科学教育的转型带来的将是一场育人方式的深刻变革
来源 | 《中国教师报》
作者| 本报记者 黄浩
“科学不等于正确，科学的生命力在于它从不承认自己是绝对正确的。在量子世界里，就算一个实验步骤被完整地复制，它还是会给出不同的结果。”
“要建成《流浪地球》里那样的太空电梯，需要使用至少3.6万公里的高强度碳纳米管作为绳索，但是目前人类在实验室能造出来的碳纳米管不超过1米。”
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日前，由浙江省教育厅主办、浙江师范大学教育学院承办的“院士进师训——浙江省中小学教师科学素养提升行动”在浙江金华举行，中国科学院院士武向平，中国物理学会科普工作委员会主任、中国科学院物理所研究员魏红祥带来两堂生动有趣的科普课，引发了现场热烈反响。
在提升全民科学素养、开展科学教育等方面，浙江一直走在全国前列。本次活动围绕在“双减”中做好科学教育加法、提升教师科学素养、共同培育科学教育的良好生态等议题，院士、科普工作者、科学教育专家、科学特级教师等为来自浙江各地市的1000余名科学教师、科学教研员、中小学学生带来了一场“科学盛宴”。
“我们希望能通过系列化的设计，利用社会大课堂，发挥院士、科学家参与师训的作用，让我们广大中小学教师与院士‘面对面’，帮助他们更好地养成科学思维、理解科学家精神。”浙江省教育厅教师工作处处长牟凌刚说。
科学教育做“加法”迫在眉睫
今年2月，习近平总书记在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。”
“从当前我国小学科学教育来看，存在一些亟待解决的问题，科学教育做加法，非常必要、非常及时、非常紧迫。”中国青少年科技教育工作者协会科学教师教育专业委员会主任、重庆师范大学教授林长春谈及当前科学教育现状，连用了三个“非常”。
由北京师范大学科学教育研究院院长、教育部基础教育教学指导委员会科学教学专委会主任委员郑永和领衔发起的一项关于全国小学科学教师队伍的调查显示，小学科学教师中，理工科背景教师占比仅27.5%，文科背景占32.3%。同时，超七成小学科学教师为兼任教师，近四分之一小学科学教师每年参加各级教研培训次数为“0”。
“小学科学教师队伍严重短缺，专业素养严重不足，已经成为当前科学教育开展的掣肘。”郑永和在讲座中表示，“发达国家将科学视为同母语和数学同等重要的核心学科，而我国小学科学与语、数、外三门重要学科相比，在教师数量和学历要求上还相距甚远，小学科学教师队伍的规模扩大和结构优化任重道远。”
北京师范大学科学教育研究院院长郑永和
科学教师整体素养有待提升，科学教育的方式也亟待“升级”。PISA测试表明，我国青少年在科学技术知识方面表现良好，但知识应用、科学探究、实践创新等能力很薄弱，“即知道科学知识，但不知道科学知识怎么来的、科学何用、如何用科学思维方式解决问题”。
“我国青少年学生创新能力、动态综合的解决问题能力不强，在科学方法掌握以及科学思维的发展上存在短板。”林长春说。
更令从事科学教育相关专家忧心的是，大部分国家K-12（从幼儿园到高中）都有一个体系化的科学课程标准，而我国仍缺乏系统顶层设计。
郑永和表示，在战略规划和法律法规中未对科学教育发展做专门部署，学科布局错位以及资助体系缺失，小学科学地位极低等因素不利于科学教育开展，为此他呼吁当前亟需建立“高质量科学教育体系”，为国家科技创新提供有力人才支撑。
所幸的是，随着国际形势的变化与世界科技创新步伐的加快，党和国家对科学（科普）教育的高度重视，围绕科学教育如何更好开展，《全民科学素质行动规划纲要（2021-2035）》《关于加强小学科学教师培养的通知》《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》等重磅文件相继落地，为科学教育的开展创造了良好的氛围、提供了有力的政策支持。
“我们要抢占机遇，在政策引导下探索科学教师培养和专业发展相关各方协同创新的新路径和新机制。”郑永和说。
“做好科学教师的加法”是重中之重
如何做好科学教育加法？科学教师是关键。
做好科学教师的加法，职前培养环节是第一块“硬骨头”。在《关于加强小学科学教师培养的通知》等文件提出的“建强科学教育专业扩大招生规模”基础上，今年教育部等十八部门联合印发的《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》中提出“逐步推动实现每所小学至少有1名具有理工类硕士学位的科学教师”。
郑永和解释道，在加紧落实科学教育硕士研究生培养的基础上，理工类专业背景的硕士生在学科专业知识、科学探究和工程实践经验上具有优势，是适合转换为科学教师的人才首选。
“保障优质科学教师的供给，不仅要着力培养科学教育硕士研究生，还要积极鼓励支持理工科背景的硕士生从事科学教育，实现‘两条腿’走路。”郑永和说。
从政策层面，林长春建议地方教育管理部门要为每所小学的科学教师进行定编定岗，小学校要招收专业科学教师。
重庆师范大学教授林长春
与此同时，科学教师的职后培训也不可或缺。我国现有的20余万科学教师亟待接受专业培训，以提升其教育教学基本能力、科学实践能力、创新教育能力与信息技术教育能力。
与会专家表示，“由于当下我国科学教师大多并非科班出身，在培训中首先要完善其专业知识结构，包括自然科学基础理论，工程技术、实验技术、信息技术知识， 科学技术与社会、生产、生活相关知识，科学学科最新发展动态与研究成果，科学哲学、科学方法论、科学史等。”
中国青少年科技教育工作者协会物理教育与普及专委会秘书长、浙江师范大学教育学院院长黄晓则认为，课程教学能力历来是教师的核心素养，未来科学教师需要具备更强的立足于学生个体心智成长与知识结构状况组织课程资源、利用智能技术精准有效开展（跨）学科教学的能力。
浙江师范大学教育学院院长黄晓
黄晓以“邮票中科学家与科学史”这一课程资源为例介绍，中国邮政在2017年、2019年、2021年分别发行《科技创新》纪念邮票一套，其内容包括500米口径球面射电望远镜、“墨子号”量子科学实验卫星、体细胞克隆猴、量子反常霍尔效应的实验发现、嫦娥5号、奋斗者全海深载人潜水器、揭示蝗虫聚群成灾的奥秘等。
“每一张邮票背后都有丰富的科学内涵，如果教师能以这一课程资源开发相应的科学课程，相信能够激起学生对科学探究的兴趣。”黄晓说。
“科学教师要懂科学、懂教育，深刻理解科学教育应该教什么、学生如何学习科学、教师如何教科学。”日前，教育部教师工作司司长任友群在《光明日报》撰文中这样谈道。
让孩子像科学家那样去思考
“科学教育不单是指科学知识的简单传授，也不是仅限于教育手段和教学方法的科学化，更不是专指科学技术专业人才的培养，而是关注科学技术代的现代人所必须的科学素养的一种养成教育。”武向平院士在演讲中强调，“在教学中，传统课程注重教授灌输固定知识，而科学教育着力激发与培养学生个人兴趣。”
为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？“钱学森之问”至今仍无人破解。魏红祥提醒与会科学教师，在科学教育过程中，要注重培养孩子的“好奇心、批判性、自信心”。
浙江省特级教师、中国教育学会科学教育分会副理事长王耀村以诺贝尔物理学奖获得者费曼的成长故事为例表示，费曼从小到大保持着对自然的好奇，对整个世界所有事物全方位的好奇，以及不受约束、追求自由、热爱动手实践的本性，这是引导他后来成为著名科学家的重要因素。
浙江省特级教师王耀村
“科学课程要培养的学生核心素养包括科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面。其中，探究实践能力是基础，科学思维能力是核心。”王耀村特别强调培养学生的科学探究实践能力，倡导学生“多做探究实践、真做探究实践”。
“从观察、实验到归纳、演绎、数学逻辑和实证，再到探究方式的提出，再到科学探究的提出，再到探究实践、科学思维的提出，可以发现：科学教育从诞生之初就蕴含着探究的思想，科学探究从一开始就与科学思维相互伴随。”上海交通大学教育学院教师严晓梅认为，在探究教学过程中，要关注学生亲历探究解决问题，也要关注学生获得对科学探究本身的理解。
上海交通大学教育学院教师严晓梅
浙江师范大学教授、浙江省教育学会科学分会原副会长陈秉初同样表示，“对已经公布的科学研究成果加以评价，包括审查过程、检验证据、找出错误推理，对同样的观察结果提出不同的解释，是科学探究的任务”。
浙江师范大学教授陈秉初
从托勒密“地心说”到哥白尼“日心说”，再到牛顿的宇宙学说，直至当代大爆炸宇宙学说，当时人们认为的“科学”在后面不断被推翻。武向平一再表示，科学不存在终极理论，而是不断开放的体系，需要我们不但探索、质疑，这才是真正的“科学精神”。
在本次培训中，培养学生创新与质疑能力也被专家反复提及。王耀村表示，一旦学生形成了思维定势，其创造力就会受到限制。
“我们不追求将每个孩子培养成科学家，而是致力于让每个孩子像科学家那样去思考。”武向平说。
培训期间，与会专家还围绕校内外科学教育协同创新、科学实验室建设、科技创新实践活动、科学教育研究以及数字化时代的科普等内容展开深入研讨。
“可以预见，从以知识和技能为本位的教育转向以能力和素养为本位的教育，科学教育的转型带来的将是一场育人方式的深刻变革。”郑永和最后表示。
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