从全局思考到协同行动：共创学校科学教育新格局

杨健

摘要要在“双减”中做好科学教育加法，就要以全局性思考构建学校科学教育的整体图景，注重全要素的完整建构、全领域的协调联结、全过程的规划预设。要以本源性价值导引学校科学教育的实践取向，强调“科学性”与“人文性”的统一，坚持“大众化”基础上的“个性化”，提升“做中学”“用中学”“创中学”的科技含量；同时借助大观念导引、跨学科主题学习、过程管理等手段，以协同性行动创造涌现科学创新精神的学校文化。

关键词 科学教育；拔尖创新人才培养；科技创新教育；跨学科主题学习；全局性思考；本源性价值

中图分类号G63

文献标识码B

文章编号1002-2384（2023）06-0009-05

注释：① 本文系江苏省2021年度中小学教学研究第十四期课题“科学探究活动的思维历程优化设计研究”（课题编号：2021JY14-JC12）的研究成果。

习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时指出，要在教育“双减”中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。[1]这一重要指示，将“双减”政策直接与党的二十大报告中关于擘画“实施科教兴国战略，强化现代化建设人才支撑”的战略举措紧密联结起来。

如何在学业减负的同时做好科学教育加法，发展中小学生的创新意识、科学精神和实践能力，为拔尖创新人才培养在源头打下坚实基础，是中小学校面临的时代命题。学校管理者尤其需要注意，当科学教育成为学校的核心关切之一，并且深度融入学校内涵发展的行动中时，我们不应仅仅关注增加了多少与科学和科技有关的活动，更要检视这些活动是否能让学生真正亲历科学探究实践的过程，真正被激活好奇心、想象力，并将探求欲持续保持下去，真正形成像科学家那样的思考世界、认识世界的思维方式，真正发展起可以带得走的科学素养、创新精神与实践能力。

一、以全局性思考构建学校科学教育的整体图景

中小学科学教育的内涵丰富，形式多样，既包含科学（包括物理、化学、生物等）、数学、信息科技、通用技术等科学与技术领域的学科教学，还强调在语文等人文领域学科教学中的有机融入，以STEM教育、项目化学习等多种样态开展的跨学科实践更是实施科学教育的新途径。同时，机器人、人工智能、物联网、生物科技等新技术新领域的内容不断进入校园，以面向真实问题解决的小发明、小创造、小制作、小论文等为载体的中小学科技创新教育活动广泛开展，形成丰富的科学教育形态。

多样态的科学教育形式在发展学生科学素养、创新精神与实践能力上，各有其功能定位，又互为支撑。但对于整体性、持久性提升学校科学教育质量这一目标任务来说，在局部因素上做加法并不能带来科学教育质量根本性的改变，中小学校需要系统建构科学教育规划，全局性思考促进科学教育内涵深化的举措，将诸多要素创造性地组合起来，融会贯通于日常的课程活动与教学改革之中，如此才能避免低效能的人力、物力和时间投入。

1. 注重全要素的完整建构

学校科学教育的有效开展是理念系统、操作系统、保障系统等多要素共同作用的结果，要从明确学校理念价值、目标愿景和特色追求，统筹规划空间资源、学校课程、教学改革和教师发展等方面系统设计。如江苏省太仓高级中学持续推动学校积淀形成“人文奠基、科技見长”的办学特色，[2]其理念与实践思路如下：凝聚“志存高远，业求专精”的共同价值观，聚焦高水平创新人才培养，突出科技和科学教育元素，以重构学习空间、升级课程体系、丰富学习资源、开发校外资源、更新学习范式以及为教师赋能增效，描绘出一所科技特色学校的完整图景。这样的全要素统筹思考值得借鉴。

2. 注重全领域的协调联结

学校不仅要从科技和科学教育元素本身出发建构工作框架，还必须综合考量科学教育与其他领域的关系，实现人文领域与科学领域的协调联结。一方面，脱离学校其他领域思考科学教育怎么做，会使科学教育陷入与其他工作割裂状态，难以得到所有人的关注和投入。正如美国科学家、工程师范内瓦·布什所说的“科学不能依靠自身单独存在”，[3]科学教育也不能只有科学与技术类学科教师参与。另一方面，“科学人才的发现和发展计划必须考虑到社会其他领域对高级人才的需求”，[4]对人才培养的整体性思考需要综合考量学生不同面向的发展可能。基于儿童的个性差异和丰富发展潜能培育他们在不同领域的创新精神和实践能力，与使每一个学生都具有科学素养同等重要。

3. 注重全过程的规划预设

回到实践现场，在学校科学教育的整体框架中，每一个要点在运作中都必然受到是否能够一致性、持续性实施和改进的检验，会面对关于“具体该怎么做”的思考与追问。例如：科学教育课程体系的升级是从低一级向高一级进步的过程。在这个过程中，大到全体教师积极投入科学教育的主动性是怎样形成的，小到在某一学习活动中怎样渗透融入科学要素的具体设计，这些都要一一作答。这就提醒我们，如果仅仅是规划工作的构成要素，而未能洞悉具体实践过程的演进路向，特别是引发科学教育变革的关键因素是如何运作的，那么就有可能付出很多努力但仍未能达到预期目标。因此，从宏观规划到微观实施，让理念倡导转变为现实行动，必然要经历众多关于怎样有效转化的思考与行动。

总之，全要素、全领域、全过程地构建学校科学教育的整体图景，使管理者拥有了工作中分析问题的“思想透镜”，有助于处理好科学教育与其他领域的平衡关系，厘清优化科学教育的实践脉络，提升决策工作和改革实践的专业性。

二、以本源性价值导引学校科学教育的实践取向

教育是育才与育人的辩证统一。科学教育要面向全体学生，将提升人的精神境界、培养适应时代发展需要的关键能力、培育“有理想、有本领、有担当”的时代新人作为本源性价值。

1. 要坚守科学教育的育人价值，强调“科学性”与“人文性”的统一

科学教育如果仅仅强调人才培养的经济理性和科学理性，而忽略了道德、伦理、审美和品格等内容，不过是“制器”，而非“育人”。在科学教育中塑造学生正确价值观、必备品格的有力举措是大力弘扬科学家精神。科学家精神是中华优秀传统文化和改革开放时代精神的集中体现，是科学精神与人文精神的有机统一，蕴含了在长期科学研究中积淀的科学规范，体现了科学家浓厚的家国情怀与强烈的社会责任感。[5]中小学校要在引导学生开展科学探究实践的过程中，用科学家的事迹故事和思想方法激励学生像科学家那样崇尚创新、追求真理、严谨治学、潜心研究、团结协同，用自己的努力实践服务他人、服务社会、报效祖国。

2. 要树立面向全体的教育理念，坚持“大众化”基础上的“个性化”

科学领域的拔尖创新人才需要早期培育，在基础教育阶段培养学生的创新思维，激发学生的创新活力，助力卓越人才的成长，应当成为重要的实践课题。但是，只把科学教育聚焦于少数学生，走“精英化”道路，是短视且适得其反的做法。一方面，面向全体的科学教育是追求公平而有质量的教育的应有之义，是提高全民科学素养，营造热爱科学、崇尚创新的社会氛围的必然要求。另一方面，尽管科学前沿领域的突破似乎只有少数“天才”才能實现，但判断一个人是不是拔尖创新人才，其依据往往要看个人在前沿领域取得的成就，而不是在学校的成绩。每个人生来就有创造和创新的潜力，拔尖创新人才在接受教育的早期未必表现优秀、突出，甚至会因这样那样的“问题”使得潜能受到抑制。天生才智过人的学生，也可能会因为忽视对意志的塑造以及未得到持续鼓舞，无法坚持走到取得突破的时刻。因此，学校科学教育要面向全体学生，要通过创造丰富多样的科学探索机会，提供个性化的课程，激发不同学生的才能，保护学生的好奇心和创造力，鼓励他们从浅层兴趣走向深层志趣，使他们不会因为得不到足够支持和指导而放弃探索，不会在投入真正的科学学习时因为感觉枯燥、繁复而失去热情，从而逐渐泯灭潜在的科学天分。

3. 要在实践原则上突出创新，提升“做中学”“用中学”“创中学”的科技含量

《义务教育课程方案（2022年版）》要求将“突出实践”作为义务教育课程应遵循的基本原则。对于科学教育领域来说，科学探究与工程技术是科学家和工程师探索与改造自然世界和人工世界的方法，是凸显学科特质的实践方式，包括提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流和反思评价等科学探究活动，以及明确问题、设计方案、实施计划、检验作品、改进完善、发布成果等工程技术活动。[6]所谓行之愈笃，则知之愈明，不亲历实践，就不能完全理解科学和工程实践的本质。同时，科学的核心是发现，技术的核心是发明，工程的核心是建造，这些无不需要创新精神与创新思维的参与。中科院院士邱大洪明确指出，“要使科学研究达到高水平，除了实践、认识、再实践、再认识外，创新是关键”。[7]提升学生的科技创新素养，必须让他们像科学家和工程师那样，在科学探究实践中发展知识与技能，在科学技术活动中创造性地迁移应用，解决新问题，应对新情境。在科学学习中，学生是否着力于“做中学”“用中学”“创中学”，应成为评价他们在科学与技术方面学习质量的重要尺度。

三、以协同性行动创造涌现科学创新精神的学校文化

在科技创新教育中，当学校以全局性思考系统看待各个学科、多样活动、环境资源、制度机制等各方面的关联性，让发展与培育每一个学生的科学素养与创新品质成为各关联主体的日常行动自觉时，就有可能使学校成为一个科学创新教育的“涌现系统”，营造出富有科学创新精神的学校文化新境界。

1. 透过“大观念”厘清全学科融入科学教育的思维脉络

在学科教学中为科学教育内容要素打开“入口关”，是做好科学教育加法的“增长极”之一。当前，还不同程度地存在一些影响科学教育有机融入各学科教学的障碍。一是对于学生发展核心素养作为课程共同基础的地位认识不够。如“科学精神”是核心素养的六大表现之一，理应受到各学科的共同观照，但实践中教师能够做到关注学科核心素养、强调学科特质，作为核心素养表现之一的科学精神常被虚化。二是对于非科学类学科与科学教育整合的可能性认识不足。正如李政道所言，“大学教育中如何实现科学与人文、科技与艺术的融合……已经成为各国教育学研究中不可缺少的一部分”。[8]三是科学精神是科学文化深层结构中蕴含的价值和规范的综合，具有隐含性，本身从我们日常接触的科学知识、科学活动中就难以立即察觉，[9]当它融入其他学科学习活动时被识别的难度就更大，这也对非科学与技术类学科教师敏锐捕捉科学教育契机提出很大挑战。

2009年，来自不同国家的一组科学家和科学教育专家共同提出了“科学教育的原则与大概念”，他们一致认为，科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当的、生动的教育方法，帮助孩子们建立一个完整的对世界的理解，初步形成科学态度，掌握科学方法，了解科学精神，构建一个人健康协调发展的基础。[10]福建师范大学教授余文森指出，大观念是一门学科知识内容体系中最有解释力、统整力和渗透力的知识，这种知识内含学科思想、学科方法、学科思维，是核心素养在学科课程中的体现。[11]由此可见，科学的“大观念”是具有底层逻辑价值的“理念透镜”，它不仅是近年来科学学科教学的理论基础，更可以帮助非科学类学科教师找准与本学科相融的科学教育元素，避免仅仅从具体的科学事实、科学知识以及显见的科学活动层次上理解能否进行科学教育，使非科学类学科教学更好地在本质层面上与科学教育有机结合。学校应使全体教师从认识、理解、熟知科学大观念的层面来开展科学教育，这对于适时适当地将科学教育融入各学科教学具有非常重要的意义。

当然，倡导科学教育融入各学科并非是要每一个学科都去教科学知识、做科学实验，这显然是不可取的。学科的内涵存在于这个学科独特的思想方法之中，不同学科可以为学生理解科学世界和科学家世界提供不同的视角和侧面，共同促进学生科学思维能力、创新能力的发展以及科学态度、责任、价值观的形成。因而，发挥不同学科的独特性，是所有学科协同落实提升学生科学素养目标的应有坚持。

2. 将跨学科学习适时适当地转化为作品导向的科技创新型实践

中共中央、国务院印发的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》提出，要探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习，其目的在于促进知行合一、学思结合。跨学科主题学习、综合实践活动、工程与技术实践体现了对这一要求的践行，是在学科融入基础上进一步促进各学科协同开展科技创新教育的重要路径。

面向生活情境的跨学科实践常会融入科学和技术元素，学生会在迁移运用多学科知识和能力的基础上，开展科学探究和设计制作活动。依据义务教育新课程方案要求，每个学科要用不少于10%的课时设计跨学科主题学习，其中包含着丰富的以作品为导向的科技创新活动机会。为此，学校应深度构建一种“科技创新活动型实践模式”，将学生的每一次科技创新活动转化为“大任务”“大主题”“大单元”，以解决自主发现的真实问题为驱动，通过科学探究和工程设计活动，完成以小论文、小发明、小制作、小方案等形式呈现的科学技术类作品。

其实，科技创新活动型实践在学校并非全新事物。多年来，全国各地学校开展的以各级各类青少年科技创新大赛为指向的科技创新活动本身就是绝佳的科学实践。但一直以来，很多人对此存在着认识偏差—科技创新活动仅被当作一种由科技辅导员指导、部分学生参加的活动，且过于追求竞赛获奖，有功利化倾向等。对此，学校应当探索以项目化学习、STEM教育等新教学理念为指引，由各学科教师积极参与、协同研究与实施的“科技创新活动型实践模式”，让每一个学生都投入科技创新活动，以此为基础发现与培育具有创新潜质的学生，实现普及基础上的特长发展。

3. 与探索创造行为紧密联结，丰富科学教育空间与资源矩阵

学校科学教育空间与资源的多少决定了学生参与科学学习机会的多寡。针对学生在科学技术方面不同的学习内容与样态需求，如何重新构想校园，以多样的场景空间、丰富的情境资源、传统与现代兼具的技术手段以及配合动态课程学习要求的运管能力，共同构建科学教育的资源矩阵，越来越成为学校教育面临的新问题。学校的科学与技术教育不仅需要传统形态的实验室、计算机室、劳动技术室，更要充分考虑学生开展科技创新学习行为的多种样态，以跨学科、多功能、全领域的思维加强空间资源的功能整合，同时兼顾为学科教学、创意制造、研究性学习、协作研讨等方面提供资源供给的可能。

例如：江苏省南京市金陵中学河西分校以“贯穿、无边界、融合一体化”的思路，在校内设计了由领域学习区、项目实践区、开放共享区三部分组成的“创想学习港”。其中，中心的开放共享区承担阅读、展示、交流、分享、休憩等功能；围绕中心的是支持小组学习的项目化学习实践区；最外围由比特实验室、人工智能室、木工坊、创意美术室等组成领域学习区。以上所有区域向学生开放，既能满足科技创新学习的时空流动要求，支持研究型、项目化、合作式学习；又可以使有关学科教学的功能室得以保障，是一种较为可行的空间资源建设模型。又如：笔者曾在任职校长期间，在所在的南京市凤游寺小学组织建设过养殖蝴蝶的“六足园”作为生态学习场所。因四时不同、昼夜变化，“六足园”蕴藏着丰富的观察、探究、制作、创造性实践机会，伴随物联网等设施设备的迭代融入，又生成多学科、长周期、序列化的科技创新类活动课程，在较大范围内产生了影响力。

特别要注意的是，学校拥有现代科技产品，并不必然提升科学学习的创新品质。当前，一些先进的新科技产品进入学校课程活动，无论是对于作为新学习内容的3D打印、物联网设备、人工智能、无人机等新技术，还是作为新学习工具的移动终端、互联网软件等，学校都要审慎地检视教师是否指导学生在深度学习任务中运用它们。如果层出不穷的新科技成果在学校里仅仅是给学生带来浅层次的体验或操练机会，那么就要再次审视该项投入是否必要，同时思考怎样提升从消费型应用到创新实践型应用的水平。

4. 以过程管理营造持续协作的科学教育新局面

倡导科学教育在学科教学中、在跨学科实践中、在丰富的科技创新活动中持续深化，突破“局部”“散点”“碎片”的问题，需要学校将对学生科学素养、创新精神和实践能力的培育作为学校育人理念脉络上重要的一支立起来，并紧密融入学校的组织管理机制。

其一，做好学校科学教育课程规划。学校需要在办学的理念价值、目标愿景和特色追求中将科技创新素养作为全面育人的一根梁柱，在此基础上整体规划科学教育课程，统筹校内外、软硬件资源的整合建设，明确在学科教学中渗透、在跨学科实践中凸显科学教育的方式，有效建构面向全体与个性化培育相结合的科学教育特别是科技创新实践活动的框架与路径。

其二，构建教师广泛协作的模式。学校教学管理部门应整体设计加强科学教育的教学机制模型，以开展常态性跨学科集体备课、组织跨学科项目化学习等形式，促进各学科教师协同探讨“面向每一个”“渗透每一课”“融入每一天”的科学教育新课题。同时，学校还要探索通过多部门、多学科攻关，为强化科学教育营造专业对话与分享的氛围，降低个人与单个学科团队改革的难度。

其三，完善过程性协同管理制度。针对“做好科学教育加法”这一新命题，学校要在进行课程规划的同时，思考可能存在的组织管理障碍，做好制度机制的前期预设，明晰学校人、物、时、空有效支持学生科技创新学习的合理调配方式；要在实践中不断探索、积累、固化，形成教学常规管理的新内容、新规范、新标准，保证学校全员常态化协同推进科学教育的机制不断优化完善。

参考文献：

[1] 程晓琳，蔡姝雯.做好科学教育加法，培育“小小科学家”[N].新华日报，2023-04-07.

[2] 陈国良，刘立.深耕科创特色 奋进高质量发展新征程[N].中国教育报，2023-03-17.

[3][4] 范内瓦·布什，拉什·D.霍尔特.科学：无尽的前沿[M].崔傳刚，译.北京：中信出版集团，2021：81-82.

[5] 罗方述.科学家精神 为科技强国凝聚磅礴力量[N].中国教育报，2023-01-12.

[6] 中华人民共和国教育部.义务教育科学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2022：7.

[7] 王晶华，姜文洲.邱大洪院士：在科学研究与工程实践中勇于创新[N].中国科学报，2017-07-24.

[8] 顾秉林.促进人文、艺术、科学教育的融合 追求真、善、美的统一[J].清华大学教育研究，2002（4）：1-7.

[9] 李醒民.科学精神的特点和功能[J].社会科学论坛，2006（2）：5-16+1.

[10] 温·哈伦.以大概念理念进行科学教育[M].韦钰，译.北京：科学普及出版社，2016：4.

[11] 余文森，龙安邦.论义务教育新课程标准的教育学意义[J].课程·教材·教法，2022（6）：4-13.

（编辑 王淑清）