小学科学论文：以科普教育推动科学教育高质量发展

从“知识导向”到“素养导向”：科学教育
高质量发展的路径
习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时强调，要加强国家科普能力建设，深入实施全民科学素质提升行动，线上线下多渠道传播科学知识、展示科技成就，树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚，并要求在教育“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。

2023年5月，教育部印发《基础教育课程教学改革深化行动方案》，进一步将“科学素养提升行动”纳入课程教学改革的重点任务，这是贯彻党的二十大精神，统筹部署教育、科技、人才“三位一体”发展的重要体现。

科学教育是全社会共同的事业。

作为科技工作者，积极支持和参与科学教育是我们应当肩负的社会使命。

我们有责任和义务为发展科学教育、提高科学教育质量、提升青少年科学素养做贡献，立足专业优势、配合学校教育，促进科学教育从“知识灌输”向“素养培育”转变。

一、重视科学本质，转变“应试”思维
科学的本质是探索未知，主要目的是通过学习和利用已有的知识，发现和获取新的知识。

科学是一种基于事实证据和逻辑推理来认识世界的方法，需要应用多种科学方法和科学思维，形成一组事实、理论和模型，从而形成我们对世界的认识。

这意味着，科学和我们对世界的认识是不断发展变化的。

在科学教育中，这种科学本质向教师和学生传达了这样的信息：我们现在传授和学习的这些知识，是科学家现阶段对自然界的认识，以前的认识可能不是这样的，以后也可能会产生新的认识。

比如，人们对太阳系行星数量的认识就是不断变化的。

曾经一段时间里，太阳和月亮被当作行星，而地球则不被当作行星；后来，人们对太阳、地球和月亮的认识发生了变化，并且天王星、海王星和冥王星被人类逐一发现；再后来，科学界又对行星的定义做出了修改。

所以，在过去200多年间，太阳系的行星数量在7颗（金星、木星、水星、火星、土星、太阳和月亮）、5颗（金星、木星、水星、火星、土星）、6颗（金星、木星、水星、火星、土星、地球）、7颗（1781年发现天王星）、8颗（1846年发现海王星）、9颗（1930年发现冥王星）、8颗（2006年科学界修改行星定义将冥王星除名）之间不断变化。

由此可见，科学不代表恒定正确的真理，科学知识不是绝对的、静止的，而是可以被修正的。

因此，在进行科学教育时，相比于知识的传递，我们应当更重视探究实践过程的规范化、标准化——过程比结果更重要。

从这一角度看，科学教育的效果以及学生科学素养的发展情况，不能仅靠传统的书面测试来考查、评判，必须转变“应试”思维，尽可能地让书面测试与面试交流、动手实践等方式相结合，实现全面测评，避免学生把科学理解为具体的科学知识，而选择以记忆的方式掌握各种知识，以应付不同类型的考试。

而且，不同学生的智力发展速度不一样，对各个学科领域的兴趣也不一样，好的教育应当要给予他们充分的时间自由探索、自由发展，因此，这类测评的结果只应作为教师改进教学方式的参考，而不宜作为选拔学生的依据，这样的科学教育更符合科学本质。

二、重视学生前概念，优化教学设计
小学阶段是学生从形象思维向抽象思维发展的关键时期，这一年龄段的学生对眼前看到的事物容易产生印象，并逐渐开始理解无法感知的事物和抽象的概念。

小学科学课程中有大量的科学概念，概念之间互相联系、衔接进阶，形成了科学教育的基本框架。

学生在上科学课之前，可能已经通过电视、网络、报纸、图书等方式，获取了一些相关信息，形成了相应的前概念。

这些前概念可能是对的，也可能是错的。

科学教育的一个重要任务就是关注学生的前概念，评价科学教育的效果要重视学生对科学概念的理解。

学生的前概念无论对错，都可以成为教师上好科学课的出发点——如果学生的前概念是错的，教师就要在课堂上加以纠正；如果学生的前概念是对的，教师就应在此基础上进行拓展，深化学生对科学概念的理解。

以“电路”学习为例。

大多数学生在学习电路知识前，并不知道电路到底是一种什么样的“路”、电流是如何产生的、灯泡为什么会亮。

调查发现，不少学生认为电池的正极和负极相撞就会产生电、电流摩擦或燃烧后会产生热、电流从电池一端流出后会被灯泡“消耗”并点亮灯泡。

这些前概念是错误的，也叫迷思概念。

此时，教师在教学设计中就应侧重让学生认识到电流从正极流出，会沿着一个方向流动并守恒，电流经过电阻很大的灯丝，转化为热能，导致灯丝温度升高而发光，而且发光的过程就像烧红的铁块那样，从黑色到红色，再到白色，温度越高就越亮。

不同地区、不同年龄段，甚至不同文化和社会背景下成长的学生，对同一个科学概念的认识是不同的，教师在备课时应当以学生前概念调查结果为出发点，有针对性地进行教学设计，在评估教学效果时，教师不能仅考虑学生对科学概念的理解程度，要通过量表考察教学前后学生对科学概念理解的转变程度。

这样的科学教育才能落到实处。

三、重视兴趣启发，强调学习进阶
“当科学家是无数中国孩子的梦想，我们要让科技工作成为富有吸引力的工作、成为孩子们尊崇向往的职业，给孩子们的梦想插上科技的翅膀，让未来祖国的科技天地群英荟萃，让未来科学的浩瀚星空群星闪耀。

”这是习近平总书记在2018年5月28日中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上的讲话。

小学阶段是科学教育的启蒙时期，引导学生正确看待科学、理解科学，激发学生兴趣，才能让学生更好地进入科学探索和科学发现的阶段。

如果学生认为科学是有趣的，就会主动去了解、认真去学习；如果学生认为科学是晦涩难懂的，就会产生畏难情绪，以致影响后续的科学学习，甚至影响其未来的职业选择。

兴趣是最好的老师。

我们在云南省昆明市五华区一所学校做科普报告时，坐在门边的一位小学生引起了我的注意。

他对天文很感兴趣，会积极举手回答我提出的每个问题，相关知识储备遥遥领先其他同学，甚至超过了学校老师。

事后一打听，这位学生在日常生活和学习中会有一些偏激倾向，老师和同学都不太喜欢他，甚至将其视为问题学生。

但是，这个孩子的学习并不限于课本上对考试有用的知识，而是有强烈的好奇心、想象力、求知欲，愿意主动学习。

这样的孩子，虽有缺点，却具有成为未来科学家的早期潜质。

教师如果不能重视依凭学生的学习兴趣，给予有效的引导，就有可能让具有创新创造潜力的好苗子失去教育的养分。

科学学习的内容，时间跨度和空间跨度都很大，学科多样、系统复杂，这些是孩子们难以掌控的，需要我们设计好进阶的学习模式：从形象思维到抽象思维要有进阶；从身边的具体事物到遥远的、难以感知的事物要有进阶；从生活空间到微观世界、宏观宇宙之间要有进阶；从一小时、一天到一个月、一年，再到文明起源、生命起源、宇宙起源之间，也要有进阶。

这样的进阶体现在小学科学教材编写和学习内容构建上，低年级科学学习的主要对象是动物、植物、矿物等身边的事物；到了高年级，则应该增加物质组成、能量传输、宇宙天文等抽象事物的学习。

科学教育包括许多不同的学科门类，每个学生的兴趣不同，心智发展水平也不一样，这就决定了科学教育要重视学生的兴趣差异，分类施策激发他们学习科学的动力。

合理的进阶学习模式设计能够让学习内容更好地适配学生的思维发展，也更能够充分地激发学生的学习兴趣，从而促进学生创新力和创造思维的发展。

四、重视学生主体，重构师生关系
科学教育强调通过探究实践的方式来学习，使学生在此过程中形成科学观念、训练科学思维、树立科学态度和社会责任。

探究实践是科学学习的主要方式，这就决定了在科学教育中必须以学生为主体，要把学生放在科学教育的正中央。

在二三十年前，学生缺少学习科学知识的途径，老师和课本是学生主要的知识来源，但如今，学习资源已经极大丰富，学生有丰富多样的途径来学习科学。

科学课程涉及物质科学、生命科学、地球与宇宙科学、技术与工程等领域的13个核心概念和4个跨学科概念，科学教师和科技辅导员对学科知识的了解和掌握是有限的，因而一线教师常常面临学生比自己懂得多的情况。

为此，新时代以学生为中心的科学教育，要重视学生主体地位，重构师生关系，教师要转变为“导
师”，不再将学生视为知识的接收者，而是将他们视为探究实践的合作者、分享者、交流者、研讨者、批判者，引导和帮助他们进行学习。

以学生为中心的科学教育，要重视学生自组织。

比如，闽江师范高等专科学校附属实验小学创建了少年科学院，通过学生选举产生学生院长，并由学生组织校园科技活动；北京市海淀区中关村第二小学的天文社团，经常由学生自发组织分享天文知识、参加科普活动和竞赛。

这种学生自组织的方式显著调动了学生的学习积极性，对师资比较欠缺的学科的教学也能起到很好的补充作用。

以学生为中心的科学教育，要积极利用人工智能大模型作为辅助。

当教师遇到不懂的问题时，可以把问题交给人工智能。

教师可以借助多个模型，从不同角度提问，以判断答案正确与否，并提供适应不同认知水平学生的答案。

不用过分担心人工智能可能对学生产生误导，在教师的帮助下，经过适当的培训，学生能够在与人工智能进行高频率问答互动的过程中，学会有效提问，学会分析和判断答案的合理性，逐步养成独立思考的能力。

五、重视校内外科普，提升科学素养
科普和科学教育的区别是什么？这是很多人感到困惑的一个问题。

科普本身就是一种科学教育形式，因而也被称作非正式科学教育，它是在课堂场景之外开展的科学教育，比如在青少年宫、科技馆、工厂等社会化场景中进行科学学习，其具有展教结合、馆教结合、游教结合的特点。

一般来说，科普是对校内科学课堂的有益补充，是“大科学”教育的重要组成部分。

创新创造是科技工作的本质特征。

学校场景下的科学教育虽然也强调创新、鼓励创造，但主要形式还是传递知识、传承技术等。

为了推进科学教育高质量发展，我们既要通过课堂讲授基本的知识、训练基础的研究技能，又要走向自然、走向社会，将科普与科学教育更好地结合。

其实，不管是校内外科普，还是校内科学课，其目标都是提升学生的科学素养。

《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出，科学素养主要包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个方面。

围绕这一共同目标，我们可以从以下几方面加强校内外合作，以科普推动科学教育发展。

其一，科学教育需要专门的实验室、仪器设备等硬件支撑，强调亲自动手实践，开展科学探究。

但由于学校场地有限、经费有限、师资有限，所以科学教育往往需要统筹校内外资源，与校外机构，特别是一些公益机构和团体之间进行合作，把科技工作者请进校园，组织学生走进科普场馆和科研院所。

在这种真实的接触中，学生了解科学家的职业特点，认识科研工作是怎样开展的，学习科学家精神。

这样才能让他们从小亲近科学家，长大成为科学家。

其二，可以联合多学科专家，组织学生走进大自然，仔细观察动物、植物、矿物、天气、星空、山川、河流等，把它们作为科学探究的对象。

学生通过观察、测量、比较、分类等方法，了解这些事物有什么特征；通过实验、推理、验证等方法，分析它们为什么会这样；通过建模、预测等方法，判断它们以前可能是什么样的，以后可能会变成什么样。

这些都是真实的科学问题，也是学生很感兴趣的。

其三，由于各方面条件限制，很多学校没有专门的科学实验室，有的学校有实验室，但实验仪器、设备、样品、试剂等也配备不全，或缺少专门的实验员，学生缺少实践探究的场所和机会。

鉴于此，建议在学校比较集中的城市区域，建设辐射多所学校的区域性科学实验中心，通过“走出去、请进来”的方式，为周边学校开展科学教育创造条件。

六、重视社会性科学议题，促进跨学科学习
科学不能脱离社会而存在。

人、社会、自然都是科学研究的重要对象，科学研究的进展也会深刻影响社会。

教育需要帮助学生发现自己、为未来走向社会做好准备，因此，在科学教育中，应该让学生更多地了解社会，将学习内容与社会生活密切结合起来。

为了在科学教育中加强科学与社会的联系，自20世纪80年代起，教育界大力倡导科学、技术与社会相互作用的教育理念，即“STS教育（Science Technology and Society）”，在物理学、化学、生物学、地理学等科学课程中，增加科技与社会的内容，或在中学、大学开设专门的课程，聚焦社会、政治、文化与科学研究、技术创新之间的相互影响。

近年来，国际上兴起了社会性科学议题教学（Socio-Scientific Issues，SSI）浪潮，即精选一些与科学相关的、复杂的、有争议性的社会议题，通过精心设计的教学活动，让学生发现科学与日常生活间的联系。

肥胖、近视、抑郁症、克隆、转基
因、全球变暖、新能源、无人驾驶、商业航天、火星移民等问题，都可以成为社会性科学议题教学的主题。

这些主题既是全社会关注的热点科技问题，又与立法、政府决策、经济发展、文化背景、社会安全等密切相关，为科学教育提供了社会背景和真实情境。

社会性科学议题教学是在科技与社会教学的基础上发展起来的，又弥补了其教学主题不清晰、难以把握的局限性。

教学实践表明，社会性科学议题教学能够帮助学生更好地理解科学概念，有效激发学习兴趣，提升实践技能，促使学生思考真实情境下的复杂社会问题，最终提升学生科学素养。

社会性科学议题教学具有明确的主题，又具有明显的跨学科学习的特征，能够将涉及人文社会科学和自然科学等不同学科的知识联系起来，将学生在学校的学习经验与宽广的社会环境联系起来，成为项目化、主题式学习的重要载体。

聚焦社会性科学议题教学，可以帮助学生在不同学科知识之间建立联系，形成系统化的知识体系和网络，避免知识碎片化。

七、重视科学文化建设，培育科学家精神
我们曾经实地探访全国各地数百所小学，发现很多学校校园内与科学相关的文化建设很少。

校园科学文化建设是一项长期工程，需要学校进行专门规划设计。

学生方面，可以组建科技社团、组织科技竞赛，并举办科技节等展示科学教育成果；教师方面，可以组建科学教育工作室，匹配相应经费，鼓励科学教师积极进行合作研究、高端备课；在教室和实验室，可以张贴中国地图、世界地图、实验流程、安全规范、以及各种科学概念图等；图书馆要充实适应不同年龄、覆盖不同学科的科普图书，组织读书行动，让学生在读科普的同时，通过演讲、海报展示等方式分享科学；还可以利用好校园空间，设计科技长廊，通过报纸、杂志、图书、海报、多媒体等方式，介绍科技热点和我国科技事业的重要进展，弘扬科学家精神，营造浓厚的校园科学文化氛围。

校园科学文化建设的目标，是要让校园中的每一个角落、每一面墙都会说话，传递科学信息，让学生在潜移默化中学习，让科学进入学生的心田。

科学教育是将应试教育转变为素质教育、促进跨学科学习的突破口。

一线教师和教育管理者要认识到科学教育对教育转型升级和教育强国建设的重要意义，充分发挥科学教育立德树人的功能。

我们应通过科学教育提质增效，发展高质量科学教育，让孩子们在不同的场景中探究实践、学习科学，从不同的视角、更长的时间尺度和更大的空间尺度，发现自己、认识世界，进而深刻影响他们的世界观、人生观和价值观，培养社会主义的合格建设者和接班人。