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          提升中小學生科學素養的內涵要義與實踐路徑

          發布時間:2023-11-27 作者:鄭永和 楊宣洋 彭禹 王佳寧 來源:中國教育新聞網-《人民教育》

          2023年5月,教育部辦公廳印發《基礎教育課程教學改革深化行動方案》(簡稱《行動方案》),針對當前課程教學改革存在的主要問題,從課程方案落地規劃、教學方式變革、科學素養提升、教學評價牽引、專業支撐與數字賦能等方面提出五項重點任務,為深入推進我國基礎教育課程教學改革提供了明確的指導思想和行動目標。其中,“科學素養提升行動”作為此次課程教學改革的重點任務之一,旨在落實教育、科技、人才“三位一體”布局戰略要求,從加強科學類學科教學、促進科普活動服務校內科學教育、提高實驗教學裝備配備水平和使用效果等方面部署了基礎教育課程教學改革的關鍵路徑,對推動科學教育體系高質量發展、促進學生科學素養提升以及科技強國建設將產生深遠影響。

          一、“科學素養提升行動”對基礎教育課程教學改革和發展意義重大

          21世紀以來,新能源、人工智能、生物制造、綠色低碳、量子計算等一系列新科技蓬勃興起,新科技革命和產業變革向縱深演進,對全球治理體系和社會發展產生重大影響。面對復雜多變、充滿不確定性的時代,培養學生具備終身學習能力,讓他們以科學的世界觀和方法論處理復雜問題、進行理性決策顯得尤為重要。隨著科技對人們的生產、生活和學習方式的廣泛影響,科學已成為現代社會生活不可或缺的一部分,而不再是少數精英的專長,“面向全體公民的科學”已成趨勢,具備科學素養則是現代社會公民的重要特征。

          如何理解具備科學素養的個體?21世紀之前,對科學概念、科學過程、科學本質、科技與社會關系的認識構成了科學素養的核心內涵。進入21世紀之后,如何運用科學解決個人和社會問題備受關注,與“科學參與”相關的知識、能力要求被納入科學素養范疇。如歐盟議會的文化教育委員會于2019年發布《科學和科學素養:教育面臨的挑戰》,提出了由基礎素養、科學知識與能力、情境化的科學理解、批判性思維、主體參與等五個方面構成的科學素養框架,特別強調提升公民積極參與社會的能力;經濟合作與發展組織(OECD)最新發布的PISA2025科學素養測評框架中,將科學素養測評劃分為科學能力、科學知識和科學身份三個維度,更加關注面對不可預見的未來,學生解決復雜問題的高階認知能力和社會參與能力。由此可見,隨著科技與社會發展的深度融合,必然要摒棄公民科學素養的提升在于積累科學知識的狹隘認識,而是更加強調以行動為導向,關注公民能夠用科學做什么的能力,即運用科學方法積極參與社會事務決策和科學活動的能力。

          我國一直高度重視提升全民科學素養,并將青少年作為重點關注人群之一。2006年發布的《全民科學素質行動計劃綱要》和2021年發布的《全民科學素質行動規劃綱要(2021—2035年)》分別將“未成年人科學素質行動”和“青少年科學素質行為”列為首項重點任務,要求各地配合落實。對此,基礎教育課程教學主要通過課程標準改革來倡導科學素養導向的學科教學,并持續優化和完善課程目標以反映最新的科學素養認識。如科學類學科的課程經歷了從“雙基”目標、“三維”目標到課程或學科核心素養的深化發展。在2022年版課程標準中,科學類學科的核心素養主要包括科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任等維度,重視科學思維養成、科學探究、工程技術實踐、跨學科能力培養,為基礎教育階段提升青少年科學素養提供了方向指引?!缎袆臃桨浮诽岢龅摹翱茖W素養提升行動”進一步從整體視角,通過體制機制建設明確具體實踐路徑,為落實科學素養提升行動提供了重要支撐。

          《行動方案》從基礎教育層面明確提出“科學素養提升行動”重點任務,是貫徹黨的二十大精神,統籌部署教育、科技、人才“三位一體”發展的重要體現。通過聯動教育和科技力量、著力未來人才的科學素養培養,將三者協同的鏈條起點前置到基礎教育階段。教育和科技層面共同推進青少年科學素養提升工作,將有效促進基礎教育階段科學教育變革,進而牽引基礎教育全學科教學從“知識灌輸”向“素養培育”的觀念轉變,形成科教協同推進創新人才培養的新生態。

          二、提升中小學生科學素養是全社會共同事業

          近年來,在義務教育課程改革、全民科學素質行動等工作的持續推動下,我國青少年科學素養有了較大提升。但與發達國家相比,我國中小學生缺乏對科學事業的認識,從事科學相關職業的志向遠遠落后于OECD國家的平均水平[1];學生對科學知識的生產過程及科學本質缺乏深入理解,對科學方法的意義和運用缺乏真正的掌握,學生科學興趣和科學學習效率總體較低、問題解決能力和創新能力不足等問題凸顯。

          青少年科學素養提升是全社會共同事業,它的成功需要全社會共同努力。然而,目前基礎教育階段的科學素養提升工作在實施過程中仍面臨著諸多現實挑戰。校內教育開展過程中,素養導向的人才培養理念尚未有效貫徹落實,科學類學科教學仍存在重知識記憶、重考試分數、輕探究實踐、輕創新思維培養等應試教育傾向,同時科學類學科教師結構失衡、專業素質欠缺,課堂教學難以保障學生科學素養提升的要求。校外“社會大課堂”未得到有效利用,資源均衡性差,學生總體上缺少參與課外科技活動的機會。由于各教育主體之間缺乏統一協調,校外科協系統、科研單位和企業等相關科學教育資源難以實現校內科學教育轉化;科研機構、高等學校與中小學合作不足,科學家參與中小學科學教育的渠道不暢,校內外融合存在較多阻礙。此外,從科學教育保障條件來看,部分中小學的實驗室建設和實驗教學裝備緊缺,無法保證實驗課程的開設。相關數據顯示,73.1%的教師所在學校沒有實驗室或僅有1個實驗室,有超過六成的學校沒有專職實驗員。校內實驗資源不足,師生利用率低,實驗教學流于形式[2]。

          針對上述問題,《行動方案》從加強學校教育的科學類學科教學、推進校內外協同的科普教育、改善教學環境中教學裝備的配備和使用等三個方面提出了改革路徑,為各區域、各中小學青少年科學素養提升工作提供了根本遵循和重要支撐。

          三、學校教育以提升科學類學科教學為重要抓手

          青少年科學素養提升的主陣地在學校教育。為了扭轉基礎教育階段學科教學應試傾向,《行動方案》以提升科學類學科教學為出發點,凸顯了科學教育在提升中小學生科學素養方面的重要作用。相較于一般學科,科學類學科尤為強調“做中學”的探究實踐和跨學科融合,重視面向真實情境的問題解決能力和實踐能力的培養。因此,要開齊開足科學類學科課程,充分發揮科學教育在學生科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任等科學素養重要維度的啟蒙和強化作用。開齊開足進而開好課程,首先在于解決“誰來教”“怎么教”“用什么教”的問題,為此《行動方案》提出了建設師資隊伍、遴選教學優秀案例、加強日常督導和測評以及打造教育實踐基地等四條機制路徑。

          (一)補充配齊科學課教師

          高質量科學教師隊伍建設是確??茖W類學科教學質量的核心?!缎袆臃桨浮诽岢觥巴ㄟ^多種方式補充配齊科學課教師”的要求,在《關于加強小學科學教師培養的通知》《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》《關于實施國家優秀中小學教師培養計劃的意見》中也都有所體現。為了實現這一目標,應通過擴大科學教育專業招生規模、加強相關專業人才培養、落實科學教師崗位編制、加強各級科學教研員配備、推進“國優計劃”等具體措施,推進科學教師職前培養和職后專業發展的“增量提質”。

          (二)遴選教學優秀案例

          優秀的課程教學應以促進學生高階認知能力、綜合創新能力與問題解決能力為目標,面向真實問題解決,通過啟發式、探究式、互動式、體驗式和項目式等各種教學方式進行教學探索與實踐創新。發動廣大一線優秀教師凝練優秀教學案例,可以為廣大中小學教師提供學習參考和方法指導,起到重要的示范作用?!缎袆臃桨浮窂娬{了優秀案例的重要特征,包括跨學科、綜合性、實踐性,與2022年版科學類學科課程標準中的課程理念相一致??茖W類課程不僅要聚焦學科核心概念,還要增進學生對跨學科概念的理解;加強探究實踐,保護學生的好奇心和內在動機,鼓勵學生將所學應用到真實情境中。

          (三)加強教學的督導和測評

          《行動方案》強調“將學校實驗課開設情況納入教學視導和日常督導,將實驗操作納入中考”,這一要求旨在通過督導評價機制,促使學校和社會加強對實驗教學的投入和管理。實驗教學是科學教育的靈魂。通過督導實驗課程開設和強化實驗教學測評,必將有效推進實驗教學常態化,是將實驗操作納入學生綜合素質發展的有力舉措。在教學視導和日常督導中,應確保課程標準要求必做實驗的開設率,增加觀察、實驗、制作等探究類活動數量,為學生提供更多親身體驗科學實驗的機會。同時,在實驗操作考試中,應注意設置綜合性和探究性的實驗操作,以充分評估學生的實驗能力和創新能力。

          (四)打造科學教育實踐基地

          科技館、博物館、研學基地、高科技企業等校外機構具備豐富的科技資源,可以有效彌補學??茖W教育資源的不足?!缎袆臃桨浮诽岢鲥噙x一批中小學科學教育實踐基地的要求,旨在推動中小學與校外機構建立常態化合作機制。以學校為主體,鼓勵社會多主體積極參與,對科學教育所需的內容、資源和形式進行統籌規劃,形成共育合力。如通過館校合作等模式,充分利用科技館、研學基地等場館的科學教育資源,共同設計科學類學科教學活動。這不僅可以進一步發揮科普場館、研學基地等校外科技活動場所的沉浸式科學學習體驗功能,還可以通過高質量的校外科學實踐項目激發青少年的科學學習興趣,提高學生從事科學事業的志向。

          四、校內外協同以深入開展科普教育為著力點

          信息化基礎設施的快速發展和不斷完善,對人們的學習和交流方式產生了深遠影響?!皩W校的圍墻”正在變得透明,知識共享的網絡學習生態讓學??茖W教育與校外科學普及工作產生更多交集。尤其在青少年階段,校內外教育形態交互融合,科學教育與科學普及工作具有一致目標,存在相當程度的工作重疊。應充分發揮校外主體的要素優勢,借助前沿科技資源和豐富多樣的學習環境,推動校內外協同、實現科學教育的供給側改革,讓學生更直觀體驗和感受科學的魅力。為此,《行動方案》從建設優質線上資源、動員科學家群體參與、豐富科普教育形式以及構建開放教育生態等四個方面提出建設路徑,助力青少年科學素養提升。

          (一)建設優質線上資源

          《行動方案》要求“在國家中小學智慧教育平臺開設科普教育專欄,圍繞數學、物理、化學等基礎學科和人工智能、航天航空、生命科學等科技前沿領域,建設一批優質線上科普教育資源”,這突出了兩個核心要點:科教前沿資源的教育轉換和數字化??萍记把刭Y源向教育轉換,可以為科學教育提供豐富先進的科學技術知識和案例,有助于拓展科學教育的深度和廣度,增強科學教育的吸引力和實效性,培養學生的創新精神和實踐能力。數字化在線教育資源有利于拓展資源的使用覆蓋面,讓更多地區、師生能夠獲得優質教育資源供給?;诖?,應推進建立國家科技計劃項目成果教育轉化激勵機制,鼓勵科教協同開發示范性科普教育課程、互動教學課件和虛擬實驗室等教學資源。

          (二)動員科學家群體參與

          士、科學家是科學領域領軍人物,在推動科學教育、科學普及和科學文化建設等方面具有重要影響力。2022年,中國科學院為青少年推出了《科學公開課》系列節目,邀請院士、科學家擔任主講人,讓更多青少年感受科學魅力。之后,中國科學院與教育部協同面向中小學教師組織“全國科學教育暑期學?!?,形成了支持科學教師專業發展的特色教研體系?!缎袆臃桨浮芬蟆俺掷m開展‘科學公開課’活動”,將進一步擴大科學家群體在科普教育中的積極效應??捎H可近可學的科學家形象有助于營造熱愛科學、崇尚創新的社會氛圍。通過錄制公開課、開設科普教育專欄等形式,廣大中小學生與科學家群體接觸的機會得以擴大,為學生拓展科學視野、樹立科學價值觀、了解科學家工作提供了渠道。

          (三)豐富科普教育形式

          《行動方案》指出,可以通過“定期開展科技節、科技小發明、科普讀書、尋找最崇拜的科學家等活動”,引入豐富多樣的科普資源。具體而言,各地各校要以“請進來”的方式,引進一批優秀的科普專家和相關科普機構在中小學開展科普實踐活動項目;以“走出去”的方式,有計劃地組織學生就近分期分批到科技館和各類科普教育基地,如天文館、科技園、動植物園、農業示范園、高校、科研院所等科普場所,實地體驗場景式、體驗式、互動式、探究式科普實踐活動。

          (四)構建開放教育生態

          歐美等發達國家在公民科學素養提升過程中極為重視非正式教育機構的育人功能,除了加強校內科學學習環境建設,還積極拓展和利用校外非正式學習環境,構建多元開放的教育生態體系?!缎袆臃桨浮诽岢鲆巴苿痈咝嶒炇?、職業院校實訓中心、博物館、科技館和高科技企業等向普通中小學開放”,旨在強調校外機構主動承擔科普教育的社會責任意識,鼓勵校外機構主動向中小學生開放優質科普資源,共同打造協同育人的良好教育生態。

          五、加強教學裝備配備和使用是優化教學環境的基本保障

          教學裝備是構成優質教學環境的重要基礎,豐富多樣的教學資源工具可以為師生創造更加靈活多樣的教學環境和實踐機會。為了在基礎教育階段創設更好的科學教育實施環境,保障中小學生科學素養提升,《行動方案》分別從規范配置標準、加強實驗室建設、設立監測機制與激勵機制構建等方面提出具體路徑,以此優化、均衡和改善教學裝備的配備和使用。

          (一)規范教學裝備配置的標準和要求

          《行動方案》指出“根據課程標準,完善相關學科教學裝備配置標準”,以此確保各中小學按照課標要求補充和供應消耗性實驗材料,保質保量配置并及時更新教學儀器設備,從而推動科學實驗教學保障體系的完善。同時,通過“研制中小學實驗教學基本目錄”,鼓勵增加探究性實驗、創新性實驗的數量,進一步豐富中小學生的實驗教學內容,促進學生問題解決能力和高階思維能力的有效提升。

          (二)著力推動實驗室建設

          《行動方案》對中小學實驗室建設的方式和途徑作出詳細說明,提出要“推動地方加強中小學實驗室建設,支持探索建設學科功能教室、綜合實驗室、創新實驗室、教育創客空間等,鼓勵對普通教室進行多功能技術改造,建設復合型綜合實驗教學環境”。各??梢酝ㄟ^對基礎實驗室(如化學、物理)、學科功能教室以及普通教室的數字化、智能化升級改造,滿足科學探究、技術應用和工程實踐等多方面的教學需求。在推進實驗室建設的同時,各中小學應保障科學教師和實驗室管理員的配備,加強相關研修培訓,以此確保實驗室空間的有效使用。

          (三)形成教學裝備監測機制

          《行動方案》提出“開展教學裝備配備達標率、使用率監測,保障實驗教學正常開展”,意味著在推進中小學落實實驗教學的過程中,要定期關注教學裝備的配置情況和使用情況,及時發現和解決學校教學裝備配備不足、使用不當和教學困難等問題,做到有教學裝備可用、實用、易用。

          (四)落實評價激勵機制

          為提供高質量的實驗教學,《行動方案》提出要遴選一批富有特色的高水平科學教育中小學基地。各地應通過對實驗室建設、教學裝備配備、科學實踐開展、科學活動指導等情況進行綜合評價與篩選,對部分表現優秀的學?;驒C構授予科學教育中小學基地稱號,并同步配套相應的經費與政策保障,推動科學教育創新實踐。

          基礎教育階段的科學教育是增強國家科技競爭力、培養創新人才、提高全民科學素養乃至綜合素養的重要基礎。在當前我國基礎教育邁入全面提高育人質量的新時代,《行動方案》“科學素養提升行動”積極回應了全面發展素質教育的熱切期盼,順應了建設創新型國家、人才強國的時代要求,對全面提高基礎教育教學質量、推進育人方式改革和創新人才培養具有重要的推動作用。

          本文系教育部哲學社會科學研究2022年度重大委托項目“新時代科學教育改革關鍵問題研究”(編號:22JZDW001)的研究成果

          (鄭永和系北京師范大學科學教育研究院院長、教育學部教授,教育部科技委科學教育戰略研究基地主任,教育部教指委科學教學專委會主任;楊宣洋系北京師范大學科學教育研究院博士研究生;彭禹系北京師范大學科學教育研究院博士研究生;王佳寧系北京師范大學科學教育研究院碩士研究生)

          注釋:

          [1] 楊文源,魏昕,楊潔,黃鳴春. PISA測評:國際青少年科學素質全景解讀[M]. 北京:社會科學文獻出版社,2019155-156.

          [2] 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.DOI:10.16382/j.cnki.1000-5560.2023.04.001.

          《人民教育》2023年第20

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