從全局思考到協(xié)同行動：共創(chuàng)學校科學教育新格局

楊健

摘要要在“雙減”中做好科學教育加法，就要以全局性思考構(gòu)建學校科學教育的整體圖景，注重全要素的完整建構(gòu)、全領(lǐng)域的協(xié)調(diào)聯(lián)結(jié)、全過程的規(guī)劃預設(shè)。要以本源性價值導引學校科學教育的實踐取向，強調(diào)“科學性”與“人文性”的統(tǒng)一，堅持“大眾化”基礎(chǔ)上的“個性化”，提升“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”的科技含量；同時借助大觀念導引、跨學科主題學習、過程管理等手段，以協(xié)同性行動創(chuàng)造涌現(xiàn)科學創(chuàng)新精神的學校文化。

關(guān)鍵詞 科學教育；拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)；科技創(chuàng)新教育；跨學科主題學習；全局性思考；本源性價值

中圖分類號G63

文獻標識碼B

文章編號1002-2384（2023）06-0009-05

注釋：① 本文系江蘇省2021年度中小學教學研究第十四期課題“科學探究活動的思維歷程優(yōu)化設(shè)計研究”（課題編號：2021JY14-JC12）的研究成果。

習近平總書記在中共中央政治局第三次集體學習時指出，要在教育“雙減”中做好科學教育加法，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具備科學家潛質(zhì)、愿意獻身科學研究事業(yè)的青少年群體。[1]這一重要指示，將“雙減”政策直接與黨的二十大報告中關(guān)于擘畫“實施科教興國戰(zhàn)略，強化現(xiàn)代化建設(shè)人才支撐”的戰(zhàn)略舉措緊密聯(lián)結(jié)起來。

如何在學業(yè)減負的同時做好科學教育加法，發(fā)展中小學生的創(chuàng)新意識、科學精神和實踐能力，為拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)在源頭打下堅實基礎(chǔ)，是中小學校面臨的時代命題。學校管理者尤其需要注意，當科學教育成為學校的核心關(guān)切之一，并且深度融入學校內(nèi)涵發(fā)展的行動中時，我們不應(yīng)僅僅關(guān)注增加了多少與科學和科技有關(guān)的活動，更要檢視這些活動是否能讓學生真正親歷科學探究實踐的過程，真正被激活好奇心、想象力，并將探求欲持續(xù)保持下去，真正形成像科學家那樣的思考世界、認識世界的思維方式，真正發(fā)展起可以帶得走的科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神與實踐能力。

一、以全局性思考構(gòu)建學校科學教育的整體圖景

中小學科學教育的內(nèi)涵豐富，形式多樣，既包含科學（包括物理、化學、生物等）、數(shù)學、信息科技、通用技術(shù)等科學與技術(shù)領(lǐng)域的學科教學，還強調(diào)在語文等人文領(lǐng)域?qū)W科教學中的有機融入，以STEM教育、項目化學習等多種樣態(tài)開展的跨學科實踐更是實施科學教育的新途徑。同時，機器人、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、生物科技等新技術(shù)新領(lǐng)域的內(nèi)容不斷進入校園，以面向真實問題解決的小發(fā)明、小創(chuàng)造、小制作、小論文等為載體的中小學科技創(chuàng)新教育活動廣泛開展，形成豐富的科學教育形態(tài)。

多樣態(tài)的科學教育形式在發(fā)展學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神與實踐能力上，各有其功能定位，又互為支撐。但對于整體性、持久性提升學校科學教育質(zhì)量這一目標任務(wù)來說，在局部因素上做加法并不能帶來科學教育質(zhì)量根本性的改變，中小學校需要系統(tǒng)建構(gòu)科學教育規(guī)劃，全局性思考促進科學教育內(nèi)涵深化的舉措，將諸多要素創(chuàng)造性地組合起來，融會貫通于日常的課程活動與教學改革之中，如此才能避免低效能的人力、物力和時間投入。

1. 注重全要素的完整建構(gòu)

學校科學教育的有效開展是理念系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、保障系統(tǒng)等多要素共同作用的結(jié)果，要從明確學校理念價值、目標愿景和特色追求，統(tǒng)籌規(guī)劃空間資源、學校課程、教學改革和教師發(fā)展等方面系統(tǒng)設(shè)計。如江蘇省太倉高級中學持續(xù)推動學校積淀形成“人文奠基、科技見長”的辦學特色，[2]其理念與實踐思路如下：凝聚“志存高遠，業(yè)求專精”的共同價值觀，聚焦高水平創(chuàng)新人才培養(yǎng)，突出科技和科學教育元素，以重構(gòu)學習空間、升級課程體系、豐富學習資源、開發(fā)校外資源、更新學習范式以及為教師賦能增效，描繪出一所科技特色學校的完整圖景。這樣的全要素統(tǒng)籌思考值得借鑒。

2. 注重全領(lǐng)域的協(xié)調(diào)聯(lián)結(jié)

學校不僅要從科技和科學教育元素本身出發(fā)建構(gòu)工作框架，還必須綜合考量科學教育與其他領(lǐng)域的關(guān)系，實現(xiàn)人文領(lǐng)域與科學領(lǐng)域的協(xié)調(diào)聯(lián)結(jié)。一方面，脫離學校其他領(lǐng)域思考科學教育怎么做，會使科學教育陷入與其他工作割裂狀態(tài)，難以得到所有人的關(guān)注和投入。正如美國科學家、工程師范內(nèi)瓦·布什所說的“科學不能依靠自身單獨存在”，[3]科學教育也不能只有科學與技術(shù)類學科教師參與。另一方面，“科學人才的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展計劃必須考慮到社會其他領(lǐng)域?qū)Ω呒壢瞬诺男枨蟆保琜4]對人才培養(yǎng)的整體性思考需要綜合考量學生不同面向的發(fā)展可能。基于兒童的個性差異和豐富發(fā)展?jié)撃芘嘤麄冊诓煌I(lǐng)域的創(chuàng)新精神和實踐能力，與使每一個學生都具有科學素養(yǎng)同等重要。

3. 注重全過程的規(guī)劃預設(shè)

回到實踐現(xiàn)場，在學校科學教育的整體框架中，每一個要點在運作中都必然受到是否能夠一致性、持續(xù)性實施和改進的檢驗，會面對關(guān)于“具體該怎么做”的思考與追問。例如：科學教育課程體系的升級是從低一級向高一級進步的過程。在這個過程中，大到全體教師積極投入科學教育的主動性是怎樣形成的，小到在某一學習活動中怎樣滲透融入科學要素的具體設(shè)計，這些都要一一作答。這就提醒我們，如果僅僅是規(guī)劃工作的構(gòu)成要素，而未能洞悉具體實踐過程的演進路向，特別是引發(fā)科學教育變革的關(guān)鍵因素是如何運作的，那么就有可能付出很多努力但仍未能達到預期目標。因此，從宏觀規(guī)劃到微觀實施，讓理念倡導轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實行動，必然要經(jīng)歷眾多關(guān)于怎樣有效轉(zhuǎn)化的思考與行動。

總之，全要素、全領(lǐng)域、全過程地構(gòu)建學校科學教育的整體圖景，使管理者擁有了工作中分析問題的“思想透鏡”，有助于處理好科學教育與其他領(lǐng)域的平衡關(guān)系，厘清優(yōu)化科學教育的實踐脈絡(luò)，提升決策工作和改革實踐的專業(yè)性。

二、以本源性價值導引學校科學教育的實踐取向

教育是育才與育人的辯證統(tǒng)一。科學教育要面向全體學生，將提升人的精神境界、培養(yǎng)適應(yīng)時代發(fā)展需要的關(guān)鍵能力、培育“有理想、有本領(lǐng)、有擔當”的時代新人作為本源性價值。

1. 要堅守科學教育的育人價值，強調(diào)“科學性”與“人文性”的統(tǒng)一

科學教育如果僅僅強調(diào)人才培養(yǎng)的經(jīng)濟理性和科學理性，而忽略了道德、倫理、審美和品格等內(nèi)容，不過是“制器”，而非“育人”。在科學教育中塑造學生正確價值觀、必備品格的有力舉措是大力弘揚科學家精神。科學家精神是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和改革開放時代精神的集中體現(xiàn)，是科學精神與人文精神的有機統(tǒng)一，蘊含了在長期科學研究中積淀的科學規(guī)范，體現(xiàn)了科學家濃厚的家國情懷與強烈的社會責任感。[5]中小學校要在引導學生開展科學探究實踐的過程中，用科學家的事跡故事和思想方法激勵學生像科學家那樣崇尚創(chuàng)新、追求真理、嚴謹治學、潛心研究、團結(jié)協(xié)同，用自己的努力實踐服務(wù)他人、服務(wù)社會、報效祖國。

2. 要樹立面向全體的教育理念，堅持“大眾化”基礎(chǔ)上的“個性化”

科學領(lǐng)域的拔尖創(chuàng)新人才需要早期培育，在基礎(chǔ)教育階段培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，激發(fā)學生的創(chuàng)新活力，助力卓越人才的成長，應(yīng)當成為重要的實踐課題。但是，只把科學教育聚焦于少數(shù)學生，走“精英化”道路，是短視且適得其反的做法。一方面，面向全體的科學教育是追求公平而有質(zhì)量的教育的應(yīng)有之義，是提高全民科學素養(yǎng)，營造熱愛科學、崇尚創(chuàng)新的社會氛圍的必然要求。另一方面，盡管科學前沿領(lǐng)域的突破似乎只有少數(shù)“天才”才能實現(xiàn)，但判斷一個人是不是拔尖創(chuàng)新人才，其依據(jù)往往要看個人在前沿領(lǐng)域取得的成就，而不是在學校的成績。每個人生來就有創(chuàng)造和創(chuàng)新的潛力，拔尖創(chuàng)新人才在接受教育的早期未必表現(xiàn)優(yōu)秀、突出，甚至會因這樣那樣的“問題”使得潛能受到抑制。天生才智過人的學生，也可能會因為忽視對意志的塑造以及未得到持續(xù)鼓舞，無法堅持走到取得突破的時刻。因此，學校科學教育要面向全體學生，要通過創(chuàng)造豐富多樣的科學探索機會，提供個性化的課程，激發(fā)不同學生的才能，保護學生的好奇心和創(chuàng)造力，鼓勵他們從淺層興趣走向深層志趣，使他們不會因為得不到足夠支持和指導而放棄探索，不會在投入真正的科學學習時因為感覺枯燥、繁復而失去熱情，從而逐漸泯滅潛在的科學天分。

3. 要在實踐原則上突出創(chuàng)新，提升“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”的科技含量

《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》要求將“突出實踐”作為義務(wù)教育課程應(yīng)遵循的基本原則。對于科學教育領(lǐng)域來說，科學探究與工程技術(shù)是科學家和工程師探索與改造自然世界和人工世界的方法，是凸顯學科特質(zhì)的實踐方式，包括提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達交流和反思評價等科學探究活動，以及明確問題、設(shè)計方案、實施計劃、檢驗作品、改進完善、發(fā)布成果等工程技術(shù)活動。[6]所謂行之愈篤，則知之愈明，不親歷實踐，就不能完全理解科學和工程實踐的本質(zhì)。同時，科學的核心是發(fā)現(xiàn)，技術(shù)的核心是發(fā)明，工程的核心是建造，這些無不需要創(chuàng)新精神與創(chuàng)新思維的參與。中科院院士邱大洪明確指出，“要使科學研究達到高水平，除了實踐、認識、再實踐、再認識外，創(chuàng)新是關(guān)鍵”。[7]提升學生的科技創(chuàng)新素養(yǎng)，必須讓他們像科學家和工程師那樣，在科學探究實踐中發(fā)展知識與技能，在科學技術(shù)活動中創(chuàng)造性地遷移應(yīng)用，解決新問題，應(yīng)對新情境。在科學學習中，學生是否著力于“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，應(yīng)成為評價他們在科學與技術(shù)方面學習質(zhì)量的重要尺度。

三、以協(xié)同性行動創(chuàng)造涌現(xiàn)科學創(chuàng)新精神的學校文化

在科技創(chuàng)新教育中，當學校以全局性思考系統(tǒng)看待各個學科、多樣活動、環(huán)境資源、制度機制等各方面的關(guān)聯(lián)性，讓發(fā)展與培育每一個學生的科學素養(yǎng)與創(chuàng)新品質(zhì)成為各關(guān)聯(lián)主體的日常行動自覺時，就有可能使學校成為一個科學創(chuàng)新教育的“涌現(xiàn)系統(tǒng)”，營造出富有科學創(chuàng)新精神的學校文化新境界。

1. 透過“大觀念”厘清全學科融入科學教育的思維脈絡(luò)

在學科教學中為科學教育內(nèi)容要素打開“入口關(guān)”，是做好科學教育加法的“增長極”之一。當前，還不同程度地存在一些影響科學教育有機融入各學科教學的障礙。一是對于學生發(fā)展核心素養(yǎng)作為課程共同基礎(chǔ)的地位認識不夠。如“科學精神”是核心素養(yǎng)的六大表現(xiàn)之一，理應(yīng)受到各學科的共同觀照，但實踐中教師能夠做到關(guān)注學科核心素養(yǎng)、強調(diào)學科特質(zhì)，作為核心素養(yǎng)表現(xiàn)之一的科學精神常被虛化。二是對于非科學類學科與科學教育整合的可能性認識不足。正如李政道所言，“大學教育中如何實現(xiàn)科學與人文、科技與藝術(shù)的融合……已經(jīng)成為各國教育學研究中不可缺少的一部分”。[8]三是科學精神是科學文化深層結(jié)構(gòu)中蘊含的價值和規(guī)范的綜合，具有隱含性，本身從我們?nèi)粘＝佑|的科學知識、科學活動中就難以立即察覺，[9]當它融入其他學科學習活動時被識別的難度就更大，這也對非科學與技術(shù)類學科教師敏銳捕捉科學教育契機提出很大挑戰(zhàn)。

2009年，來自不同國家的一組科學家和科學教育專家共同提出了“科學教育的原則與大概念”，他們一致認為，科學教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而應(yīng)當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當?shù)摹⑸鷦拥慕逃椒ǎ瑤椭⒆觽兘⒁粋€完整的對世界的理解，初步形成科學態(tài)度，掌握科學方法，了解科學精神，構(gòu)建一個人健康協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)。[10]福建師范大學教授余文森指出，大觀念是一門學科知識內(nèi)容體系中最有解釋力、統(tǒng)整力和滲透力的知識，這種知識內(nèi)含學科思想、學科方法、學科思維，是核心素養(yǎng)在學科課程中的體現(xiàn)。[11]由此可見，科學的“大觀念”是具有底層邏輯價值的“理念透鏡”，它不僅是近年來科學學科教學的理論基礎(chǔ)，更可以幫助非科學類學科教師找準與本學科相融的科學教育元素，避免僅僅從具體的科學事實、科學知識以及顯見的科學活動層次上理解能否進行科學教育，使非科學類學科教學更好地在本質(zhì)層面上與科學教育有機結(jié)合。學校應(yīng)使全體教師從認識、理解、熟知科學大觀念的層面來開展科學教育，這對于適時適當?shù)貙⒖茖W教育融入各學科教學具有非常重要的意義。

當然，倡導科學教育融入各學科并非是要每一個學科都去教科學知識、做科學實驗，這顯然是不可取的。學科的內(nèi)涵存在于這個學科獨特的思想方法之中，不同學科可以為學生理解科學世界和科學家世界提供不同的視角和側(cè)面，共同促進學生科學思維能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展以及科學態(tài)度、責任、價值觀的形成。因而，發(fā)揮不同學科的獨特性，是所有學科協(xié)同落實提升學生科學素養(yǎng)目標的應(yīng)有堅持。

2. 將跨學科學習適時適當?shù)剞D(zhuǎn)化為作品導向的科技創(chuàng)新型實踐

中共中央、國務(wù)院印發(fā)的《關(guān)于深化教育教學改革全面提高義務(wù)教育質(zhì)量的意見》提出，要探索基于學科的課程綜合化教學，開展研究型、項目化、合作式學習，其目的在于促進知行合一、學思結(jié)合。跨學科主題學習、綜合實踐活動、工程與技術(shù)實踐體現(xiàn)了對這一要求的踐行，是在學科融入基礎(chǔ)上進一步促進各學科協(xié)同開展科技創(chuàng)新教育的重要路徑。

面向生活情境的跨學科實踐常會融入科學和技術(shù)元素，學生會在遷移運用多學科知識和能力的基礎(chǔ)上，開展科學探究和設(shè)計制作活動。依據(jù)義務(wù)教育新課程方案要求，每個學科要用不少于10%的課時設(shè)計跨學科主題學習，其中包含著豐富的以作品為導向的科技創(chuàng)新活動機會。為此，學校應(yīng)深度構(gòu)建一種“科技創(chuàng)新活動型實踐模式”，將學生的每一次科技創(chuàng)新活動轉(zhuǎn)化為“大任務(wù)”“大主題”“大單元”，以解決自主發(fā)現(xiàn)的真實問題為驅(qū)動，通過科學探究和工程設(shè)計活動，完成以小論文、小發(fā)明、小制作、小方案等形式呈現(xiàn)的科學技術(shù)類作品。

其實，科技創(chuàng)新活動型實踐在學校并非全新事物。多年來，全國各地學校開展的以各級各類青少年科技創(chuàng)新大賽為指向的科技創(chuàng)新活動本身就是絕佳的科學實踐。但一直以來，很多人對此存在著認識偏差—科技創(chuàng)新活動僅被當作一種由科技輔導員指導、部分學生參加的活動，且過于追求競賽獲獎，有功利化傾向等。對此，學校應(yīng)當探索以項目化學習、STEM教育等新教學理念為指引，由各學科教師積極參與、協(xié)同研究與實施的“科技創(chuàng)新活動型實踐模式”，讓每一個學生都投入科技創(chuàng)新活動，以此為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)與培育具有創(chuàng)新潛質(zhì)的學生，實現(xiàn)普及基礎(chǔ)上的特長發(fā)展。

3. 與探索創(chuàng)造行為緊密聯(lián)結(jié)，豐富科學教育空間與資源矩陣

學校科學教育空間與資源的多少決定了學生參與科學學習機會的多寡。針對學生在科學技術(shù)方面不同的學習內(nèi)容與樣態(tài)需求，如何重新構(gòu)想校園，以多樣的場景空間、豐富的情境資源、傳統(tǒng)與現(xiàn)代兼具的技術(shù)手段以及配合動態(tài)課程學習要求的運管能力，共同構(gòu)建科學教育的資源矩陣，越來越成為學校教育面臨的新問題。學校的科學與技術(shù)教育不僅需要傳統(tǒng)形態(tài)的實驗室、計算機室、勞動技術(shù)室，更要充分考慮學生開展科技創(chuàng)新學習行為的多種樣態(tài)，以跨學科、多功能、全領(lǐng)域的思維加強空間資源的功能整合，同時兼顧為學科教學、創(chuàng)意制造、研究性學習、協(xié)作研討等方面提供資源供給的可能。

例如：江蘇省南京市金陵中學河西分校以“貫穿、無邊界、融合一體化”的思路，在校內(nèi)設(shè)計了由領(lǐng)域?qū)W習區(qū)、項目實踐區(qū)、開放共享區(qū)三部分組成的“創(chuàng)想學習港”。其中，中心的開放共享區(qū)承擔閱讀、展示、交流、分享、休憩等功能；圍繞中心的是支持小組學習的項目化學習實踐區(qū)；最外圍由比特實驗室、人工智能室、木工坊、創(chuàng)意美術(shù)室等組成領(lǐng)域?qū)W習區(qū)。以上所有區(qū)域向?qū)W生開放，既能滿足科技創(chuàng)新學習的時空流動要求，支持研究型、項目化、合作式學習；又可以使有關(guān)學科教學的功能室得以保障，是一種較為可行的空間資源建設(shè)模型。又如：筆者曾在任職校長期間，在所在的南京市鳳游寺小學組織建設(shè)過養(yǎng)殖蝴蝶的“六足園”作為生態(tài)學習場所。因四時不同、晝夜變化，“六足園”蘊藏著豐富的觀察、探究、制作、創(chuàng)造性實踐機會，伴隨物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)施設(shè)備的迭代融入，又生成多學科、長周期、序列化的科技創(chuàng)新類活動課程，在較大范圍內(nèi)產(chǎn)生了影響力。

特別要注意的是，學校擁有現(xiàn)代科技產(chǎn)品，并不必然提升科學學習的創(chuàng)新品質(zhì)。當前，一些先進的新科技產(chǎn)品進入學校課程活動，無論是對于作為新學習內(nèi)容的3D打印、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、人工智能、無人機等新技術(shù)，還是作為新學習工具的移動終端、互聯(lián)網(wǎng)軟件等，學校都要審慎地檢視教師是否指導學生在深度學習任務(wù)中運用它們。如果層出不窮的新科技成果在學校里僅僅是給學生帶來淺層次的體驗或操練機會，那么就要再次審視該項投入是否必要，同時思考怎樣提升從消費型應(yīng)用到創(chuàng)新實踐型應(yīng)用的水平。

4. 以過程管理營造持續(xù)協(xié)作的科學教育新局面

倡導科學教育在學科教學中、在跨學科實踐中、在豐富的科技創(chuàng)新活動中持續(xù)深化，突破“局部”“散點”“碎片”的問題，需要學校將對學生科學素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力的培育作為學校育人理念脈絡(luò)上重要的一支立起來，并緊密融入學校的組織管理機制。

其一，做好學校科學教育課程規(guī)劃。學校需要在辦學的理念價值、目標愿景和特色追求中將科技創(chuàng)新素養(yǎng)作為全面育人的一根梁柱，在此基礎(chǔ)上整體規(guī)劃科學教育課程，統(tǒng)籌校內(nèi)外、軟硬件資源的整合建設(shè)，明確在學科教學中滲透、在跨學科實踐中凸顯科學教育的方式，有效建構(gòu)面向全體與個性化培育相結(jié)合的科學教育特別是科技創(chuàng)新實踐活動的框架與路徑。

其二，構(gòu)建教師廣泛協(xié)作的模式。學校教學管理部門應(yīng)整體設(shè)計加強科學教育的教學機制模型，以開展常態(tài)性跨學科集體備課、組織跨學科項目化學習等形式，促進各學科教師協(xié)同探討“面向每一個”“滲透每一課”“融入每一天”的科學教育新課題。同時，學校還要探索通過多部門、多學科攻關(guān)，為強化科學教育營造專業(yè)對話與分享的氛圍，降低個人與單個學科團隊改革的難度。

其三，完善過程性協(xié)同管理制度。針對“做好科學教育加法”這一新命題，學校要在進行課程規(guī)劃的同時，思考可能存在的組織管理障礙，做好制度機制的前期預設(shè)，明晰學校人、物、時、空有效支持學生科技創(chuàng)新學習的合理調(diào)配方式；要在實踐中不斷探索、積累、固化，形成教學常規(guī)管理的新內(nèi)容、新規(guī)范、新標準，保證學校全員常態(tài)化協(xié)同推進科學教育的機制不斷優(yōu)化完善。

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（編輯 王淑清）