重新思考科學教育

摘 要 科學教育的廣泛目的是培養兒童及青少年對科學的好奇心和興趣，形成科學思維和科學理解力，育成科學精神品質;要讓他們成為主動學習者，學會將知識作為認知世界的方式，應對世界的變化與挑戰。我國須加強科學教育的學術建設，重視對科學教育實踐的正確指引，強化科學教育跨學科專業共同體的建設，扎實推進科學教育的內容和方式的革新。

關鍵詞 科學教育 科學素質 探究 參與

0 引言

科學是我們認識世界的基本方式，是處理現今時代許多重大問題的主要工具。眾多國家高度重視科技后備人才培養，把科學教育（特別是從幼兒園到大學階段）作為科技發展和社會進步的關鍵基礎。但究竟科學教育要做什么、如何做，并無統一和固定的模式。地域的文化境脈和社會經濟狀況決定了一個國家基本的科學教育立場，同時隨著社會歷史階段的不同，特別是科技發展水平的變化，科學教育的目標、內容和方法也發生著變化。新冠病毒肺炎疫情的突發對全球基礎教育學校體系產生了巨大沖擊，也加速了智能科技時代的到來，教育的數字化轉型成為必然。面對世界范圍的“大變局”所帶來的新氣象和新挑戰，全球科學教育的重啟正在進行。前不久，國務院發布了《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》，吹響了未來5到15年我國科學素質建設高質量發展的行動號角，對面向兒童和青少年的科學教育工作提出了明確任務。在這樣的背景下，有必要對科學教育進行重新思考，以確立實現任務目標的關鍵行動。本文基于國內外科學教育發展背景，梳理關于科學與科學教育的已有共識，討論科學教育的基本取向和當下主要關切，分析我國科學教育的現實問題和困境，提出科學教育新發展的若干建議。

1 關于科學和科學教育的基本理解

科學教育的內涵表達和實施方式總是跟對科學的內涵理解聯系在一起。關于“什么是科學教育”學界有不同表述，但是在諸如“科學是什么”“誰需要科學教育”“需要什么樣的科學教育”等基本問題上，全球已達成基本共識。

第一，科學是探知世界的一種方式;科學同時作為一種過程、產品和建制[1];科學是通過系統的觀察和實驗而獲得的知識體系;所創建出的科學知識總體不斷地被科學家共同體拓展、完善和修訂[2]。這些表述突出了科學在本質上是客觀性（發現真理）和建構性（科學作為人類的建構，具有可變性和不確定性）的合體，由此也決定了科學教育的各個層次（如科學知識、科學方法、科學態度、科學精神）共生交錯的復雜性。

第二，科學要發展，就必須為人所知，讓人擁有。即科學教育是面向所有人的。科學教育不僅是兒童青少年心智成長之需，也是全民終身教育的重要內容和途徑，是成為科技事業建設者的需要。進入新世紀，在聯合國教科文組織等的倡導下，發達國家率先啟動了高質量科學教育運動，著力改進科學教育的內容、方式、產出和目標管理，并將普及高質量的科學教育歸為國家科技戰略的中心。

第三，知識、實踐和科學學習啟動于人生早期，貫穿一生而發展，具有內在的文化屬性;科學和科學實踐中的內容和過程交織于一體;有效的科學教育反映科學家的實際工作方式[3]，并與學習者的世界相關聯。學界經過數10年的研究探索，達成關于科學教育方式與過程的共識，旗幟鮮明地指出：科學教育本身是一種專業實踐，而非日常實踐;科學教育活動須由專業實踐共同體遵循科學學習的規律和原則進行科學地設計與實施。

第四，科學教育的重要性不在于傳遞給學生確定性的知識，而在于把知識作為他們認知世界的方式，應對變化的世界的復雜挑戰，培育科學精神品質。在科技引領的時代，各國旨在通過高質量的科學教育，提升青少年學習者在STEM（科學、技術、工程、數學）領域的成就。但是，這一指向并不意味科學本身不重要，也不是說，可以用整合式STEM教育代替科學教育。智能時代科學教育本身的價值無法替代。

2 科學教育的三種取向

盡管各國科學教育的立場和發展道路不盡相同，但“知識”“探究”和“參與”三種基本取向的起伏與交匯，貫穿于科學教育的演進之中。

2.1 知識取向

廣義上，科學教育的歷史與科學的歷史一樣悠久，但是直到19世紀60年代，科學才進入正式學校教育體系。以斯賓塞和赫胥黎等為代表的哲學家和科學家強調“知識系統”和“科技生產力”的邏輯理性和工具性對于人類社會的價值，無疑最有價值的知識便是科學。為徹底革除古典教育的弊端，科學教育先驅們極力推進科學教育體系的建立，倡導通過正式的學校教育形式，讓科學對社會進步和人的發展產生最大作用。赫胥黎提出忠告，科學教育要關注科學的一般特點、要注意科學的經驗本質和科學方法，要對事物有徹底的理解，“灌輸”會使學生愚笨[4]，但是這些先見之明在彼時僅是理想主義。19世紀中后期西方科學教育的重心依然是科學知識教育，關注以科學的邏輯來組織課程，且最有效率的方法是直授。今天，這種直接教授法在學校、科技場館及其他科普場景中依然大量沿用，它與靜態、固定、封閉的知識教學和信息傳遞目的是匹配的。近百年來，基于直接教學法已發展出了大量的講授告知式的教學策略。

2.2 探究取向

直授式地傳遞科學邏輯是“防觀眾的”，更難以達及讓兒童理解的目的。20世紀初期，杜威確立了科學教育中的兒童立場，主張通過“心理”的方法（而非邏輯的方法）并以兒童的“自然經驗”之道來萌發兒童生長，達成兒童的生活世界與科學世界之連接，這樣才能讓兒童學到科學。這啟發生成了關于科學方法教育的實用途徑——探究科學。很長一段時間，究竟是“科學立場”還是“兒童立場”似乎構成了以美國為代表的西方發達國家科學課程設計取向紛爭的兩極。然而，科學教育究竟該怎么做，并不能簡單地歸置于課程內部的“非此即彼”的選擇。在褒貶不一的聲音中，“科學探究”依然執著地深入到西方國家課程體系，并在一眾教育家和心理學家的思想培植下得到發展壯大，成為基礎教育科學課程的基本范式，衍生出多種多樣的科學實踐。這一取向的成功，根本上還在于它追求讓學生成為“有自主學習力的人”這一核心價值，這與現代科學教育的追求相契合。當然，探究立場的確立和日漸穩固，與這些國家政府持續的優先資助以及信息技術對探究過程的有力支持是分不開的。這些國家早已深知，投資科學教育是科技和經濟指標攀升、社會公平及人的終身發展的基礎和關鍵。

2.3 參與取向

在不斷地反思社會經濟發展與科學成就之關系的過程中，信念、歷史和社會等影響科學生產與傳播的“人文”“社會”因素逐漸映入研究者的視野，科學教育研究者認識到，科學理解的形成同樣不能脫離這些境脈（context）。伴隨著探究取向的流行，20世紀中期，科學教育的社會文化觀涌現形成，并在加速的科技進步對社會和生活的影響日漸顯著的時候，成為國際科學教育新政策的基本立場;“文化”成為政策框架不可缺失的維度。重視文化維度并不否定科學知識系統的邏輯力量，而是旨在讓人們更好地認識到自然邏輯的重要以及科學知識的意義與文化的深切關聯。歐洲和美國均強調，科學教育在發展學生基礎性素養、科學知識和能力的同時，必須關注他們對科學的境脈性理解，鼓勵他們批判性地參與科學相關議題并做出明智決定[5]。為此，科學教育要深植于文化土壤，并關注群體實踐對于提升科學素質的作用[6]。

3 “探究—參與”文化中的科學教育理性實踐

總體看，提升學生STEM領域的成就和能力，是21世紀全球科學教育政策、研究與實踐的基礎。學生需要獲得這些學科的知識，但理解這些知識的生產、應用和限度則更為重要。對應的關鍵問題包括：知識是確定的，還是不斷變化的？科學中的所有問題都有正確答案嗎？應該相信書籍中所寫下的“科學”嗎？知識是由權威傳播的，還是通過與他人的社會互動而發展的？對這些問題的回答涉及對科學知識的本質的理解——這成為當下基礎科學教育目標的中心，因為這對于理解世界的基本要素、成為科技決定的社會中負責任的、健全發展的公民，意義非凡。這種對世界的理性認識的回歸，在國際教育評估以及科學素養測評中也得到凸顯。與此對應，“探究—參與”正在成為科學教育理性實踐的共同聚焦。其中“探究”強調將學科話語和探究模式相整合，讓學習者在探究中“具身體認”科學，在運用科學方法處理任務、掌握表征的過程中涉身科學，形成科學態度，從而內生科學精神。“參與”重視的是學習者在所有可能的學習環境發揮認識主體（agent）的作用[7]。

“探究—參與”強調學習者參與科學專業共同體的實踐，同時強調科學專業人士參與“科學外行人”的社群實踐。國際經驗表明，科學家及科學機構加入圍繞科學話題的社群實踐，有利于群體科學素質的提升。這至少是因為，在社群中，普通民眾（包括學生）從原本只能參與專屬自己年齡的活動，轉變為能夠參與對方——科學專業人士的活動[8]。科學家參與一些文化特征鮮明的科學教育活動，如科學—技術—社會（STS）教育、科學哲學與科學史（HPS）教育、環境及可持續發展議題教育，以及社會性科學議題（SSI）教育等，有助于學習者認識科學是在與社會、文化、環境及許多其他學科的廣闊聯系中得以發展的，從而更好地了解科學的“社會建制”和“形成中的科學”的深意，這也有助于廣大民眾理解科學共同體的重要作用。

4 我國科學教育實踐中的“短板”及分析

4.1 “短板”的存在

近年來，黨和國家高度重視科學普及工作，科學教育正迎來前所未有的大好局面。此時，科學教育工作者應正視現有“短板”，確立關鍵行動，以不負時代和國家使命。

國際評估顯示，與科技發達國家相比，我國義務教育學生在科學基礎知識的掌握上整體優勢明顯，但在拔尖學生比例、動態問題解決能力等方面顯示不足，這也折射出學生對科學知識的生產過程及科學本質缺乏深入理解，對科學方法的意義和運用缺乏真正的掌握，青少年學生對科學的興趣缺乏持久性，多數學生對科學事業認識不足，對科學相關職業的期待遠遠落后于發達國家。另外，對比研究揭示，我國中小學科學學習機會欠充分（尤其是小學段）、教學效率不高、科學教育師資專業化準備水平整體上落后于發達國家，且我國科學教育資源區域差異較大，科學教師運用技術促進科學學習的程度較低，智能時代我國科學教育還遠未全面實現用技術解決問題。

上述表現與現實實踐有一定程度的吻合。案例研究和課堂分析顯示，我國的中小學科學實踐活動中“重做事、輕思考”的現象較普遍，學生的科學思維活動和基本科學性實踐的機會不夠。比如，即便在我國發達地區，科學類課堂上的科學推理活動占比很低[9]，初中課堂中的科學探究“有形無實”[10]，鮮有“論證”“建模”“計算思維”等科學實踐。盡管許多學校和地區引入了新的學習方式，但依然缺乏對學習和創新本質的理解。一些以“項目化學習”“STEM課程”等為題的科學教育活動中，不乏簡單化、表層化的處理。例如：①在對待知識上，重知識結果，輕知識獲取途徑;②在科學能力上，重操作技能和步驟，輕建構解釋、創建論證和為解釋作辨論;③在信息檢索和尋找解決方案上，重已在，輕未在;重別人建議的“處方”，輕學生自己建構方案;④在教學生成上，重答案和更多的產品，輕質疑和問題的產生;⑤在學生參與上，重“做了很多”，輕“詳細記錄和批判性思考”。一言以蔽之，對科學究竟該怎么教、教什么，我們的許多老師還不甚清楚。如果這種對科學教育的誤識和偏頗實踐得不到認真的研究和及時糾正，必然會對科學教育結果（乃至對大學階段理科人才培養）產生不利的連鎖反應。

4.2 研究證據及分析

國際研究表明，國家地區內部教師的教學實踐是影響學生科學成績和科學態度的主要因素[11]。科學推理是科學思維的重要組成部分，而教師話語策略對學生科學推理學習有重要影響[12，13]。眾多國家和地區結合本國文化和境脈，將科學推理作為中小學科學教育的基本目標，并細化為具體內容和配套的實踐指南。而我國在這一方面做得明顯不足。

影響學生職業選擇的因素相當復雜，但PISA等國際測試顯示其與國家經濟環境的開放性及高等教育發展水平等有關。OECD國家平均24%的學生愿意從事科學相關的職業，這個平均水平與目前這些國家能夠提供給學生接受高等科技教育的機會比例接近。除此以外，學生的科學職業期待、科學成績與相關投入之間的落差也說明，大量的科學教育和普及活動未必帶來學生科學成績和科學情感的同步提高[14]。這也再次警示我們，切實提升科學教育者的專業水平，提高科學活動設計的適當性、豐富性十分重要。

童年早期的高質量準備有利于學生科學表現[15]，確保兒童接觸優質的科學教育、培養科學興趣是需要高度重視的方面。尤其值得注意的是，兒童主要通過媒介來學科學，媒介的質量包括科學媒介人的專業素養極大程度地影響兒童的科學信念，對兒童情感品質的形成會埋下“種子”。鑒于家庭支持氛圍對兒童的關鍵作用，歐美許多國家的科學教育同步包括對家長的教育，家長不再只是孩子活動的陪伴或旁觀者。有關專家新手的研究也進一步表明，出色的科學家，在科學傳播技能上未必熟練、也未必理解兒童。因而，提升科學教育質量，首先需要確保科學教育與普及人員的專業資質。TIMSS（國際數學與科學學習趨勢項目）近期數據揭示，全球科學教師專業資質水平有向專業化、高學歷化發展的趨勢，而且教師的專業化程度與學生的科學成績有一定關聯，比如，教師擁有科學和科學教育雙專業背景（其次擁有科學專業背景），其指導的8年級學生的科學成績趨于更好[16]。因此，“雙背景高層次提升”也成為眾多西方國家科學教育師資專業化建設的走向。

5 關于科學教育新發展的幾點建議

5.1 強化學術建設，補齊科學教育基礎研究的厚度和廣度

近30年，國際上科學教育及學習科學領域的學術成果呈爆炸式增長，為歐美發達國家新世紀的科學教育改革政策制定提供了堅實的科學基礎。相比之下，我國科學教育研究積累還很薄弱，高水平的基礎性研究更是缺乏。對此須予以高度重視。首先，應建立科學教育政策研制和運行的發展性機制，堅持證據基礎，強化實施成效的監督，改進政策實施的持久性和累積性。其次，通過設立專門的資助計劃并加大資助力度，鼓勵優秀學者積極投入科學教育實踐研究，引領和支持科學教育的實踐創新探索。

5.2 協力共建先進、明確的科學教育實踐指引

現行中小學科學課程標準對學習性質的表述較為籠統，指引性文件和支持系統相對滯后和空泛，難以滿足現實實踐和科學教育創新的需要。面向國家發展對科學教育提出的新要求，必須集全國最優力量，研制我國科學教育標準及指引體系，尤其要從學習目標、學習本質與學習活動等維度，針對我國學生實際情況，進行內容和能力上的分類，基于可持續發展的大背景重新組織課程主題，補充和優化健康/疾病、災害、生態系統、氣候變化、科學史等內容，改變因學科間的隔閡分立而導致的阻斷科學理解的設計，在不同學段及不同學科的學習之間建立連貫一致的學習內容基礎，以利深度遷移。要借鑒國際先進做法，我國教育部門可以依托科研機構、高校的通力協作，邀請多學科領域的一流專家共同研制更全面、更科學、更具指引力和操作性的科學教育實踐指引。

5.3 保障兒童青少年擁有高質量的科學學習經歷

第一，國家要統籌做好幼兒園和基礎教育課程發展工作。加強對科學課程設計與實施的指引和督導，統籌協調以保證小學科學有充足的課時;應以多樣化形式和多元途徑鼓勵所有學生的參與，重視科學思維教學、書面語言學習和新技術工具的應用。小學階段以激發興趣和培養認識性好奇為主，幫助兒童了解科學過程，打好科學認知和邏輯思維能力基礎;初中階段應加強科學探究和自主學習能力的訓練。第二，提供充分和適當的學習支持。應加強資源整合，遵循學習原理，利用信息技術支持學生的學習。第三，大力加強師資專業化建設。由國家統籌設立專門的教師專業力提升創新項目，重視發展教師的科學探究能力及在正式和非正式環境下開展科學教學的技能;加強科學內容領域的專題培訓，邀請科學家作為專職培訓者，促進科學教師“科學和科學教育”的雙向專業化，推進科學教育教師隊伍的高層次、高水平發展。

5.4 設立科技后備人才早期培養的有效通道

要著眼于科學教育的長期目標，改革學校科學教學方法，使用探究、發現等開放式教學法，培養學生大膽質疑、勇于創造和善于解決問題的能力，這些教學方法對培養學生的獨立性和好奇心也具有優勢。科學興趣的培養不能脫離科學內容本身，必須打造高質量的、專門化的科學學習環境。教育部門、高校、場館、中小學、家庭要通力合作，為有科學家潛質的青少年提供從事真實科學實踐的機會，包括早期啟用認知學徒和持續的專業支持，設立必要的“綠色通道”，同時將對家長及家庭的科學教育作為兒童科學參與和科技拔尖后備人才培養工作的重要組成部分[17]。

5.5 加強科學普及專業力量，改進科學活動的適當性和豐富性

要深入研究科學傳播的規律，發展科學普及的適當且有效的方法。喚起科學家的參與，是解決我國大人口基數的科學素質建設問題、提高科學普及質量的關鍵途徑。科學家是最主要的科學知識“攜帶者”，經過必要的科學教育及傳播方法學的訓練，同樣可以成為好的科學傳播者。法國等國家的做法值得參考：①高校有專門的科普機構，科普是高校的“正業”而非“副業”;②理科研究生需修習科學教育與傳播課程，掌握科學傳播技能，這是科學職業的要求;③政府科學基金項目申請包括對新項目的科學傳播設計，缺乏此項或設計得不好，則不能獲得資助。實踐及研究證明，科普做得好的科學家其科研創新往往也做得好。科學教育及普及中有科學家在場，有利于保證科學正義，這對在社會層面整體提升公眾科學素質起到關鍵作用。同樣，科學展覽的前端設計應吸納科學教育專家的智慧，在物理環境上做好整體布局，激發受眾的自主探究興趣，更好地支持“探究—參與”的科學學習文化。同時，要高度重視媒體所營造的情境以及承載的價值觀對受眾科學態度的影響。加強對媒介傳播的監督管理，媒介人應具有優秀的科學素質和傳播能力，以確保科學媒介作品的質量;媒介工作要建立和維護公眾對科學的信任，讓公眾看到科學判斷和專業知識的有效性監管機制，并讓更多的人理解科學的社會性過程。

致謝 本文根據作者于2021年5月21日在中國科協青少年科技中心的交流發言修改撰寫而成。對辛兵主任、張振威副主任及出席交流的各位領導、專家和同仁的啟發和支持，致以謝忱。

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作者簡介：裴新寧（1963-），女，華東師范大教育學部教師教育學學院教授，博士生導師，華東師范大學學習科學研究中心共同主任，研究方向：科學教育與傳播、學習科學、課程與教學設計，E-mail：xnpei@kcx.ecnu.edu.cn。

Rethinking Science Education// PEI Xinning

Author's Address Learning Sciences Center， East China Normal University， E-mail： xnpei@kcx.ecnu.edu.cn

Abstract The broad purpose of science education is to cultivate students curiosity and interest in science， form scientific thinking and understanding， and shape the scientific spirit. Scienceeducation should enablethemto become active learners， use knowledge as a way to know the world and cope with changes and challenges in the world. It is necessary to optimize academic construction， correctly guidediversepractices， buildtheinterdisciplinary professional community ofscience education， and steadily promote the innovation of the content and methods of science education.

Keywords scienceeducation， scientificliteracy， inquiry， engagement