加強新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)

2023 年5 月，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強新時代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》從課程教材、實驗教學(xué)、師資培養(yǎng)、實踐活動、條件保障等方面強化頂層設(shè)計，充分整合校內(nèi)外資源，推進學(xué)校主陣地與社會大課堂有機銜接，為中小學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)的科學(xué)教育，全面提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻身科學(xué)研究事業(yè)的青少年群體。為此，教育理論工作者就加強新時代科學(xué)教育工作進行了深度分析。

一、理解科學(xué)教育課程的核心概念

孔繁成在《教育導(dǎo)刊》2023 年第6 期發(fā)表的《科學(xué)教育課程的核心概念界說》一文中指出，《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）中有核心概念13 個，教師有必要厘清核心概念的邊界、核心概念之間的邏輯關(guān)系。

科學(xué)課程的核心概念是科學(xué)教育的核心課程內(nèi)容，是居于科學(xué)教育內(nèi)容領(lǐng)域中心位置的主體結(jié)構(gòu)，包括基本概念、基本規(guī)律、基本原理、基本邏輯關(guān)系和基本事實，這些能夠展現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)課程的內(nèi)容圖景，是科學(xué)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)的主干部分，其分布如下：物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域有4 個核心概念，分別是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、物質(zhì)的變化與化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)的運動與相互作用、能的轉(zhuǎn)化與能量守恒；生命科學(xué)領(lǐng)域有4 個核心概念，分別是生命系統(tǒng)的構(gòu)成層次、生物體的穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)、生物與環(huán)境的相互關(guān)系、生命的延續(xù)與進化；地球與宇宙科學(xué)領(lǐng)域有3 個核心概念，分別是宇宙中的地球、地球系統(tǒng)、人類活動與環(huán)境；技術(shù)與工程領(lǐng)域有2 個核心概念，分別是技術(shù)、工程與社會，以及工程設(shè)計與物化。

以物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域核心概念的教學(xué)為例，一是教師要引導(dǎo)學(xué)生在真實的問題情境中全身心體驗、觀察、實驗與探究。科學(xué)教育要達到提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的，要求教師創(chuàng)設(shè)的問題情境必須是真實的，問題最好是以現(xiàn)實生活中的真實存在和生活案例為載體；學(xué)生觀察到的物質(zhì)變化是自己通過實驗探究獲得的，學(xué)生只有全身心地動手、動眼和動腦，才能逐漸生成對物質(zhì)變化的定量認識。

二是教師要視課前設(shè)計、課上指導(dǎo)和學(xué)生課上主體身份體現(xiàn)同等重要。教師是科學(xué)活動的設(shè)計者、組織者和引領(lǐng)者。物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域核心概念教學(xué)提出引導(dǎo)學(xué)生利用模型描述物質(zhì)結(jié)構(gòu)，解釋物質(zhì)的性質(zhì)，對物質(zhì)進行分類，感受物質(zhì)變化與化學(xué)反應(yīng)的真實存在等教學(xué)策略建議和要求，這些若離開教師的課前精心設(shè)計和課上指導(dǎo)是沒有辦法實現(xiàn)的。

三是教師要深入理解“教學(xué)提示”內(nèi)涵，給學(xué)生提供切實有效的學(xué)法指導(dǎo)。“教學(xué)提示”為教師提供了教學(xué)的基本策略和提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的途徑，如開展觀察、實驗探究、測量、調(diào)查、項目研究、制作等。但是，教師明確了教什么、用什么方法和手段教、怎么教、教到什么程度，并不代表學(xué)生明確了怎么學(xué)。教師在課前準(zhǔn)備時要思考清楚以下四個關(guān)鍵問題：如何對學(xué)生進行學(xué)法指導(dǎo)；在學(xué)法指導(dǎo)中抓住哪幾個關(guān)鍵點；在教學(xué)設(shè)計中的哪個環(huán)節(jié)對學(xué)生進行學(xué)法指導(dǎo)；在教學(xué)評價環(huán)節(jié)如何檢查學(xué)法指導(dǎo)是否到位。因此，教師必須真正理解“教學(xué)提示”的內(nèi)涵，把握好對學(xué)生進行學(xué)法指導(dǎo)的要領(lǐng)，使學(xué)生在科學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中能夠開展真觀察、真實驗、真測量、真調(diào)查、真制作，使學(xué)生有真體會、真理解、真領(lǐng)悟。

二、探索學(xué)生科學(xué)高階思維的培養(yǎng)路徑

王晶瑩、周丹華、楊洋等人在《現(xiàn)代遠距離教育》2023 年第2 期發(fā)表的《科學(xué)高階思維：內(nèi)涵價值、結(jié)構(gòu)功能與實踐進路》一文中指出，我國學(xué)生科學(xué)高階思維的培養(yǎng)應(yīng)在課程體系、教學(xué)模式、信息技術(shù)支持等方面共同推進。

（一）構(gòu)建科學(xué)高階思維進階式課程體系

高階思維的培養(yǎng)不是一蹴而就的，而是一個長期、循序漸進的過程。同時，高階思維的復(fù)雜性和系統(tǒng)性也使得科學(xué)高階思維教學(xué)還處于起步與探索階段，其在培養(yǎng)目標(biāo)、課程標(biāo)準(zhǔn)和課堂教學(xué)方面的研究與實踐亟待加強。因此，科學(xué)高階思維的培養(yǎng)需要構(gòu)建系統(tǒng)且連貫的進階式課程體系，確立面向小學(xué)、初中和高中學(xué)生的系統(tǒng)化科學(xué)高階思維發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，這需要對我國中小學(xué)生科學(xué)高階思維的發(fā)展特征和規(guī)律開展大規(guī)模的測評研究，積極探索不同學(xué)段學(xué)生的認知與思維特征，深入挖掘科學(xué)高階思維與學(xué)生的個體特征、學(xué)習(xí)過程等的影響關(guān)系和內(nèi)在機理，為科學(xué)教學(xué)設(shè)計與實施以及科學(xué)教育政策制定提供循證決策依據(jù)。此外，還要基于教學(xué)診斷和科學(xué)測評，不斷探索與發(fā)現(xiàn)學(xué)生思維發(fā)展的黃金時期與關(guān)鍵節(jié)點，給予其恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)干預(yù)和策略引導(dǎo)，為構(gòu)建系統(tǒng)且連貫的科學(xué)高階思維進階式培養(yǎng)體系夯實基礎(chǔ)。

（二）創(chuàng)新科學(xué)高階思維課堂教學(xué)模式

積極創(chuàng)新教學(xué)模式是推進科學(xué)課堂高階思維教學(xué)實施的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為勝任科學(xué)高階思維的教學(xué)任務(wù)，教師應(yīng)當(dāng)具備高階思維教學(xué)的知識與方法，做到能夠在科學(xué)課堂中開發(fā)并實踐其模式與策略。教師應(yīng)投入更多的時間讓學(xué)生參與到高階思維學(xué)習(xí)活動中。在科學(xué)課堂中引入實際生活情境問題，鼓勵開放式的課堂討論，以及開展以探究為導(dǎo)向的實驗，這類舉措能夠有力促進學(xué)生批判性思維的發(fā)展。例如，生物課堂提出的“論證驅(qū)動探究”教學(xué)模式，旨在使生物教師能夠使用探究實驗室作為課程實施的環(huán)境，重點提升學(xué)生的科學(xué)概念理解、批判性思維和論點建構(gòu)等能力。同時，教師應(yīng)遵循元認知教學(xué)原則，有意識地關(guān)注學(xué)生的一般思維結(jié)構(gòu)和技能，通過元認知提示、顯性教學(xué)、元認知討論、反思性寫作、元認知建模等方式開展科學(xué)教學(xué)。

（三）充分發(fā)揮信息技術(shù)的思維支架功能

課堂情境中的科學(xué)高階思維培養(yǎng)應(yīng)充分借助教育技術(shù)在教學(xué)應(yīng)用中的輔助和支架作用。隨著新興智能技術(shù)的急速更迭，在線論證輔助教學(xué)系統(tǒng)、文本與圖形化認知工具、虛擬實驗應(yīng)用程序、虛擬現(xiàn)實游戲平臺以及自動反饋智能評估系統(tǒng)等在科學(xué)課堂中得到應(yīng)用，在科學(xué)教學(xué)的不同層面發(fā)揮了教學(xué)輔助和學(xué)習(xí)支架的作用。以在線論證平臺為例，系統(tǒng)大多設(shè)置論壇、社區(qū)等消息組件，支持同步或異步對話論證，以使學(xué)習(xí)者能夠?qū)嵤┗仡檶υ掃^程，增加學(xué)習(xí)者的反思和元認知活動。同時，各種提示和認知支架組件能夠分擔(dān)學(xué)習(xí)者的低階認知負荷，幫助學(xué)習(xí)者更深入地思考和探索。科學(xué)教學(xué)的實證研究不斷證明，在線學(xué)習(xí)環(huán)境的腳手架支持可以有效促進科學(xué)課堂的探究和論證活動，為學(xué)生提供練習(xí)批判性思維、科學(xué)推理、科學(xué)論證和科學(xué)寫作等高階認知技能的機會。因此，科學(xué)教師需要充分利用并發(fā)揮教育技術(shù)應(yīng)用促進高階思維教學(xué)的獨特優(yōu)勢，助推學(xué)生的科學(xué)高階思維發(fā)展。

三、加強科學(xué)教育教師隊伍建設(shè)

王曉生在《中國教育學(xué)刊》2023 年第6 期發(fā)表的《小學(xué)科學(xué)教師隊伍建設(shè)：價值使命、現(xiàn)實羈絆與實踐路徑》一文中指出，科學(xué)教師隊伍建設(shè)需要聚焦核心問題，明確主要任務(wù)，找準(zhǔn)著力點，打出組合拳。

（一）增量：培養(yǎng)端與用人端雙向發(fā)力，保障高素質(zhì)、專業(yè)化科學(xué)教師的源頭供給

一是強化科學(xué)教育相關(guān)專業(yè)并擴大招生規(guī)模，加大科學(xué)教師人才培養(yǎng)力度。一方面，推動建立以師范院校為主體、高水平綜合大學(xué)參與的開放與靈活的科學(xué)教師教育體系；建強一批承擔(dān)科學(xué)教師培養(yǎng)任務(wù)的科學(xué)教育師范類專業(yè)以及與科學(xué)教師培養(yǎng)關(guān)聯(lián)性強的專業(yè)。另一方面，有序擴大科學(xué)教育以及數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等相關(guān)師范類專業(yè)的招生規(guī)模，并積極引導(dǎo)、支持科學(xué)教育及相關(guān)專業(yè)師范畢業(yè)生從事科學(xué)教育工作，從源頭上增加素質(zhì)優(yōu)良且能勝任科學(xué)教育教學(xué)任務(wù)的師資供給。

二是在用人端進行變革。一方面，地方教育行政部門在規(guī)劃年度師資補充計劃時，需回應(yīng)科學(xué)教育發(fā)展釋放的對科學(xué)教師的新需求，保障科學(xué)教師的招錄指標(biāo)，并優(yōu)先選拔錄用具有科學(xué)教育及相關(guān)學(xué)科背景的報考者，以提高科學(xué)教育師資初始配置的專業(yè)對口率和專職化率。另一方面，提高科學(xué)教師崗位吸引力，吸引優(yōu)秀人才從事科學(xué)教育工作。既要提供與科學(xué)教師工作付出相匹配的薪酬待遇，又要加強學(xué)校科學(xué)教學(xué)儀器設(shè)備的配置，優(yōu)化科學(xué)教師的工作環(huán)境，更為重要的是要暢通科學(xué)教師的職業(yè)發(fā)展通道。

（二）提質(zhì)：核心要素與關(guān)聯(lián)主體共同切入，提高科學(xué)教師職前培養(yǎng)質(zhì)量

從長遠目標(biāo)來看，科學(xué)教師隊伍整體素質(zhì)的提升，根本在于提高科學(xué)教師職前培養(yǎng)質(zhì)量，關(guān)鍵在于發(fā)揮科學(xué)教師職前培養(yǎng)核心要素合力共育的整體功能。一是根據(jù)科學(xué)教育發(fā)展趨勢和新課標(biāo)對科學(xué)教師專業(yè)素養(yǎng)提出的要求，研制科學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以此引領(lǐng)科學(xué)教師培養(yǎng)的方向。二是遵循科學(xué)教師專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計培養(yǎng)方案，明晰科學(xué)教師的培養(yǎng)目標(biāo)、知識結(jié)構(gòu)及能力要求、模塊化的課程體系、具體的培養(yǎng)模式等，并保證培養(yǎng)方案各要素的內(nèi)在一致性。三是指向科學(xué)教師完整知識結(jié)構(gòu)的形成和專業(yè)實踐能力的發(fā)展，系統(tǒng)規(guī)劃職前科學(xué)教師培養(yǎng)的課程模塊和實踐教學(xué)體系。四是基于培養(yǎng)單位的學(xué)科平臺和培養(yǎng)能力，在整合優(yōu)勢資源的基礎(chǔ)上，探索“科學(xué)教育基地班”“科學(xué)教育書院”“跨學(xué)科、跨院系聯(lián)合培養(yǎng)”“本碩一體化培養(yǎng)”等多種靈活的培養(yǎng)模式。

培養(yǎng)高質(zhì)量的科學(xué)教師需要各關(guān)聯(lián)主體的通力合作。加強政府與承擔(dān)科學(xué)教師培養(yǎng)任務(wù)高校間的人才培養(yǎng)供需對接機制，積極爭取政府對科學(xué)教師培養(yǎng)工作的制度供給和經(jīng)費支持。創(chuàng)新高校與小學(xué)間的協(xié)同育人機制，將學(xué)校作為職前科學(xué)教師培養(yǎng)的重要“練兵場”，增強職前科學(xué)教師的教育技能和專業(yè)實踐能力。拓寬高校整合社會資源參與科學(xué)教師培養(yǎng)的渠道，加強師范院校與科技場館、動植物園、科普基地、科研院所等建立常態(tài)化的合作關(guān)系，為科學(xué)教師的培養(yǎng)提供多樣的校外科學(xué)教育空間，提供豐富的科學(xué)教育資源和創(chuàng)新實訓(xùn)基地。

（三）賦能：研修結(jié)構(gòu)性改革與數(shù)字化平臺建設(shè)并重，提升在職科學(xué)教師的專業(yè)素養(yǎng)

首先，在對科學(xué)教師的教育教學(xué)現(xiàn)狀、能力素質(zhì)水平和專業(yè)發(fā)展需求進行專題調(diào)研與評估反饋的基礎(chǔ)上，分類、分層、分步推進精準(zhǔn)性強的科學(xué)教師培訓(xùn)。培訓(xùn)服務(wù)的供給兼顧不同專兼職類型、不同學(xué)科背景、不同學(xué)歷層次科學(xué)教師群體的差異化需求；重點幫助科學(xué)教師熟練掌握科學(xué)教育新課程改革提出的多種教學(xué)方式和教學(xué)方法，增強他們組織學(xué)生開展科學(xué)探究實踐活動和指導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)實驗操作的過硬本領(lǐng)。其次，鼓勵學(xué)校在科學(xué)教育一線建立有效的教研共同體。學(xué)科教研組要常態(tài)化、規(guī)范化地開展教研活動，組織科學(xué)教師研讀課標(biāo)、研究教材、研磨課程，共同診斷學(xué)情、教情，共享科學(xué)教育資源，分享日常科學(xué)教學(xué)經(jīng)驗，共商科學(xué)實驗設(shè)計方案，切磋科學(xué)實驗技能。

信息技術(shù)的發(fā)展突破了傳統(tǒng)教師研修方式的時空限制，為科學(xué)教師的專業(yè)成長提供了新動能。應(yīng)加快構(gòu)建以地方教育行政部門和教科研單位為主體，融合多方優(yōu)勢資源，全方位支撐科學(xué)教師研修的專業(yè)化智慧研修平臺。在構(gòu)建研修平臺和創(chuàng)建科學(xué)教育資源庫的基礎(chǔ)上，借助教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程來培養(yǎng)科學(xué)教師的數(shù)字素養(yǎng)和信息化教學(xué)能力，助力科學(xué)教師用好科學(xué)教育研修平臺，實現(xiàn)平臺效益的最大釋放。線上與線下專業(yè)發(fā)展支持體系形成合力，共同賦能高素質(zhì)、專業(yè)化的科學(xué)教師隊伍建設(shè)，支撐科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展，為建設(shè)教育強國、科技強國奠基。