科学地设计与实施。

第四，科学教育的重要性不在于传递给学生确定性的知识，而在于把知识作为他们认知世界的方式，应对变化的世界的复杂挑战，培育科学精神品质。在科技引领的时代，各国旨在通过高质量的科学教育，提升青少年学习者在STEM（科学、技术、工程、数学）领域的成就。但是，这一指向并不意味科学本身不重要，也不是说，可以用整合式STEM教育代替科学教育。智能时代科学教育本身的价值无法替代。

2 科学教育的三种取向

尽管各国科学教育的立场和发展道路不尽相同，但“知识”“探究”和“参与”三种基本取向的起伏与交汇，贯穿于科学教育的演进之中。

2.1 知识取向

广义上，科学教育的历史与科学的历史一样悠久，但是直到19世纪60年代，科学才进入正式学校教育体系。以斯宾塞和赫胥黎等为代表的哲学家和科学家强调“知识系统”和“科技生产力”的逻辑理性和工具性对于人类社会的价值，无疑最有价值的知识便是科学。为彻底革除古典教育的弊端，科学教育先驱们极力推进科学教育体系的建立，倡导通过正式的学校教育形式，让科学对社会进步和人的发展产生最大作用。赫胥黎提出忠告，科学教育要关注科学的一般特点、要注意科学的经验本质和科学方法，要对事物有彻底的理解，“灌输”会使学生愚笨[4]，但是这些先见之明在彼时仅是理想主义。19世纪中后期西方科学教育的重心依然是科学知识教育，关注以科学的逻辑来组织课程，且最有效率的方法是直授。今天，这种直接教授法在学校、科技场馆及其他科普场景中依然大量沿用，它与静态、固定、封闭的知识教学和信息传递目的是匹配的。近百年来，基于直接教学法已发展出了大量的讲授告知式的教学策略。

2.2 探究取向

直授式地传递科学逻辑是“防观众的”，更难以达及让儿童理解的目的。20世纪初期，杜威确立了科学教育中的儿童立场，主张通过“心理”的方法（而非逻辑的方法）并以儿童的“自然经验”之道来萌发儿童生长，达成儿童的生活世界与科学世界之连接，这样才能让儿童学到科学。这启发生成了关于科学方法教育的实用途径——探究科学。很长一段时间，究竟是“科学立场”还是“儿童立场”似乎构成了以美国为代表的西方发达国家科学课程设计取向纷争的两极。然而，科学教育究竟该怎么做，并不能简单地归置于课程内部的“非此即彼”的选择。在褒贬不一的声音中，“科学探究”依然执著地深入到西方国家课程体系，并在一众教育家和心理学家的思想培植下得到发展壮大，成为基础教育科学课程的基本范式，衍生出多种多样的科学实践。这一取向的成功，根本上还在于它追求让学生成为“有自主学习力的人”这一核心价值，这与现代科学教育的追求相契合。当然，探究立场的确立和日渐稳固，与这些国家政府持续的优先资助以及信息技术对探究过程的有力支持是分不开的。这些国家早已深知，投资科学教育是科技和经济指标攀升、社会公平及人的终身发展的基础和关键。

2.3 参与取向

在不断地反思社会经济发展与科学成就之关系的过程中，信念、历史和社会等影响科学生产与传播的“人文”“社会”因素逐渐映入研究者的视野，科学教育研究者认识到，科学理解的形成同样不能脱离这些境脉（context）。伴随着探究取向的流行，20世纪中期，科学教育的社会文化观涌现形成，并在加速的科技进步对社会和生活的影响日渐显著的时候，成为国际科学教育新政策的基本立场;“文化”成为政策框架不可缺失的维度。重视文化维度并不否定科学知识系统的逻辑力量，而是旨在让人们更好地认识到自然逻辑的重要以及科学知识的意义与文化的深切关联。欧洲和美国均强调，科学教育在发展学生基础性素养、科学知识和能力的同时，必须关注他们对科学的境脉性理解，鼓励他们批判性地参与科学相关议题并做出明智决定[5]。为此，科学教育要深植于文化土壤，并关注群体实践对于提升科学素质的作用[6]。

3 “探究—参与”文化中的科学教育理性实践

总体看，提升学生STEM领域的成就和能力，是21世纪全球科学教育政策、研究與实践的基础。学生需要获得这些学科的知识，但理解这些知识的生产、应用和限度则更为重要。对应的关键问题包括：知识是确定的，还是不断变化的？科学中的所有问题都有正确答案吗？应该相信书籍中所写下的“科学”吗？知识是由权威传播的，还是通过与他人的社会互动而发展的？对这些问题的回答涉及对科学知识的本质的理解——这成为当下基础科学教育目标的中心，因为这对于理解世界的基本要素、成为科技决定的社会中负责任的、健全发展的公民，意义非凡。这种对世界的理性认识的回归，在国际教育评估以及科学素养测评中也得到凸显。与此对应，“探究—参与”正在成为科学教育理性实践的共同聚焦。其中“探究”强调将学科话语和探究模式相整合，让学习者在探究中“具身体认”科学，在运用科学方法处理任务、掌握表征的过程中涉身科学，形成科学态度，从而内生科学精神。“参与”重视的是学习者在所有可能的学习环境发挥认识主体（agent）的作用[7]。

“探究—参与”强调学习者参与科学专业共同体的实践，同时强调科学专业人士参与“科学外行人”的社群实践。国际经验表明，科学家及科学机构加入围绕科学话题的社群实践，有利于群体科学素质的提升。这至少是因为，在社群中，普通民众（包括学生）从原本只能参与专属自己年龄的活动，转变为能够参与对方——科学专业人士的活动[8]。科学家参与一些文化特征鲜明的科学教育活动，如科学—技术—社会（STS）教育、科学哲学与科学史（HPS）教育、环境及可持续发展议题教育，以及社会性科学议题（SSI）教育等，有助于学习者认识科学是在与社会、文化、环境及许多其他学科的广阔联系中得以发展的，从而更好地了解科学的“社会建制”和“形成中的科学”的深意，这也有助于广大民众理解科学共同体的重要作用。

4 我国科学教育实践中的“短板”及分析

4.1 “短板”的存在

近年来，党和国家高度重视科学普及工作，科学教育正迎来前所未有的大好局面。此时，科学教育工作者应正视现有“短板”，确立关键行动，以不负时代和国家使命。

国际评估显示，与科技发达国家相比，我国义务教育学生在科学基础知识的掌握上整体优势明显，但在拔尖学生比例、动态问题解决能力等方面显示不足，这也折射出学生对科学知识的生产过程及科学本质缺乏深入理解，对科学方法的意义和运用缺乏真正的掌握，青少年学生对科学的兴趣缺乏持久性，多数学生对科学事业认识不足，对科学相关职业的期待远远落后于发达国家。另外，对比研究揭示，我国中小学科学学习机会欠充分（尤其是小学段）、教学效率不高、科学教育师资专业化准备水平整体上落后于发达国家，且我国科学教育资源区域差异较大，科学教师运用技术促进科学学习的程度较低，智能时代我国科学教育还远未全面实现用技术解决问题。

上述表现与现实实践有一定程度的吻合。案例研究和课堂分析显示，我国的中小学科学实践活动中“重做事、轻思考”的现象较普遍，学生的科学思维活动和基本科学性实践的机会不够。比如，即便在我国发达地区，科学类课堂上的科学推理活动占比很低[9]，初中课堂中的科学探究“有形无实”[10]，鲜有“论证”“建模”“计算思维”等科学实践。尽管许多学校和地区引入了新的学习方式，但依然缺乏对学习和创新本质的理解。一些以“项目化学习”“STEM课程”等为题的科学教育活动中，不乏简单化、表层化的处理。例如：①在对待知识上，重知识结果，轻知识获取途径;②在科学能力上，重操作技能和步骤，轻建构解释、创建论证和为解释作辨论;③在信息检索和寻找解决方案上，重已在，轻未在;重别人建议的“处方”，轻学生自己建构方案;④在教学生成上，重答案和更多的产品，轻质疑和问题的产生;⑤在学生参与上，重“做了很多”，轻“详细记录和批判性思考”。一言以蔽之，对科学究竟该怎么教、教什么，我们的许多老师还不甚清楚。如果这种对科学教育的误识和偏颇实践得不到认真的研究和及时纠正，必然会对科学教育结果（乃至对大学阶段理科人才培养）产生不利的连锁反应。

4.2 研究证据及分析

国际研究表明，国家地区内部教师的教学实践是影响学生科学成绩和科学态度的主要因素[11]。科学推理是科学思维的重要组成部分，而教师话语策略对学生科学推理学习有重要影响[12，13]。众多国家和地区结合本国文化和境脉，将科学推理作为中小学科学教育的基本目标，并细化为具体内容和配套的实践指南。而我国在这一方面做得明显不足。

影响学生职业选择的因素相当复杂，但PISA等国际测试显示其与国家经济环境的开放性及高等教育发展水平等有关。OECD国家平均24%的学生愿意从事科学相关的职业，这个平均水平与目前这些国家能够提供给学生接受高等科技教育的机会比例接近。除此以外，学生的科学职业期待、科学成绩与相关投入之间的落差也说明，大量的科学教育和普及活动未必带来学生科学成绩和科学情感的同步提高[14]。这也再次警示我们，切实提升科学教育者的专业水平，提高科学活动设计的适当性、丰富性十分重要。

童年早期的高质量准备有利于学生科学表现[15]，确保儿童接触优质的科学教育、培养科学兴趣是需要高度重视的方面。尤其值得注意的是，儿童主要通过媒介来学科学，媒介的质量包括科学媒介人的专业素养极大程度地影响儿童的科学信念，对儿童情感品质的形成会埋下“种子”。鉴于家庭支持氛围对儿童的关键作用，欧美许多国家的科学教育同步包括对家长的教育，家长不再只是孩子活动的陪伴或旁观者。有关专家新手的研究也进一步表明，出色的科学家，在科学传播技能上未必熟练、也未必理解儿童。因而，提升科学教育质量，首先需要确保科学教育与普及人员的专业资质。TIMSS（国际数学与科学学习趋势项目）近期数据揭示，全球科学教师专业资质水平有向专业化、高学历化发展的趋势，而且教师的专业化程度与学生的科学成绩有一定关联，比如，教师拥有科学和科学教育双专业背景（其次拥有科学专业背景），其指导的8年级学生的科学成绩趋于更好[16]。因此，“双背景高层次提升”也成为众多西方国家科学教育师资专业化建设的走向。

5 关于科学教育新发展的几点建议

5.1 强化学术建设，补齐科学教育基础研究的厚度和广度

近30年，国际上科学教育及学习科学领域的学术成果呈爆炸式增长，为欧美发达国家新世纪的科学教育改革政策制定提供了坚实的科学基础。相比之下，我国科学教育研究积累还很薄弱，高水平的基础性研究更是缺乏。对此须予以高度重视。首先，应建立科学教育政策研制和运行的发展性机制，坚持证据基础，强化实施成效的监督，改进政策实施的持久性和累积性。其次，通过设立专门的资助计划并加大资助力度，鼓励优秀学者积极投入科学教育实践研究，引领和支持科学教育的实践创新探索。

5.2 协力共建先进、明确的科学教育实践指引

现行中小学科学课程标准对学习性质的表述较为笼统，指引性文件和支持系统相对滞后和空泛，难以满足现实实践和科学教育创新的需要。面向国家发展对科学教育提出的新要求，必须集全国最优力量，研制我国科学教育标准及指引体系，尤其要从学习目标、学习本质与学习活动等维度，针对我国学生实际情况，进行内容和能力上的分类，基于可持续发展的大背景重新组织课程主题，补充和优化健康/疾病、灾害、生态系统、气候变化、科学史等内容，改变因学科间的隔阂分立而导致的阻断科学理解的设计，在不同学段及不同学科的学习之间建立连贯一致的学习内容基础，以利深度迁移。要借鉴国际先进做法，我国教育部门可以依托科研机构、高校的通力协作，邀请多学科领域的一流专家共同研制更全面、更科学、更具指引力和操作性的科学教育实践指引。

5.3 保障儿童青少年拥有高质量的科学学习经历

第一，国家要统筹做好幼儿园和基础教育课程发展工作。加强对科学课程设计与实施的指引和督导，统筹协调以保证小学科学有充足的课时;应以多样化形式和多元途径鼓励所有学生的参与，重视科学思维教学、书面语言学习和新技术工具的应用。小学阶段以激发兴趣和培养认识性好奇为主，帮助儿童了解科学过程，打好科学认知和逻辑思维能力基础;初中阶段应加强科学探究和自主学习能力的训练。第二，提供充分和适当的学习支持。应加强资源整合，遵循学习原理，利用信息技术支持学生的学习。第三，大力加强师资专业化建设。由国家统筹设立专门的教师专业力提升创新项目，重视发展教师的科学探究能力及在正式和非正式环境下开展科学教学的技能;加强科学内容领域的专题培训，邀请科学家作为专职培训者，促进科学教师“科学和科学教育”的双向专业化，推进科学教育教师队伍的高层次、高水平发展。

5.4 设立科技后备人才早期培养的有效通道

要着眼于科学教育的长期目标，改革学校科学教学方法，使用探究、发现等开放式教学法，培养学生大胆质疑、勇于创造和善于解决问题的能力，这些教学方法对培养学生的独立性和好奇心也具有优势。科学兴趣的培养不能脱离科学内容本身，必须打造高质量的、专门化的科学学习环境。教育部门、高校、场馆、中小学、家庭要通力合作，为有科学家潜质的青少年提供从事真实科学实践的机会，包括早期启用认知学徒和持续的专业支持，设立必要的“绿色通道”，同时将对家长及家庭的科学教育作为儿童科学参与和科技拔尖后备人才培养工作的重要组成部分[17]。

5.5 加强科学普及专业力量，改进科学活动的适当性和丰富性

要深入研究科学传播的规律，发展科学普及的适当且有效的方法。唤起科学家的参与，是解决我国大人口基数的科学素质建设问题、提高科学普及质量的关键途径。科学家是最主要的科学知识“携带者”，经过必要的科学教育及传播方法学的训练，同样可以成为好的科学传播者。法国等国家的做法值得参考：①高校有专门的科普机构，科普是高校的“正业”而非“副业”;②理科研究生需修习科学教育与传播课程，掌握科学传播技能，这是科学职业的要求;③政府科學基金项目申请包括对新项目的科学传播设计，缺乏此项或设计得不好，则不能获得资助。实践及研究证明，科普做得好的科学家其科研创新往往也做得好。科学教育及普及中有科学家在场，有利于保证科学正义，这对在社会层面整体提升公众科学素质起到关键作用。同样，科学展览的前端设计应吸纳科学教育专家的智慧，在物理环境上做好整体布局，激发受众的自主探究兴趣，更好地支持“探究—参与”的科学学习文化。同时，要高度重视媒体所营造的情境以及承载的价值观对受众科学态度的影响。加强对媒介传播的监督管理，媒介人应具有优秀的科学素质和传播能力，以确保科学媒介作品的质量;媒介工作要建立和维护公众对科学的信任，让公众看到科学判断和专业知识的有效性监管机制，并让更多的人理解科学的社会性过程。

致谢 本文根据作者于2021年5月21日在中国科协青少年科技中心的交流发言修改撰写而成。对辛兵主任、张振威副主任及出席交流的各位领导、专家和同仁的启发和支持，致以谢忱。

参考文献

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作者简介：裴新宁（1963-），女，华东师范大教育学部教师教育学学院教授，博士生导师，华东师范大学学习科学研究中心共同主任，研究方向：科学教育与传播、学习科学、课程与教学设计，E-mail：xnpei@kcx.ecnu.edu.cn。

Rethinking Science Education// PEI Xinning

Author's Address Learning Sciences Center， East China Normal University， E-mail： xnpei@kcx.ecnu.edu.cn

Abstract The broad purpose of science education is to cultivate students curiosity and interest in science， form scientific thinking and understanding， and shape the scientific spirit. Scienceeducation should enablethemto become active learners， use knowledge as a way to know the world and cope with changes and challenges in the world. It is necessary to optimize academic construction， correctly guidediversepractices， buildtheinterdisciplinary professional community ofscience education， and steadily promote the innovation of the content and methods of science education.

Keywords scienceeducation， scientificliteracy， inquiry， engagement