培养新时代中小学科学教师的四个关键策略

作者：张玉峰来源：中国教育新闻网-《人民教育》

2023年2月，习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时强调：“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。”教师是立教之本、兴教之源。中小学科学教师是落实“双减”政策、实施科学教育的主体，做好科学教育加法需要抓住科学教师这一“关键少数”因素，直面新时代党和国家对科学教育的更高要求。但教师作为政策执行的重要主体，仍面临诸多困难。教育部基础教育教学指导委员会科学教学专委会于2021年下半年组织了覆盖全国 31个省份的大规模调研，结果发现：我国小学科学教师的队伍结构严重失衡，知识与信念薄弱，专业发展羸弱，实验资源匮乏，缺乏精准化和专业化培训。[1] 本文围绕新时代对科学教育的新要求不适应这一突出矛盾，提出中小学科学教师培养的定位、内容、方式与机制等方面的建议。

一、系统理解科学教师角色定位，落实立德树人根本任务

对标“四有”好老师和当前做好科学教育加法的要求，科学教师培养需要进一步系统理解科学教师角色定位，凸显科学教师在完成立德树人根本任务中的责任担当。

首先，科学教师的首要任务是传授作为人类文明成果的科学知识，把学生培养成有科学知识的人。在让学生继承人类文明成果的过程中，落实立德树人根本任务。长期以来，科学教师的角色往往被“异化”甚至被“矮化”为传授科学概念、规律、原理等显性科学知识，并且教会学生应用这些科学知识进行“刷题”训练。但是，死记硬背知识和以机械模仿为特征的“机械刷题”并不是真正意义上的科学知识传播。因此，不仅需要明确科学教师作为科学知识传播者的角色定位，更应该明确传播什么样的知识、怎样传播知识。在信息时代，个人学习时间的有限性与人类知识增长的无限性之间的矛盾更加突出，科学教师不应是碎片化、浅层化知识点的搬运工，而应是学生建立建构科学知识框架的引导者，这些科学知识框架会成为未来进一步学习的“聚合器”，为促进学生全面发展奠基。

其次，科学教师应培养学生科学态度和社会责任感，把学生培养成社会主义建设者和接班人。在教会学生科学知识、掌握科学方法的基础上，科学教师应引导学生认识科学—技术—社会—环境之间的关系，在真实体验中学科学、用科学，在丰富体验基础上逐渐形成探索自然的内在动力，严谨认真、实事求是、持之以恒的科学态度，体会科学家精神，厚植家国情怀，在孩子心中种下科学的种子，引导孩子树立成为科学家的梦想。同时，科学教师也应该引导学生认识到科学的两面性，形成科学对人类社会发展的辩证看法，以及尊重道德规范、保护环境并推动可持续发展的责任感，落实“立德”任务。这些都无法通过简单而空洞的说教实现，需要学生像科学家一样经历科学探索过程，体会科学家的艰难探索过程，这也正是科学教育在培养学生科学态度和社会责任感方面具有的独特优势。

再次，科学教师应侧重培养学生理性思维，把学生培养成有理性思维的合格公民。在教会学生学习知识的基础上，更需要使学生掌握科学思维方式，学会探索未知世界，发展理性思维。在信息时代，很多信息唾手可得，同时人类学习知识的速度和容量远远无法与人工智能相提并论。面对如此境地，人类别无选择，只能与人工智能差异化发展，发挥人的优势，重点培养人工智能不可替代的科学思维，创造性解决环境污染、人口缩减、气候变暖等人类面临的共同问题。科学教育的目的是培养学生在复杂多变的社会中，运用科学知识与方法以及非认知的情绪情感体验，合理作出科学决策的行动力。[2] 在教育实践中，科学教师通过提升学生的理性思维能力培养科学精神，使其在面对复杂的社会问题时有能力作出明智抉择，有能力行使自己的民主权利，成为新时代的合格公民。这也是构建民主、文明、和谐社会的必备基础。因此，新时代科学教师应该从培养学生科学思维，特别是创新思维培养的高度认识自身角色，为学生应对现代和未来社会发展的不确定性挑战奠定基础，保证学生在人工智能时代与机器的竞争中立于不败之地，实现“树人”目标。

二、优化整合科学教师培养内容，赋能科学教育加法实践

随着信息时代的发展，科学知识以几何级数激增，学生不可能在有限的学习时间内把所有科学知识学会。我们只需要选择那些具有统摄性、可迁移并对学生未来学习可发挥重要引导性的科学知识。科学教师需要更好地教授这些围绕大概念组织的科学知识，落实学科核心素养，提升科学教育的品质，就需要首先优化整合自身的科学知识内容，提升自身的科学思维和科学实践（包括科学探究）能力。科学教师培养内容的优化整合可以着重从以下几个方面开展。

首先，以大概念（big ideas）和学习进阶（learning progressions）作为工具帮助科学教师优化整合自身的科学知识。大概念是能将众多的科学知识联为整体的科学学习的核心，对其他概念具有组织、统整功能，能够用于解释和预测较大范围自然现象的概念。[3] 学界一般认为，学习进阶通常是指孩子在一个较大时间跨度内学习和研究某一主题时，所遵循的连贯、逐渐深入的思维路径的描述。因此，大概念有助于学生形成对科学知识的整体认识，而学习进阶则可以帮助学生把大概念之中大量的知识按照由浅入深的顺序组织起来。而要让学生掌握大概念，并使大概念统领的具体科学知识能有序组织起来，需要科学教师首先具备这些知识。目前，我国科学教师在学科内容知识上存在较大的提升空间，需要优化整合其科学知识及其结构。科学教师职前所接受的基本是“深挖洞式”的分科教育，大部分教师对其他科学学科知识缺乏系统的了解和整体的认识，较难满足教师对自然科学整个领域或某个学科专业知识的需求；而在职培训以教育教学理论、学科教学、教学方法及策略等内容为主，较少涉及学科内容知识。[4]

其次，梳理科学思维方式并引导科学教师掌握，提升科学教师培养科学思维的能力。科学发展的过程不仅是科学知识不断积累的过程，也是科学思维方式不断丰富和迭代的过程。培养学生科学思维能力已经成为各学科课标的共识，这就需要科学教师掌握科学思维方式，具有较高的科学思维能力。但是，大部分科学教师所接受的传统科学教育更强调碎片化科学知识点的学习并用于解题。因此，随着新时代科学教育目标逐渐转移到侧重培养学生的科学思维，首先要培养科学教师具有较高的科学思维能力。要提升科学教师的这一能力，可以从以下两个方面开展：一是梳理科学知识建立或者应用于解决问题中所蕴含的思维方式，并把这些科学思维方式进一步结构化，形成解决问题的一般化思路；二是在解决真实情境问题中迁移应用这些科学思维方式，增加科学教师的科学思维过程体验，从而使这些科学思维方式更容易被激活并提取。

再次，增加科学教师“做科学”的体验，提升科学教师的科学实践能力。国内外科学教育研究普遍认为，科学教育应该把科学与工程实践作为科学教育的核心内容，并逐渐体现在各国课程标准之中。例如，我国新修订的义务教育和普通高中阶段的物理、化学、生物等各科学分科的课程目标，也都一致强调科学探究实践。因此，科学实践育人已经成为中小学各阶段和国内外课程标准的共同关注点。但是大部分科学教师在职前、职中培养过程中较少体验真正的科学实践过程，因此面对做好科学教育加法这一时代要求，需要丰富科学教师“做科学”的体验，提升科学教师的科学实践能力，从而为其进行科学教育做好准备。

另外，需要通过科学教育有效促进学生深度学习，因此需要提升科学教师自身的科学阅读、写作能力，围绕特定主题进行读写课程开发的能力，以及指导学生进行科学阅读、写作的能力。科学自身的发展提供了新的科学教育内容，并催生了新的教育方式，特别是人工智能、数字化技术对教育具有革命性影响，各类数字化实验仪器、教学辅助手段日新月异，也丰富了科学教师培养内容。

三、更新迭代科学教师培养方式，提升培养品质和效率

信息时代的知识传播手段和途径更加丰富多样，VR等技术层出不穷；同时，科学教育对科学教师的知识、思维能力、探究实践能力等方面提出新的更高要求。因此，科学教师的培养方式也需要迭代升级，提升科学教师培养的品质和效率。

首先，采用浸入式、体验式培养方式，引导科学教师深度参与科学实践和科学教育研究。科学教师需要真正经历科学实践过程，这里的实践不仅仅指验证或者探究物理规律的科学实验，还包括应用所学科学知识、方法进行科学解释、科学论证、创新设计等实践活动，这样才能获得丰富的科学实践体验。没有丰富的科学实践经验的科学教师很难教好科学课。要更新科学教师的教学理念往往非常困难，可以引导科学教师参与科学教育研究，深度研究、对比不同教学理念和不同教学方式的效果差异，基于实证改进科学教学理念，从而以更高水平的科学教育研究支撑更高品质的科学教育实践。

其次，拓宽科学教师培养途径，提升科学教师综合素养。教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》提出“增加并建强一批培养中小学科学类课程教师的师范类专业，强化实验教学能力”“鼓励高水平综合性大学参与教师培养，从源头上加强高素质专业化科学类课程教师供给”。科学机构参与科学教师教育，既是必要的也是可行的，对其自身的科学研究和科学教师教育都有积极促进作用。[5] 强化与科学相关的部门通力协作，统筹动员高校、科研院所、科技馆、博物馆、文化馆、图书馆等单位，向科学教师开放所属的场馆、基地等科学教育资源，为广泛实施对科学教师进行科学实践培养提供物质基础。还可积极动员各类企业，尤其是与高精尖技术密切相关的科技企业，与学校科学教师合作开发基于企业科技资源的科学创新课程。

同时，为了激发科学教师的探究欲望和参加科学教师培养活动的主动性，可以基于目标导向和问题导向设计教师培养课程体系。这类以目标或者问题为导向形成明确任务的科学教师培养方式，可以有效驱动科学教师参与学习的主动性和热情。例如，针对义务教育物理、化学、生物等科学学科课程标准中提出的跨学科学习，开设以提升科学教师跨学科教学能力的培养课程；针对科学教师挖掘科学知识中蕴含的思维方式存在的困难，开设科学思维挖掘能力培养课程。

四、贯通科学教师职前和职中培养，促进专业可持续发展

科学的知识内容和探索途径、科学教育对教师的专业要求、科学教师自身的专业需求等方面都是逐渐发展的，这就决定了作为人类科技文明成果传播者的科学教师需要终身学习，提升自身专业可持续发展的能力。

科学教师培养需要将职前和职中两个阶段贯通起来，形成合力。这里的“贯通”是以科学教师专业发展为线索，培养内容由浅入深、从简单到复杂的纵向关联，以及培养方式逐渐丰富多样的发展过程。“贯通”主要指前后两个阶段的培养内容、方式等方面的衔接和进阶。培养内容的衔接和进阶，既是科学教师自身知识、教学方法等内容结构化和拓展延伸的需要，也是科学教师接受到的培养内容在科学教育实践中转化为对学生进行科学教育的内容和方法的需要。培养方式的衔接和进阶，既保证了科学教师学习习惯和认知方式的适应性，又进一步拓宽了自身专业发展的方式和途径。

只有将职前和职中培养有效衔接起来，做到一以贯之，并且需要使职中培养在内容的针对性、深度、广度等方面相比职前培养都有所提升，才能在保持科学教师专业发展连贯性基础上，促进科学教师专业可持续发展。2022年北京教科院对中学物理教师的科学观调研发现：职前和职中普遍缺乏对科学观的培养。但科学观是科学教育的重要内容，这就要求在科学教师培养中加强对科学教师科学观的培养。可以将科学史、科学哲学等内容纳入职前和职中科学教师培养课程内容，设计从职前到职中既前后相互衔接又逐渐进阶的课程体系，以促进科学教师形成良好的科学观。在职前和职中培养内容衔接的基础上，还应关注内容的进阶性，例如实验基本操作规范、板书、板画、PPT使用等教学基本功是科学教师职前培养的重要内容，职中培养应在关注这些教学基本功的基础上，进一步增加实验创新设计、数字传感器使用、数据处理软件使用等内容。

为了提升创新人才自主培养水平，实现科学教育支撑服务一体化推进教育、科技、人才高质量发展的目标，加强科学教育是根本途径。科学教师是学生掌握科学知识、科学思想的启蒙者，是落实立德树人根本任务的“施工人”，是培养科技拔尖创新人才的主力军，是做好科学教育加法的“做题人”。加强科学教师培养，建设一支高水平的科学教师队伍，既是当前做好科学教育加法的需要，更是功在当代、利在千秋的强国之基。

注释：

[1] 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.

[2] 裴新宁. 重新思考科学教育[J]. 科学教育与博物馆，2021，7（04），272-277.

[3] [英]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] 杨伊，夏惠贤，王晶莹. 减负增效视角下我国科学教师专业发展困境的审视[J]. 上海教育科研，2021（01）：60-65+32.

[5] 张军，朱旭东. 重构科学教师教育体系[J]. 教育研究，2023，44（06）：27-35.

（张玉峰，北京教育科学研究院物理教研员）