裴新宁

植根中国境脉，探索科学教育规律，转变教学方式

正如基础科学研究对于科学事业发展的重要性一样，科学教育改革的有效推进，也离不开广泛深入的基于本土的循证研究。相比国际经验，我国科学教育领域的理论创新成果和循证研究成果还有不小的缺口。实践亦表明，忽视文化历史境脉，一概照搬某些发达国家的做法，或简单套用某个新术语、新名词，对改变本土现实境遇成效不大。

科学教育的成功需要坚持长期主义，要仰赖多方的持续努力。当前，我国科学教育进入了新的发展阶段，科学教育研究的科学化比任何时候都重要。我们需要通过科学研究真正了解自身，找到真问题，找准对症的方法、途径，以坚实的学术积累有力支撑科学教育质量的提升。以学校科学教育改进为例，我们需要确立新的审视课堂的视角和框架，让教师理解学生经验的内涵，从而掌握有效的策略和方法，真正以学生经验为中心，帮助学生成长。对此，我们从学习科学研究中得到启发，也从深入的学与教、行为与过程的比较研究（如“中法比较”“中美比较”等）中获得洞见，形成了“聚焦课堂学习，专注教师行为”的循证改进系列实践。将之简要概括为以下研究路径：①围绕科学素养关键要素确立研究视角，审视科学课堂；②基于课堂科学学习的基本结构对教师行为建模；③以学习科学理论指导研究设计，构建学习中心的适应性分析框架；④以人工智能和大数据技术赋能系统化设计与研究，实现嵌入式评价。在10 余年的区域性先行先试探索中，优秀科学教师不断涌现，众多青年研究者（有许多是一线教师）成长起来，成为熟练的科研骨干。

科学教育循证改进行动新议程

涵养青少年科学志趣，培养基础科学后备人才，需要全面改进科学教育质量。针对已有研究所反映的我国科学教育的现状和问题，循证改进的议程应着重在3 个方向作出研究投入和推进，即开好科学实验、丰富学习机会和创新科学实践。在这3 个方向上同时带动教师的专业成长，重点任务是发展教师的科学探究能力、技术理解力，以及利用技术支撑科学学习活动的设计能力。

方向1. 开齐、用好科学实验，强化探究性实验

让学生认识到科学是通过系统的观察和实验对我们周围现象和事物的研究，是学校科学教育的基本任务之一。实验教学是实现新技术时代科学教育中价值教育、思维教育、创新教育相统一的重要途径。

要引导学校及教师深入理解科学实验的价值，开齐开好实验 科学影响我们对世界的认识，其主要途径之一就是通过科学精神、科学方法，而实验过程本身富含科学精神、科学方法之养分。经验不等于观察（科学观察需要通过专门的工具、遵循科学协定）；课堂上仅凭生活经验或教授常识，很难真正让学生学到科学思维，而科学实验是帮助学生从生活经验上升到科学思维的关键步骤。儿童的科学学习需要发生概念转变，科学实验是儿童科学观形成的正当经历和必由之路。许多研究表明，面对一个抽象的物理学概念，如果缺少必要的实验经历，学生很难对现象加以正确的抽象，甚至很长一段時间科学学习停滞不前。

要积极对实验教学作出改进创新 实验可以带来主动学习（具有动机激发作用），但主动学习不一定带来探究性学习。许多实验教学注重让学生学习很多实验技能和步骤，但这不代表学生能理解科学探究、能真正掌握科学探究的过程与方法。需要克服实验教学中“有形少实”的现象，提高师生对科学实验的认识论意义的理解。通过做实验，让学生参与探究，更好地理解科学的本质，理解知识、方法、建制之间的关联，逐步建立认识论通路。如此，才可能学好科学。为此，实验教学创新应在以下几个基本方面进行努力：①把实验室作为真实科学的“实习场”。实验室是让学生从事专业性科学探究和问题解决的实习场，学生经历像科学家一样的认识论过程，从而建立个人世界与自然世界、社会世界之间的多重联系。②实验教学要将促进学习的身体过程、认知过程、情意过程、社会过程有机统一，充分支持学生主动探索和创造性地解决问题。③让学生学习使用一些新技术、新工具、新方法，理解科学是不断向前的、创新的。④训练学生提出问题、解释论证、书面表征等基本能力。⑤使用新技术赋能探究过程和抽象思维，以充分支持学生的个性化学习。

方向2. 丰富学习机会，让学生在深度参与（专业实践）中学科学

研究发现，对科学的本质、科学的社会文化作用的理解等情境性素养的提升，并非靠知识的积累，而是通过社会性行动和真实性实践。这也启发我们，科学素养的提升，包括青少年科学志趣的涵育，根本上是一场双向奔赴的行动，即青少年或科学外行人参与科学家的专业实践，科学家参与科学外行人的社区实践。

要重视非正式环境中科学学习的具身性价值，提高对非正式科学学习指导的专业性 好奇心是从事科学研究的内在动力，但真正起作用的是“认识性好奇”（为求知和理解而更深入、更有序、更努力地投入），而不是“消遣性好奇”（人类及许多动物被新奇事物所吸引而出现的知觉水平状态）。校外学习设计的专业性对激发和维系学生的好奇心十分重要，要从集体游览式参观、听从讲解，转变为学生体感、知觉的深度参与，引导学生的学习性投入。为此，一方面，教师要善于整合校内外资源，设计适应性的学习任务、过程和学习脚手架；另一方面，场馆等非正式学习环境在展项环境设计时应适当嵌入（预留）探究性学习路径，充分发挥展项的学习给养功能。

高校、科研机构结合科研工作设置公民科学项目 这些项目可以独立组织，也可以与学校科学教育项目结合，让学生作为研究者参与其中，在专业的科学研究实践中学习，从而实现科学建构与身份建构并行。相关部门可以设置专门的公民科学研究资助计划，以鼓励多主体形成专业性合力，有效投入青少年科学素养提升行动。

转化科学沟通语言 我国越来越多的富有教育情怀的科学家积极投身科学普及前线，研究表明这种沟通实践对科学家深化对所从事的科学研究的认识也是有益的。但“沟通不畅”的情况并不鲜见。在科普实践中需要“蹲下身来”倾听儿童、观察生活、洞悉科学的社会文化作用，才能找到适合的科学沟通语言。在以上各项新工作中，需要伴随同步研究，基于证据不断推进。

方向3. 开展以理解真实的科学研究过程与方法为目标导向的科学实践

这是颇具挑战性的方向，尤为需要在研究引领之下的循证推进。

科学课堂要保证充分的科学实践 目前科学课程教学改革中的一些任务让不少教师感到困惑，科学课上一些基本的科学实践也难有保障。比如，虽然一些计划使用了大概念、跨学科等新概念，但由于缺乏對这些名词之下学习本质的深入理解，不少教师苦于摸索如何划分知识结构、编排教学序列、预制教学目标，以期超越单科教材现有结构，集成一个新的含有多学科成分的“大单元”，然后让学生学习（或教师教授）这个既成的“大课程”。这种变相的知识内容导向、教师中心的实践，非但没有充分的研究证据显示其优于传统教学，反倒由于缺乏对学生经验生成路径的关照，而往往增加了学生负担。这种情况可以尝试通过“强框架”进行转变。比如构建以不同的学习模型为基础的数字化科学学习平台，通过让教师参与理论引领的课程设计过程，帮助他们转变教学行为，让教师通过多模态数据和信息看到并理解班级学生在学习路径、工具使用、问题解决策略等方面的差异性和多样性，从而有针对性地引导学生投入科学实践（如进行科学解释、科学建模、表征使用等），使得他们真正通向对科学大概念的整合性理解。

利用科学与工程实践创新科学教育途径 多种工程情境和任务往往要求学生学会解决不同的实际问题，让学生学到新技术、新方法，但是不能流于表面热闹，而要让学生探索复杂现象背后的科学问题，理解其中的核心知识。科技活动囿于形式化、流程化会引致诸多弊端，不仅会造成对科技设施和时间投入的严重浪费，也会误导学生对科学事业的态度，使科技活动变得不可持续。唯有让学生浸润于“深研”，才能培养出他们对科学的热爱和投入。为此，不同部门应继续在深研上为后备人才成长创造机会。比如深化对科学调查体验活动的研究跟进，在科技场馆建立专门的学生研究室、高校实验室及科研机构的“公民科学进学校”等。

在科学教育的内容、方式和评价上，要反映科学的本质和科技发展的时代特征 学校科技创新活动要谨防“去科学化”，转变“高技术、低科学”现象。为此，需要切实的研究帮助。一是积极组织研究和探索科学、工程与技术的整合途径，理清基础性素养与科学素养，以及科学与技术等的关系，充分发展科学素养的关键能力。二是通过试点项目，构建将工程学方法用于科学探究，将工程问题科学化的情境、方法与设计原则的知识库。三是加强研发以学习理论和科学研究过程为基础的数字化学习平台，让学生充分利用数学和信息技术进行科学建模、数智模拟、计算实验等，投入真实的科学研究过程，并嵌入伴随式评价工具。在课程形式上，既要目标导向（如项目式学习），又要充分保证自由探索，为学生提供从事真实科学探究的广阔空间。

（本文由作者在2023世界公众科学素质促进大会“涵养青少年科志趣，培养基础科学后备人才”专题论坛上的发言整理而来，感谢郑太年、朱晶、符国鹏等同志对本文前期研究提供的帮助）