中小學科學教育：現實使命與實踐方略

蔡鐵權

【摘 要】我國中小學科學教育負載有特定的價值，包括提高公眾科學素養、樹立科學世界觀、養成科學觀念、激發兒童強烈的科學好奇心與科學學習動機、訓練科學思維品質與提高智力能力，以及培養大批科學技術后備力量與未來的科學精英等，達成這些價值是科學教育肩負的歷史使命。但當前我國中小學科學教育尚有諸多不盡人意之處，如對科學本質觀的淡漠、對科學觀念理解的偏頗、科學探究的實施注重環節而忽視本質、對科學思維做簡單化狹隘的理解等，而這正是變革的動力、變革的途徑。

【關鍵詞】中小學科學教育 課程改革 教育價值 實踐方略 教師專業發展

我國的中小學科學教育已有百年之久的歷史。20世紀80年代以來，隨著基礎教育課程改革的推行，科學教育的改革取得了令人矚目的成績，尤其是21世紀初和當前正在進行的課程改革落實立德樹人、發展素質教育、反映時代特征、構建中國特色，既具國際視野，又有本土行動，將我國的中小學科學教育推進到一個新的階段。

近代科學的興起，使世界逐步邁入了工業化時代。在當今科學技術高度發達又突飛猛進的背景下，中小學科學教育承載著特殊的教育價值，或者可以說負有特殊的歷史使命。但我國中小學科學教育由于多方面的原因，存在著種種不能令人滿意的地方。欲使我國中小學科學教育實現面目一新，達到改革的目標，進入國際先進行列，尚有一段艱難的歷程。為此，針對諸多方面的不足，本文提出變革的建議，攻堅克難，以實現中小學科學教育發展的愿景。

一、我國中小學科學教育的現實使命

中小學科學教育具有特定的價值，而這種價值決定了中小學科學教育在現實中所擔負的特殊使命。

1. 提高公眾科學素養

中小學科學教育是提高公眾科學素養的關鍵。公眾科學素養已成為一個國家興旺發達的根本，成為一個國家可持續發展的根基。在當代社會，科學技術已經成為人們生活不可分割的組成部分，現代科學技術日益變成一種大眾文化，這種潮流提倡每個現代公民必須具備科學技術的素養。但根據從20世紀90年代至今對我國公眾科學素養的測試結果來看，我國公眾科學素養現狀不容樂觀，與建設一個現代化的社會主義強國的目標差距較大。而中小學科學教育被公認為對公眾科學素養具有基礎性、根本性、決定性的作用，中小學科學課堂是提高公眾科學素養的主陣地，我國中小學科學教育理應承擔這一責任。

2. 樹立科學世界觀

科學世界觀是指學生在與所生活的社會文化及外在環境的互動交往中，對周圍事物及自然現象的認識、解釋與反應所形成的一套自成邏輯的思維方式?？茖W世界觀不是由對科學知識的學習而直接形成的，而是超乎人關于自然現象的特定觀念之前。那種認為學生掌握正確的科學知識是學校教育的第一要務，科學知識和科學方法是絕對價值中立的看法，忽視了學生所處的社會文化環境所帶來的影響。在科學教育中注重培養學生認識并尊重不同種族文化，了解與欣賞本國及世界各地歷史文化，養成相互信賴、相互幫助的科學世界觀已成為一種國際趨勢。

3. 養成科學觀念

科學觀念是指存在于某一自然研究領域的某種形而上的信念，是對特定自然領域中的物質實體及其屬性、研究方法、研究目的提出的獨特的看法。同時，科學觀念代表了其所在領域內科學思想的精華，為科學共同體的理論活動和實踐活動提供了思想框架和行動準則，是科學知識體系中最深層的內容、更本質的認識。今天，更重要的是我們要養成現代科學觀，如演化的觀念、自組織復雜性觀念、時空相對性觀念、第二次量子革命所引發的新穎量子觀念、以“一黑二暗三起源”為核心的現代宇宙觀念，等等。

4. 激發兒童強烈的科學好奇心與科學學習動機

科學好奇心是個體對于科學領域的知識和信息表現出強烈的興趣，并予以關注和探究的行為傾向。對于兒童，科學好奇心表現為一種與生俱來的探索精神，對新奇事物的偏好，對復雜或未知性、不確定性與模糊性的偏好，對探尋信息的偏好。而具備科學好奇心的兒童，未來才更有可能成為創新型人才，才更有可能成為真正的科學家。中小學科學教育期間，是培養兒童具備科學好奇心從而具有科學學習動機的最佳時期。

5. 訓練科學思維品質與提高智力能力

科學思維是人腦有意識地對自然界中事物的本質屬性、內在規律，以及自然界中事物間的聯系和相互關系的間接的、概括的、能動的反應。當代科學思維具有綜合性、動態性、開放性、批判性、創新性等特點，同時還表現出涌現性、不確定性、復雜性及量子思維模式等現代科學思維的特征。中小學科學教育，訓練科學思維品質與提高智力能力是關鍵，科學教育中模型的構建、推理及論證的掌握、批判性思維的養成、創造性思維的培養，既直接影響科學教育的質量，也關系到兒童的終身發展。

6. 培養大批科學技術后備力量與未來的科學精英

實現科教興國，達到強國富民、建設偉大的社會主義強國的目標，我國需要大批基礎扎實、思維活躍、富有探究實踐能力、具備創新活力與創業精神、能有效應對急劇發展與變化的時代要求的青年，需要大批能站在科學發展前沿、具有世界一流水平的精英科學家。中小學是基礎教育，學生的知識、能力、態度、志向都處于形成的基礎階段，中小學科學教育理應承擔起這個責任。

二、目前中小學科學教育的偏向與未來實踐方略

中小學科學教育，為改變我國從明代末期就走向低谷的科學技術狀態，為我國從落后的農業國轉變成一個工業大國做出了不可磨滅的貢獻，取得了不可小覷的成績。時至今日，縱覽世界發達國家的科學教育水平、理念和科學教師專業化成長等，我們需要正視現實，做出冷靜的思考，發現目前存在于中小學科學教育中的問題與不足，認清方向，謀求適切的實踐策略，以推進中小學科學教育的發展與改革。

1. 對科學本質觀的淡漠

科學本質觀最早可以追溯到1907年，此后，科學本質觀的研究和在科學教育中的價值確認成為國際科學教育中的熱門議題，而且流派紛呈，內容十分豐富。理解科學本質是現代社會公民不可缺少的科學素養?？茖W本質教育是科學教育的基本任務，這在國際科學教育界已成為一種共識。從調研和國培中我們發現，科學教師對科學本質的了解甚少，對科學本質觀的教育價值表示出不屑，態度淡漠。沒有對于科學本質觀的深刻理解，如何明晰學科核心素養的內涵？如何能取得科學教學的高質量？又怎能推進科學教育的改革？對于科學本質觀，一方面，科學教育研究者需要做深入的研究，積累更多的理論成果；另一方面，一線教師要高度關注、認真學習、深刻理解、積極實踐。

2. 對科學觀念理解的偏頗

科學觀念是科學學科核心素養的中心，統領其他核心素養。由于科學觀念具有復雜的層次和長期的歷史演變過程，科學教師對科學觀念的理解會片面、僵化或簡單化?？茖W觀念在層次上可以劃分為對一種科學規律的表述，對一種科學現象的解釋，對科學及其自身形而上的概括的認識，因特定的思維方式形成對科學本質的認識而構成世界的科學圖景，對科學宏觀的、理性的觀點而指向科學本質和科學規律的認識?；煜藢哟?，會構成對科學觀念理解和區分的混亂，造成應用時的偏差甚至誤用。各個層次的科學觀念都有歷史的演進過程，不同學段的兒童與某個具體的科學觀念的一定歷史發展階段相對應，但又不能凝固化，特別是我們不能無視當代科學觀念的最新發展及其育人價值。

3. 科學探究的實施注重環節而忽視本質

很多科學教師將科學探究的要素理解成科學探究的環節，認為按這樣幾個步驟去實施就是探究學習，就是真探究，把科學探究教學聚焦于操作技能訓練。探究學習的核心是思維活動，沒有促進高階思維能力的發展，就無法真正理解探究的本質，無法靈活解決現實情境中的真實問題?？茖W本質觀的理論表明探究中應遵從的原則有：科學知識的產生要經過觀察和實驗的證實；觀察滲透理論、想象力和創造力在探究中扮演重要角色；科學方法與過程是非獨特性的，科學方法是多元化的；探究的方式可以是多種多樣的。探究學習最終是為了實現知識與能力、理論與實踐的融合，實現不同發展階段、不同學科之間的整合，培養學生獨立思考與自主精神，破除結果與結論的唯一性與標準化，促進學生核心素養的協調發展。

4. 對科學思維做簡單化狹隘的理解

科學思維應包括數理邏輯思維、形象思維、抽象思維、批判性思維、創造性思維，也包括直覺、靈感與頓悟等。由于課標主要列舉了幾種有代表性的思維，教師便誤認為思維就只有這幾種或只需要培養這幾種。為落實培養科學思維素養的目標，構建思維型課堂教學是一條可取的路徑：教學導入引入課題，創設情境，提出問題，引起認知沖突激發思維；教學過程使學生掌握知識與技能，強調思維互動，加強方法教學，注重探究；教學反思掌握知識、方法，反思經驗教訓，形成認知結構；應用遷移注重實踐，學習在真實的情境中解決具體問題，突破學科的束縛，跨學科綜合運用，培養創造力。

5. 科學教育的內容沒有足夠體現當代科學成就，遠離前沿

中小學科學教育的內容基本上是16—19世紀之間的經典科學知識，很少涉及20世紀以后興起的現代科學，課標和教科書的少量內容到課堂教學實施時，又會被“腰斬”。近年來，獲得飛速發展的量子科學、粒子物理、宇宙學等，我國科學家做出了杰出的貢獻，有些領域已處于世界前列。這些成就不斷改變人類對物質世界、對自然界的認識，改變人類的思維方式，甚至將改變人類的生存方式、生活方式、生產方式。目前不是這些知識不能納入中小學科學教育的問題，而是如何進入教學、如何進行教學的問題，是轉變理念、改變態度的問題。

6. 科學態度與責任目標在具體實施中虛設化

在中小學科學教育中，教師對態度責任素養內涵認識不足，對幾個核心素養之間的內在關系沒有充分理解，對態度責任素養構建的理論基礎不了解，對它的教育價值認知片面。因此，在教學設計時，教師對態度責任素養目標常常以套話、大話表述，在具體的教學過程中流于形式、走過場。要充分認識態度責任素養的科學教育價值，培養有道德情操的一代新人，養成有科學素養的現代公民，凸顯科學精神與科學思想，消弭科學與人文的隔閡，培養非智力因素以促進智力的全面發展，樹立強國富民的責任擔當等，使態度責任素養的內涵得到充實，在科學教育中的價值得到彰顯，在教學過程中得到落實。

7. 初中綜合課程的推行阻力重重，發展舉步維艱

中小學的科學教育，尤其是義務教育階段的科學教育，實行分科教育的優勢在于分科培養的教師容易適應，能最大化地鞏固學科知識。但自然界是一個整體，對學科的分類是人為的。義務教育階段科學的分科教育不利于學生從相互聯系的整體的視角理解和認識科學、認識自然、認識世界，限制了學生用多學科知識解決具體實際問題的能力。由于種種原因，初中科學實行綜合課程只有浙江省堅持了三十多年不動搖，而在全國的影響和輻射卻不明顯。部分省市也推行過初中綜合課程，但多年來沒有擴展施行，或又中途退回。這是一個很值得研究的理論與實踐問題。

8. 對科學教育中跨學科實踐動手能力的培養執行不力

科學實踐鼓勵學生親自動手，將身邊的事物作為對象和內容，包括科學實驗、發明制作、生產實踐等，是科學教育的重要內容。特別是跨學科、多學科的實踐活動，如STSE（科學、技術、社會、環境）、SSI（社會性科學議題）、STEAM（科學、技術、工程、藝術、數學）等，更是不可缺省?？茖W技術發展到當代，工程科學、社會科學、人文學科已經越來越相互交融、緊密結合。我們應以學科觀念、知識和方法為基礎，以跨學科理解和核心素養為目標，實現不同學科之間的整合，形成綜合性、項目制的科學創新實踐課程。

9. 與中小學科學教育緊密相關的社會資源不足，科學傳播和科學普及有待加強

中小學科學教育的改革與發展需要相應的社會環境和豐富的教育資源的支持，如博物館、展覽館、青少年科技活動中心、自然生態保護區等，新聞、廣播、電視、電影、報紙、雜志以及豐富多彩的適合各個學段兒童閱讀的優秀的科學普及讀物，還包括學校工場、農場公用基地，學校STSE、SSI、STEAM相應設施設備的共享工坊，為科學教育的實踐應用創造必要的條件，為中小學科學教育營造良好的社會氛圍，提供各方面的資源。

10. 科學教師的專業學術素養亟待提高

我國中小學科學教師在科學本質觀、學科教學知識、跨學科實踐教育的能力、個體參與科學研究與教育科學研究的經歷、社會科學與人文學科相關知識的了解等方面都存在不同程度的欠缺，這直接阻礙了中小學科學教師有效實施教育和教學，妨礙了科學教學質量的提高，以及科學教育的改革和發展。要改變這種局面，需要形成科學教師職前培養和職后培訓的體制、機制和體系化的方式、內容，要總體思考、通盤設計，要講究針對性、實效性。中小學科學教育亟須一大批有企業家能力、科學家精神、教育家情懷的卓越教師。

三、結語

我國中小學科學教育正處于百年難逢的發展機遇，我們要抓住這一機遇，乘勢而上。我們必須正確認知中小學科學教育的價值，擔負起歷史使命，又必須直面現實，看到不足與差距，有針對性地尋求問題解決和推動發展的有效方略及實踐路徑，完成我國中小學科學教育的全面轉型，使我國科學教育的水平和人才培養趕超世界水平，為我國科學技術的騰飛與超越提供大批優秀的科學人才。

（作者系浙江師范大學課程與教學研究所所長，教授）

責任編輯：趙繼瑩