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          培養新時代中小學科學教師的四個關鍵策略

          發布時間:2023-11-27 作者:張玉峰 來源:中國教育新聞網-《人民教育》

          2023年2月,習近平總書記在中共中央政治局第三次集體學習時強調:“要在教育‘雙減’中做好科學教育加法,激發青少年好奇心、想象力、探求欲,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?!苯處熓橇⒔讨?、興教之源。中小學科學教師是落實“雙減”政策、實施科學教育的主體,做好科學教育加法需要抓住科學教師這一“關鍵少數”因素,直面新時代黨和國家對科學教育的更高要求。但教師作為政策執行的重要主體,仍面臨諸多困難。教育部基礎教育教學指導委員會科學教學專委會于2021年下半年組織了覆蓋全國 31個省份的大規模調研,結果發現:我國小學科學教師的隊伍結構嚴重失衡,知識與信念薄弱,專業發展羸弱,實驗資源匱乏,缺乏精準化和專業化培訓。[1] 本文圍繞新時代對科學教育的新要求不適應這一突出矛盾,提出中小學科學教師培養的定位、內容、方式與機制等方面的建議。

          一、系統理解科學教師角色定位,落實立德樹人根本任務

          對標“四有”好老師和當前做好科學教育加法的要求,科學教師培養需要進一步系統理解科學教師角色定位,凸顯科學教師在完成立德樹人根本任務中的責任擔當。

          首先,科學教師的首要任務是傳授作為人類文明成果的科學知識,把學生培養成有科學知識的人。在讓學生繼承人類文明成果的過程中,落實立德樹人根本任務。長期以來,科學教師的角色往往被“異化”甚至被“矮化”為傳授科學概念、規律、原理等顯性科學知識,并且教會學生應用這些科學知識進行“刷題”訓練。但是,死記硬背知識和以機械模仿為特征的“機械刷題”并不是真正意義上的科學知識傳播。因此,不僅需要明確科學教師作為科學知識傳播者的角色定位,更應該明確傳播什么樣的知識、怎樣傳播知識。在信息時代,個人學習時間的有限性與人類知識增長的無限性之間的矛盾更加突出,科學教師不應是碎片化、淺層化知識點的搬運工,而應是學生建立建構科學知識框架的引導者,這些科學知識框架會成為未來進一步學習的“聚合器”,為促進學生全面發展奠基。

          其次,科學教師應培養學生科學態度和社會責任感,把學生培養成社會主義建設者和接班人。在教會學生科學知識、掌握科學方法的基礎上,科學教師應引導學生認識科學—技術—社會—環境之間的關系,在真實體驗中學科學、用科學,在豐富體驗基礎上逐漸形成探索自然的內在動力,嚴謹認真、實事求是、持之以恒的科學態度,體會科學家精神,厚植家國情懷,在孩子心中種下科學的種子,引導孩子樹立成為科學家的夢想。同時,科學教師也應該引導學生認識到科學的兩面性,形成科學對人類社會發展的辯證看法,以及尊重道德規范、保護環境并推動可持續發展的責任感,落實“立德”任務。這些都無法通過簡單而空洞的說教實現,需要學生像科學家一樣經歷科學探索過程,體會科學家的艱難探索過程,這也正是科學教育在培養學生科學態度和社會責任感方面具有的獨特優勢。

          再次,科學教師應側重培養學生理性思維,把學生培養成有理性思維的合格公民。在教會學生學習知識的基礎上,更需要使學生掌握科學思維方式,學會探索未知世界,發展理性思維。在信息時代,很多信息唾手可得,同時人類學習知識的速度和容量遠遠無法與人工智能相提并論。面對如此境地,人類別無選擇,只能與人工智能差異化發展,發揮人的優勢,重點培養人工智能不可替代的科學思維,創造性解決環境污染、人口縮減、氣候變暖等人類面臨的共同問題??茖W教育的目的是培養學生在復雜多變的社會中,運用科學知識與方法以及非認知的情緒情感體驗,合理作出科學決策的行動力。[2] 在教育實踐中,科學教師通過提升學生的理性思維能力培養科學精神,使其在面對復雜的社會問題時有能力作出明智抉擇,有能力行使自己的民主權利,成為新時代的合格公民。這也是構建民主、文明、和諧社會的必備基礎。因此,新時代科學教師應該從培養學生科學思維,特別是創新思維培養的高度認識自身角色,為學生應對現代和未來社會發展的不確定性挑戰奠定基礎,保證學生在人工智能時代與機器的競爭中立于不敗之地,實現“樹人”目標。

          二、優化整合科學教師培養內容,賦能科學教育加法實踐

          隨著信息時代的發展,科學知識以幾何級數激增,學生不可能在有限的學習時間內把所有科學知識學會。我們只需要選擇那些具有統攝性、可遷移并對學生未來學習可發揮重要引導性的科學知識??茖W教師需要更好地教授這些圍繞大概念組織的科學知識,落實學科核心素養,提升科學教育的品質,就需要首先優化整合自身的科學知識內容,提升自身的科學思維和科學實踐(包括科學探究)能力??茖W教師培養內容的優化整合可以著重從以下幾個方面開展。

          首先,以大概念(big ideas)和學習進階(learning progressions)作為工具幫助科學教師優化整合自身的科學知識。大概念是能將眾多的科學知識聯為整體的科學學習的核心,對其他概念具有組織、統整功能,能夠用于解釋和預測較大范圍自然現象的概念。[3] 學界一般認為,學習進階通常是指孩子在一個較大時間跨度內學習和研究某一主題時,所遵循的連貫、逐漸深入的思維路徑的描述。因此,大概念有助于學生形成對科學知識的整體認識,而學習進階則可以幫助學生把大概念之中大量的知識按照由淺入深的順序組織起來。而要讓學生掌握大概念,并使大概念統領的具體科學知識能有序組織起來,需要科學教師首先具備這些知識。目前,我國科學教師在學科內容知識上存在較大的提升空間,需要優化整合其科學知識及其結構??茖W教師職前所接受的基本是“深挖洞式”的分科教育,大部分教師對其他科學學科知識缺乏系統的了解和整體的認識,較難滿足教師對自然科學整個領域或某個學科專業知識的需求;而在職培訓以教育教學理論、學科教學、教學方法及策略等內容為主,較少涉及學科內容知識。[4]

          其次,梳理科學思維方式并引導科學教師掌握,提升科學教師培養科學思維的能力??茖W發展的過程不僅是科學知識不斷積累的過程,也是科學思維方式不斷豐富和迭代的過程。培養學生科學思維能力已經成為各學科課標的共識,這就需要科學教師掌握科學思維方式,具有較高的科學思維能力。但是,大部分科學教師所接受的傳統科學教育更強調碎片化科學知識點的學習并用于解題。因此,隨著新時代科學教育目標逐漸轉移到側重培養學生的科學思維,首先要培養科學教師具有較高的科學思維能力。要提升科學教師的這一能力,可以從以下兩個方面開展:一是梳理科學知識建立或者應用于解決問題中所蘊含的思維方式,并把這些科學思維方式進一步結構化,形成解決問題的一般化思路;二是在解決真實情境問題中遷移應用這些科學思維方式,增加科學教師的科學思維過程體驗,從而使這些科學思維方式更容易被激活并提取。

          再次,增加科學教師“做科學”的體驗,提升科學教師的科學實踐能力。國內外科學教育研究普遍認為,科學教育應該把科學與工程實踐作為科學教育的核心內容,并逐漸體現在各國課程標準之中。例如,我國新修訂的義務教育和普通高中階段的物理、化學、生物等各科學分科的課程目標,也都一致強調科學探究實踐。因此,科學實踐育人已經成為中小學各階段和國內外課程標準的共同關注點。但是大部分科學教師在職前、職中培養過程中較少體驗真正的科學實踐過程,因此面對做好科學教育加法這一時代要求,需要豐富科學教師“做科學”的體驗,提升科學教師的科學實踐能力,從而為其進行科學教育做好準備。

          另外,需要通過科學教育有效促進學生深度學習,因此需要提升科學教師自身的科學閱讀、寫作能力,圍繞特定主題進行讀寫課程開發的能力,以及指導學生進行科學閱讀、寫作的能力??茖W自身的發展提供了新的科學教育內容,并催生了新的教育方式,特別是人工智能、數字化技術對教育具有革命性影響,各類數字化實驗儀器、教學輔助手段日新月異,也豐富了科學教師培養內容。

          三、更新迭代科學教師培養方式,提升培養品質和效率

          信息時代的知識傳播手段和途徑更加豐富多樣,VR等技術層出不窮;同時,科學教育對科學教師的知識、思維能力、探究實踐能力等方面提出新的更高要求。因此,科學教師的培養方式也需要迭代升級,提升科學教師培養的品質和效率。

          首先,采用浸入式、體驗式培養方式,引導科學教師深度參與科學實踐和科學教育研究??茖W教師需要真正經歷科學實踐過程,這里的實踐不僅僅指驗證或者探究物理規律的科學實驗,還包括應用所學科學知識、方法進行科學解釋、科學論證、創新設計等實踐活動,這樣才能獲得豐富的科學實踐體驗。沒有豐富的科學實踐經驗的科學教師很難教好科學課。要更新科學教師的教學理念往往非常困難,可以引導科學教師參與科學教育研究,深度研究、對比不同教學理念和不同教學方式的效果差異,基于實證改進科學教學理念,從而以更高水平的科學教育研究支撐更高品質的科學教育實踐。

          其次,拓寬科學教師培養途徑,提升科學教師綜合素養。教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》提出“增加并建強一批培養中小學科學類課程教師的師范類專業,強化實驗教學能力”“鼓勵高水平綜合性大學參與教師培養,從源頭上加強高素質專業化科學類課程教師供給”??茖W機構參與科學教師教育,既是必要的也是可行的,對其自身的科學研究和科學教師教育都有積極促進作用。[5] 強化與科學相關的部門通力協作,統籌動員高校、科研院所、科技館、博物館、文化館、圖書館等單位,向科學教師開放所屬的場館、基地等科學教育資源,為廣泛實施對科學教師進行科學實踐培養提供物質基礎。還可積極動員各類企業,尤其是與高精尖技術密切相關的科技企業,與學??茖W教師合作開發基于企業科技資源的科學創新課程。

          同時,為了激發科學教師的探究欲望和參加科學教師培養活動的主動性,可以基于目標導向和問題導向設計教師培養課程體系。這類以目標或者問題為導向形成明確任務的科學教師培養方式,可以有效驅動科學教師參與學習的主動性和熱情。例如,針對義務教育物理、化學、生物等科學學科課程標準中提出的跨學科學習,開設以提升科學教師跨學科教學能力的培養課程;針對科學教師挖掘科學知識中蘊含的思維方式存在的困難,開設科學思維挖掘能力培養課程。

          四、貫通科學教師職前和職中培養,促進專業可持續發展

          科學的知識內容和探索途徑、科學教育對教師的專業要求、科學教師自身的專業需求等方面都是逐漸發展的,這就決定了作為人類科技文明成果傳播者的科學教師需要終身學習,提升自身專業可持續發展的能力。

          科學教師培養需要將職前和職中兩個階段貫通起來,形成合力。這里的“貫通”是以科學教師專業發展為線索,培養內容由淺入深、從簡單到復雜的縱向關聯,以及培養方式逐漸豐富多樣的發展過程?!柏炌ā敝饕盖昂髢蓚€階段的培養內容、方式等方面的銜接和進階。培養內容的銜接和進階,既是科學教師自身知識、教學方法等內容結構化和拓展延伸的需要,也是科學教師接受到的培養內容在科學教育實踐中轉化為對學生進行科學教育的內容和方法的需要。培養方式的銜接和進階,既保證了科學教師學習習慣和認知方式的適應性,又進一步拓寬了自身專業發展的方式和途徑。

          只有將職前和職中培養有效銜接起來,做到一以貫之,并且需要使職中培養在內容的針對性、深度、廣度等方面相比職前培養都有所提升,才能在保持科學教師專業發展連貫性基礎上,促進科學教師專業可持續發展。2022年北京教科院對中學物理教師的科學觀調研發現:職前和職中普遍缺乏對科學觀的培養。但科學觀是科學教育的重要內容,這就要求在科學教師培養中加強對科學教師科學觀的培養??梢詫⒖茖W史、科學哲學等內容納入職前和職中科學教師培養課程內容,設計從職前到職中既前后相互銜接又逐漸進階的課程體系,以促進科學教師形成良好的科學觀。在職前和職中培養內容銜接的基礎上,還應關注內容的進階性,例如實驗基本操作規范、板書、板畫、PPT使用等教學基本功是科學教師職前培養的重要內容,職中培養應在關注這些教學基本功的基礎上,進一步增加實驗創新設計、數字傳感器使用、數據處理軟件使用等內容。

          為了提升創新人才自主培養水平,實現科學教育支撐服務一體化推進教育、科技、人才高質量發展的目標,加強科學教育是根本途徑??茖W教師是學生掌握科學知識、科學思想的啟蒙者,是落實立德樹人根本任務的“施工人”,是培養科技拔尖創新人才的主力軍,是做好科學教育加法的“做題人”。加強科學教師培養,建設一支高水平的科學教師隊伍,既是當前做好科學教育加法的需要,更是功在當代、利在千秋的強國之基。

          注釋:

          [1] 鄭永和,楊宣洋,王晶瑩等.我國小學科學教師隊伍現狀、影響與建議:基于31個省份的大規模調研[J].華東師范大學學報(教育科學版),2023,4104):1-21.

          [2] 裴新寧. 重新思考科學教育[J]. 科學教育與博物館,2021,704),272-277.

          [3] []溫·哈倫. 以大概念理念進行科學教育[M]. 韋鈺譯. 北京:科學普及出版社,2016.

          [4] 楊伊,夏惠賢,王晶瑩. 減負增效視角下我國科學教師專業發展困境的審視[J]. 上海教育科研,202101):60-65+32.

          [5] 張軍,朱旭東. 重構科學教師教育體系[J]. 教育研究,2023,4406):27-35.

          (張玉峰,北京教育科學研究院物理教研員)

          《人民教育》2023年第19

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