科技教育的創新路徑探究

摘 要 科技創新在國家發展中的地位愈發重要，教育、科技、人才三位一體，相互支撐。針對科技教育這一核心概念進行界定，研究發現小學科技教育的現有困境，提出解決小學科技教育問題的五點建議：理解科學與技術的區別與聯系；大眾教育和特長生采用不同的教育；教材、教學均應注重對學生的思維培養與情感熏陶；對教師進行創新創造力相關理論培養；利用資源支持學習活動與評價。

關鍵詞 科技教育；信息科技；科學精神；素質教育

中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）19-00-04

0 引言

在開啟全面建設社會主義現代化國家的背景下，培養科學技術創新人才的迫切性日益突出，成為教育的重要目標，是教育研究中需要解決的重點問題。黨的二十大報告指出，我國要完善科技創新體系，堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位。科技教育是我國素質教育的重要組成部分，初等教育階段是兒童成長的黃金時期，所以小學階段的科技教育具有重要的基礎作用。

本文以小學信息科技教育為例，對現有科技教育發展困境進行分析，提出創新路徑建議，期待為我國科技教育注入新活力。

1 問題提出

2016年，習近平總書記在全國科技創新大會、中國科學院第十八次院士大會和中國工程院第十三次院士大會、中國科學技術協會第九次全國代表大會上指出“科技是國之利器，國家賴之以強，企業賴之以贏，人民生活賴之以好。中國要強，中國人民生活要好，必須有強大科技。”[1]習近平總書記的講話深刻揭示了科技對于國家發展、企業進步、民生改善的重要意義。當前，盡管我國科技事業取得了舉世矚目的成就，但我國科技工作在某些核心領域還存在著“卡脖子”問題。科學技術創新是解決關鍵領域“卡脖子”問題的關鍵所在，只有不斷加強科技創新，提升自主創新能力，才能在激烈的國際競爭中立于不敗之地。

培養科技創新人才是增強國家科技競爭力、實現高水平科技自立自強的戰略突破口。黨的二十大報告明確指出教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的戰略性支撐，強調“要堅持教育優先發展、科技自立自強、人才引領驅動，加快建設教育強國、科技強國、人才強國，著力造就拔尖創新人才[2]”，進一步強調了科技創新在國家發展中的戰略地位。

科技創新人才的培養不只是高等教育階段的教學目標，各級各類學校都應高度重視創新人才的培養，將其培養貫穿整個教育階段，貫通推進創新教育。信息科技是現代科學技術領域的重要組成部分，初等教育階段的信息科技教育對培養學生科技創新能力具有重要作用，通過引導學生掌握信息技術基礎知識，鍛煉實踐能力，激發科技創新意識，提高信息素養，為未來的科技創新人才培養奠定基礎。

我國十分重視在中小學開展科技教育，然而在實際教學中，小學信息科技課程仍面臨一些挑戰，需要不斷探索和創新小學信息科技教育的路徑，以更好地培養學生的科技創新能力。

2 科技教育概念界定

科技教育包含科學教育和技術教育，是二者的總稱。科學教育是關于人類迄今所獲得的科學知識和方法的傳授以及科研技能的培養，目的是造就現代社會所必需的科學人才[3]。從目標層面看，科學教育是科學素養教育[4]，是一種提高學生科學素質的教育。從過程層面看，科學教育是關于科學知識、科學方法與社會建制的整體性教育[4]，讓學生學會知識建構，運用科學方法來解決現實問題。技術教育是當代各類技術的傳授和訓練，目的是造就社會所必需的技術人才和管理人才[5]。科學偏抽象，技術偏具體。領略科學內涵的意義可以讓學生舉一反三、融會貫通，而對學生進行實踐類的技術教育可以幫助學生理解科學內涵，轉化成更容易接受的知識。現代的科學教育和技術教育正呈現出一種合流的趨勢，二者互相補充，綜合成為科技教育。

由此，本文將科技教育定義為以實現提高學生科學和技術素養為目的，在科學理論知識的指導下開展的工程與技術活動的教育。

科技教育致力于激發學生的創新靈感，培養實踐技能，旨在孕育出一批科技創新領域的杰出后備人才，為國家發展提供堅實的科技人才基礎。科技教育具有四個特征：1）有具體的實際成果，這些成果可以表現為各種人工制品、設計藍圖或研究論文等明確的顯性作品；2）強調方法的科學性，必須有邏輯、能證偽；3）重視思維能力，如科學思維、設計思維、創新思維等；4）科技教育本質上是一種跨學科的綜合性教育活動。

科技教育可結合實際引入生活、生產、科研中廣泛應用的各類軟硬件應用及新興科技項目，如機器人、無人機、航空航天等，鼓勵青少年積極參與電腦編程、工程挑戰、頭腦奧林匹克等各項競賽活動，從而有效激發青少年對科技的興趣和愛好，幫助他們廣泛地接觸科技知識，掌握常用科技工具的使用方法，訓練科學技術思維，并將學習到的科技知識用于解決具體問題。

3 小學信息科技教育的現有困境

3.1 仍以低階思維為重，高階思維培養不足

目前，部分信息科技教師在教學模式的探索上缺乏積極性，受傳統教學理念的影響，仍將教學重點集中在知識記憶、技術操作等低層次的教學內容上[6]。這種一貫使用事實性問題的培養無法高效鍛煉學生的邏輯思維能力，側重技術層面的培養不應該是教育教學的主要目的。反之，解決探究性問題能鍛煉學生的高階思維。

根據美國認知心理學家布魯姆的教育目標分類，分析、評價和創造屬于高階思維。小學生高階思維的培養尤為重要，是科技教育創新路徑的一大突破口。高階思維主要是指學生在學習過程中高水平運用相關知識、掌握學習方法和深度思考問題等所需要的重要能力[7]。其中，設計思維、創新思維和科學思維尤其重要。設計思維是指綜合運用知識，能夠選擇適當的創新方法和技能，在經歷一定的探索之后，不斷迭代生成問題解決的策略以創造性地解決真實問題的一種能力[8]。關于創新思維，何克抗提出，發散思維、形象思維、邏輯思維、縱橫思維、辯證思維是創新思維的五個要素，并建議從這五個環節來培養創新思維。科學思維是一種理性模式思維，是以探索和發現事物的本質、建構科學知識系統體系為焦點的認知性思維[9]。

3.2 創新和科學精神培養不足，缺少方法指導

在素質教育的背景下，教學既要重視學科知識的傳授，也要重視學生精神品質的培養[10]，創新精神和科學精神是科技教育的重要目標。先進的教育理念會促使教師主動摒棄傳統教學方式，是培養學生創新能力的前提[11]。2022年教育部門隨機抽取10所小學調查學校師生對信息技術課程認識程度，結果發現經常有信息技術課被占用，部分師生認為信息技術課程可有可無以及教學模式傳統的情況[12]。由此可見，很多師生未能及時更新素質教育理念，對于信息技術課程重視程度不夠，對科技創新的重要程度缺少認識，創新精神和科學精神落實不到位。

創新精神與意志、熱情、激情、興趣、好奇心、求知欲望、懷疑感、創新需求、思維獨立性等因素有關。創新精神是教育發展的根本動力，具備創新精神是教育者的責任。托馬斯·威斯在《科學精神》這篇文章中，將科學精神定義為：“對邏輯的尊重，對尋找數據的渴望，對知識和理解的愿望，對結果的考慮，對前提條件的考慮，對驗證的要求，以及質疑一切”[13]。教師在教技術的同時，必須將其中的科學道理講明白，融合科學的內涵。在變化且豐富的操作中，能夠抓住科學本質，培養學生的科學觀念和科學意識。還有些現實情況是，中小學非常重視創新和科學，但是部分教師由于自身教學能力的局限性，難以使用創新性的教學模式引導學生掌握知識[14]，以感性和經驗為主的活動居多。所以教師需要掌握對學生科技創新的指導方法。創新精神和科學精神對學生成長成才和全面發展影響巨大，重視創新、融入科學，促進學生對概念核心的深層理解，更有利于形成思維的邏輯閉環。

3.3 內驅動力呵護不足，學習行為無法持續

科技教育除了信息科技、科學、綜合實踐活動課之外，興趣班、社團等也有大量豐富、形式多樣的課程資源。低年級階段的小學生學習科技課程，外界推動或許有一定效果，但要讓他們堅持學習科技課程，則需培養其內驅力，讓學生在體驗課程的過程中產生快樂和興趣，獲得自信，積極主動地學習。科技教育相關課程動手操作內容多，一定程度上能夠激發小學生的積極性。但是在進行課程計劃時，最初的教學內容必須降低難度，如果一開始就是設計機器人這樣的大課題，會讓學生畏葸不前，這與科技教育的初衷背道而馳。所以有必要設計出符合學生年齡、滿足小學生心理需求、能讓其“解渴”的活動，避免產生“無意思”的主觀判斷，從而影響他們以后的從業理想和愿望。

學生內驅力的保持和教師的支持與認可以及良好的學習環境密不可分，教師對學生的評價制度、獎勵制度是否完善，周圍學生是否都對科技教育保持良好的態度，是否有學習激情，都會影響學生的內驅力。2021年，教育部辦公廳公布2021—2022學年面向中小學生的全國性競賽活動，36項競賽活動中，有11項是科技類的競賽項目。科技競賽的確是一項開展科技教育活動的有力抓手，但過于依賴競賽活動，形式單一，學生亦會感到枯燥。

3.4 評價方式單一，缺乏趣味性

開展科技教育活動，評價是必要的，但由于競賽活動偏多，且活動目的大多指向升學，可能會導致功利性驅動，進而影響科學精神的培養，甚至影響學生未來的職業選擇。2018年國際學生評估項目（PISA）調查結果顯示，中國學生在數學、科學素養、閱讀方面居世界第一。中國此次參選學生中，有48%的學生被評為優秀學生“Top Performers”，全世界平均水平只有13.1%，芬蘭剛過平均線，有16.8%的優秀學生，而美國還沒到平均線，僅有12.3%的學生被評為優秀學生。但是，在對參與測試學生未來從事職業的詢問中，我國男生不到15%的人想從事科學和工程相關工作，女生則不到10%。剩下30%的優秀學生盡管他們學習能力強，但是不考慮這些難度較大的專業。希臘只有4.3%的優秀學生，但是參與測試的學生中有20%的人愿意選擇科學、工程等職業。美國的優秀學生比例還沒過平均線，但是有接近30%的男生愿意選擇能增強國力的高端職業。

這些我國的優秀學生明明學得很好，卻不愿從事相關職業的原因之一是，學生在相關課程學習過程中參與性不強，缺乏學習興趣[15]。教師對學生的評價維度主要從知識這一單一維度出發，缺乏對學生科學素養的評價與剖析，沒有關注學生能力的發展。此外，評價采用的方式如果只采用量化或質性的一個方面，那么得出的結果也不充分，需要轉向二者相結合的評價方式。

4 小學信息科技教育路徑探索

4.1 理解科學與技術的區別與聯系

教師首先要認識到科學和技術的關系。淡化科技教育、忽視科學的一個重要原因，是將科學和技術籠統地稱作科技，將二者混為一談，從而導致教學目標模糊。科學是人們對世界的認識和理解，是反映客觀事物固有規律的知識體系。形成的知識就是科學知識。技術是人類為了實現特定的目標，而對自然和社會有目的地改造和控制的過程。形成的知識就是技術性的知識。科學知識是實踐操作的補充、深化或還原，是課程教學體系不可或缺的一部分內容。信息時代技術迅猛發展，新課標對培養高質量人才提出了新要求，大數據、人工智能等新技術蘊含著豐富且高深的科學技術原理。這些概念對于教師來說，雖然也比較晦澀難解，但如果課堂中忽視這些，那么學生將會缺失一大塊學習內容，教師自身的水平也會局限于課本。所以缺少科學內涵與原理的教育會造成教學資源、學科價值的流失，甚至直接與新興技術脫節。

4.2 大眾教育和特長生采用不同的教育

根據多元智能的理論，每個人的智能是多元的，并有自己獨特的智能組合，所以不可能所有學生都喜歡科技或擅長科技。某種層面上說，科技教育其實是一種普及性教育，向所有學生開放，他們可以獲取到科技課程的各類資源。對于大多數學生，教師可以采用先激發興趣，然后進行科學與創新的精神和思維培養。如果加以引導，也可以成為終身愛好和興趣。在追求學生全方面發展的同時，也要幫助學生發現自己的特長，進行有效的個性化教學。個體發展具有差異性，對于那些有潛力成為未來科技人才的學生，應通過不同評價方式篩選出來，定制教育，專門培養。宏觀層面要優化教育培養的結構，滿足快速變化環境的社會需求；微觀層面讓學生自己具有收獲感，明晰目標刻苦努力，從而找到自我實現的價值。

4.3 教材、教學均應注重對學生的思維培養與情感熏陶

學生是教材的使用主體，是教學的主要對象，教材、教學均須實現對學生發展的促進作用[16]。習近平總書記在科學家座談會上指出，好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養要從娃娃抓起，使他們更多了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體。比如，教材中可以融入科學家精神、科學史等教育內容，還可設定科學家精神系列專題，學習科學家事跡，讓學生了解科研工作者嚴謹、求新的工作經歷。

思維是在問題解決中發展的，情感是在情境和活動中通過體驗形成的，所以在課程中教師需要開創課題讓學生進行實際項目的實踐。針對真實情境中的真問題，只有采用真的思維方法才有利于高效地解決，將科學精神的弘揚和感悟真正落地。科學家精神的融入和推廣，有利于科學技術的普及和創新精神的培養，能豐富人才培養的內容，在初等教育層次的拔尖人才培養上發揮育人價值。學校還應設置開展科技體驗的相關活動，利用研學中的見聞激發出內驅力和創造性。

4.4 對教師進行創新創造力相關理論培養

教師是落實科技創新教育目的的關鍵，教師應掌握創新創造力培養的相關理論，方能形成創造性解決教學問題的策略和方法。尤其是信息科技學科的專業教師，必須具備先進的教育理念和專業的教育素質。科技教育具有跨學科性質，所以要求信息科技教師要有綜合教育的能力、整體思維和全局意識。學校或教育相關部門需要建立全面的培訓計劃，教師個人秉持終身學習的理念，驅動教師隊伍走向高質量、專業化。學校可與高校達成合作，請高校教授來開講座，探討如何做好一名研究型教師，豐富一線教師的理論基礎。一線教師普遍工作量大，在課后繼續學習的成本較高，故而政府層面可設置激勵計劃，尊重教師內在需求，讓教師在課后也行動起來，提升在職教師的專業素養。

4.5 利用資源支持學習活動與評價

資源既是科技創新活動研究的對象，也是支撐科技創新活動研究的條件。學校和教師立足于教育目的進行教學，不僅需要一些基礎的設備器材，還要利用各類自然資源、社會資源、人力資源。自然資源有學校周邊的自然環境，地質、地貌、土壤、動植物、天文、氣象等資源；社會資源有各種場館和博物館、商場集市、文物古跡等，亦可與高校合作，走進高校，接觸真實科技；人力資源主要是支撐科技活動所需的人。如教師、導游、科學家、技術工程人員、農民、父母等。學生在科技教育活動中自主學習材料，主動與同學合作交流、開展探究、數據分析、方案設計、接受教師指導、開展評價等。目前的趨勢是采用數字化方式在人工智能的支持下進行新型教育資源研發，在數字環境中交互活動，豐富學習體驗。新型教育資源是信息化時代的產物，不僅可以讓學生與教師進行有效互動，推動教育教學改革，還能豐富學生的學習體驗，構建新的教學模式[17]。

5 參考文獻

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DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2024.19.0

作者簡介：李云文，副教授。