我國中小學科學教育研究的熱點及展望

本期話題：促進中小學科學教育發展的思考與實踐

策劃/朱福昌

2023年5月17日，等十八部門聯合印發了《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》。《意見》系統部署在教育“雙減”中做好科學教育加法，支撐服務一體化推進教育、科技、人才高質量發展。中小學校的科學教育質量對培養學生科學素質至關重要。本期精選四篇文章，從我國中小學科學教育研究的熱點及展望的視角出發，探析全球科技競爭背景下的中小學科學教育改革、基于STEAM教育理念的初中科學教學設計、新課程理念下小學科學實驗教學創新路徑，促進中小學科學教育發展的思考與實踐。

[摘要]通過對2024年度中國人民大學《復印報刊資料》有關中小學科學教育教學轉載論文的分析，發現研究成果集中在科學教育的國家定位，拔尖創新人才的培養，技術賦能教學變革，“雙新”背景下的教學研究，減負提質，STEM教育，教師發展等方面。拔尖創新人才的研究；深化教學方式改革；整合資源，構建校家社一體化平臺；學生為主，加強教師隊伍建設等方面，將是未來需要持續關注的熱點。

[關鍵詞]中小學科學教育；人大復印報刊資料；拔尖創新人才培養；家校社一體化[中圖分類號]G620 [文獻標志碼]A [文章編號]1008-2549（2025）000004-0017-04

一、2024年度論文轉載概況

（一）論文發表基本情況

2024年中國人民大學《復印報刊資料》《復印報刊資料·中小學教育》（以下簡稱《中小學教育》）《復印報刊資料·素質教育（小學道德與法治及其他各科教與學）》（以下簡稱《素質教育》），共轉載論文383篇，其中《中小學教育》轉載論文207篇，《素質教育》轉載論文176篇。與中小學科學教育相關論文75篇。

（二）刊物轉載量排名

2024年《中小學教育》《素質教育》轉載有關中小學科學教育的報刊有43種。其中《教學與管理》（7篇）《湖北教育（科學課）》（6篇）《教學月刊（小學版）》（5篇）《全球教育展望》（4篇）《教育與裝備研究》（4篇）等15種報刊的轉載量排在前7名，占轉載論文總數的 62.7% 。

（三）第一作者所屬單位統計

從第一作者所屬單位性質來看，中小學一線教師、科研院所、高校數量分布差別不大。2024年《中小學教育》《素質教育》轉載有關中小學科學教育的文章有29篇的作者來自中小學一線教師，占比 38.7% ：有24篇的文章作者來自高校，占比 32.0% ；還有22篇文章作者來自科研院所、教師發展中心，占比29.3% 。按照文章第一作者發文量排名，2024年《中小學教育》《素質教育》轉載有關中小學科學教育的報刊分布在66個不同單位，2024年《中小學教育》《素質教育》轉載有關中小學科學教育的文章所在單位比較分散，在國內尚沒有形成具有特別明顯優勢的研究團隊。

二、研究的熱點問題

（一）科學教育的國家定位

第一，變革教育觀念和教學行為。中小學科學課必須從教育觀念和教學行為上作出深刻的變革，需要充分發揮科學學科的育人功能和價值。第二，從“知識導向”到“素養導向”的轉變。2023年5月，印發《基礎教育課程教學改革深化行動方案》，將進一步提升“科學素養提升行動”納入課程教學改革的重點任務[。第三，教學理念的變革。在以探究實踐為內核的兒童科學教育活動中，教師必須以兒童身心發展水平為基礎，從兒童的實際經驗、學習需求、發展需要等人手，采取有效的教學策略。[第四，科創教育的國際動向及經驗。梳理和分析美國、德國、日本等國家科創教育發展與動向。總結學習國外經驗有助于國內科學教育人員的學習[3]。

（二）拔尖創新人才培養

第一，對拔尖創新人才的內涵、選拔標準、成長規律的研究。深入理清拔尖創新人才的內涵，準確把握拔尖創新人才的成長歷程，對拔尖創新人才的選拔和培養具有重要的價值[4。第二，創造性勞動教育與拔尖創新人才關系研究。創造性勞動教育與拔尖創新人才培養之間具有天然的內在耦合性。堅持培養“創新人”的價值取向、以人才強國為價值的任務和以人為本的價值。創造性勞動人才和拔尖創新人才都屬于創新人才，二者具有相通性的目標體系和互依性的內容結構。因此，聚焦學生發展的創造性勞動教育目標，重塑拔尖創新人才的理念、營造創造性勞動教育的寬松環境、重塑拔尖創新人才的培養生態、深化創造性勞動實踐育人模式、豐富拔尖創新人才培養方案[5]。第三，總結國外拔尖創新人才培養經驗。德國重視基礎教育在培養拔尖創新人才方面的經驗、美國制定“天才兒童學習計劃”等政策。日本21世紀在中小學階段實施基礎學科拔尖創新人才培養、超級高中計劃。英國維系“精英背后的平等”，追求“公平中的卓越”。第四，創新能力培養及批判性思維能力評估。中國學者對東、中、西部不同地區近5萬份學生、學校、教師數據進行研究[7]。

（三）技術賦能教學變革

第一，深化課堂教學改革。將大概念作為學科瞄點融入“AI+小學科學”的跨學科教學。例如，構建了大概念統攝下的“ AI+ 小學科學\"跨學科教學模式。第二，國家中小學智慧平臺推廣。例如，在“科普教育\"板塊“移動VR科技館”中，平臺推薦了“輕量化”的虛擬現實體驗方案。第三，區域深度推進。2019年，上海市徐匯區小學自然教研團隊將“以問題解決為特征課堂教學的設計與實施”作為學科教研主題，構建并持續優化“以點帶面、任務驅動、分工合作”的區域深度教研路徑與模型。綜上，技術賦能教學轉型再將數字技術整合到教育領域的各個層面，旨在實現教育基礎設施升級、學習方式變革和教育流程再造等系統性重塑。

（四） “雙新”背景下的教學研究

1.跨學科教學和教學評一體化

第一，理論辨析。闡釋STEAM給跨學科帶來的三大意蘊，即想象力與創造力的彰顯、科學與人文文化的融合，以及美學意蘊的釋放[8。第二，跨學科教學探索。跨學科項目化學習，例如，在“許你一個不迷路的校園”項目中，以真實問題為支點推進學科的連接、融合、深化。第三，教學評一體化。《義務教育科學課程課標（2022年版）》（以下簡稱《課程標準（2022年版）》）提出，要重視“教-學-評”一體化，并明確了每一個單元的內容要求、學業要求和教學提示。如《彈簧測力計》《云量和雨量》從教學目標、教學評價、學習活動進行教學設計。

2.科學學科核心素養培養

第一，科學本質。作為科學素養的核心，科學本質理解需要顯性教學。黃曉立足本土化的科學本質教學實踐探索，提出了促進科學本質理解的多元教學路徑，即科學探究教學、融人科學史哲的教學、科學論證教學、基于社會性科學議題的教學以及科學閱讀與科學寫作等[10]。第二，科學思維。模型建構能力是科學思維的重要維度，常用的模型有實體模型、具象模型、規律表達模型和機制性解釋模型。基于可視化模型、規律表達模型和機制推理模型提出思維型探究的教學策略。第三，學習進階。學習進階理論思考學生從原有認知水平到目標水平的學習路徑，實施設計基于“階”的梯度活動，促進學生思維卷入、漸進、發展，將外在的活動和內在活動、感性認識和理性認識有機結合，促進思維深度發展。

3.大概念、大單元、結構化、項目化學習

第一，大概念單元教學。探索指向思維可視化的三個要點：即圖解大概念、關聯大概念、運用大概念。如構EDEIPT設計思維模型。[第二，單元教學和結構化教學。基于現有小學科學教材的編排邏輯，結合概念進階理論，梳理出單元知識結構圖式，以單元結構化圖式作為教學主線實施單元結構化教學[12]。第三，項目化學習。工程類課程項目化內容開發困難、項目體量大、實施時間不足、課程缺少思維含量等問題影響科學核心素養的落實[13]。例如，通過對教材的挖掘、迭代和創生，設計現實性微項目。

4.教材研究

第一，課標研究。“學生必做探究實踐活動”是《課程標準（2022年版）》新增加的內容。提出探究實踐活動實施的前提條件、基本原則和主要模式。第二，教材研究。如科學教材中的插圖[4]、中華優秀傳統文化融入中小學課程教材[15]等。第三，新教材的研究。2024年9月，新修訂的教科書小學科學教材投人使用。教師應準確把握低年級的課程目標、低年級學生的認知和心理特點，用探究實踐的方法進行教學，注重過程性評價和結果性評價并重。第四，國外教材研究。新加坡小學科學教材STARSCIENCE以“多樣性、循環、系統、能量、相互作用”五大跨學科概念[]。

5.實驗教學與改進

第一，實驗教學。進階實驗串構建小學科學實驗矩陣。第二，實驗改進。傳統的月相變化觀察實驗器材存在一些不足，如操作復雜、觀察難度大等[]。如，利用磁鐵和轉盤實現月球模型亮面始終朝向太陽，且能觀察其運行軌道變化，同時讓學生直接觀察不同日期的月相變化規律的改進實驗教學的方案。第三，模擬實驗。模擬實驗是培養學生模型建構能力的重要途徑。探索出“三階段五步驟”的模擬實驗教學策略[18]。

（五）減負提質

第一，評價方式探索。《義務教育課程方案（2022年版）》指出：“要關注學生學習過程行為表現，推進表現性評價。”[9第二，命題設計與評價工具開發。質量監測卷中采用SOLO分類理論的小學科學思維型命題。將命題設計分為：問題發現型、證據導向型、概念應用型、創新拓展型四種比較典型的命題方式[20]。第三，相關因素影響研究。例如，學生對技術與工程學習的理解和學校的支持會影響他們技術與工程實踐能力的發展[2]。第四，校外資源開發。例如，基于館校合作課程的課程內容和實施特點[22]。

（六）STEM教育

第一，STEM教育的內涵、價值與實踐路徑。我國在STEM教育中存在以下問題：長期以來的分科教學使得跨學科學習流于形式；注重表現形式而非內在邏輯，導致跨學科教學淪為“學科拼盤”；STEM教育淪為玩電子積木與機器人的“秀場”等[23]。第二，國外關于STEM教育的探索。美國先后推出“STEM”教育五年規劃，德國推出相應的MINT教育，芬蘭推出LUMA計劃，韓國推出STEAM教育戰略等。國際教育組織如經合組織（OECD）、聯合國教科文組織（UNESCO）等也開展了相應的STEM教育探索。第42屆聯合國教科文組織大會宣布成立國際STEM教育研究所（IISTEM），旨在以跨學科的方式為學生提供多元化的學習經歷[24]。第三，本土化的STEM探索。如“制作日晷”活動中，將科學、技術、工程、數學有機整合，強調文化自信、注重文化傳承[25]。

（七）教師發展

第一，教師隊伍現狀調查。2021年基礎教育教學委員會科學教學專委會的開展小學科學教師隊伍現狀調研。第二，教師培訓的作用。國家工程研究中心收集有效問卷13114份進行分析，發現小學科學教師培訓對教學實踐有促進作用。第三，STEM教師測評。美國制定了一系列關于STEM教師能力的評判標準，澳大利亞作為較早發展STEM教育的國家，也在STEM教師培養方面積累了豐富的經驗。如，基于TRACK理論框架建構量表工具。第四，國內教師培訓探索。北京市海淀區教師進修學校創新教育研究中心以STEM教育為抓手，從區域層面采取研究內容和研修模式融合推進的方式構建‘ ，由必修（5課程）、必選（M課程）和任選（N課程）組成。

三、未來展望

針對2024年人大《中小學教育》《素質教育》中有關中小學科學教育相關論文主要議題，結合《課程標準（2022年版）》和小學科學教育的研究熱點2006～2023 年的轉載數據分析，提出在未來中小學科學教育研究中的幾點展望[26]

（一）深入推進拔尖創新人才的研究

拔尖創新人才是落實黨的二十大報告中提出的落實：教育、科技、人才三位一體的戰略。中小學科學教育是落實拔尖創新人才培養的基礎。培養創新型人才，不僅應探索拔尖創新人才培養的途徑，還應在以下幾個方面進行探索。第一，創造力培養的影響因素。學生創新能力的培養，從學生個人的特征、家庭背景和學校及教師等幾個維度考察影響學生創新能力的因素。[27]第二，批判性思維能力的培養策略。王妍琳基于大規模數據對小學六年級學生批判性思維傾向、批判性思維水平和學業成就情況開展調查研究。學生推理能力不足導致其較難達到高批判思維水平；心態開放但相對較不傾向于探究、追因和評估證據可靠性，其中學業成就高的學生往往擁有正性批判思維傾向和較高批判性思維水平，其中，科學學業成就對批判性思維能力的影響大于對批判性思維傾向的影響[28]。

（二）深化教學方式改革

2023年，辦公廳關于印發《基礎教育課程教學改革深化行動方案》的通知明確提出有關基礎教育教學的改革，在中小學科學教育教學中單獨呈現。第一，進行大單元、項目化、跨學科、STEM的教學研究。第二，以核心素養的教學實踐。在科學思維研究中有一些思考，在科學觀念、探究實踐、態度責任等方面研究欠缺。第三，學業質量評價研究。重視學業質量評價、過程性評價以及影響學業質量的相關因素研究。第四，實驗教學研究。不僅要有科學實驗教學的研究，應加強科學實驗器材、實驗方案、評價等相關研究。

（三）整合資源，構建校家社一體化平臺

《課程標準（2022年版）》、等十八個部門《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》《基礎教育課程教學改革深化行動方案》等文件中重視實現整合資源，構建校家社一體化的平臺。第一，強化部門協作。動員高校、科研院所、科技館、青少年宮、兒童活動中心、博物館、文化館、圖書館、規劃展覽館和工農企業等單位提供科學教育場地資源。第二，鼓勵和支持高校、科研院所建立激勵機制，引導科學家（科技工作者）研究和參與中小學科學教育，安排實驗室等科技資源向中小學生適當開放，協同組織科學夏（冬）令營等，為科學實踐活動提供有力保障。第三，信息化平臺資源。在國家智慧教育公共服務平臺等鏈接科學教育資源，鼓勵社會各界制作上線“科學公開課”“家庭科學教育指導課”等，不斷豐富平臺資源。建立科學家（科技工作者）、科學課、科學教育場所資源庫，強化資源征集、對接、調度機制，高效有序安排地方及學校選擇使用。

（四）加強教師隊伍建設

教師是落實學生科學核心素養培養的中堅力量，應重視教師隊伍的建設，師生關系等相關的研究。第一，加強教師專業培訓。在“國培計劃”示范項目中專門設置中小學科學類課程教師培訓項目。針對中小學科學教師有針對性的項目培訓。小學科學教師培訓對教學實踐有促進作用，精準化的教材培訓能夠促進知識與信念對教學實踐的正向影響，常態的專業培訓和組內教研未見效果。并提出重視培訓內容標準、打造多元化培訓模式、升級教師培訓內容和保障個性化培訓等建議[29]。第二，職前和職后教師一體化培養。北京市海淀區教師進修學校創新教育研究中心以STEM教育為抓手，從區域層面采取研究內容和研修模式融合推進的方式，提升教師開展STEM教育的能力。構建“ 5+M+N^′′ 的海淀區學科教師研修課程的總稱，由必修（5課程）、必選（M課程）和任選（N課程）組成。第三，教師STEM知識的研究。美國作為STEM教育的發源地，制定了一系列關于STEM教師能力的評判標準，澳大利亞作為較早發展STEM教育的國家，也在STEM教師培養方面積累了豐富的經驗。二者都強調STEM教師知識與技能的重要性，注重跨學科教學和項目教學的技能。

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（責任編輯：劉瑩）