2023年2月22日,习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时的讲话中强调:“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。”当前,加强中小学科普和科学精神培育,培养拔尖创新人才,已经成为基础教育领域的重要议题。
近日,由成都市锦江区教育局、锦江区科学技术协会承办的“编织科学家的梦想——全国中小学科学教育实验区第十四协同组第二次线下研讨活动”在成都市七中育才学校东湖校区举行。研讨会上,义务教育科学课程标准(以下简称“新课标”)修订组成员、中国科学院国家天文台研究员郑永春作专题讲座。会后,本刊记者对话郑永春博士,围绕“做好科学教育加法”相关话题展开讨论。
如何科学认识科学教育?
《四川教育》:当前,中小学科学教育面临哪些典型问题?
郑永春:作为科技工作者,我曾经去全国各地调研,走访了北京、深圳、浙江、宁夏、湖北等地的五六百所学校。我去现场听课,听不同的课,包括地球形状、点亮小灯泡、岩石、月球等内容,基本上每堂课都能听出问题。通过调研和听课,我的直观感受是:科学课太难了,数学、物理、化学、天文、地理、生物,既要动手又要动脑……老师什么都得懂,什么都得会。由于信息技术的普及,很多方面学生比老师懂得多。据我们的观察,科学教育面临的主要问题包括以下几点。一是从事科学教育的教师队伍欠缺。特别是专职教师少,理科教师少,高学历教师少。全国小学科学教师的专职率仅为30%左右。如果以兼职老师为主的局面持续,以探究实践为主的科学教学根本无法落实,教学质量堪忧。二是青少年科学素养不高,对科学的兴趣不够。很多兼职科学教师自身对科学课缺少兴趣和认同,沿用语文、数学、英语等学科的方法教科学,导致学生学习积极性降低。一旦科学课采用应试教育的方法,让学生背诵、抄写、记忆,不仅无助于科学素养的提升,还有可能扼杀学生对科学的兴趣。三是科学课的学科地位有待提升。2017年,中小学首次从小学一年级开始全面开设科学课,让我感受到“科学教育的春天来了”。但多年过去了,科学教育的发展并不令人满意。由于基层教育系统和学校领导不重视,科学课在中小学课程体系中的地位还有待进一步提高。科学课应该成为与语文、数学并列的“主课”。
《四川教育》:您提出“科学课应该成为与语文、数学并列的‘主课’”这一主张的依据是什么?
郑永春:一是提升国家科技竞争力。科学教育是提升国家科技竞争力、培养创新人才、提高全民科学素质的重要基础。世界上许多发达国家已经将科学课的地位提升至与语文和数学并列。在全球化竞争日益激烈的今天,科技实力成为国家竞争力的关键,因此提升科学课的地位对于建设科技强国、实现科技自立自强具有重要意义。二是顺应教育改革方向。教育部等十八部门联合印发了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》,系统部署在教育“双减”中做好科学教育加法。科学课程以探究实践为主线,有助于变革育人方式,推进教育、科技、人才一体化,是真正的素质教育,符合教育改革的方向。
《四川教育》:在讲座中,您提到“科学与教育的两张皮现象较为普遍”。对此您有何观察和认识?
郑永春:科学与教育的两张皮现象主要表现在:一是科研队伍虽然懂科学,但不了解基础教育,不了解中小学生,学科专业壁垒严重;二是中小学教师虽然懂教育,但科学素养有待提升,校内外资源对科学教师的教学支持不够;三是科普队伍虽然懂一些科学,但没有经过教育学和心理学的培训,也不了解义务教育的课程体系,难以进入校园;四是家长觉得科学课不用考试,没有压力,所以也不重视科学课。
《四川教育》:对高质量的科学教育,您有何畅想?
郑永春:一是设施与资源。学校应建设各类科学实验室,提供仪器设备等丰富的科学教育资源,以支持科学教学和实验探究。二是专业师资。拥有理工科背景的专职科学教师,对科学有深厚的兴趣和情感认同,能够激发学生对科学的热情。三是教学方式。确保科学课有足够的课时,采用探究式教学,避免传统的灌输式教学。通过项目化和研究性学习,鼓励学生发现问题、分析问题和解决问题,让学生在实践中培养批判性思维和创新能力。四是素养导向和科学评估。重视培养学生的科学素养,实现知识与实践的结合。建立第三方评价、全过程评价为主的评估体系,评价学生的知识和技能掌握情况,并提供及时反馈,帮助学生不断进步和提升。
如何培养具备“科学家潜质”的学生?
《四川教育》:中小学生为什么要学科学?
郑永春:科学素养是人的基本素养,就像文学、艺术一样,都属于基本素养。科学帮助人们理性思考,提升个人价值;科学讲究证据和事实,减少伪科学、反人类活动,促进社会秩序和平;科学探索未知领域和未知世界,扩充认知边界,开拓人类未来。从“学生”的角度来说,对科学的兴趣会随着年龄的增长而逐渐递减,因此需要从小培养对科学的兴趣。此外,科学是反直觉的,因此需要从小启蒙,反复训练,形成科学思维和科学方法。
《四川教育》:兴趣是最好的老师。如何保护和激发学生对科学的兴趣?
郑永春:中小学校开展科学教育的目标是让学生从小讲科学、爱科学、学科学、用科学,学习像科学家一样思考。打好基础,培育创新土壤,才有枝繁叶茂。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。光有学习兴趣是不够的,还需要教师设计合理的学习进阶之路:从形象思维向抽象思维进阶,从身边的具体事物向遥远的、难以感知的事物进阶,从周围的生活空间向微观世界、宏观宇宙进阶……这样的进阶体现在科学教材编写和学习内容构建上,低年级科学学习的主要内容是动物、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、宇宙起源等抽象事物的学习。合理的学习进阶设计,让学习内容更好地适配学生的思维发展,才能充分激发学习兴趣。
《四川教育》:在讲座中,您特意提到要保护好中小学生的“科学家潜质”。何为“科学家潜质”?“保护”二字蕴藏着什么深意?
郑永春:在2020年9月举行的科学家座谈会上,习近平总书记指出,好奇心是人的天性,对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起,使他们更多了解科学知识,掌握科学方法,形成一大批具备科学家潜质的青少年群体。我在昆明市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。教师如果不能给予有效的引导和保护,就有可能让具有科学家潜质的好苗子失去进一步成长的机会。
教师如何上好科学课?
《四川教育》:您是《义务教育科学课程标准(2022年版)》修订组成员。请问,这次修订的重大调整是什么?背后体现了什么样的导向?
郑永春:新课标的修订主要体现在以下几个方面。一是强调了跨学科概念。通过“物质与能量”“结构与功能”“系统与模型”“稳定与变化”,在不同学科之间建立联系,使学生从整体上认识科学课程。二是优化学习内容。新课标通过13个学科核心概念来构建学习内容,避免学习知识过多、重点不突出、难以形成对科学的整体认识。三是教学评一体化。新课标强调课程内容结构化,以此引导教材编写和课堂教学,有利于克服教学中重知识灌输、轻动手实践的弊端,关注不同学习内容之间的关联性、整体性,引导教师关注学生思维的发展。四是面向核心素养。新课标以核心素养为纲,从以往重视知识和技能的学习到面向核心素养。通过课程的实施,实现学生的科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等方面的培养。这次调整的背后,既有国际科技竞争背景下我国实现科技自立自强和建设创新型国家的需求,又体现了教育部门对提升科学教育质量、培养学生核心素养、适应国家发展战略的重视。
《四川教育》:在落实《义务教育科学课程标准(2022年版)》的过程中,教师如何改变教学方式?
郑永春:由于科技的快速进步和专业背景的制约,从事科学教育的教师已经不可能维持无所不知、无所不能的形象。在小学科学课的课堂教学中,照本宣科、教条化灌输知识是常态,探究式教学明显不足,无法给予学生有效的指导。因此,建议教师尽快转变角色,从教师变成导师,引导学生观察真实世界、查找文献资料、发现真实问题、开展实验探究、分享和交流结果,鼓励学生之间和师生之间的质疑。在科学教师专职化无法快速实现的情况下,不同专业背景的教师要将学科教学与科学教育相结合,探索各自学科开展科学教育的方法和途径。比如,语文课应加强科学阅读和科技写作的训练,重视表达的逻辑性,重视观点和证据的自洽性,加强科技小论文、研学报告、实验报告等科技文本的阅读和写作训练;数学课应加强数学与生活的联系,强调科学计算和科学在生活中的应用,提高学生用数学方式表达世界的意识;美术和音乐课应加强科学与艺术的结合,增加设计科幻画、科普海报、建筑设计、创意制作等内容。改变教学方式的目的,是让学生意识到科学是探索未知的过程,本质上是对客观世界运行规律的定量化描述。
《四川教育》:信息化环境下,学生接触科学知识的时间大大提前了,而且存在概念混淆、知识差错等情况。科学教师该如何应对?
郑永春: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,它们是一堂好的科学课的出发点——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。在备课时,教师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,而是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。
学校如何做好科学教育?
《四川教育》:科学家的特质和工作方式对科学教育有何启示?
郑永春:第一,科学家善于发现问题。这对科学教育的启示是,一定要聚焦问题,启发学生提问,从生活中发现问题。比如,从气象资料分析某地降水变化规律、当地交通拥堵原因和缓解措施、环境污染溯源……只有找到可以被探究的问题,才有探究的可能性。在此基础上对问题进行辨识,了解问题的内涵和外延,一步步明确问题、聚焦问题。第二,科学家善于站在巨人的肩膀上,系统总结前人的研究成果。科学教师和学生要养成文献意识,学会读文献、整理文献、规范引用文献。要围绕问题主动学习相关领域的专业知识,开展文献调研、整理读书报告,积极弥补专业背景的缺陷。第三,科学家高度重视探究过程,因为过程比结果更重要。科学教师要重视探究实践过程的规范化、标准化,要从定性走向定量,用数据说话,引导学生学会分析和整理数据,从数据中发现规律,在教学中呈现探究过程。第四,科学家普遍重视分工,强调合作。科学教师要根据每个学生的特点进行分工,让学生逐步发现自己的特点,并将之发展为特长和优势。第五,科研工作要求严谨求实,追求极致。科学教师尽量采用真实物料,在真实场景中探究。大自然是天然的实验室,学校要建立校园气象站、博物馆、科技馆、天文台等,产生自己的数据,形成独具特色的科学教育资源和成果。
《四川教育》:如何认识和转变科学教育中的应试思维?
郑永春: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。我们要避免学生把科学理解为具体的科学知识,以记忆的方式掌握各种知识,应付不同类型的考试。标准化考试以有标准答案的客观题为主,无法考查学生的核心素养,也与科学教育的理念相悖。科学是对未知的探索,很难有标准答案和唯一正确的结论。学生只要遵循科学探索的流程和规范,不管得到什么结论,都应该是合格的。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。同时,要丰富评价场景,增加评价次数和评价维度,将客观题的结果作为基本门槛,选拔出真正对科学感兴趣的学生。由于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,好的教育应当给予充分的时间自由探索、自由发展。因此,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,这样的科学教育才更符合科学本质。
《四川教育》:如何在科学教育中体现“以学生为中心”的理念?
郑永春:科学教育强调通过探究实践的方式开展学习,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,把学生放在科学教育的正中央。因此,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。
《四川教育》:新一轮课改倡导跨学科学习,这一理念如何在科学教育中落实?
郑永春:跨学科学习大多始于问题、概念/主题、项目、产品/成果等,通过探究实践,最终形成新的跨学科理解。以近年来国际上兴起的社会性科学议题为例,通过精选与科学相关的社会议题,精心设计教学活动,有利于促进跨学科学习,让学生更多地了解社会。肥胖、近视、抑郁症、转基因、全球变暖、新能源、无人驾驶等问题,都可以成为社会性科学议题教学的主题。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,能够将人文社会科学和自然科学等不同学科联系起来,形成系统化的知识体系,避免知识碎片化。同时,社会性科学议题教学还能将学生的学习经验与宽广的社会环境联系起来,为科学学习提供真实情境,让学生提前体验将要面对的社会生活,为未来走向社会做好准备。
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