加強新時代中小學科學教育工作培養學生科學素質

2023年5月，教育部等十八部門聯合印發《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》從課程教材、實驗教學、師資培養、實踐活動、條件保障等方面強化頂層設計，充分整合校內外資源，推進學校主陣地與社會大課堂有機銜接，為中小學生提供更加優質的科學教育，全面提高學生的科學素質，培育具備科學家潛質、愿意獻身科學研究事業的青少年群體。為此，教育理論工作者就加強新時代科學教育工作進行了深度分析。

一、理解科學教育課程的核心概念

孔繁成在《教育導刊》2023年第6期發表的《科學教育課程的核心概念界說》一文中指出，《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下通稱“新課標”）中有核心概念13個，教師有必要厘清核心概念的邊界、核心概念之間的邏輯關系。

科學課程的核心概念是科學教育的核心課程內容，是居于科學教育內容領域中心位置的主體結構，包括基本概念、基本規律、基本原理、基本邏輯關系和基本事實，這些能夠展現當代科學課程的內容圖景，是科學課程內容結構的主干部分，其分布如下：物質科學領域有4個核心概念，分別是物質的結構與性質、物質的變化與化學反應、物質的運動與相互作用、能的轉化與能量守恒；生命科學領域有4個核心概念，分別是生命系統的構成層次、生物體的穩態與調節、生物與環境的相互關系、生命的延續與進化；地球與宇宙科學領域有3個核心概念，分別是宇宙中的地球、地球系統、人類活動與環境；技術與工程領域有2個核心概念，分別是技術、工程與社會，以及工程設計與物化。

以物質科學領域核心概念的教學為例，一是教師要引導學生在真實的問題情境中全身心體驗、觀察、實驗與探究。科學教育要達到提升學生科學素養的目的，要求教師創設的問題情境必須是真實的，問題最好是以現實生活中的真實存在和生活案例為載體；學生觀察到的物質變化是自己通過實驗探究獲得的，學生只有全身心地動手、動眼和動腦，才能逐漸生成對物質變化的定量認識。

二是教師要視課前設計、課上指導和學生課上主體身份體現同等重要。教師是科學活動的設計者、組織者和引領者。物質科學領域核心概念教學提出引導學生利用模型描述物質結構，解釋物質的性質，對物質進行分類，感受物質變化與化學反應的真實存在等教學策略建議和要求，這些若離開教師的課前精心設計和課上指導是沒有辦法實現的。

三是教師要深入理解“教學提示”內涵，給學生提供切實有效的學法指導。“教學提示”為教師提供了教學的基本策略和提升學生科學素養的途徑，如開展觀察、實驗探究、測量、調查、項目研究、制作等。但是，教師明確了教什么、用什么方法和手段教、怎么教、教到什么程度，并不代表學生明確了怎么學。教師在課前準備時要思考清楚以下四個關鍵問題：如何對學生進行學法指導；在學法指導中抓住哪幾個關鍵點；在教學設計中的哪個環節對學生進行學法指導；在教學評價環節如何檢查學法指導是否到位。因此，教師必須真正理解“教學提示”的內涵，把握好對學生進行學法指導的要領，使學生在科學學科的學習過程中能夠開展真觀察、真實驗、真測量、真調查、真制作，使學生有真體會、真理解、真領悟。

二、探索學生科學高階思維的培養路徑

王晶瑩、周丹華、楊洋等人在《現代遠距離教育》2023年第2期發表的《科學高階思維：內涵價值、結構功能與實踐進路》一文中指出，我國學生科學高階思維的培養應在課程體系、教學模式、信息技術支持等方面共同推進。

（一）構建科學高階思維進階式課程體系

高階思維的培養不是一蹴而就的，而是一個長期、循序漸進的過程。同時，高階思維的復雜性和系統性也使得科學高階思維教學還處于起步與探索階段，其在培養目標、課程標準和課堂教學方面的研究與實踐亟待加強。因此，科學高階思維的培養需要構建系統且連貫的進階式課程體系，確立面向小學、初中和高中學生的系統化科學高階思維發展標準，這需要對我國中小學生科學高階思維的發展特征和規律開展大規模的測評研究，積極探索不同學段學生的認知與思維特征，深入挖掘科學高階思維與學生的個體特征、學習過程等的影響關系和內在機理，為科學教學設計與實施以及科學教育政策制定提供循證決策依據。此外，還要基于教學診斷和科學測評，不斷探索與發現學生思維發展的黃金時期與關鍵節點，給予其恰當的教學干預和策略引導，為構建系統且連貫的科學高階思維進階式培養體系夯實基礎。

（二）創新科學高階思維課堂教學模式

積極創新教學模式是推進科學課堂高階思維教學實施的關鍵環節。為勝任科學高階思維的教學任務，教師應當具備高階思維教學的知識與方法，做到能夠在科學課堂中開發并實踐其模式與策略。教師應投入更多的時間讓學生參與到高階思維學習活動中。在科學課堂中引入實際生活情境問題，鼓勵開放式的課堂討論，以及開展以探究為導向的實驗，這類舉措能夠有力促進學生批判性思維的發展。例如，生物課堂提出的“論證驅動探究”教學模式，旨在使生物教師能夠使用探究實驗室作為課程實施的環境，重點提升學生的科學概念理解、批判性思維和論點建構等能力。同時，教師應遵循元認知教學原則，有意識地關注學生的一般思維結構和技能，通過元認知提示、顯性教學、元認知討論、反思性寫作、元認知建模等方式開展科學教學。

（三）充分發揮信息技術的思維支架功能

課堂情境中的科學高階思維培養應充分借助教育技術在教學應用中的輔助和支架作用。隨著新興智能技術的急速更迭，在線論證輔助教學系統、文本與圖形化認知工具、虛擬實驗應用程序、虛擬現實游戲平臺以及自動反饋智能評估系統等在科學課堂中得到應用，在科學教學的不同層面發揮了教學輔助和學習支架的作用。以在線論證平臺為例，系統大多設置論壇、社區等消息組件，支持同步或異步對話論證，以使學習者能夠實施回顧對話過程，增加學習者的反思和元認知活動。同時，各種提示和認知支架組件能夠分擔學習者的低階認知負荷，幫助學習者更深入地思考和探索。科學教學的實證研究不斷證明，在線學習環境的腳手架支持可以有效促進科學課堂的探究和論證活動，為學生提供練習批判性思維、科學推理、科學論證和科學寫作等高階認知技能的機會。因此，科學教師需要充分利用并發揮教育技術應用促進高階思維教學的獨特優勢，助推學生的科學高階思維發展。

三、加強科學教育教師隊伍建設

王曉生在《中國教育學刊》2023年第6期發表的《小學科學教師隊伍建設：價值使命、現實羈絆與實踐路徑》一文中指出，科學教師隊伍建設需要聚焦核心問題，明確主要任務，找準著力點，打出組合拳。

（一）增量：培養端與用人端雙向發力，保障高素質、專業化科學教師的源頭供給

一是強化科學教育相關專業并擴大招生規模，加大科學教師人才培養力度。一方面，推動建立以師范院校為主體、高水平綜合大學參與的開放與靈活的科學教師教育體系；建強一批承擔科學教師培養任務的科學教育師范類專業以及與科學教師培養關聯性強的專業。另一方面，有序擴大科學教育以及數學、物理學、化學、生物學等相關師范類專業的招生規模，并積極引導、支持科學教育及相關專業師范畢業生從事科學教育工作，從源頭上增加素質優良且能勝任科學教育教學任務的師資供給。

二是在用人端進行變革。一方面，地方教育行政部門在規劃年度師資補充計劃時，需回應科學教育發展釋放的對科學教師的新需求，保障科學教師的招錄指標，并優先選拔錄用具有科學教育及相關學科背景的報考者，以提高科學教育師資初始配置的專業對口率和專職化率。另一方面，提高科學教師崗位吸引力，吸引優秀人才從事科學教育工作。既要提供與科學教師工作付出相匹配的薪酬待遇，又要加強學校科學教學儀器設備的配置，優化科學教師的工作環境，更為重要的是要暢通科學教師的職業發展通道。

（二）提質：核心要素與關聯主體共同切入，提高科學教師職前培養質量

從長遠目標來看，科學教師隊伍整體素質的提升，根本在于提高科學教師職前培養質量，關鍵在于發揮科學教師職前培養核心要素合力共育的整體功能。一是根據科學教育發展趨勢和新課標對科學教師專業素養提出的要求，研制科學教師專業標準，以此引領科學教師培養的方向。二是遵循科學教師專業標準設計培養方案，明晰科學教師的培養目標、知識結構及能力要求、模塊化的課程體系、具體的培養模式等，并保證培養方案各要素的內在一致性。三是指向科學教師完整知識結構的形成和專業實踐能力的發展，系統規劃職前科學教師培養的課程模塊和實踐教學體系。四是基于培養單位的學科平臺和培養能力，在整合優勢資源的基礎上，探索“科學教育基地班”“科學教育書院”“跨學科、跨院系聯合培養”“本碩一體化培養”等多種靈活的培養模式。

培養高質量的科學教師需要各關聯主體的通力合作。加強政府與承擔科學教師培養任務高校間的人才培養供需對接機制，積極爭取政府對科學教師培養工作的制度供給和經費支持。創新高校與小學間的協同育人機制，將學校作為職前科學教師培養的重要“練兵場”，增強職前科學教師的教育技能和專業實踐能力。拓寬高校整合社會資源參與科學教師培養的渠道，加強師范院校與科技場館、動植物園、科普基地、科研院所等建立常態化的合作關系，為科學教師的培養提供多樣的校外科學教育空間，提供豐富的科學教育資源和創新實訓基地。

（三）賦能：研修結構性改革與數字化平臺建設并重，提升在職科學教師的專業素養

首先，在對科學教師的教育教學現狀、能力素質水平和專業發展需求進行專題調研與評估反饋的基礎上，分類、分層、分步推進精準性強的科學教師培訓。培訓服務的供給兼顧不同專兼職類型、不同學科背景、不同學歷層次科學教師群體的差異化需求；重點幫助科學教師熟練掌握科學教育新課程改革提出的多種教學方式和教學方法，增強他們組織學生開展科學探究實踐活動和指導學生進行科學實驗操作的過硬本領。其次，鼓勵學校在科學教育一線建立有效的教研共同體。學科教研組要常態化、規范化地開展教研活動，組織科學教師研讀課標、研究教材、研磨課程，共同診斷學情、教情，共享科學教育資源，分享日常科學教學經驗，共商科學實驗設計方案，切磋科學實驗技能。

信息技術的發展突破了傳統教師研修方式的時空限制，為科學教師的專業成長提供了新動能。應加快構建以地方教育行政部門和教科研單位為主體，融合多方優勢資源，全方位支撐科學教師研修的專業化智慧研修平臺。在構建研修平臺和創建科學教育資源庫的基礎上，借助教師信息技術應用能力提升工程來培養科學教師的數字素養和信息化教學能力，助力科學教師用好科學教育研修平臺，實現平臺效益的最大釋放。線上與線下專業發展支持體系形成合力，共同賦能高素質、專業化的科學教師隊伍建設，支撐科學教育的高質量發展，為建設教育強國、科技強國奠基。

（責任編輯：趙昆倫）