美國科學教育戰略舉措的經驗與啟示*

■ 王穎 范佳萍 李倩倩

1 中國科學院科技戰略咨詢研究院 北京 100190

2 中國科學院大學公共政策與管理學院 北京 100049

3 中國科學院大學 北京 100049

1 引言

隨著世界百年未有之大變局和新一輪科技革命加速演進，圍繞科技制高點和高端人才的競爭空前激烈，科學教育的重要地位和作用日益凸顯。2021 年，習近平主席在“科技三會”上強調，“要更加重視人才自主培養，更加重視科學精神、創新能力、批判性思維的培養培育”。目前，我國進入新發展階段，經濟結構、人口結構發生深刻變化，全要素生產力增速放緩，迫切需要技術密集型的創新驅動經濟社會發展[1]。改革與發展我國科學教育，提升全民科學素養，培養具有科學精神的創新人才，成為實現中華民族偉大復興的基礎性和戰略性事業[2]。

科學教育是與傳授科學知識、提升科學素養、培育科學精神、培養科技人才有關的教育活動。第二次世界大戰后，美西方等發達國家一直將發展科學教育視為國家戰略。布達佩斯召開的首屆世界科學大會（1999 年）呼吁各國政府把改進各級各類科學教育作為重中之重。從各國實踐來看，世界科技強國、教育強國均將科學教育作為國家戰略。從20 世紀80 年代起，主要發達國家將科學教育作為國家發展優先事項，持續制定國家科學教育戰略規劃。尤其是美國從20 世紀50 年代起持續實施科學教育國家戰略，這使其雄霸全球科學中心與人才中心百年之久，打破了日本學者對于科學中心每70～90 年會進行轉移的理論預見[3]。相比之下，我國科學教育體系建設尚處于起步階段。研究剖析美國發展科學教育的戰略舉措，構建符合我國國情、具有中國特色的科學教育體系，是我國建設科技強國、教育強國的重要戰略突破口。本文采用政策文本分析方法對近年來美國實施科學教育的政策主題、政策工具等進行量化統計分析，結合挖掘的舉措重點，深入探討美國推進科學教育的實施路徑，凝練對我國科學教育發展和改革的啟示和建議。

2 美國科學教育政策量化分析

美國科學教育改革起源于20 世紀50 年代美蘇冷戰期間。1957 年，蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，極大地刺激了美國。美國為了應對蘇聯成功發射人造衛星對國家安全造成的日益增長的威脅，開始重視培養頂尖的軍事與科技人才，開啟了以科學課程現代化為主要特征的大規?？茖W教育改革[4]。20 世紀80 年代，美國逐漸意識到科學教育不足造成科技人才嚴重短缺，于是科學教育的側重點轉向培養高素質的科技人才，以提升國家競爭力。1986 年，美國國家科學委員會（National Science Board，NSB）提出由科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）與數學（mathematics）組成的STEM 教育，由此美國逐漸形成了以STEM 為核心的科學教育體系。進入21 世紀，美國加緊推進科學教育的戰略化進程，將科學教育上升到國家戰略高度。從2013 年開始，每5 年制定1 份科學教育國家戰略規劃，統籌推進美國科學教育戰略目標、實現路徑、資源協調等。迄今為止，美國已發布2份國家科學教育戰略規劃，美國國會、聯邦政府機構等也紛紛出臺STEM 相關法案，加大STEM 項目支持等，形成了美國科學教育的政策體系。

2.1 美國科學教育政策文本收集

本文以美國科學教育國家戰略報告、進展評估報告、相關法案、教育項目等作為政策分析研究對象，通過關鍵詞“science education”“STEM”檢索美國白宮科學技術政策辦公室、美國國會、美國白宮管理和預算辦公室、美國聯邦撥款項目管理辦公室、美國國家科學基金會（National Science Foundation，NSF）、美國教育部（Department of Education，ED）、美國能源部（Department of Energy，DOE）等官方網站，收集科學教育政策信息。1989—2022 年，美國發布了科學教育標準、STEM 教育投資進展報告、STEM 教育戰略規劃報告、STEM 教育戰略規劃進展評估報告以及實施指南，共計12 份文件（表1）。美國國會STEM 教育的提案，從2010 年起數量持續攀升（圖1），其中包含已頒布的《2010 年美國競爭再授權法》（America COMPETES Reauthorization Act of 2010）和《每一個學生成功法案》（Every Student Succeeds Act，ESSA）等。聯邦政府各部門逐年加大對STEM 項目的投資，由2011 年29.1 億美元[5]增長至2021 年39.1 億美元[6]，2021 年聯邦機構中投資金額最多的是美國國家科學基金會、美國衛生與公眾服務部（Department of Health and Human Services，HHS）和美國教育部，如圖2 所示。本文共收集美國科學教育規劃報告和重要標準文件12 份、美國國會提出的法案711 份和2021 年評估的160 個科學教育項目相關信息，進行量化分析。

圖1 美國國會STEM 教育提案數量Figure 1 Number of STEM education bills introduced by the U.S.Congress

圖2 2021 年美國聯邦政府機構教育投資金額Figure 2 The STEM education investments by U.S.federal agencies in 2021

表1 美國科學教育規劃報告及重要標準文件Table 1 Reports on the U.S.science education strategic plan and documents of science education standards

2.2 基于文本挖掘的政策分析框架

為了識別美國推行科學教育的重點舉措和各舉措之間的協同作用，本文對美國科學教育政策的內容進行分析，通過主題分析模型挖掘科學教育政策體系的重點內容，利用文本共現網絡進一步厘清各舉措之間的作用關系。具體研究思路：首先，對收集的政策信息進行文本預處理，包括分詞、去除停用詞、無意義詞等，形成政策文本語料庫；其次，計算詞頻- 逆文檔頻率（term frequency-inverse document frequency，TF-IDF），運用隱含狄利克雷分布（Latent Dirichlet Allocation，LDA）主題模型，得到政策重點主題語料集；再次，通過專家判斷，本文確定的政策主題數目為4，形成美國科學教育在培養對象、參與主體、具體舉措和學科領域方面的關鍵詞。最后，本文抽取了政策文本關鍵詞之間的共現關系。共詞分析是內容分析法的一種，主要是對一組詞兩兩統計其在同一個文件中出現的次數，以此為基礎，對這些詞進行聚類分析，從而反映出這些詞之間的親疏關系，分析這些詞所代表的STEM 教育布局規劃的結構特點[7]。一般地，關鍵詞共現次數與詞義聯系之間的關系成正比關系，即共現次數較多的詞之間的關系往往體現熱點問題[8]?；诿绹茖W教育政策量化分析思路如圖3 所示。

圖3 基于美國科學教育政策量化分析思路Figure 3 Quantitative analysis approach of U.S.science education policy

2.3 基于主題模型的政策重點分析

根據美國科學教育政策文本信息，通過LDA模型對政策重點信息進行分類，得到科學教育培養對象、參與主體、具體舉措、學科布局等4 類政策重點的關鍵詞情況（表2）。

表2 美國科學教育政策重點內容關鍵詞表Table 2 Key words in U.S.science education policy documents

在科學教育的培養對象方面，主要覆蓋5 類人群：①本科生、研究生、博士后；②社區學院/大學教師；③K-12 教師；④PreK-12 學生；⑤非正式教育/繼續教育STEM 學習者。在科學教育的參與主體方面，主要包括：大學/社區學院、K-12學校，還包括社區、研究機構/實驗室、企業、博物館/圖書館/天文館、政府部門等，突破了傳統教育局限于學校課堂的模式，體現了社會多元主體參與科學教育的格局。在科學教育的具體舉措方面，政府推動科學教育最重要的舉措是加大投資力度，撥款、補貼、貸款、投資被提及約4,000 次，其他重要舉措包括基礎研究、應用研究、K-12 課程、高等教育的課程培訓、合作關系、建立國家標準等，旨在為學生構建一個立體的STEM 教育生態系統。在科學教育的學科布局方面，出現頻次最高的關鍵詞依次是工程、數學、能源、計算素養、計算機科學、數字科學和跨學科等。這與STEM 教育戰略規劃提出的“培養計算素養”和“讓學生參與學科的融合”相契合，旨在通過富含計算技能和數字技術的STEM 教育，推動學生建立計算素養。同時，政策文件充分展現提升多樣性、公平性和包容性的原則，特殊教育、少數族裔、婦女和低收入群體等關鍵詞在政策文本中也被多次提及。

主要聯邦機構投資項目所采取的舉措側重點不同，本文繪制了2021 年投資金額最多的前三家聯邦機構NSF、HHS 和ED 資助的項目名稱高頻詞云圖（圖4），分析了項目關于培養對象、學科領域和具體舉措的概況。分析結果顯示，NSF 資助的項目主要通過課程培訓（59%）、支持學生參加項目研究（41%）、舉辦競賽（14%）和提供實驗實踐機會（14%）等舉措推動科學教育，其中一半項目資助高等教育階段學生（50%），其次為K-12教 師（27%）和PreK-12 學 生（14%）。HHS 資助的項目主要通過資助學生參加生物醫學領域課程培訓（73%）和項目研究（68%），積累臨床經驗，主要培養高等教育學生（80%），少量項目也為PreK-12 學生（10%）和K-12 教師（8%）提供生物醫藥領域學習機會。ED 資助的項目主要通過課程培訓（82%）、項目研究（18%）和獎學金資助（18%）的方式培養學習者在數學和科學等領域的基礎能力，培養對象主要為PreK-12 學生（64%）和高等教育階段學生（18%）。大多數項目的目標是提升學習者的理工科綜合能力，培養公民計算素養作為STEM 教育戰略的重要路徑之一，受到各聯邦機構的高度重視，在由NSF、HHS 和ED 資助的項目中，有較高比例的項目直接或間接地支持了計算素養路徑，其中NSF 占比為95%，HHS 占比為33%，ED 占比為91%（圖5）。

圖4 2021 年NSF、HHS 和ED 資助項目名稱高頻詞云圖Figure 4 Wordclouds of high-frequency words of projects funded by NSF, HHS, and ED in 2021

圖5 2021 年NSF、HHS 和ED 資助項目關于培養對象、學科領域和具體舉措的分布Figure 5 Distribution of projects on targeted audience, disciplinary areas , and specific measures funded by NSF, HHS,and ED in 2021

2.4 基于共現網絡的舉措方式分析

本文繪制了培養對象、參與主體、重點舉措和學科領域等4 個主題關鍵詞節點之間的共現關系（圖6）。其中，節點越大表示該詞語出現次數越多，兩節點之間連邊越粗表示共同出現的頻次越多?？梢钥闯觯皳芸?補貼/貸款/投資”“工程”“本科生/研究生/博士后”和“大學/社區學院”等多個關鍵詞與其他詞的共現程度較高，“撥款/補貼/貸款/投資”與“學?！?，“撥款/補貼/貸款/投資”與“基礎研究/應用研究/創新研究”，“學?！迸c“K-12 學生”等關鍵詞之間兩兩共現度較高，這表現出聯邦機構對不同主體的投資分布。各主體所面向的培養對象各有側重，并且采取的舉措也依據自身優勢資源而不同。總體特點是美國STEM 教育領域撥款分布仍集中于研究和課程培訓，學生與老師并重，重視高等教育，在學科布局方面重視國防、工程和數學領域，撥款針對的教育主體以中小學學校、企業和高校為主。

圖6 美國STEM 教育高頻關鍵詞聚類網絡關系圖Figure 6 Clustering network diagram of high-frequency keywords in U.S.STEM education

進一步，本文分析了大學/社區學院、企業、研究機構/實驗室、K-12 學校、社區以及博物館/圖書館/天文館等6 類主體在學科領域、培養對象、重點舉措方面的共現關鍵詞（圖7）。其中，大學/社區學院主體在學科領域主要集中于量子科學、計算機科學、國防、航天等，培養對象主要面向“K-12 學生”和“本科生/研究生/博士后”。這表明高等教育機構對培養這些學科領域的人才具有較高重視程度，并且面向廣泛的培養人群，涵蓋了從基礎教育到本科生和研究生階段的學生。與之相比，企業主體在學科領域布局主要集中于人工智能、信息技術、能源等，培養對象主要是“本科生/研究生/博士后”“企業家/創新者”。企業主體更加注重人工智能、信息技術和能源等學科領域的布局，并且更加關注與現實應用相關的技能和人才創新能力的培養。研究機構/實驗室主體是6 個主體中與“基礎研究/應用研究”共現關系最強的主體。學科領域布局主要集中于國防、航天、能源、工程等，培養對象主要面向“本科生/研究生/博士后”。社區主體主要面向群體是“K-12 學生”和“勞動力”，發揮其服務社會功能，注重基礎教育階段科學素養和職業培訓。K-12 學校主體在學科領域主要集中于數學、計算素養等，培養對象主要針對“K-12 學生”。K-12 學校將重點放在培養學生數學能力和計算素養方面，在基礎教育階段培養學生的科學技術基本素養，為未來學習做好準備。博物館/圖書館/天文館主體和各類培養對象之間的聯系比較均衡，沒有明顯的學科領域偏重。

圖7 美國科學教育不同參與主體與具體舉措、培養對象、學科領域關鍵詞的共現網絡關系圖Figure 7 Co-occurrence network diagram of the keywords related to different stakeholders, specific measures, targeted audience, and disciplinary areas in U.S.science education

3 美國科學教育政策特征分析

3.1 明確制定科學教育的國家戰略，全面推進國家科學教育系統實施

美國高度重視科學教育在教育、科技、人才戰略布局中的重要地位和作用，已將科學教育提升到維護國家安全的高度來制定政策。美國從奧巴馬時期將科學教育作為國家教育發展優先事項，分別于2013 年和2018 年出臺了STEM 教育“五年戰略規劃”，提出科學教育發展的戰略目標、行動路徑、核心內容等。2018 年，新版規劃提出的戰略目標是“美國要在STEM 領域的國民素養、發明創造和勞動力就業方面成為全球領導者”，從戰略伙伴、學科融合、計算素養、運行透明度與責任等4 個途徑確保美國STEM 教育獲得成功；2019—2021 年連續3 年發布進展評估報告，促進STEM 戰略按照規劃實施。

美國科學教育得以有效地綜合性謀劃和體系化推進，與其具有層級分明的管理機構以及各部門間的協同合作密不可分。2011 年，聯邦政府依據《2010 年美國競爭再授權法》成立了STEM教 育 委 員 會（Committee on STEM Education，CoSTEM），隸屬于美國國家科學技術委員會（圖8），其主要職能是制定美國科學教育“五年戰略規劃”，定期開展項目審查和評估，建立信息公開機制和問責機制，推進規劃落實。CoSTEM 下設STEM 教育協調委員會（Federal Coordination in STEM Education，FC-STEM）和6 個跨機構工作組（Interagency Working Group, IWG），統籌協調美國商務部、美國國防部、美國能源部等14 個成員單位工作落實。美國白宮科學技術辦公室分別于2020 年12 月和2021 年12 月發布了《聯邦STEM 教育戰略規劃進展評估報告》，其中公布了CoSTEM 對前一財年成員機構投資的STEM 項目的評估結果，以確保投資項目實現教育戰略規劃目標。

圖8 STEM 教育委員會（CoSTEM）的組織架構Figure 8 Organizational structure of the Committee on STEM Education (CoSTEM)

3.2 發揮校內外不同主體的優勢，構建正式和非正式教育協同育人生態

發展和豐富戰略伙伴關系是美國實現科學教育目標的首要路徑。美國的STEM 教育政策設計中強調政府聯合學校、科研機構、企業、科技社團等社會各界，匯聚多方資源，構建社會多元主體參與的STEM 教育模式，將學校正規學習和非正式學習的機會融為一體。正式和非正式科學教育的協作有效豐富了課堂學習活動和資源，形成了科學教育共同體。校外機構、校外項目等相較于規范化的學校內科學教育，提供的均是較為松散的非正式科學教育，更加突出富含科學知識、科學文化的場景設計，重視激發學習者的自我導向性。

STEM 教育的各主體立足于自身在教育系統中的使命與定位，參與到STEM 教育活動中，共同構成全流程、立體化的科學教育生態，推動正式和非正式的科學教育，拓展和豐富每一個學習者的教育和職業過程。政府機構的職責是制定和實施教育機構管理、互動和交流的指導方針，對其他主體進行調控。資助機構一般有公共資金或私人資金兩個來源。其中，公共資金通常來自支持教育戰略規劃的聯邦政府機構，例如，美國教育部、美國能源部和美國國家科學基金會等。私人資金也發揮著重要作用，例如，梅琳達·蓋茨基金會和霍華德休斯醫學研究所長期致力于推動科學教育發展。大學和科研機構面向K-12 學生，提供教學和研究的教師資源和基礎設施服務；面向本科生和研究生提供研究經驗和實習機會，使其更好地過渡為合格的勞動力?？萍忌鐖F通過協調多領域專家，參與國家科學教育標準制定，開展STEM職業培訓和資格認證承擔社會公共責任。2021 年，美國科學促進會（American Association for the Advancement of Science，AAAS）在美國國家科學基金會“改善本科STEM 教育計劃”（Improving Undergraduate STEM Education，IUSE）的支持下，為主要教育工作者、研究人員和評估人員提供傳播創新和基于實證的實踐機會。企業界聯合政府部門、大學、基金會等通過舉辦STEM競賽活動、培訓、設立獎學金和提供實習機會等參與科學教育。Google 能夠長期保持創新活力與其注重STEM 教育關系密切。Google 在計算機科學、人工智能和工程等領域開發“教育工作空間”為K-12 學生和教師提供免費課程、教學工具和圖書館資源，設置研究生獎學金項目，并通過“學徒制”和實習項目幫助畢業生進入職場做好準備。

3.3 制定科學教育國家標準體系，促進跨學科知識融合式學習

美國以制定科學教育“標準”為核心，牽引科學教育范式改革。美國從20 世紀80 年代啟動了“2061 計劃”，歷時11 年，先后建立起科學知識體系框架《面向全體美國人的科學》，與人的認知能力結合出臺《科學素養的基準》，發布第一版《國家科學教育標準》。2011 年，美國科學教育的改革同樣是先制定《K-12 科學教育框架：實踐、跨學科概念、學科核心思想》；2013 年，基于該知識框架出臺了《下一代科學標準》，該標準作為21 世紀美國進行科學教育的綱領性文件，也成為世界各國研究與學習的對象。

當前，新一輪科技革命突飛猛進，科學研究范式正在發生深刻變革，學科交叉融合不斷發展。打破學科界限，構建跨學科知識融合的科學教育標準，是科學教育改革的關鍵，也被美國視為實現國家科學教育戰略目標的重要路徑之一。美國在《K-12 科學教育框架》和《下一代科學標準》設計中，進行了跨學科整合，打破了數學、科學、技術和工程學科之間的壁壘，將不同學科知識融合為一個相互聯系、融會貫通的整體?？茖W標準制定中將“科學探究/科學實踐”作為科學教育的基本范式，已經成為當今科學教育的引領性方向，強調學習者在學習環境中發揮認知主體的作用，幫助學生將不同科學領域中相互關聯的知識組成連貫的、條理清晰的、基于科學的對客觀世界的認知，其增強學生對科學核心概念和共通概念的深層次理解，提升跨學科交叉的知識融合和創造能力。截至2022 年，美國45 個州和特區（學生人數占美國學生的71%）的教育標準受到《K-12科學教育框架》和《下一代科學標準》的影響；其中20 個州和華盛頓哥倫比亞特區（占美國學生36%以上）已經采用了《下一代科學標準》，24個州（占美國學生35%）根據《K-12 科學教育框架》中的建議制定了自己的標準[9]。2013 年，《下一代科學標準》發布以后，英國、德國、法國、日本以及歐盟等國家和地區，均不同程度地對科學教育標準或科學課程標準進行了調整和變革。

3.4 將計算素養作為STEM 教育核心內容，適應數字化時代的人才需求

美國深刻意識到數字化時代培養公民計算素養對培養高質量創新人才具有舉足輕重的作用。2018 年，美國發布的新版國家科學教育戰略規劃首次將“數字素養”和培養學生的“計算思維”作為STEM 素養的核心內容，提出將計算技能、計算思維、數字素養融入全面的教育體系中，使每個學習者均能夠通過使用數據和邏輯來評估信息、分解問題并制定解決方案。同時，拓展數字教學平臺的使用，通過開放式在線課程、遠程學習技術、移動學習應用程序以及各種其他數字學習平臺等，提升科學教育的多樣性和包容性。新技術對教育的影響是巨大的，其改變了傳統的學習方式和學習環境。2023 年3 月，GPT4 發布后，可汗學院（ Khan Academy）已使用GPT4 為其人工智能助手“Khanmigo”提供技術支撐，開展STEM 個性化、互動式學習，提升STEM 教育的學習效率和興趣。

針對“培養計算素養”這一總體路徑，CoSTEM 專門設立了計算素養跨機構工作組，致力于促進數字平臺使用，推動成員單位開展落實，構建多部門聯動推進計算素養的合作機制。2020年聯邦STEM 投資清單中，共有119 個項目直接或間接地支持了計算素養路徑，并且在2020 財年的總投資額為23.2 億美元[6]。投資這些項目的機構包含美國國家科學基金會、美國衛生與公眾服務部和美國能源部等。STEM 教育協調委員會（FC-STEM）進行意見征詢，明確計算素養定義，建立統一標準和精準度量聯邦機構的行動。計算素養跨機構工作組協助各機構就計算素養定義達成共識并統一行動方向，推動數字平臺建設和工具方法的應用。同時，FC-STEM 促進各機構與教育界合作，提升數字素養和推廣網絡安全。2020 年11 月，美國國家科學基金會（NFS）發布了數據科學團隊計劃的提案征集，計劃獎勵高達1,200萬美元[6]。NSF 通過該計劃促進公民的數據素養，并為現有勞動力提供數據科學培訓。美國國立衛生研究院（National Institutes of Health，NIH）自2018 年通過《NIH 數據科學戰略規劃》（NIH Strategic Plan for Data Science）以來，將計算技能和負責任的數據使用原則納入其本科生和研究生的所有課程來提升下一代研究人員的計算素養[9]。美國教育部舉辦多次網絡研討會，旨在將新興技術整合到教學實踐以及在線和混合教學中。美國國防部為K-12、本科生和研究生提供多種與計算素養相關的計劃和活動。聯邦部門還為具備計算技能的學生提供實習和就業機會。美國國家海洋和大氣管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）通過Pathways 計劃雇傭了70 多名計算能力突出的學生。美國各聯邦機構高度重視培養計算素養，并積極采取一系列舉措推動這一路徑的實現。

4 啟示建議

近年來，美國明顯加大了對科學教育的重視和投入，尤其是美國衛生與公眾服務部、美國國防部和美國國家科學基金會資助了大量的科學教育項目，已經將科學教育上升為國家戰略。大力發展科學教育成為美國確保其全球競爭力的關鍵舉措。面對黨的二十大提出的高質量科技創新人才自主培養的新要求，我國應以推進科學教育改革為牽引，帶動我國教育系統性變革，從以傳授知識為主轉變成以培養創新能力為主的教育范式。我國科學教育改革應以提升全民科學素質和培養科技創新人才為主線，以構建中國特色的科學教育體系和育人模式為著力點，以促進常態化科教協同和校內外協同為支撐，將科學精神培養和科學素養提升貫穿科學教育全過程，融入國民教育體系各領域各環節，推動科學教育實現創新性發展、突破性提升，有力服務世界重要人才中心和創新高地建設，為建設世界科技強國和教育強國奠定堅實基礎。

4.1 制定我國科學教育改革和發展戰略規劃

對標我國2035 年基本實現社會主義現代化目標，瞄準建設教育強國、科技強國、人才強國對教育、科技和人才的需求，加強頂層設計，明確科學教育的重要地位作用，對未來我國科學教育發展和改革進行總體部署。一是制定科學教育改革與發展戰略規劃，發揮國家發展規劃的戰略導向作用。明確近期與遠期目標，明確政府與國家各部門在科學教育中的責任。二是建議成立國家科學教育委員會，作為常設的科學教育統籌協調機制，建立政府部門間、政府與社會、教育與科研協同的工作機制。三是建議加大國家對科學教育的投入，增加科學教育人才的培養規模，支持對多種形式高質量公共教育資源開發；設立科學教育研究專項經費，尤其要加強對科學教育的長期實證研究。

4.2 構建具有中國特色的科學教育標準體系

打破學科界限，構建中國特色的科學教育標準，是科學教育改革的關鍵，有助于規劃我國未來科學教育的行動路線。一是建議破除學科壁壘，根據科學發展的時代特征，按照不同階段人的認知水平建立知識結構框架，要體現民族的特點，要關注科學和技術的結合，要關注好奇心驅動的科學研究和國家使命驅動的科學研究，構建具有中國特色的科學教育標準體系。二是要明確不同學段的科學教育培養目標，制定為達到此目標所需要的課程標準，要注重大、中、小、幼各階段的銜接與貫通。三是明確教師職前培養與職后培訓標準，指導和支持師范院校、綜合大學和科研機構，以及專業機構開展教師培養與培訓。四是制定科學素養導向的多元評價標準，要從單一地注重學業成績和知識考察轉向關注學生潛在能力和綜合素質表現。

4.3 構建以人的能力培養為核心的教育范式

全球教育趨勢正在從近200 年來以知識傳授為核心的教育范式轉變成以人的能力培養為核心的教育范式。我國科學教育改革應該順應教育發展規律，尊重人才成長規律，創新人才培養模式。一是改變以知識傳授為核心的教育觀念，大力推行“探究-參與式”的學習方式。創造真實場景的學習實踐，打破學科界限，廣泛開展以項目為紐帶的、基于任務式的學習，強化科學思維訓練、提升解決問題的能力。二是鼓勵和支持跨學科或交叉學科人才培養探索與實踐，培養學生跨學科學習能力。通過加大培訓、獎學金等方式，擴大跨學科研究問題的支持，并將跨學科概念融入基礎教育和高等教育階段的標準體系構建。三是為應對智能化時代的挑戰，從基礎教育到高等教育各學段，加強學生的計算思維和數字素養培養。鼓勵教育研究人員、從業者和技術專家組成跨學科團隊，加大提升學生計算素養的課程開發、教師培訓、數字平臺和產品研發等投入強度和研究支持。

4.4 健全多元主體協同育人的科學教育生態

重視校外學習環境的育人功能，建立校內外主體協同育人機制，縱向貫穿不同年齡段的受眾，橫向拓展不同學科內容的整合，形成多元協同發展的生態體系。一是明確各級政府、中小幼各級學校、大學與科研機構、科技組織、企業及科技場館等各類組織在科學教育中的社會責任，鼓勵建立校外科學教育基地，打造科學教育的“第二課堂”。二是豐富科學實踐資源建設，鼓勵科研系統和各類場館等校外機構，研究開發優質科學教育公共資源與產品，如視頻、音頻、VR、AR、元宇宙等形式。學校以購買社會服務的形式擴充學習內容，鼓勵學校設立科教產品的創新研發中心。三是推出科技成果教育轉化激勵機制，探索推進國家科技計劃項目成果與科學教育的對接機制，建立國家實驗室、全國重點實驗室、大型科學設施面向各類學校開放與服務的制度。