大学与中小学协同推进科学教育的实践探索：基于经合组织创新学习环境的探讨

胡勇　刘丹旸

【摘 要】大学与中小学协同推进科学教育，为在教育“双减”中做好科学教育加法、推进新课程方案有效落地提供重要的专业支撑。为加强科学教育，大学教师通过参与开发地方课程与教材编写、设计学校科学教育课程、创新科学教育教学方式、整合科学教育资源等实践策略，为中小学开展科学教育注入专业力量。基于经合组织创新学习环境之教学核心要素的研究，未来大学与中小学可在学习者、内容、教育者、资源等方面进一步着力，通过有效协作共同推进科学教育开展，探索提升学生科学素养的新路径。

【关键词】科学教育 协同育人 学习科学 创新学习环境

做好科学教育“加法”，需要各类机构携手推进，盘活校内外科学教育资源，为推进科学教育建立协同机制。本文基于大学与中学合作开展科学教育的案例，从科学课程与教材开发、学校科学教育课程建设、科学教学方式创新、科学教育资源整合等方面探讨协同育人的实践策略，并基于经济合作与发展组织（OECD，以下简称“经合组织”）对创新学习环境的研究，探讨未来进一步通过院校协作深化科学教育的可行路径。

一、大学与中小学协同推进科学教育的重要意义

1. 大学与中小学协同有助于落实在“双减”中做好科学教育加法

“做好科学教育加法”为中小学进一步落实“双减”政策指明了方向。“双减”政策实施以来，中小学更加注重提升课堂教学质量，致力于在校内满足学生多样化、高质量的教育需求。但笔者调研发现，不少中小学依然面临缺乏系统的科学课程和专业的科学教师的现实困难。

大学教师参与中小学科学教育，可以帮助中小学教师将“科学教育加法”落实于课堂，扎根于育人理念之中。一方面，大学教师可以发挥自己的专业优势，基于当前科学创新的发展趋势，为中小学科学教育课程提供具有前沿性的科学创新内容。另一方面，大学教师亦可与中小学教师合作，直接参与拔尖创新人才培养，在科学教育教学中以科学知识为基础，致力于培养学生的科学精神和科学素养。

2. 大学与中小学协同为推进新课程方案有效落地提供重要专业支撑

2022年版义务教育课程方案和课程标准为具体细化党的教育方针，落实立德树人根本任务，指导课程、教材和教学改革指明了进一步努力的方向。《义务教育课程方案（2022年版）》（以下简称“新课程方案”）对课程实施、深化教学改革等方面提出明确要求，要“强化专业支持”，“利用高等学校、科研院所、学术团体等机构的专业力量……为课程改革提供指导”[1]。

新课程方案对开展科学教育提出更高要求。大学教师可以利用专业优势，广泛参与中小学科学教育，通过科学教育课程建构、教材编写、教学方式变革，为新课程方案落地见效提供专业力量。

3. 大学与中小学协同开展科学教育有助于提升学生科学素养

在当今时代，引领科技创新、增强国家综合国力和国际竞争力离不开大批科技创新人才，而科技创新人才的培养又依赖于高质量的科学教育。加强科学教育、丰富科学教育内涵、创新科学教育实践方式、提升学生科学素养是当前我国基础教育的重要着力点。

2022年9月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》，提出要“强化基础教育和高等教育中的科普。将激发青少年好奇心、想象力，增强科学兴趣和创新意识作为素质教育重要内容，把弘扬科学精神贯穿于教育全过程。建立科学家有效参与基础教育机制，充分利用校外科技资源加强科学教育” [2]。

经合组织在《PISA 2018测评与分析架构》中明确了科学测评的架构（Science Framework），将科学素养（scientific literacy）界定为：学生作为具有反思精神的公民、参与科学相关问题的能力和拥有科学方面的理念[3]100。PISA 2018科学测评分为情境、能力、知识、态度等四个维度。其中，对情境（Contexts）的描述包含个人、社会和全球情境，涉及健康与疾病、自然资源、环境质量、危害、科学与技术前沿等现实与历史问题（表1）。

PISA科学测评设计了科学素养能力标准和知识类型的认知需求框架，要求学生能科学地解释现象，评估和设计科学探究，科学地解释数据和证据，注重科学知识及知识的应用，注重对科学探究的理解，关注科学和技术的发展，关注公民参与科学相关议题的意愿。

大学教师参与中小学科学教育，可以直接引导学生进行科学与技术前沿领域的内容学习，并在科学研究方法、探究学习、学科实验等方面进行实践指导，弥补中小学科学实验室和专业学科教师等方面的欠缺与不足，为科学教育的顺利开展提供师资和条件保障。

二、大学与中小学协同推进科学教育的实践探索

大学与中小学协同推进科学教育的主要路径包含课程教材建设、教学方式变革、资源整合等方面。下文结合首都师范大学（以下简称“首师大”）生命科学学院与首都师范大学第二附属中学（以下简称“首师大二附中”）开展的协作探索，探讨协同推进的具体路径。

1. 服务“双新”落地，推进课程与教材建设

基础教育阶段的科学教育是提升公民科学素养和为国家培养科技人才的基础性工作，也是从源头和底层推动科学教育高质量发展的基础性工作。大学教师在推进基础教育新课程方案落地过程中，可为地方课程与教材建设贡献力量。

首师大生命科学学院教师积极参加初高中生物学教材的编写，以落实国家新课程标准为核心，基于学生核心素养培育精选素材。在教材编写过程中，大学教师对科学知识的核心概念进行把关，确保内容的科学性与时代性。比如，生物学科存在一些很容易混淆的概念，像呼吸系统（Respiratory System）、呼吸运动（Respiratory Movement）、呼吸（Respiration）、呼吸作用（Cellular Respiration）、有氧呼吸（Aerobic Respiration）和无氧呼吸（Anaerobic Respiration），这几个概念都含有“呼吸”二字，但內涵却不同，很容易混淆，甚至中学教师也不一定能够完全理解这些基本概念的联系与区别。因此，如何设置情境，如何引导学生主动去思考、辨别和掌握这些核心概念的内涵是所有教师应该重点关注的问题。大学教师参与中学教材的编写，可以更好地帮助中小学师生明晰概念，在活动设计中为学生提供探究学习、问题解决的机会，提高学生科学探究的能力。

2. 服务“双减”落地，参与中小学科学教育课程建设

一是大学教师通过参与中小学课程体系设计，助力中小学形成完整的五育并举的课程体系。在部分中小学，由于专任科学教师不足，学校科学教育课程有待进一步完善。大学教师可以围绕育人目标确立科学教育课程建设的愿景，基于新课程方案，在原有课程基础上及时完善中小学科学教育课程，补齐科学教育的短板，促进学生德智体美劳全面发展，探索五育融合的育人价值。

二是助力中小学建设更具选择性的校本课程，为学生的个性化成长提供更加丰富的课程支持。中小學在国家和地方课程的校本化、高效化实施过程中，需要开发更多体现学校特色的科学教育课程，满足学生多样化发展需求。如首师大二附中携手首师大教师，合作开发了特色“博识课”，着力呈现科学教育系统性、开放性与综合性的特点，帮助学生体悟与践行科学精神。

三是丰富课后服务课程，促进学生个性化发展。“双减”之后，大学师生参与中小学课后服务课程建设，中小学课内和课后课程形成有机整合。如首师大二附中借助首师大各类资源，在课后服务活动中开设个性化的拓展性科学教育课程，供学生自由选择。课程强调多学科融合，注重实践性和体验性，全面提升学生核心素养。

深化推进“双减”，需要充分挖掘大学与社会资源参与课后服务课程的潜力，为帮助学生自主探究世界、开展实践活动创造良好环境。大学教师通过参与中小学科学教育课程建设和提供课后服务资源，为科学教育的广泛开展拓展了空间。大学与中小学协同开发系列校本科学活动课程，重点突出跨学科性和选择性，能满足不同学生的学习兴趣和学习需求。

3. 基于育人方式变革，创新科学教育教学方式

《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出了培养学生核心素养的课程目标，规定了科学教育的内容和科学教学的基本要求。当前，科学教育教学已从知识本位转向素养培育。为实现核心素养的培养目标，科学教育需要以学生为中心，创新教学方式，进一步激发学生的好奇心和科学兴趣。

一是创新学科实践活动。大学教师与中小学教师在深入理解和高度重视科学课程在发展学生核心素养的重要作用基础上，可以改变以往单一知识为本的教学理念，培养学生的探究精神。例如，学生通过阅读新闻报道，了解到我国的航天事业取得了巨大成功，科学家已经在空间站完成水稻和拟南芥“从种子到种子”的全生命周期实验。科学家为什么要选择“水稻”和“拟南芥”这两种植物？如果还要添加另一种植物，该如何选择？在生物学科教学中，大学教师可以结合这一新闻热点，通过与中学教师合作，为中学生及时补充前沿科技内容，在课堂实践中采用以科学探究实践为主的教学方式，让学生爱上科学、追求科学，真正实现科学课程的独特育人价值。

二是合作设计项目学习等跨学科主题活动。例如，大学与中学教师合作开设“博识课”，学生开展主题化、项目式学习，教师通过大单元教学帮助学生了解科学知识产生方式，逐渐养成应用科学思维方式进行思考与探究的习惯与态度。在项目学习过程中，通过头脑风暴、积极实践、探究反思等系列特色活动，学生们深刻体验了科学学习的价值与意义，促进了创新思维的培养。

三是参与拔尖创新人才培养，落实因材施教。为提升中学生的科学素养，北京市教育委员会启动实施了“翱翔计划”，选拔有潜力的优秀学生，聘请大学教师担任导师，对学生进行个性化指导和拓展性培养。大学教师受聘为“翱翔计划”导师，指导中学生明确学习研究方案，指导中学生参加科研活动，带领中学生进入实验室开展研究性学习，培养其创新思维和创新能力，为中学生未来开展科学研究奠定坚实的基础。

4. 整合大学及社会资源，拓展科学教育空间

科学课堂是科学教育的主阵地，但中小学科学教育的课时有限。科学教育加法不是简单地做时间上的加法，还需要从空间上进行拓展，将科学教育从课内拓展到课后，甚至校外。

一是大学开放实验室，由大学教师与研究生指导中学生开展科学实验。如中学生走进大学生物实验室，开展丰富多彩的实验课程学习活动。实验课程主要依据新课程标准对生物实验的要求与学生需求而策划设计，旨在提高学生实验技能、解决疑难实验问题、增强科学探究能力。大学教师依托实验室现有资源，开发实施了多门生物实验类课程，包括实验理论、实验改进及疑难实验突破、创新实验、实验视野拓展等，可以为中学实验教学补充相关内容，引导学生领悟科学学习的魅力。

二是“馆校结合”开展科普教育活动。中小学充分利用博物馆、科技馆、植物园以及科研院所的特色空间，让学生走出课堂，走进科学天地，走近科学家，感受科学的价值与魅力，努力拓展科学教育空间。如首师大二附中“博识课”注重整合大学与科研机构专业力量，与大学教师合作开发“学习任务单”，引导学生在植物园开展探究实践活动，让学生在真实生活情境中学习科学知识，了解科学与社会生活的联系，感悟科学的重要价值，拓展学生的科学视野。

三、大学与中小学协同推进科学教育：基于经合组织创新学习环境的探讨

“双减”政策提出要构建教育良好生态。为切实推进科学教育，中小学需要统筹校内校外教育资源，对科学教育教学进行系统规划。推进落实义务教育新课程方案，需要吸收学习科学的最新成果。

基于学习科学理论，研究者与实践者强调要突破学校课堂的局限，将学生学习置于生态系统中进行创新性设计，以促进学生更有效地学习。经合组织教育研究与创新中心实施的“创新学习环境”（Innovative Learning Environments）项目对学习本质及学习的支持条件与环境开展的系列研究，为促进学生学习及创设支持性学习环境带来关键启示。

经合组织出版的《创新性学习环境》认为，学习环境的基础为教学核心要素，包含学习者、教师、内容、资源等四个维度。学生学习发生的情境并不局限于学校教育场景，亦包含更广阔的家庭、社区和社会场景[4]。为进一步推进科学教育，可参考上述经合组织关于学习环境的研究，基于教学核心要素的学习者、教师、内容、资源等维度并考虑其互动影响，对科学教育进行优化设计。

一是扩展学习者范围。大学与中小学合作开展的科学教育，学习者并不仅仅局限于中小学生。例如，大学依托相关专业和师范资源，在大学教师的指导下开发了多门科学教育课程，由大学师范生带课进入中学，为中小学生提供具有学科融合、实践体验特色的科学课程。在大学与中小学合作开发课后服务课程的过程中，师范生亦是学习者。师范生在为中学生授课时，积累了教育教学经验，对教学专业逐渐形成专业认同，为日后承担教职奠定了良好基础。

二是丰富科学教育师资来源。在大学与中小学合作推进科学教育的过程中，突破了原有中小学专业科学师资的局限，大学教师、师范生、科研院所专业研究人员等亦承担科学教育或科普工作。更加多元的师资为深化推进科学教育提供了高质量的专业师资保障。

三是优化科学教育内容。大学教师参与中小学科学教育，可以充分利用专业优势，在课程与教学内容选择等方面提供更加前沿的科技信息或相关案例，通过合作设计问题情境、开展项目学习等方式，进一步增强科学教育的专业性。

四是拓展科学教育资源。基于学习科学关于学习生态系统构建的相关理念，可进一步拓展开展科学教育的时间和空间，通过汇聚学校、社会、家庭等领域的优质教育资源，共同打造协同育人的科学教育环境与新生态。

在“双减”中做好科学教育加法，需要基于教学核心要素对教与学及其组织安排进行优化，并考虑各要素之间的相互关联及动态机制，为学生创设良好的科学学习环境与学习生态。学习科学认为，学生学习的环境既包含学校等正式学习情境，也包含科学中心、博物馆、动物园、水族馆、家庭等非正式学习环境[5]。STEM非正式学习环境通过大学、教育者等各方合作建构的“研究—实践”伙伴关系模式，能够激发学生进行科学探索。大学与中小学紧密协作，通过课程与教材开发、教学方式变革、资源整合等方式，建立健全课内科学教育和课外科学教育的有效衔接机制；通过建构科学教育的生态系统，进一步提升学生对科学研究的兴趣与敏感性，促进学生科研能力和创新思维的培养，使学生掌握探知世界的知识与方法，树立科学价值观，养成科学家精神和科学家品质，为终身学习和发展奠定基础。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育课程方案（2022年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2022：15-16.

[2] 中共中央办公厅，国务院办公厅.关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见[EB/OL]. （2022-09-04）[2023-05-05].http：//www.gov.cn/zhengce/2022-09/04/content_5708260.htm.

[3] OECD.PISA 2018 Assessment and Analytical Framework[M/OL].Paris：OECD Publishing，2019[2023-04-05]. https：//www.oecd-ilibrary.org/education/pisa-2018-assessment-and-analytical-framework_b25efab8-en.

[4] OECD. Innovative Learning Environments，Centre for Educational Research and Innovation[M/OL].Paris：OECD Publishing，2013：22-23[2023-05-06]. https：//www.oecd-ilibrary.org/education/innovative-learning-environments_9789264203488-en.

[5] 帕特里夏·K.庫尔，林姒祥，索尼娅·奎列罗，等.数字时代的心智开发：面向21世纪教育的学习科学[M].窦卫霖，陆东，刘畅，等译.上海：上海教育出版社，2021：216.

本文系北京市教育科学“十四五”规划2021年年度重点课题“北京市特级教师引领教学创新的实践路径研究”（课题编号：CDAA21025）成果；北京市教育学会“十四五”教育科研2023年度“义务教育生物学教科书‘学习活动编写特色研究”课题成果。

（作者系：1.首都师范大学生命科学学院副教授；2.首都师范大学第二附属中学科技主任）

责任编辑：赵继莹