裴新宁/为有效提高青少年的科学素养，确保学校高质量师资供给是重中之重；同时要创新实施途径，支持学生涉身科学现象的探索，参与丰富多样的集体性科学实践。

 

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作者信息裴新宁/华东师范大学教育学部教师教育学院教授，博士生导师，华东师范大学学习科学研究中心共同主任，华东师范大学科学教育研究与教学中心执行主任。

本文摘要

践行科学教育的高质量发展和创新发展，需要厘清科学教育的一些基本概念，重新审视相关途径的有效性学校科学教育可通过综合课程或分科课程来实施，但二者不是简单的综合与分科的关系；教育者应重视基于学习的本质、遵循科学的逻辑，将科学知识、过程和建制作为整体，帮助学习者理解科学并学会将科学知识和方法作为探知世界的方式。

科学教育中跨学科途径的价值体现于思维创新、主动学习、革除传统教学弊端和认识科学的广泛联系今天，科学素养的内涵已发生深刻变化为有效提高青少年的科学素养，确保学校高质量师资供给是重中之重；同时要创新实施途径，支持学生涉身科学现象的探索，参与丰富多样的集体性科学实践。

以信息技术、人工智能为代表的新兴技术的快速发展，正改变着科学研究的方式，使科学以全新模式对社会与个人生活产生了广泛渗透与此同时，全球科学教育的重心正在向提高所有人的科学素养转移我国已经成为全球有重要影响力的科技大国，党中央作出实施创新驱动发展战略、建设世界科技强国等一系列重大战略部署，这对人才培养，特别是对作为科技创新前提的科学教育，提出了高要求、赋予了重大使命。

我国教育界和科技界联动，大力推进科学教育的高质量发展和创新发展可以说，我国科学教育迎来了前所未有的发展机遇，但同时也面临着更加艰巨的挑战为建设教育强国，加快实现科技自力自强，科学教育的一些概念和途径需要重建，为此首先需要重新认识一些基本问题。

例如，什么是科学教育？它与学科教育、跨学科的关系是怎样的？如何理解科学素养？什么样的实践更可能有效提升科学素养？本文主要以知识观和学习观为分析视角，对上述问题重新作出思考，以期对我国科学教育创新有所启发。

一、什么是科学教育对于什么是科学教育，这在全球很难统一出一个答案一方面，对这一问题的回答与对科学的理解紧密关联；另一方面，文化情境以及社会经济状况的不同，带来各国科学教育立场和发展道路的差异同时，不同国家科技发展战略需求的变化，使其科学教育的目标、内容和方式发生着变化。

尽管如此，仍可以从关于科学教育的多种表述中，就科学教育的目标、内容、过程和时空这四个相互关联的特征性维度，概括出一些基本共识，从而透过这些关键特征，从整体上认识今天的科学教育，并明确我国科学教育的定位第一，从目标上看，科学教育即科学素养教育。

科学素养是21世纪科学教育的核心，几乎所有国家都将提升科学素养纳入各级各类科学教育的基本目标乃至作为终极目标科学素养包括个人、群体（组织）、社会三个层次，随着新一轮科技革命的到来，科学素养的内涵发生了深刻变化。

目前国内外中小学科学教育发展科学素养的主要关注点是，让学生认识科学本质和进行批判性思考、成为负责任和知情的公民；相应的有效途径是进行科学知识的运用和科学探究、参与社会性科学议题的讨论和科学问题的解决第二，从内容上看，科学教育即自然科学教育。

科学教育是指以自然科学内容为主，发展学习者科学素养的教育教学活动狭义的科学教育是指中小学阶段以科学类课程为主渠道的科学教育，既包括以物理、化学、生物、地球科学/自然地理等学科为依托的分科教育，也包括各学科相互渗透、交叉、融合形成的综合性教育。

而今，技术时代的科学教育涉及的学科还包括信息技术、工程、通用技术等与科学的生产及应用紧密相关的学科大多数国家将科学教育的内容载体定位于自然科学，并关注其中所蕴含的人文意蕴，强调科学教育中科学价值与人文价值的统一。

第三，从过程上看，科学教育是关于科学知识、方法/过程与社会建制的整体性教育面对当今世界的复杂多变，科学教育的重要性不在于只传授科学及相关学科（通常指科学、数学、技术、工程等）的知识，而在于让学习者认识这些知识是如何产生的，理解与科学知识相关联的科学方法、过程和建制，从而帮助他们有效地利用科学知识和方法去探知世界，应对世界的变化与挑战。

面向21世纪发展需要，中国科学院学部（国家在科技方面的最高咨询机构）提出，科学教育是“将科学知识、科学思想、科学方法、科学精神作为整体的体系，使其内化为受教育者的信念和行为的教育过程”第四，从时空上看，科学教育是跨空间的持续养成教育。

人们对科学的理解和使用是伴随终身的，提升公民科学素养指向所有人一个人完成了正规教育阶段的科学教育，并不意味着他已完全了解科学及其影响即使是一位成功的科学家，对科学的认识也可能是有限的科学的不断演化、技术的日新月异，对公民科学素养的要求已不同以往。

尤其，我国在向全球创新中心迈进的过程中，更需要每一个人更懂科学、更关心科学的作用与限度，负责任地参与公共科学事务，批判性地分析问题和作出明智决策因而对科学的学习是终身的、跨空间的对此，校外非正式环境（如家庭、工作场所、博物馆、社区、社会媒体等）中的科学教育（又称“非正式科学教育”）有着重要作用，尤其在时空和功能上，成为科学教育不可或缺的组成部分。

优质的非正式科学教育不仅有利于培养儿童及青少年的科学兴趣，扩展他们的探究机会，也是全面提升公民科学素养和加强科学文化建设的重要途径面向我国建设教育强国、科技强国的发展目标，科学教育是所有人必需的科学素养的养成教育，但同时担负着培养科技后备人才的使命。

二、科学教育与学科教育科学教育主要是依托自然科学内容或话题而实施的，涉及不同的学科学科的划分和交叉是一种认识现象学校科学教育在课程设置上，有（综合）科学、物理、化学、生物、地球科学/自然地理等，这些科目之间不是简单的综合与分科的关系，而是科学系统的不同层次在教育内容上的体现。

基于综合式或者分科式的学习，获得的对科学及科学研究不同构面的认识，统一于对自然世界的整体理解因而，科学教育，无论是综合的还是分科的，都不能只教知识，而是要将知识、过程和建制作为整体，让学习者理解科学，主动参与科学，涵养科学精神品质，从而真正提升科学素养。

从世界范围看，先进的科学课程体系以学习的本质和科学的本质为基础，致力于在不同学习阶段（如学前、中小学、大学）之间以及科学的不同领域之间建立连贯进阶这种设计顺应学习者认识发展的需求，从而更可能最大限度地发挥正式科学教育的育人价值和促进科学发展的价值。

我们看到，各国的中小学课程中综合性科学课程与分科的物理、化学、生物、地球科学/自然地理、信息科技等课程是长期并存的，但是，在课程标准、课程内容、学习目标与学习方式等方面已不再各自为营，而是遵循学生学习的机制，将不同领域和不同形式的内容统合于科学文化境脉与科学实践逻辑之中，构成联系的整体。

由于智能时代的科学发展与数学和信息技术的关系愈发紧密，数学、信息技术等知识和方法对于学好用好科学来说也愈加重要，因而有必要在基础教育阶段的科学课程体系中纳入生物统计、概率、科学建模、计算思维等内容的专门学习。

这种新的综合旨在帮助学生使用现代信息技术和计算工具，分析和解决问题，认识现代科学发展，掌握符合时代的科学方法和科学思维需要进一步说明的是，科学教育以综合（如综合科学）还是分科的途径进行，重点不在于优先教授何种科学知识，而在于怎么教。

长期以来，我国的科学教育，甚至基础教育阶段的科学教育，是基于学科的，关注对内容知识的教授，较少考虑世界之原本，也更为忽略科学教育中的人文成分，甚至把人文价值与科学价值相分离这种模式的弊端日渐凸显，成了教育创新的严重桎梏。

过早地分科以及过度强调分科教学模式，强化了将科学作为分科而学的定式，导致了知识体系的割裂，从而使科学教育远离了科学发展的现实及未来，不利于学生的全面发展和创新人才的成长总体上，科学教育走向综合是不言而喻的趋势，这是科学发展对科学教育整体改革提出的要求；而科学教育研究中的跨学科合作亦创造了更加丰富的新颖成果，进一步推动了科学教育中的学科融合。

不过需要注意的是，新的科技革命和国家重大科学发展呼唤学科交叉，但这并不意味着要抛弃基础学科相反，关键技术的攻坚克难更需要基础科学的原始创新学科交叉既是学科分化的结果，也是学科综合（渗透）的结果重要的是，应从国家战略的高度建立科学教育的整体图景，并明确各个阶段和层次的具体培养目标，重新思考和构建科学教育的内容和方式。

这对我国科学教育的发展和科技创新人才培养尤为重要三、科学教育与跨学科跨学科课程或活动的兴起，缘于对打破学科隔阂、回归科学系统的普遍诉求而做好跨学科课程或活动的设计和实施，首先需要克服传统思维惯性的障碍，确立整体的知识观。

从文献追踪来看，科学研究中跨学科范式建立的学术背景主要包括科学知识的生产方式的转变、科学研究方法的转变、情境学习的发展科学教育中跨学科方式的流行也受到类似的影响但是，跨学科不一定带来科学教育的变革——如果仅仅做到将不同学科放在平等位置上。

这里作为科学教育变革途径和工具的跨学科，其核心在于“知识整合”（包括内容知识和方法-过程知识），是将科学置于特殊且重要位置的整合，涉及认识论的转变科学教育中的“跨学科”主要有两种取向：一是方法论意义上的，即“跨学科方法”，是指对不同学科方法和工具的调用；二是基于问题的，即“跨学科问题解决”，是指为了解决单靠某一学科不能或难以解决的某些问题而开展的学习活动。

这样的跨学科努力，可以使科学学习发生于非传统的复杂和真实情境之中，为践行科学思维和科学方法的教育提供新路径具体而言，科学教育中的跨科学途径重视的价值主要有四个：思维创新、主动学习、革除传统教学的弊端、科学的广泛联系。

第一，思维创新出现于学校课程中的STEM课程(项目)常被视作典型的跨学科活动，甚至有时被认为是科学教育的新模式在笔者看来，它的价值不在于几个学科内容的相加抑或不同学科的教师同上一节课，更不等同于“动手做”，而在于重建科学学科之间及与其他相关学科之间的真实联系，借此将学习者带回到科学的复杂系统中去认识真实科学，从而有机会发展学生处理复杂问题的技能。

这样更有利于践行科学教育的重要目的，如激发学习者创新潜质，掌握提出科学问题的方式和循证方法，培育求真求证的科学精神以及批判性思维，成为社会的积极共建者因而，成功的STEM学习的关键在于“跨学科思维”的运作，是思维的重建。

这一机制有待更深入的研究第二，主动学习通常在一些课程与教学设计中，教师执着于对知识序列的安排（如先教什么、后教什么），然而跨学科学习设计的核心是激发学生主动学习教育者要设法营造有利于发挥学习者个体及集体能力的情境，让他们开放地探究、合作、批判、理解、创造，以免在不利于能力发挥的情境中将学生局限于知识的“死循环”。

为此，科学教育者需要将精力集中于把学习视作参与解决具有社会意义（而非仅仅关注个人意义）的真实问题，并推动这种学习，而不是纠结于是否要在教给学生A知识之前，先教给他们B知识，或者反之其实A知识或B知识都可能在学习解决问题的过程中习得，甚至必要时可进行直接教学（这时直接教学作为问题解决学习的脚手架，可由真人教师或者智能代理提供）。

许多研究和实践证明，基于项目的学习、基于问题的学习、设计中学习、有效失败学习等模型，都可以提供具有“主动学习”“问题中心”等功能的、结构化的跨学科学习情境，有助于改进学习成效第三，革除传统教学的弊端跨学科课程试图从根本上改变传统教学方式——一成不变的演绎式。

比如，先呈现概念，再例示概念，然后有练习和应用；学习与活动是分离的，学生是被动的知识吸入者跨学科课程学习中，知识、技能和方法的习得是镶嵌在学习过程之中的，学习与活动是整合的所以教育者及设计者要精心设计探究学习经历，并提供相应的环境、工具、资源等保障。

跨学科课程并不是我们看到的这样一些现象，比如，先集成庞大的知识体，然后让学生去学（或者给学生教授）这个既成的“大课程”没有实证研究证据表明这种做法的效果优于传统教学，但实践表明它会带来更多负担第四，科学的广泛联系。

科学教育中的知识整合趋势，是对绝对分科教育所导致的现实问题作出的回应，承认知识本质上是彼此联系、互成因果的，知识和技能的本质在于分工新近的学习科学及脑科学研究支持了这种知识观现实中，一些教师把科学、技术和社会紧密联系在一起，目的是帮助学生更易理解专业术语，如教材或数学中的科学概念。

然而，这一目的并非科学教育中知识整合的全部因为科学、技术、数学、道德与法治等课程依然可以关起自己的门来实现这一目的科学教育的知识整合，还包括知识获取的方式，承认个人寓于集体之中，人们通过参与活动（包括参与其他共同体的活动）来习得知识。

国内外案例研究展示了高质量科学教育所倡导的跨学科方式的广远价值：将科学与其他领域结盟，让学习者认识到科学具有广泛的关联，科学通过与社会文化环境相联系而得以发展，从而更负责任地对待科技、自然及自身、生命、环境，成为社会协商的明智参与者。

四、科学素养的维度与培养途径当前国内外的科学教育改革方案十分强调科学素养，但是所提出的实现途径并未充分考虑不同群体如何以更为广泛、多样、适应、负责任的方式来实践科学科学素养被一致地认为是衡量教育成果的重要指标，科学素养的维度及其构成引导着科学教育的方法和途径。

然而，究竟什么是科学素养、如何提高科学素养，对这两个问题的理解还非常多样、深浅不一从本质上看，这些理解与对知识和学习的理解是分不开的对许多科学教育者而言，科学和科学素养的概念是理所当然的，习惯了去使用它们，而很少去质疑它们。

例如，对科学及科学家的印象还限于实验室中的工作，对提升科学素养的途径的看法还停留于在教室或实验室中开展科学教育中小学科学课程在让学生“更像科学家”的方式上做了不少努力，但很多时候过分简化科学研究实践的真实性（如注意物理情境的真实，而忽略认识论情境的真实），也较少顾及不同学生的自身情境。

如此这般地持续，一些“高大上”的活动依然未能带来真正的学习，也未能显著提升科学素养因而，有必要反思关于知识与学习的认识模型，重新审视科学素养及其培养途径（一）科学素养的经典维度：个体能力特征经过半个多世纪的积累，科学素养的研究成果已极为丰富，其中对个体科学素养的共同关注包括七个方面: 基础性素养、内容知识、理解科学实践、识别和判断恰当的科学专门知能、认识论知识、对科学的文化理解，以及倾向和思维习惯（见表1）。

这也反映了目前研究界对科学素养的理论共识表1对个体科学素养的共同关注

纵览各国对于学校科学类课程中科学素养目标的界定，尽管各呈其词，但大致可以从认知、能力（行动和潜能）和个人品质三个方面加以归类分析不同的陈述可以发现，目前中小学通过课程途径提升科学素养的主要理据是，学生在课堂上的活动应该能够用于当前和未来的生活之中，而非当下生活的一部分（即学习和活动依然是脱离的）。

换言之，为儿童及青少年设计的学校科学课程，往往是“纯粹的”，对科学素养培育的连贯一致性和情境性并未作充分考虑国际上的批评声音主要集中于认为这样的课程不但与“公民”目标相脱节，而且难以培育出科学家我国也存在类似的情况。

经过20年的基础教育课程改革探索和教师培训，教师们对一些新理念已经耳熟能详，也熟悉了针对某个概念或技能的教学法，甚至已在勾画各种“大概念”及操作路线图但是，科学课堂上快节奏、小步子、探索不充分、急于检测成果等操作依然很普遍，且反映“真实科学生活”的重要过程如科学推理、科学建模、科学论证等也不多见。

这种“教室中的科学”可能让学习者在短时内记住许多知识，却很少能真正影响科学态度和科学行动这些现象的长期存在，说明科学素养教育依然立足于这三个假设：科学素养是个体属性；科学是人类理性行为的典型模式；校内知识可在课后用于生活。

由此，研究者及教师们经常考虑的是：该如何使个体学会应用（内化）或建构特定的科学概念；该教授哪些科学内容；该如何让学生把科学用于课外情境中这些思考是顺理成章的，相应的研究成果及实践也比较丰富，然而从现在及长远看，却是有局限的、偏颇的。

因为，这其中有意无意地忽视了知识和学习的一个重要维度——参与社会行动（或集体实践），忽略了科学素养的集体情境属性；忘记了科学理性从来都不是一意孤行的，而总是在人们日常的集体决策过程中可能用到的资源之一如果没有这样的集体情境让科学素养处于真实实践中，那么，我们提出的对科学素养的各种美好想象可能都难以兑现。

（二）科学素养的新维度：集体实践其实，科学素养的集体实践维度的重要性早已被意识到，相关表述也并不陌生例如，20世纪70年代，伴随着结构主义课程向社会课程的转向，美国科学教师协会指出科学素养关涉人们在与周围世界和世界中的他人互动时，使用科学（内容、过程和相关价值）进行日常决策。

近年来，美国为其基础教育建立了科学教育的新框架和新标准，重视给学生提供参与科学实践的更多机会，尤其注重以科学与工程实践及数学的联系为基石，建立面向科学素养的科学教育统一框架，以打通学科隔阂并联结当下和未来。

但是现实中可行实践不足以及基础设施、差异和公平等方面存在的问题，让这一行动方案正面临许多挑战又如，经合组织（OECD）关注科学素养对国家经济发展的预测价值，认为有科学素养的人愿意参与关于科学和技术的理性对话，而这种对话需要一些基本的科学能力，如科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据等。

以此为基础的国际学生评估项目（PISA），设置了涉及科学沟通、利用计算机协作解决问题的能力测试再如，继2015年欧盟委员会提出《为负责任公民的科学教育》框架之后，2019年欧洲议会针对教育中的挑战，重新界定了科学素养的内涵，指出科学素养超越了科学内容的知识，应该理解为能够批判性地参与科学相关议题并作出明智的决策，提出了更为综合的框架，包括基础性素养、科学知识和能力、对科学的情境性理解、批判性思考、社会参与的主动性等核心内容，并指出它们与媒体素养、积极公民身份、全球胜任力等素养密切相关，呼吁所有教育层次和学科领域都要纳入科学素养的各要素，将科学素养作为重要的学习结果。

显然，科学教育政策中已不乏对科学素养集体维度的表达，但是研究领域中的讨论依然落于个体胜任力层面的表现，对群体乃至社会系统层次的科学素养的合力作用关注不够不过，这正在成为科学素养研究和决策的新方向欧盟、OECD等国际组织及美国等国家，已经着手新的科学素养研究和教育实施行动。

例如，一些过往比较边缘的话题（科学伦理、科学精神、科学共同体规范等）和以“沟通科学”“参与科学”为目的和手段的教育形式（科学辩论、科学戏剧、科学文学等），现在都出现在科学教育政策和研究的话语中这些关于科学素养的新行动秉持这样的立场：科学素养，重要的不是作为个人属性的知识和技能，而是那些人类可以集体利用、发挥作用的知识和技能。

由此，科学素养如何作为群体实践而发挥作用，成为科学素养研究新议程的核心（三）指向科学素养提升的科学教育新途径及相关建议与科学素养研究的新议程相呼应，在基础教育领域出现了重视集体实践的科学教育途径，它们凸显“探究-参与”取向的科学学习观，即强调学习者参与科学专业共同体的实践，科学专业人士参与“科学外行人”的社群实践。

这些新途径让青少年更充分地参与科学、认识科学本质，用新型工具解决相关问题，从中发展科学兴趣针对国际评估（如PISA）结果折射出的我国义务教育阶段科学教育的短板（如学生对科学知识的生产过程及科学本质缺乏深入理解，对科学方法的意义和运用缺乏真正的掌握，对科学的兴趣缺乏持久性，多数学生对科学事业认识不足等），真正提升科学教育的质量，需要从根本上改变惯习性的低效途径。

大量研究显示，多数学生在14岁之前就形成了自己对学校科学的兴趣和态度，且学校科学教学的质量是影响学生科学兴趣保持的关键因而，确保义务教育阶段科学教育的高水平专业师资供给，是重中之重与此同时，应根据学习规律，将科学教育活动的重点转向让学生投入于对科学现象的探索，为学生深度参与科学实践、在社会行动中理解科学提供支持和帮助。

对此，有必要在以下三个方面展开更多探索一是运用多样、新颖的科学实践对小学高年级以上的学生，可将工程学方法用于科学探究，或将工程问题科学化（探究工程问题背后的科学原理），利用数学和信息技术进行科学建模、数智模拟和计算实验。

这些实践都涉及借助合作、协商、权衡各种因素并作出决策等集体实践，利于科学素养的提升二是科学建构与身份建构并行让学生进入真实情境或模拟场景中，学习处理科学、技术与社会因素的关系，了解科学家包容的科学经验和实践，批判地使用科学，以逐步形成伦理判断力，涵养科学价值观。

三是参与科学研究过程学校为学生提供专门的课题研究机会，并鼓励他们参与公民科学计划等与一般的科普活动不同，公民科学把民众作为科学研究的参与者例如，中学生与当地的科学家合作，参与海洋、环境、动植物等与学生自身关系密切的问题的科学研究。

公民科学是国际上普遍认可的科学素养提升和科技人才早期培养的重要方式我国越来越多的大科学基地正积极设立面向青少年的公民科学计划，其中的实践鼓励参与者使用社交媒体和技术增强的数据获取方式，参与真实科学研究，接触科学共同体，有力地加强了科学、教育普及与科学研究之间的互动共进。

在教育数字化转型的大环境下，上述这些探索应当成为我国科学教育政策、研究与实践的新方向，纳入国家科学教育发展战略和新一轮科学课程实施的议事议程，加以鼓励和推进，从而充分利用现代技术优势，加快科学教育新途径的构建，力争率先在一些方向上走在世界科学教育的前列。

（本文编辑：吕允英）

完本文内容刊登于《中国教育学刊》2022年第十期建设高质量科学教育体系研究专题，图片来源于包图网，仅作分享交流用著作权归原作者所有，若转载请按以下格式注明来源↓↓↓本文转自微信公众号“中国教育学刊（ID:zgjyxk)‘’。

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