9月新学期伊始，全国各地的中小学科学教育也开启了新的篇章。有的学校把科学课作为“开学第一课”，将机器人、航空航天、军事兵器等领域的科技知识融入课堂；有的学校将教室搬到校外，带领同学们实地参观科研机构、科技企业实验室，直观感受科技魅力；北京、天津、杭州、西安等地的中小学则正式拉开人工智能通识课程教育的序幕，让科学教育跟上产业变革的步伐。
2023年2月21日，习近平总书记在二十届中共中央政治局第三次集体学习时指出，要在教育“双减”中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。
此后，教育部等十八个部门联合发布《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，不少地方政府先后出台相关规划。
日前，科技日报记者深入采访多位专家和一线教师，探究如何进一步做好科学教育这道“加法题”。专家们普遍认为，近年来，我国科学教育质量显著提高，但在课程教学、课标制定、人才培养等方面，仍有一些短板亟待补齐。
课程谁来教、怎么教困扰教学
科学课程教学中的问题集中体现在谁来教、怎么教两个方面。
谁来教？答案当然是教师，但我国科学教师队伍却面临着数量和质量的双重挑战。
“事实上，师资问题是我国中小学在落实科学教育工作时面临的最重要，也是最难的问题之一。”北京交通大学物理科学与工程学院副教授、全国科普工作先进工作者陈征认为，现在各地中小学总体上已具备较好的实验器材、实验室等基础硬件；但如果没有足额且具备专业能力的师资队伍，既难以用好实验器材，也无法让实验室高效运行。
教师数量方面，据统计，2022年，我国小学科学专任教师仅24万人，校均1.61人，数量严重不足。而根据2023年发布的一项调查，我国小学科学教师中超过70%为兼职。
除了数量不足，教师的师资水平也有提升空间。北京大学科学教育研究基地于2023年2月至8月开展的“全国中小学科学教育教师问卷调查”显示，我国仅约40%的小学科学教师拥有自然科学背景。本科以下学历者占比接近30%，研究生学历教师占比不足2%，而发达国家普遍要求科学教师具备本科甚至硕士以上学历。
“教师是科学教育的实施者，教师科学素养不足，必然严重影响科学教育的质量与效果。”深圳科学技术馆馆长、义务教育科学课程标准修订组成员郑永春说。
“科学课要从照本宣科地灌输知识转向对科学素质、科学思想方法和实践创新能力的培养。”陈征建议，可以在教师职前、职中的培训中，支持其参与真实的科研活动。哪怕是从零开始设计一个教学实验或制作一个科学装置，都能够提升教师的教育能力，进而使其在教学中正确引导学生认识科学、了解科学并正确开展实践探索活动。
至于课堂教学怎么进行，国家有关部门制定的科学课程标准已经给出了答案，但执行起来仍存在不少难题。
在接受科技日报记者采访时，中国科普研究所科学素质研究室副主任李秀菊介绍，去年其团队在全国调研了100多所农村地区的中小学，这项调研基本覆盖了除港澳台以外的所有省级地区。
李秀菊说，国家特别重视科学教育中的实验教学，尽管一些地区和学校拥有完备的硬件条件，但实验教学仍落实得不好，有些学校甚至连实验室钥匙在哪都无人知晓。个别学校没有按照课标完成教学，为了应对考试要求，在“黑板上做实验”的情况屡见不鲜。
一线教师对落实课标的重要性深有体会。北京市石景山区电厂路小学教师李梦已有十余年科学课教学经验，她深刻感受到2022年公布的《义务教育科学课程标准》相比此前变化明显，“新课标”更强调以科学素养培养为导向，“把握不好就跟不上形势”。
“一线教师要将教学与课标对标，要学会用课标来指导教学。”李梦认为，课标明确了科学概念在不同年级需要落实的程度，这既是备课的标准，也是考核的标准。现在是信息冗余时代，能选择的教学资料非常多，教师需要根据课标要求来选择。
“就像吃完三餐才能吃零食。”李秀菊说，“科学教育的主渠道是科学课堂，现在需要强调扎扎实实地按照课标执行好课堂教学。要在落实好科学课堂教学的基础上，再去研究开发多少校本选修课，带学生参加多少科学活动。”
课标科学性、整体性有待提升
“我国科技界在科学教育课标制定、教材编写、教学实践中的参与度还很有限，科技界和教育界的考核评价导向很不一样，人员流动存在障碍，离教育、科技、人才一体化的要求还有相当大差距。”郑永春认为，科学教育需要科学家和教育家的合作，目标是提高学生的科学素养和创新创造能力，教什么应该由科学家主导，怎么教则应由教育家主导。
陈征对此表示认同。陈征认为，在科学教育的内容设计和课标制定中，科学家要发挥三方面作用。一是提供准确的学科知识体系和逻辑框架。科学家可以发挥对自己所研究领域的知识积累、概念理解以及整体逻辑框架把握等方面的优势，为课标制定和教学内容设计提供更准确的素材。二是提供真实的学科研究范式和思想方法。研究范式和科学思想方法应是未来科学教育的核心内容。作为这些内容的创造者和使用者，科学家可以为课标制定和教学内容设计提供支持。三是坚守科学精神和科学家精神，要客观评价科学家的工作成果，尊重科学发展的客观事实。
“当前，我国科学家在科学教育课标制定与教材编写过程中，应该发挥更大的作用，但这不意味着全部交给科学家。”陈征补充道，科学家毕竟远离中小学教学一线，对中小学生的基础学情、认知水平等把握不准确，关于教学法的理论知识和实践经验也相对较少。科学家和教育家应在共同的目标下，相互信任、相互理解、积极交流、深入合作。如果将科学教育比喻成烹饪，那么可以认为科学家负责提供食材，教育家负责具体怎么做菜。
记者了解到，某发达国家为制定K12（即从幼儿园到高中）科学教育课程标准，其相关机构曾成立一个由18位专家组成的委员会，包括多位顶尖科学家、科学教育标准和政策专家。该标准在发布前还向多个科学家组织征求意见。
此外，制定课标时还需通盘考虑从幼儿园到高中的科学教育的整体性和进阶性。
“我国2022年发布的《义务教育科学课程标准》没有对K12教育进行整体设计，进阶性不明显。”郑永春认为，从幼儿园到高中的科学教育应该形成整体、统一规划，其中幼儿园和小学主要是科学启蒙，初中的科学教育要鼓励开展科学探索，高中则要培养科学发现的能力。从国际上看，部分发达国家已实现了从幼儿园到高中的科学教育整体设计，这对我们有一定参考价值。
加强教学型、研究型人才培养
根据“掌上高考”网站7月12日公布的数据，我国共有68所高校开设科学教育专业，其中绝大多数为师范类院校。
早在2022年，中国科学院院士周忠和就建议破除体制机制障碍，大幅扩充专职科学教师队伍。例如吸纳一批非师范类理工科毕业生，经培训和资格认证后将其纳入科学教师队伍，同时在理工科院校开设科学教育专业，扩大科学教师的来源。
2023年3月，时任中国教育学会常务理事、清华大学教育研究院基础教育研究所所长王殿军撰文称，教师培养是一个长期的过程，为了较快速地解决目前科学教师短缺的问题，需要专门招聘一些新教师、遴选有相关学科背景的教师进行专门培训。可鼓励非师范类院校通过开设教育方面的辅修学位、第二学位等方式，参与到科学教师的培养中来。
“单独开设科学教育专业能够突出科学教育的重要性，在科学教师的招录、评价和队伍稳定性等方面能够起到积极作用。但从学科设置的角度，对通过开设科学教育专业培养一线科学教师，我个人存在一定的疑虑。”陈征说，中小学的科学教育涉及生命科学、地球与宇宙科学、工程与技术等诸多学科，如果按照传统的专业建设思路，科学教育专业的培养计划难以涵盖所有学科。
陈征认为，科学教育专业不需要聚焦于特别具体的学科，因为理工科专业的底层科学思想方法是相通的。因此，在培养科学教师时，可以适当补充教育学、心理学、教学法等课程；或者直接招募理工科专业毕业生，通过职前培训的方式补充教学方面的理论和实践训练，提升其教学水平。陈征提醒，师范教育中科学探究训练普遍不足的问题也应引起注意。“很难想象，一个从未探索过怎么从零开始解决问题的科学教师，如何教会学生探索和解决问题。”他说。
“总之，我们的科学教育要重视科学思想和方法，因为科学教师要培养的是掌握科学思想、科学方法的人。”陈征说。
李梦的本科专业是工业工程，后来考了教师资格证成为一名科学教师。“理工科思维使我在教学中更重视逻辑思维、更注重科学的严谨性和准确性、更强调用证据说话、更容易接受新的前沿科技。我认为这对于培养孩子的科学思维是有帮助的。”李梦切身体会到理工科背景对从事科学教育的益处。
搞一线教学的人才很重要，搞专业研究的人才同样重要。
2024年6月，时任北京师范大学科研院常务副院长徐洪撰文表示，欧美一些国家能够有效推进科学教育改革并取得一定成效，与其拥有长期稳定的科学教育研究资助体系、专业化科学教育研究团队，以及坚持循证导向的研究与实践探索密不可分。当前我国的科学教育研究资助还处于起步阶段，各方面资源投入有限，难以形成长久的团队合作关系，这为有效支撑我国科学教育改革实践带来了困难。
李秀菊认为，大量开展高质量的科学教育研究是科学制定课标、编写高水平教材的基础，这需要充足的研究队伍。而我国科学教育研究人才非常缺乏。
“我们应该通过支持科学教育领域的实证研究项目培养一批专业人才。”李秀菊解释说，科学教育研究要能更多地指导实践。我们要开展实证研究和教学实验，扎扎实实地研究课堂教学，研究中国孩子应该学习哪些科学概念，哪些概念在哪个年龄段应该掌握到什么程度，要让中国孩子在最合适的阶段学习最合适的内容。
“在未来的课标修订、教材编写中，我们需要看到更多的、来自中国的实证研究依据。”李秀菊说。
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