提升中小学生科学素养的内涵要义与实践路径

作者：郑永和 杨宣洋 彭禹 王佳宁来源：中国教育新闻网-《人民教育》

2023年5月，教育部办公厅印发《基础教育课程教学改革深化行动方案》（简称《行动方案》），针对当前课程教学改革存在的主要问题，从课程方案落地规划、教学方式变革、科学素养提升、教学评价牵引、专业支撑与数字赋能等方面提出五项重点任务，为深入推进我国基础教育课程教学改革提供了明确的指导思想和行动目标。其中，“科学素养提升行动”作为此次课程教学改革的重点任务之一，旨在落实教育、科技、人才“三位一体”布局战略要求，从加强科学类学科教学、促进科普活动服务校内科学教育、提高实验教学装备配备水平和使用效果等方面部署了基础教育课程教学改革的关键路径，对推动科学教育体系高质量发展、促进学生科学素养提升以及科技强国建设将产生深远影响。

一、“科学素养提升行动”对基础教育课程教学改革和发展意义重大

21世纪以来，新能源、人工智能、生物制造、绿色低碳、量子计算等一系列新科技蓬勃兴起，新科技革命和产业变革向纵深演进，对全球治理体系和社会发展产生重大影响。面对复杂多变、充满不确定性的时代，培养学生具备终身学习能力，让他们以科学的世界观和方法论处理复杂问题、进行理性决策显得尤为重要。随着科技对人们的生产、生活和学习方式的广泛影响，科学已成为现代社会生活不可或缺的一部分，而不再是少数精英的专长，“面向全体公民的科学”已成趋势，具备科学素养则是现代社会公民的重要特征。

如何理解具备科学素养的个体？21世纪之前，对科学概念、科学过程、科学本质、科技与社会关系的认识构成了科学素养的核心内涵。进入21世纪之后，如何运用科学解决个人和社会问题备受关注，与“科学参与”相关的知识、能力要求被纳入科学素养范畴。如欧盟议会的文化教育委员会于2019年发布《科学和科学素养：教育面临的挑战》，提出了由基础素养、科学知识与能力、情境化的科学理解、批判性思维、主体参与等五个方面构成的科学素养框架，特别强调提升公民积极参与社会的能力；经济合作与发展组织（OECD）最新发布的PISA2025科学素养测评框架中，将科学素养测评划分为科学能力、科学知识和科学身份三个维度，更加关注面对不可预见的未来，学生解决复杂问题的高阶认知能力和社会参与能力。由此可见，随着科技与社会发展的深度融合，必然要摒弃公民科学素养的提升在于积累科学知识的狭隘认识，而是更加强调以行动为导向，关注公民能够用科学做什么的能力，即运用科学方法积极参与社会事务决策和科学活动的能力。

我国一直高度重视提升全民科学素养，并将青少年作为重点关注人群之一。2006年发布的《全民科学素质行动计划纲要》和2021年发布的《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》分别将“未成年人科学素质行动”和“青少年科学素质行为”列为首项重点任务，要求各地配合落实。对此，基础教育课程教学主要通过课程标准改革来倡导科学素养导向的学科教学，并持续优化和完善课程目标以反映最新的科学素养认识。如科学类学科的课程经历了从“双基”目标、“三维”目标到课程或学科核心素养的深化发展。在2022年版课程标准中，科学类学科的核心素养主要包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等维度，重视科学思维养成、科学探究、工程技术实践、跨学科能力培养，为基础教育阶段提升青少年科学素养提供了方向指引。《行动方案》提出的“科学素养提升行动”进一步从整体视角，通过体制机制建设明确具体实践路径，为落实科学素养提升行动提供了重要支撑。

《行动方案》从基础教育层面明确提出“科学素养提升行动”重点任务，是贯彻党的二十大精神，统筹部署教育、科技、人才“三位一体”发展的重要体现。通过联动教育和科技力量、着力未来人才的科学素养培养，将三者协同的链条起点前置到基础教育阶段。教育和科技层面共同推进青少年科学素养提升工作，将有效促进基础教育阶段科学教育变革，进而牵引基础教育全学科教学从“知识灌输”向“素养培育”的观念转变，形成科教协同推进创新人才培养的新生态。

二、提升中小学生科学素养是全社会共同事业

近年来，在义务教育课程改革、全民科学素质行动等工作的持续推动下，我国青少年科学素养有了较大提升。但与发达国家相比，我国中小学生缺乏对科学事业的认识，从事科学相关职业的志向远远落后于OECD国家的平均水平[1]；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，学生科学兴趣和科学学习效率总体较低、问题解决能力和创新能力不足等问题凸显。

青少年科学素养提升是全社会共同事业，它的成功需要全社会共同努力。然而，目前基础教育阶段的科学素养提升工作在实施过程中仍面临着诸多现实挑战。校内教育开展过程中，素养导向的人才培养理念尚未有效贯彻落实，科学类学科教学仍存在重知识记忆、重考试分数、轻探究实践、轻创新思维培养等应试教育倾向，同时科学类学科教师结构失衡、专业素质欠缺，课堂教学难以保障学生科学素养提升的要求。校外“社会大课堂”未得到有效利用，资源均衡性差，学生总体上缺少参与课外科技活动的机会。由于各教育主体之间缺乏统一协调，校外科协系统、科研单位和企业等相关科学教育资源难以实现校内科学教育转化；科研机构、高等学校与中小学合作不足，科学家参与中小学科学教育的渠道不畅，校内外融合存在较多阻碍。此外，从科学教育保障条件来看，部分中小学的实验室建设和实验教学装备紧缺，无法保证实验课程的开设。相关数据显示，73.1%的教师所在学校没有实验室或仅有1个实验室，有超过六成的学校没有专职实验员。校内实验资源不足，师生利用率低，实验教学流于形式[2]。

针对上述问题，《行动方案》从加强学校教育的科学类学科教学、推进校内外协同的科普教育、改善教学环境中教学装备的配备和使用等三个方面提出了改革路径，为各区域、各中小学青少年科学素养提升工作提供了根本遵循和重要支撑。

三、学校教育以提升科学类学科教学为重要抓手

青少年科学素养提升的主阵地在学校教育。为了扭转基础教育阶段学科教学应试倾向，《行动方案》以提升科学类学科教学为出发点，凸显了科学教育在提升中小学生科学素养方面的重要作用。相较于一般学科，科学类学科尤为强调“做中学”的探究实践和跨学科融合，重视面向真实情境的问题解决能力和实践能力的培养。因此，要开齐开足科学类学科课程，充分发挥科学教育在学生科学观念、科学思维、探究实践和态度责任等科学素养重要维度的启蒙和强化作用。开齐开足进而开好课程，首先在于解决“谁来教”“怎么教”“用什么教”的问题，为此《行动方案》提出了建设师资队伍、遴选教学优秀案例、加强日常督导和测评以及打造教育实践基地等四条机制路径。

（一）补充配齐科学课教师

高质量科学教师队伍建设是确保科学类学科教学质量的核心。《行动方案》提出“通过多种方式补充配齐科学课教师”的要求，在《关于加强小学科学教师培养的通知》《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》《关于实施国家优秀中小学教师培养计划的意见》中也都有所体现。为了实现这一目标，应通过扩大科学教育专业招生规模、加强相关专业人才培养、落实科学教师岗位编制、加强各级科学教研员配备、推进“国优计划”等具体措施，推进科学教师职前培养和职后专业发展的“增量提质”。

（二）遴选教学优秀案例

优秀的课程教学应以促进学生高阶认知能力、综合创新能力与问题解决能力为目标，面向真实问题解决，通过启发式、探究式、互动式、体验式和项目式等各种教学方式进行教学探索与实践创新。发动广大一线优秀教师凝练优秀教学案例，可以为广大中小学教师提供学习参考和方法指导，起到重要的示范作用。《行动方案》强调了优秀案例的重要特征，包括跨学科、综合性、实践性，与2022年版科学类学科课程标准中的课程理念相一致。科学类课程不仅要聚焦学科核心概念，还要增进学生对跨学科概念的理解；加强探究实践，保护学生的好奇心和内在动机，鼓励学生将所学应用到真实情境中。

（三）加强教学的督导和测评

《行动方案》强调“将学校实验课开设情况纳入教学视导和日常督导，将实验操作纳入中考”，这一要求旨在通过督导评价机制，促使学校和社会加强对实验教学的投入和管理。实验教学是科学教育的灵魂。通过督导实验课程开设和强化实验教学测评，必将有效推进实验教学常态化，是将实验操作纳入学生综合素质发展的有力举措。在教学视导和日常督导中，应确保课程标准要求必做实验的开设率，增加观察、实验、制作等探究类活动数量，为学生提供更多亲身体验科学实验的机会。同时，在实验操作考试中，应注意设置综合性和探究性的实验操作，以充分评估学生的实验能力和创新能力。

（四）打造科学教育实践基地

科技馆、博物馆、研学基地、高科技企业等校外机构具备丰富的科技资源，可以有效弥补学校科学教育资源的不足。《行动方案》提出遴选一批中小学科学教育实践基地的要求，旨在推动中小学与校外机构建立常态化合作机制。以学校为主体，鼓励社会多主体积极参与，对科学教育所需的内容、资源和形式进行统筹规划，形成共育合力。如通过馆校合作等模式，充分利用科技馆、研学基地等场馆的科学教育资源，共同设计科学类学科教学活动。这不仅可以进一步发挥科普场馆、研学基地等校外科技活动场所的沉浸式科学学习体验功能，还可以通过高质量的校外科学实践项目激发青少年的科学学习兴趣，提高学生从事科学事业的志向。

四、校内外协同以深入开展科普教育为着力点

信息化基础设施的快速发展和不断完善，对人们的学习和交流方式产生了深远影响。“学校的围墙”正在变得透明，知识共享的网络学习生态让学校科学教育与校外科学普及工作产生更多交集。尤其在青少年阶段，校内外教育形态交互融合，科学教育与科学普及工作具有一致目标，存在相当程度的工作重叠。应充分发挥校外主体的要素优势，借助前沿科技资源和丰富多样的学习环境，推动校内外协同、实现科学教育的供给侧改革，让学生更直观体验和感受科学的魅力。为此，《行动方案》从建设优质线上资源、动员科学家群体参与、丰富科普教育形式以及构建开放教育生态等四个方面提出建设路径，助力青少年科学素养提升。

（一）建设优质线上资源

《行动方案》要求“在国家中小学智慧教育平台开设科普教育专栏，围绕数学、物理、化学等基础学科和人工智能、航天航空、生命科学等科技前沿领域，建设一批优质线上科普教育资源”，这突出了两个核心要点：科教前沿资源的教育转换和数字化。科技前沿资源向教育转换，可以为科学教育提供丰富先进的科学技术知识和案例，有助于拓展科学教育的深度和广度，增强科学教育的吸引力和实效性，培养学生的创新精神和实践能力。数字化在线教育资源有利于拓展资源的使用覆盖面，让更多地区、师生能够获得优质教育资源供给。基于此，应推进建立国家科技计划项目成果教育转化激励机制，鼓励科教协同开发示范性科普教育课程、互动教学课件和虚拟实验室等教学资源。

（二）动员科学家群体参与

院士、科学家是科学领域领军人物，在推动科学教育、科学普及和科学文化建设等方面具有重要影响力。2022年，中国科学院为青少年推出了《科学公开课》系列节目，邀请院士、科学家担任主讲人，让更多青少年感受科学魅力。之后，中国科学院与教育部协同面向中小学教师组织“全国科学教育暑期学校”，形成了支持科学教师专业发展的特色教研体系。《行动方案》要求“持续开展‘科学公开课’活动”，将进一步扩大科学家群体在科普教育中的积极效应。可亲可近可学的科学家形象有助于营造热爱科学、崇尚创新的社会氛围。通过录制公开课、开设科普教育专栏等形式，广大中小学生与科学家群体接触的机会得以扩大，为学生拓展科学视野、树立科学价值观、了解科学家工作提供了渠道。

（三）丰富科普教育形式

《行动方案》指出，可以通过“定期开展科技节、科技小发明、科普读书、寻找最崇拜的科学家等活动”，引入丰富多样的科普资源。具体而言，各地各校要以“请进来”的方式，引进一批优秀的科普专家和相关科普机构在中小学开展科普实践活动项目；以“走出去”的方式，有计划地组织学生就近分期分批到科技馆和各类科普教育基地，如天文馆、科技园、动植物园、农业示范园、高校、科研院所等科普场所，实地体验场景式、体验式、互动式、探究式科普实践活动。

（四）构建开放教育生态

欧美等发达国家在公民科学素养提升过程中极为重视非正式教育机构的育人功能，除了加强校内科学学习环境建设，还积极拓展和利用校外非正式学习环境，构建多元开放的教育生态体系。《行动方案》提出要“推动高校实验室、职业院校实训中心、博物馆、科技馆和高科技企业等向普通中小学开放”，旨在强调校外机构主动承担科普教育的社会责任意识，鼓励校外机构主动向中小学生开放优质科普资源，共同打造协同育人的良好教育生态。

五、加强教学装备配备和使用是优化教学环境的基本保障

教学装备是构成优质教学环境的重要基础，丰富多样的教学资源工具可以为师生创造更加灵活多样的教学环境和实践机会。为了在基础教育阶段创设更好的科学教育实施环境，保障中小学生科学素养提升，《行动方案》分别从规范配置标准、加强实验室建设、设立监测机制与激励机制构建等方面提出具体路径，以此优化、均衡和改善教学装备的配备和使用。

（一）规范教学装备配置的标准和要求

《行动方案》指出“根据课程标准，完善相关学科教学装备配置标准”，以此确保各中小学按照课标要求补充和供应消耗性实验材料，保质保量配置并及时更新教学仪器设备，从而推动科学实验教学保障体系的完善。同时，通过“研制中小学实验教学基本目录”，鼓励增加探究性实验、创新性实验的数量，进一步丰富中小学生的实验教学内容，促进学生问题解决能力和高阶思维能力的有效提升。

（二）着力推动实验室建设

《行动方案》对中小学实验室建设的方式和途径作出详细说明，提出要“推动地方加强中小学实验室建设，支持探索建设学科功能教室、综合实验室、创新实验室、教育创客空间等，鼓励对普通教室进行多功能技术改造，建设复合型综合实验教学环境”。各校可以通过对基础实验室（如化学、物理）、学科功能教室以及普通教室的数字化、智能化升级改造，满足科学探究、技术应用和工程实践等多方面的教学需求。在推进实验室建设的同时，各中小学应保障科学教师和实验室管理员的配备，加强相关研修培训，以此确保实验室空间的有效使用。

（三）形成教学装备监测机制

《行动方案》提出“开展教学装备配备达标率、使用率监测，保障实验教学正常开展”，意味着在推进中小学落实实验教学的过程中，要定期关注教学装备的配置情况和使用情况，及时发现和解决学校教学装备配备不足、使用不当和教学困难等问题，做到有教学装备可用、实用、易用。

（四）落实评价激励机制

为提供高质量的实验教学，《行动方案》提出要遴选一批富有特色的高水平科学教育中小学基地。各地应通过对实验室建设、教学装备配备、科学实践开展、科学活动指导等情况进行综合评价与筛选，对部分表现优秀的学校或机构授予科学教育中小学基地称号，并同步配套相应的经费与政策保障，推动科学教育创新实践。

基础教育阶段的科学教育是增强国家科技竞争力、培养创新人才、提高全民科学素养乃至综合素养的重要基础。在当前我国基础教育迈入全面提高育人质量的新时代，《行动方案》“科学素养提升行动”积极回应了全面发展素质教育的热切期盼，顺应了建设创新型国家、人才强国的时代要求，对全面提高基础教育教学质量、推进育人方式改革和创新人才培养具有重要的推动作用。

本文系教育部哲学社会科学研究2022年度重大委托项目“新时代科学教育改革关键问题研究”（编号：22JZDW001）的研究成果

（郑永和系北京师范大学科学教育研究院院长、教育学部教授，教育部科技委科学教育战略研究基地主任，教育部教指委科学教学专委会主任；杨宣洋系北京师范大学科学教育研究院博士研究生；彭禹系北京师范大学科学教育研究院博士研究生；王佳宁系北京师范大学科学教育研究院硕士研究生）

注释：

[1] 杨文源，魏昕，杨洁，黄鸣春. PISA测评：国际青少年科学素质全景解读[M]. 北京：社会科学文献出版社，2019：155-156.

[2] 郑永和，杨宣洋，王晶莹等. 我国小学科学教师队伍现状、影响与建议：基于31个省份的大规模调研[J]. 华东师范大学学报（教育科学版），2023，41（04）：1-21.DOI:10.16382/j.cnki.1000-5560.2023.04.001.