加强新时代中小学科学教育工作培养学生科学素质

2023 年5 月，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（以下简称《意见》）。《意见》从课程教材、实验教学、师资培养、实践活动、条件保障等方面强化顶层设计，充分整合校内外资源，推进学校主阵地与社会大课堂有机衔接，为中小学生提供更加优质的科学教育，全面提高学生的科学素质，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。为此，教育理论工作者就加强新时代科学教育工作进行了深度分析。

一、理解科学教育课程的核心概念

孔繁成在《教育导刊》2023 年第6 期发表的《科学教育课程的核心概念界说》一文中指出，《义务教育科学课程标准（2022 年版）》（以下通称“新课标”）中有核心概念13 个，教师有必要厘清核心概念的边界、核心概念之间的逻辑关系。

科学课程的核心概念是科学教育的核心课程内容，是居于科学教育内容领域中心位置的主体结构，包括基本概念、基本规律、基本原理、基本逻辑关系和基本事实，这些能够展现当代科学课程的内容图景，是科学课程内容结构的主干部分，其分布如下：物质科学领域有4 个核心概念，分别是物质的结构与性质、物质的变化与化学反应、物质的运动与相互作用、能的转化与能量守恒；生命科学领域有4 个核心概念，分别是生命系统的构成层次、生物体的稳态与调节、生物与环境的相互关系、生命的延续与进化；地球与宇宙科学领域有3 个核心概念，分别是宇宙中的地球、地球系统、人类活动与环境；技术与工程领域有2 个核心概念，分别是技术、工程与社会，以及工程设计与物化。

以物质科学领域核心概念的教学为例，一是教师要引导学生在真实的问题情境中全身心体验、观察、实验与探究。科学教育要达到提升学生科学素养的目的，要求教师创设的问题情境必须是真实的，问题最好是以现实生活中的真实存在和生活案例为载体；学生观察到的物质变化是自己通过实验探究获得的，学生只有全身心地动手、动眼和动脑，才能逐渐生成对物质变化的定量认识。

二是教师要视课前设计、课上指导和学生课上主体身份体现同等重要。教师是科学活动的设计者、组织者和引领者。物质科学领域核心概念教学提出引导学生利用模型描述物质结构，解释物质的性质，对物质进行分类，感受物质变化与化学反应的真实存在等教学策略建议和要求，这些若离开教师的课前精心设计和课上指导是没有办法实现的。

三是教师要深入理解“教学提示”内涵，给学生提供切实有效的学法指导。“教学提示”为教师提供了教学的基本策略和提升学生科学素养的途径，如开展观察、实验探究、测量、调查、项目研究、制作等。但是，教师明确了教什么、用什么方法和手段教、怎么教、教到什么程度，并不代表学生明确了怎么学。教师在课前准备时要思考清楚以下四个关键问题：如何对学生进行学法指导；在学法指导中抓住哪几个关键点；在教学设计中的哪个环节对学生进行学法指导；在教学评价环节如何检查学法指导是否到位。因此，教师必须真正理解“教学提示”的内涵，把握好对学生进行学法指导的要领，使学生在科学学科的学习过程中能够开展真观察、真实验、真测量、真调查、真制作，使学生有真体会、真理解、真领悟。

二、探索学生科学高阶思维的培养路径

王晶莹、周丹华、杨洋等人在《现代远距离教育》2023 年第2 期发表的《科学高阶思维：内涵价值、结构功能与实践进路》一文中指出，我国学生科学高阶思维的培养应在课程体系、教学模式、信息技术支持等方面共同推进。

（一）构建科学高阶思维进阶式课程体系

高阶思维的培养不是一蹴而就的，而是一个长期、循序渐进的过程。同时，高阶思维的复杂性和系统性也使得科学高阶思维教学还处于起步与探索阶段，其在培养目标、课程标准和课堂教学方面的研究与实践亟待加强。因此，科学高阶思维的培养需要构建系统且连贯的进阶式课程体系，确立面向小学、初中和高中学生的系统化科学高阶思维发展标准，这需要对我国中小学生科学高阶思维的发展特征和规律开展大规模的测评研究，积极探索不同学段学生的认知与思维特征，深入挖掘科学高阶思维与学生的个体特征、学习过程等的影响关系和内在机理，为科学教学设计与实施以及科学教育政策制定提供循证决策依据。此外，还要基于教学诊断和科学测评，不断探索与发现学生思维发展的黄金时期与关键节点，给予其恰当的教学干预和策略引导，为构建系统且连贯的科学高阶思维进阶式培养体系夯实基础。

（二）创新科学高阶思维课堂教学模式

积极创新教学模式是推进科学课堂高阶思维教学实施的关键环节。为胜任科学高阶思维的教学任务，教师应当具备高阶思维教学的知识与方法，做到能够在科学课堂中开发并实践其模式与策略。教师应投入更多的时间让学生参与到高阶思维学习活动中。在科学课堂中引入实际生活情境问题，鼓励开放式的课堂讨论，以及开展以探究为导向的实验，这类举措能够有力促进学生批判性思维的发展。例如，生物课堂提出的“论证驱动探究”教学模式，旨在使生物教师能够使用探究实验室作为课程实施的环境，重点提升学生的科学概念理解、批判性思维和论点建构等能力。同时，教师应遵循元认知教学原则，有意识地关注学生的一般思维结构和技能，通过元认知提示、显性教学、元认知讨论、反思性写作、元认知建模等方式开展科学教学。

（三）充分发挥信息技术的思维支架功能

课堂情境中的科学高阶思维培养应充分借助教育技术在教学应用中的辅助和支架作用。随着新兴智能技术的急速更迭，在线论证辅助教学系统、文本与图形化认知工具、虚拟实验应用程序、虚拟现实游戏平台以及自动反馈智能评估系统等在科学课堂中得到应用，在科学教学的不同层面发挥了教学辅助和学习支架的作用。以在线论证平台为例，系统大多设置论坛、社区等消息组件，支持同步或异步对话论证，以使学习者能够实施回顾对话过程，增加学习者的反思和元认知活动。同时，各种提示和认知支架组件能够分担学习者的低阶认知负荷，帮助学习者更深入地思考和探索。科学教学的实证研究不断证明，在线学习环境的脚手架支持可以有效促进科学课堂的探究和论证活动，为学生提供练习批判性思维、科学推理、科学论证和科学写作等高阶认知技能的机会。因此，科学教师需要充分利用并发挥教育技术应用促进高阶思维教学的独特优势，助推学生的科学高阶思维发展。

三、加强科学教育教师队伍建设

王晓生在《中国教育学刊》2023 年第6 期发表的《小学科学教师队伍建设：价值使命、现实羁绊与实践路径》一文中指出，科学教师队伍建设需要聚焦核心问题，明确主要任务，找准着力点，打出组合拳。

（一）增量：培养端与用人端双向发力，保障高素质、专业化科学教师的源头供给

一是强化科学教育相关专业并扩大招生规模，加大科学教师人才培养力度。一方面，推动建立以师范院校为主体、高水平综合大学参与的开放与灵活的科学教师教育体系；建强一批承担科学教师培养任务的科学教育师范类专业以及与科学教师培养关联性强的专业。另一方面，有序扩大科学教育以及数学、物理学、化学、生物学等相关师范类专业的招生规模，并积极引导、支持科学教育及相关专业师范毕业生从事科学教育工作，从源头上增加素质优良且能胜任科学教育教学任务的师资供给。

二是在用人端进行变革。一方面，地方教育行政部门在规划年度师资补充计划时，需回应科学教育发展释放的对科学教师的新需求，保障科学教师的招录指标，并优先选拔录用具有科学教育及相关学科背景的报考者，以提高科学教育师资初始配置的专业对口率和专职化率。另一方面，提高科学教师岗位吸引力，吸引优秀人才从事科学教育工作。既要提供与科学教师工作付出相匹配的薪酬待遇，又要加强学校科学教学仪器设备的配置，优化科学教师的工作环境，更为重要的是要畅通科学教师的职业发展通道。

（二）提质：核心要素与关联主体共同切入，提高科学教师职前培养质量

从长远目标来看，科学教师队伍整体素质的提升，根本在于提高科学教师职前培养质量，关键在于发挥科学教师职前培养核心要素合力共育的整体功能。一是根据科学教育发展趋势和新课标对科学教师专业素养提出的要求，研制科学教师专业标准，以此引领科学教师培养的方向。二是遵循科学教师专业标准设计培养方案，明晰科学教师的培养目标、知识结构及能力要求、模块化的课程体系、具体的培养模式等，并保证培养方案各要素的内在一致性。三是指向科学教师完整知识结构的形成和专业实践能力的发展，系统规划职前科学教师培养的课程模块和实践教学体系。四是基于培养单位的学科平台和培养能力，在整合优势资源的基础上，探索“科学教育基地班”“科学教育书院”“跨学科、跨院系联合培养”“本硕一体化培养”等多种灵活的培养模式。

培养高质量的科学教师需要各关联主体的通力合作。加强政府与承担科学教师培养任务高校间的人才培养供需对接机制，积极争取政府对科学教师培养工作的制度供给和经费支持。创新高校与小学间的协同育人机制，将学校作为职前科学教师培养的重要“练兵场”，增强职前科学教师的教育技能和专业实践能力。拓宽高校整合社会资源参与科学教师培养的渠道，加强师范院校与科技场馆、动植物园、科普基地、科研院所等建立常态化的合作关系，为科学教师的培养提供多样的校外科学教育空间，提供丰富的科学教育资源和创新实训基地。

（三）赋能：研修结构性改革与数字化平台建设并重，提升在职科学教师的专业素养

首先，在对科学教师的教育教学现状、能力素质水平和专业发展需求进行专题调研与评估反馈的基础上，分类、分层、分步推进精准性强的科学教师培训。培训服务的供给兼顾不同专兼职类型、不同学科背景、不同学历层次科学教师群体的差异化需求；重点帮助科学教师熟练掌握科学教育新课程改革提出的多种教学方式和教学方法，增强他们组织学生开展科学探究实践活动和指导学生进行科学实验操作的过硬本领。其次，鼓励学校在科学教育一线建立有效的教研共同体。学科教研组要常态化、规范化地开展教研活动，组织科学教师研读课标、研究教材、研磨课程，共同诊断学情、教情，共享科学教育资源，分享日常科学教学经验，共商科学实验设计方案，切磋科学实验技能。

信息技术的发展突破了传统教师研修方式的时空限制，为科学教师的专业成长提供了新动能。应加快构建以地方教育行政部门和教科研单位为主体，融合多方优势资源，全方位支撑科学教师研修的专业化智慧研修平台。在构建研修平台和创建科学教育资源库的基础上，借助教师信息技术应用能力提升工程来培养科学教师的数字素养和信息化教学能力，助力科学教师用好科学教育研修平台，实现平台效益的最大释放。线上与线下专业发展支持体系形成合力，共同赋能高素质、专业化的科学教师队伍建设，支撑科学教育的高质量发展，为建设教育强国、科技强国奠基。