小學生科學素養培養策略與實踐探索

于海洪，馬淑杰，宋北荒

（1.長江師范學院 教務處，重慶 408100；2.長春市第五十八中學，吉林 長春 133126；3.黑龍江省八五二農場中學，黑龍江 寶清 155625）

一、問題提出

按照國際通用的美國國際科學素養促進協會主任米勒（Miler）教授的科學素養三維模型進行測算，2003年中國科協進行的第五次科學素養調查，我國公眾的科學素養水平達到1.98%，比2001年的1.4%增長了約0.6個百分點。但是1989年加拿大公眾科學素養已經達到4%；1992年歐盟公眾科學素養水平已經達到5%；2000年美國公眾達到基本科學素養水平的比例為17%。2010年我國具備科學素養的公民比例達到3.27%，而2007年美國具有科學素養的公民比例就已經高達25%[1]。

為什么我們國家公眾的科學素養水平這么低？從調查研究結論看，問題是多方面的。國際上普遍將科學素養概括為三大維度：對于科學知識的了解程度；對科學的研究過程和方法了解程度；科學技術對社會、個人所產生的影響的了解程度。只有在上述三個方面都達到要求者才算具備基本科學素養的公民，目前各國在測度本國公眾科學素養時普遍采用這個標準。而我們傳統的教育往往是以知識教育為主，忽視了“科學技術對社會、個人所產生的影響”分析，缺少科學＋技術＋社會教育，即STS教育。

雖然科學素養的缺乏原因是多方面的，但是最主要的是抓科學素養教育偏晚，理應在小學階段就應該進行系統的科學素養教育，但在我國相當長一段時間里沒有開展。可喜的是第八次課程改革以來，在小學階段開展了科學素養教育，但是小學階段科學教育的不足還是很明顯的。在現實的小學階段教學過程中，科學方法教育、科學精神教育、科學文化教育嚴重缺乏；科學課程教師往往都是“代課教師”，誰的工作量不足誰就上點科學課程，任課教師還不認真備課，“照本宣科”現象嚴重；開展的科學教育幾乎是“知識教育”，教師教學方法陳舊，教學內容過分注重“固定的知識點”；教師教育與學生學習科學途徑狹窄。

事實上，學生學習科學，不僅僅是獲取信息、接受知識，更重要的是能運用一定的科學方法去自行探究科學，探索大自然的奧秘，并讓他們在科學探索的過程中，更好地掌握獲取知識的方法和能力，來解決生產生活中的一些具體問題。特別強調的是，小學科學教育在價值取向上與大學科學教育或專業教育有所不同，它不是著眼于培養科學家或某一領域的專門人才，而是把提升以科學知識、科學精神、科學方法為內核的科學素養作為其價值定位。培養小學生的科學素養是全面實施素質教育的要求，是滿足時代和社會發展、科學技術進步對未來人才素質的現實需要。

當然，積累科學知識是提升科學素養的重要基礎，而課堂教學又是積累科學知識的主陣地。但學生的大腦不是一座知識倉庫，把學生的思維限制在老師設定的書本知識框框內是培養不出具有科學素養的人才。因此，開展“小學階段如何進行科學素養教育”的研究，不僅是關系到基礎教育課程改革問題，也關系到國民科學素養提升問題。

二、提升小學生科學素養路徑分析

關于如何提高科學素養教育，不同的學科視角有不同的路徑選擇，有的倡導推廣STS文化，提出HPS教育。HPS教育是國際科學教育改革的新理念其中，H代表歷史（History）、P代表哲學（Philosophy）、S代表科學（Science），HPS最早是“科學史與科學哲學”（History and Philosophy of Science）這一共存體的英文縮寫，也可以說是科學史（History of Science）和科學哲學（Philosophy of Science）的簡稱。在“科學為大眾”（Science for All Public）的年代，HPS教育的意義不在于培養更多科學家，而是要培養更多擁有正確科學知識觀并具備一定科學素養的公眾，這彰顯了HPS教育的社會功能：讓公眾理解科學。舉世聞名的英國皇家學會報告《公眾理解科學》指出，公眾對科學的理解至少包括三個方面：第一是公眾對科學知識的理解；第二是公眾對科學方法或研究方式的理解；第三是公眾對科學推動社會進步作用的理解。HPS教育正是從科學史、科學哲學和科學社會學3個層面幫助公眾理解科學及其相關知識，或者說揭示科學的內在本質與社會功能[2]。

有的學者分析了科學素養的本質內涵，從“科學知識”、“科學過程”、“科技成果”三個方面表征“科學”，從“讀”（理解）、“寫（表達與應用）”、“悟”（情感與態度）三個方面表征“素養”，從科學和素養兩個維度表征科學素養[3]。言外之意，要提高科學素養，就要在科學知識、科學過程和科技成果三大方面，訓練讀、寫、悟。也有的提出，科學教育要充分利用“課外”時間。相關研究發現，除去學校等環境下的正式學習之外，我們的大部分學習發生在社會環境中，非正式學習的時間占我們一生中學習時間的80%。所以，提高科學素養不能完全靠學校正式科學教育承載[4]。

對于小學階段，人們更多期望的是小學科學課程和基礎教育課程改革。《科學（3-6年級）課程標準》明確提出：“小學科學課程是以培養科學素養為宗旨的科學啟蒙課程。”[5]在第八次基礎教育課程改革中，科學知識與技能的教學仍是重要的教育目標，科學教育目標亦是如此。雖然隨著我國新課改的實施，也要求以培養青少年的科學素養為目標，但是在中國長期的應試教育體制之下，很難實施[6]。意下就是要改革應試教育體制，真正實現基礎教育的“三維”目標。

對于小學階段科學素養偏低這個問題，已經有學者注意到并且開展了調查研究。如彭丹、張蕾老師，他們開展了一所小學的科學素養的調查研究，調查結果發現，小學生科學素養總體水平偏低，學生科學探究能力掌握方面處于中下游水平，在情感態度價值觀方面水平相對較高，對科學知識掌握程度不夠。造成小學生科學素養水平不高的主要原因是：教師經驗不足，上課時無法調動學生學習的積極性；學校設備器材欠缺，無法滿足學生動手實驗的需要；學校還沒有把提高學生科學素養放在應有的高度，沒有組織適當的活動[7]。同時提出了激發學生興趣，完善教學方法，提高教師技能，增加校園活動等措施；還建議學校可以指導學生閱讀科普讀物，利用黑板報、手抄報和校園廣播等形式，進行科技知識、科技信息的傳播；利用興趣小組陣地對學生進行科技知識與技能訓練等。這些課外活動都有效地開闊了學生在科學方面的視野，使學生感受到科技的無窮魅力和科技進步對人類的文明和發展所起的巨大的推動作用。

基于已有研究成果，結合發達國家小學課程設置情況，我們提出了以科學、語文、數學三門課程為主，以班級活動為補充，系統開展小學生科學素養教育，并進行了實踐探索，取得了較好的效果。

從國際視野，我們選擇了美國、德國、英國和日本四個國家，考察他們小學階段都開了什么課程。美國小學階段主要課程有語文、數學、自然科學、社會科學、健康體育、音樂、美術、家政、信息技術等。每個年級都有部分選修學科。同時美國注重對學生生活技能的培養，開設各種學習技能課[8]。德國盡管各州之間的具體課程有所不同，但是核心課程還是大體一致的：德語、一至三門外語（取決于學校類型）、歷史、地理、數學、自然科學（生物、化學、物理）、美術、音樂、體育、政治等。同時，作為選修課程的有宗教教育和哲學。這個設置在“二戰”后從未有很大改變，僅有的變化發生在選修課程上，學生可以選擇各種課程，諸如健康教育、法律、外語、自我防衛、醫療等[9]。1988年，英國議會通過《教育改革法》，以法令形式規定了“全國學校課程”，要求所有公立學校必須為5-16歲的中小學生開設10門課程。其中3門為核心課程：英語、數學與科學；7門為基礎課程：技術、歷史、地理、現代外語（從中學起）、美術、音樂和體育。且英國“全國學校課程管理局”（簡稱為NCC）一再強調這10門課并不等于學校的全部課程，各學校應作出自己的計劃，向學生提供一個真正的“完整課程”[10]。2006年我們親赴日本進行調查，目前日本開設的課程還是20世紀80年代至90年代的課程，即，小學課程的學術科目包括日語、社會研究、算術、科學、音樂、美術、工藝、家事教育和體育[11]。

從發達國家的課程設置看，雖然各國有所不同，但是都把語言、數學、科學作為核心課程來處理。我們既然要與發達國家接軌，首先要在課程設置上接軌。如果我們把語文、數學和科學課程上好、上精，解決科學素養問題并不是很難的事情，同時又不會影響我們傳統的教學質量。

三、小學生科學素養培育的實踐探索

我們在吉林省、黑龍江省、重慶市選擇三所學校進行教學試點，從教學方法、教學方式改革入手，走出了一條成功的科學素養教育實踐路徑。

（一）上活《科學》課程

《小學新課程標準》明確提出了小學科學以培養科學素養為宗旨，以探究為核心，以學生的基礎知識，生活方式為基礎，培養學生科學的思維方式。科學課程也從注重科學知識的傳承和積累向注重科學態度的養成、科學本質的理解和科學探究能力的培養等方面轉變，提倡學生主動參與、樂于探究、勤于動手。發展初步的科學探究能力，切實提高學生的科學素養。為了實現這個目標，我們探索出了科學課程要堅持以“玩”為手段，以“啟發”為主線，以“真明白”為目標的教學路徑。

小學生都特別愛“玩”，教師就要抓住這個關鍵點，把科學課程內容變成學生喜歡玩的東西，如，教學《小水輪》時，就讓同學們玩小水輪車；教學《摩擦力》時就讓學生玩用筷子夾東西；教學《杠桿》時就讓學生玩蹺蹺板（或者剪刀）；講《聲音》時就讓學生玩打擊樂（用小棒敲不同高度的水杯口，看是水多音高還是水少音高），等等。每一個課時都選擇一個能夠說明問題的玩物，玩是手段，而不是目的，學生通過玩要發現問題，要能夠說明實驗結果。如，玩過小水輪車，讓同學們說出“實驗結果：“我發現小水輪在水流作用下會轉動”；“我發現水流越大，小水輪轉動越快”；“我發現杯子提得越高，小水輪轉動越快”……這樣把學與玩結合起來，不僅輕松地獲取了新知識，提高了動手的能力，而且使所有的學生都有所收獲。玩是第一步，啟發是第二步，當大家高興的時候，將學生引入矛盾和問題之中，激發學生的求知欲和好奇心，引起學生的積極思維，產生自發的興趣，有效地把學生的注意力集中到學習新課上來。

科學課堂教學的時間和空間是有限的，而小學生對自然科學的探索是無止境的。在學生已理解了一定的科學概念，掌握了一定的科學研究方法之后，教師要十分重視引導學生靈活地應用已有的知識與技能，去解決生活中遇到的一些實際問題，去進行一些新的或較深層次的探索，實現“真明白”的目標。如在教學《摩擦力》時，為了使學生更透徹、更靈活地掌握知識，并能在實際生活中去運用它，在進行課堂實驗的基礎上，再讓學生解決生活中的真實問題。先讓學生親自動手移動一個大的物體，如果移不動，把地下澆上點水，再移動看看，在事實面前學生對摩擦力的原理理解得會更深，在這樣自主參與的實驗中，學生不僅深刻地領會了摩擦力原理，而且理論聯系實際，把科學知識運用到生產生活中，真正地把知識轉化為能力，提高學生的科學素養。

在科學課程教學中，對概念的界定和提法，可以淺化，但不能不科學。比如，談物質變化，不能把“易拉罐被壓扁、鐵絲被壓彎”等說成物理變化，這些變化不是物質變化，而是物體變化。

（二）巧用《語文》教材

小學語文教育在培養學生較高人文素養的同時，應率先擔當起培育具有較高科學素養人才的重大任務。現行的小學語文教材，每一冊都有科學知識的介紹和滲透，內容豐富，生動形象、深入淺出地向學生介紹了一些比較深奧的科學現象和科學常識。我們選擇了小學語文教材中幾十個課程單元，開展語文教學提升科學素養的實驗研究。如《奇妙的克隆》《航天飛機》《我叫神舟號》《跟蹤臺風的衛星》《水上飛機》《問銀河》《大自然的文字》《蠶姑娘》《剪枝的學問》《變色龍》《夜晚的實驗》《金蟬脫殼》《人類的老師》《魯班與櫓板》《航天飛機》《核潛艇》《太陽》《維生素C的故事》《世界上第一個聽診器》《輪椅上的霍金》《錢學森》《蘋果里的五角星》《石頭書》等無不給學生以思維的啟發及探究方法的引領。這些課文，教師可以巧妙運用，以求最大效果。

小學語文教材既是語文知識的載體，也是科學知識的載體。有的是教給學生一些科普知識，有的是激發學生學科學愛科學的情感，有的是學習科學家一絲不茍、認真嚴謹的科學態度，這些課文旨在激發學生對科學的興趣，提高學生的科學素養。這就需要教師用好語文教材，激發科學興趣。以《奇妙的克隆》為例，即可以告訴學生什么是克隆（注意：必須是說出無性繁殖，是生物的無性繁殖），從最簡單的扦插到克隆羊的出現，再展望到對克隆人的批判。

當然，在利用語文課程強化科學素養教育的同時，要注意到科學的知識點與語文課程知識點的關系，不能把二者對立起來，也不能把二者搞混淆，要分清主次。在語文學科滲透科技教育的實踐中，要把握好滲透的度的問題。教育者應明確語文教學是主，科技教育的滲透是輔。實踐中要依照語文學科自身的特點，不能把語文課上成科技課，出現本末倒置的現象。在強調人文性和工具性后，同時注重科學性。如，語文學科《只有一個地球》是一篇科學性強、環保意識強的文章，學習課文后，教師鼓勵學生收集相關資料舉行讀書匯報交流，這是科技教育延伸活動。學生利用課余時間查閱資料、動手繪畫、手工制作、野外考察等方式收集許多資料，在匯報課上大顯身手，從多角色、多角度談出地球是人類生存的唯一家園，我們要好好保護地球。這樣的活動極大地激發了學生對科技的濃厚興趣，使學生的實踐能力得到提高。

科學性是指要選擇具有一定“科技含量”的課文，運用得當的教學方法，采取合理的教學模式，來實現語文學科中科技教育的滲透，切不可不著邊際地牽強附會，要把重點放到“語文課”外功上。如教學《人類的老師》一文時，在學生認識到“科學家摹仿袋鼠發明了越野汽車，摹仿鯨的流線體發明了潛水艇”這一仿生學方面的知識后，教師可以布置作業，讓大家寫一篇作文，標題是：“現實生活中，你還知道哪些人類摹仿生物特點發明的東西？”這樣就更會激發學生學習的積極性，拓展想象的空間，激起查閱資料、主動創新、積極嘗試的欲望。

（三）抓住數學“四基”目標

2011版《數學課程標準》把數學教學中的“雙基”發展為“四基”。過去的“雙基”指的是基礎知識與基本技能；2011版《數學課程標準》的“四基”是指基礎知識、基本技能、基本思想和基本活動經驗。即通過數學教學達到以下要求：掌握數學基礎知識；訓練數學基本技能；領悟數學基本思想；積累數學基本活動經驗。什么是數學基本思想？什么是數學基本活動經驗？華羅庚教授在《數學的用場》一文中有非常精彩的一句話：數（四聲）起源于數（三聲），量（四聲）起源于量（三聲）。這10個字一下子把數學與人們生活拉近了。這類故事很多，如，可以戲說數學運算符號：18世紀，美國數學家歐德萊確定，把“×”作為乘號。他認為“×”是“＋”斜起來寫，是另一種表示增加的符號。

數學發展史事實上是數學危機史，“問題”為主線貫穿著發展全程。在數學教學過程中，要妙用數學史，調動學生的學習興趣，提升科學素養。如，在教學認識萬以內的數時，首先向學生介紹數的起源，從最早的結繩記數、刻痕記數發展到后來的用算籌表示數等，還可以向學生講解“0”的故事：我國古代文字中，“零”字出現很早，但是當時只表示“零碎”、“不多”的意思，“二百零四”的意思是：在二百之外，還有一個零頭四。隨著阿拉伯數字的引進，“204”恰恰讀作“二百零四”，“零”字與“0”恰好對應，“零”也就具有了“0”的含義。接著繼續講，羅馬數字中是沒有“0”的哦，在公元5世紀時，“0”已經傳入羅馬，但羅馬教皇兇殘而且守舊，不允許任何使用“0”，有一位羅馬學者在筆記中記載了關于使用“0”的一些好處和說明，就被教皇召去，施行了拶刑（夾犯人手指的刑罰），使他再也不能握筆寫字。但“0”的出現，誰也阻擋不住。現在，“0”已經成為含義最豐富的數字符號：“0”可以表示沒有，也可以表示有；如：氣溫0℃；“0”是正負數之間唯一的中性數；任何數（0除外）的0次冪等于1。再如：教學圓的周長計算時，要向學生介紹圓周率的祖先——祖沖之，他在世界數學史上第一次將圓周率（π）值計算到小數點后七位，即3.1415926到3.1415927之間，比歐洲早一千多年，所以有人主張叫它“祖率”，也就是圓周率的祖先。可以再講講，近現代數學發展我國落后于西方發達國家，很多定理都是用外國人命名的。通過故事式的講授，學生們無一不被數學家孜孜不倦的執著態度、敢于創新的靈活思想所折服，既為我國古代燦爛的數學文化而驕傲，又為我國數學研究同先進國家的差距而不安，這不僅有助于學生增長知識、激發學習興趣，更能促使學生的愛國主義情感得以升華，從而使愛科學、學科學、用科學的科學素養得以內化。

在實驗中，我們特別注意數學“四基”的統一性，在調研過程中，我們發現有的教師在上課時，忽視“算理”、“公理”的教育。如講“年、月、日的認識”，要講清公歷是系以地球繞行太陽一周為一年，也叫“陽歷”，農歷也稱陰歷，在天文學中主要指按月亮的月相周期來安排的歷法，以月球繞行地球一周（以太陽為參照物，實際月球運行超過一周）為一月，即以朔望月作為確定歷月的基礎，一年為十二個歷月的一種歷法。我們使用什么歷法是個法律和文化問題，不是科學問題，但是陽歷還是要比陰歷科學一些。

（四）“設疑引思”開展課外活動

創新思維是科學素養的核心內容，創新思維是創造能力、創造技法的基礎，許多創造技法都是建立在創新思維之上的，它的實質是怎樣進行創造性思考的技巧，激發學生的創新思維，就是要使學生突破思維慣性，改善思維方式，鍛煉思維的流暢性、靈活性和想象力，這就需要“設疑引思”。在課外活動中可以安排很多類似“設疑引思”的項目。如，讓學生討論把一張紙疊成一條船，是什么變化？讓學生充分討論，可能有很多說法，可能會說是物理變化的占大多數，這樣就引導他們從概念入手，突破思維慣性，得出比較科學的說法。再如，讓學生討論電、火、雷是不是物質？這些都是引導學生學會從概念入手去創造性地分析問題。

在課外活動中，要盡量創造“問題”，讓他們從常識性知識中追問下去，如，選擇“一切都在運動中”這一問題，讓學生A坐在車上，學生B在地上走，學生C站著不動，問大家都是什么狀態？對于坐在車上的A來說他認為自己沒有運動，因為他始終坐在小車上的同一個位置，但是對于坐在下面C的同學來說，小車和A一起運動了，他們認為A是運動的。如果學生正面回答，你就反向提問，如果同學反向回答，你就要正向設問。A、B、C三個同學自然就辯論起來，讓對立的雙方進行爭辯，都試圖去說服對方，在這樣的一個過程中，科學的思維就在悄悄地醞釀，最終說服了對方也使其他同學理解了什么是運動。

總之，小學科學素養教育非常重要，小學科學素養教育改革也不是很難的事情。只要我們有系統思想，有責任擔當意識，從小學階段就抓科學素養教育，我國的公眾科學素養就一定能夠提高。

（感謝重慶市涪陵區酒店小學李中文老師為本文寫作提供了相關資料。）

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