裴新寧

植根中國(guó)境脈，探索科學(xué)教育規(guī)律，轉(zhuǎn)變教學(xué)方式

正如基礎(chǔ)科學(xué)研究對(duì)于科學(xué)事業(yè)發(fā)展的重要性一樣，科學(xué)教育改革的有效推進(jìn)，也離不開(kāi)廣泛深入的基于本土的循證研究。相比國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)科學(xué)教育領(lǐng)域的理論創(chuàng)新成果和循證研究成果還有不小的缺口。實(shí)踐亦表明，忽視文化歷史境脈，一概照搬某些發(fā)達(dá)國(guó)家的做法，或簡(jiǎn)單套用某個(gè)新術(shù)語(yǔ)、新名詞，對(duì)改變本土現(xiàn)實(shí)境遇成效不大。

科學(xué)教育的成功需要堅(jiān)持長(zhǎng)期主義，要仰賴(lài)多方的持續(xù)努力。當(dāng)前，我國(guó)科學(xué)教育進(jìn)入了新的發(fā)展階段，科學(xué)教育研究的科學(xué)化比任何時(shí)候都重要。我們需要通過(guò)科學(xué)研究真正了解自身，找到真問(wèn)題，找準(zhǔn)對(duì)癥的方法、途徑，以堅(jiān)實(shí)的學(xué)術(shù)積累有力支撐科學(xué)教育質(zhì)量的提升。以學(xué)校科學(xué)教育改進(jìn)為例，我們需要確立新的審視課堂的視角和框架，讓教師理解學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)涵，從而掌握有效的策略和方法，真正以學(xué)生經(jīng)驗(yàn)為中心，幫助學(xué)生成長(zhǎng)。對(duì)此，我們從學(xué)習(xí)科學(xué)研究中得到啟發(fā)，也從深入的學(xué)與教、行為與過(guò)程的比較研究（如“中法比較”“中美比較”等）中獲得洞見(jiàn)，形成了“聚焦課堂學(xué)習(xí)，專(zhuān)注教師行為”的循證改進(jìn)系列實(shí)踐。將之簡(jiǎn)要概括為以下研究路徑：①?lài)@科學(xué)素養(yǎng)關(guān)鍵要素確立研究視角，審視科學(xué)課堂；②基于課堂科學(xué)學(xué)習(xí)的基本結(jié)構(gòu)對(duì)教師行為建模；③以學(xué)習(xí)科學(xué)理論指導(dǎo)研究設(shè)計(jì)，構(gòu)建學(xué)習(xí)中心的適應(yīng)性分析框架；④以人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)賦能系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與研究，實(shí)現(xiàn)嵌入式評(píng)價(jià)。在10 余年的區(qū)域性先行先試探索中，優(yōu)秀科學(xué)教師不斷涌現(xiàn)，眾多青年研究者（有許多是一線教師）成長(zhǎng)起來(lái)，成為熟練的科研骨干。

科學(xué)教育循證改進(jìn)行動(dòng)新議程

涵養(yǎng)青少年科學(xué)志趣，培養(yǎng)基礎(chǔ)科學(xué)后備人才，需要全面改進(jìn)科學(xué)教育質(zhì)量。針對(duì)已有研究所反映的我國(guó)科學(xué)教育的現(xiàn)狀和問(wèn)題，循證改進(jìn)的議程應(yīng)著重在3 個(gè)方向作出研究投入和推進(jìn)，即開(kāi)好科學(xué)實(shí)驗(yàn)、豐富學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和創(chuàng)新科學(xué)實(shí)踐。在這3 個(gè)方向上同時(shí)帶動(dòng)教師的專(zhuān)業(yè)成長(zhǎng)，重點(diǎn)任務(wù)是發(fā)展教師的科學(xué)探究能力、技術(shù)理解力，以及利用技術(shù)支撐科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)能力。

方向1. 開(kāi)齊、用好科學(xué)實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化探究性實(shí)驗(yàn)

讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)是通過(guò)系統(tǒng)的觀察和實(shí)驗(yàn)對(duì)我們周?chē)F(xiàn)象和事物的研究，是學(xué)?？茖W(xué)教育的基本任務(wù)之一。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)新技術(shù)時(shí)代科學(xué)教育中價(jià)值教育、思維教育、創(chuàng)新教育相統(tǒng)一的重要途徑。

要引導(dǎo)學(xué)校及教師深入理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的價(jià)值，開(kāi)齊開(kāi)好實(shí)驗(yàn) 科學(xué)影響我們對(duì)世界的認(rèn)識(shí)，其主要途徑之一就是通過(guò)科學(xué)精神、科學(xué)方法，而實(shí)驗(yàn)過(guò)程本身富含科學(xué)精神、科學(xué)方法之養(yǎng)分。經(jīng)驗(yàn)不等于觀察（科學(xué)觀察需要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的工具、遵循科學(xué)協(xié)定）；課堂上僅憑生活經(jīng)驗(yàn)或教授常識(shí)，很難真正讓學(xué)生學(xué)到科學(xué)思維，而科學(xué)實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)上升到科學(xué)思維的關(guān)鍵步驟。兒童的科學(xué)學(xué)習(xí)需要發(fā)生概念轉(zhuǎn)變，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是兒童科學(xué)觀形成的正當(dāng)經(jīng)歷和必由之路。許多研究表明，面對(duì)一個(gè)抽象的物理學(xué)概念，如果缺少必要的實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷，學(xué)生很難對(duì)現(xiàn)象加以正確的抽象，甚至很長(zhǎng)一段時(shí)間科學(xué)學(xué)習(xí)停滯不前。

要積極對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作出改進(jìn)創(chuàng)新 實(shí)驗(yàn)可以帶來(lái)主動(dòng)學(xué)習(xí)（具有動(dòng)機(jī)激發(fā)作用），但主動(dòng)學(xué)習(xí)不一定帶來(lái)探究性學(xué)習(xí)。許多實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重讓學(xué)生學(xué)習(xí)很多實(shí)驗(yàn)技能和步驟，但這不代表學(xué)生能理解科學(xué)探究、能真正掌握科學(xué)探究的過(guò)程與方法。需要克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)中“有形少實(shí)”的現(xiàn)象，提高師生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)論意義的理解。通過(guò)做實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生參與探究，更好地理解科學(xué)的本質(zhì)，理解知識(shí)、方法、建制之間的關(guān)聯(lián)，逐步建立認(rèn)識(shí)論通路。如此，才可能學(xué)好科學(xué)。為此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新應(yīng)在以下幾個(gè)基本方面進(jìn)行努力：①把實(shí)驗(yàn)室作為真實(shí)科學(xué)的“實(shí)習(xí)場(chǎng)”。實(shí)驗(yàn)室是讓學(xué)生從事專(zhuān)業(yè)性科學(xué)探究和問(wèn)題解決的實(shí)習(xí)場(chǎng)，學(xué)生經(jīng)歷像科學(xué)家一樣的認(rèn)識(shí)論過(guò)程，從而建立個(gè)人世界與自然世界、社會(huì)世界之間的多重聯(lián)系。②實(shí)驗(yàn)教學(xué)要將促進(jìn)學(xué)習(xí)的身體過(guò)程、認(rèn)知過(guò)程、情意過(guò)程、社會(huì)過(guò)程有機(jī)統(tǒng)一，充分支持學(xué)生主動(dòng)探索和創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。③讓學(xué)生學(xué)習(xí)使用一些新技術(shù)、新工具、新方法，理解科學(xué)是不斷向前的、創(chuàng)新的。④訓(xùn)練學(xué)生提出問(wèn)題、解釋論證、書(shū)面表征等基本能力。⑤使用新技術(shù)賦能探究過(guò)程和抽象思維，以充分支持學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。

方向2. 豐富學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生在深度參與（專(zhuān)業(yè)實(shí)踐）中學(xué)科學(xué)

研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)的社會(huì)文化作用的理解等情境性素養(yǎng)的提升，并非靠知識(shí)的積累，而是通過(guò)社會(huì)性行動(dòng)和真實(shí)性實(shí)踐。這也啟發(fā)我們，科學(xué)素養(yǎng)的提升，包括青少年科學(xué)志趣的涵育，根本上是一場(chǎng)雙向奔赴的行動(dòng)，即青少年或科學(xué)外行人參與科學(xué)家的專(zhuān)業(yè)實(shí)踐，科學(xué)家參與科學(xué)外行人的社區(qū)實(shí)踐。

要重視非正式環(huán)境中科學(xué)學(xué)習(xí)的具身性?xún)r(jià)值，提高對(duì)非正式科學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)的專(zhuān)業(yè)性 好奇心是從事科學(xué)研究的內(nèi)在動(dòng)力，但真正起作用的是“認(rèn)識(shí)性好奇”（為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”（人類(lèi)及許多動(dòng)物被新奇事物所吸引而出現(xiàn)的知覺(jué)水平狀態(tài)）。校外學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性對(duì)激發(fā)和維系學(xué)生的好奇心十分重要，要從集體游覽式參觀、聽(tīng)從講解，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生體感、知覺(jué)的深度參與，引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)性投入。為此，一方面，教師要善于整合校內(nèi)外資源，設(shè)計(jì)適應(yīng)性的學(xué)習(xí)任務(wù)、過(guò)程和學(xué)習(xí)腳手架；另一方面，場(chǎng)館等非正式學(xué)習(xí)環(huán)境在展項(xiàng)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)嵌入（預(yù)留）探究性學(xué)習(xí)路徑，充分發(fā)揮展項(xiàng)的學(xué)習(xí)給養(yǎng)功能。

高校、科研機(jī)構(gòu)結(jié)合科研工作設(shè)置公民科學(xué)項(xiàng)目 這些項(xiàng)目可以獨(dú)立組織，也可以與學(xué)?？茖W(xué)教育項(xiàng)目結(jié)合，讓學(xué)生作為研究者參與其中，在專(zhuān)業(yè)的科學(xué)研究實(shí)踐中學(xué)習(xí)，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)建構(gòu)與身份建構(gòu)并行。相關(guān)部門(mén)可以設(shè)置專(zhuān)門(mén)的公民科學(xué)研究資助計(jì)劃，以鼓勵(lì)多主體形成專(zhuān)業(yè)性合力，有效投入青少年科學(xué)素養(yǎng)提升行動(dòng)。

轉(zhuǎn)化科學(xué)溝通語(yǔ)言 我國(guó)越來(lái)越多的富有教育情懷的科學(xué)家積極投身科學(xué)普及前線，研究表明這種溝通實(shí)踐對(duì)科學(xué)家深化對(duì)所從事的科學(xué)研究的認(rèn)識(shí)也是有益的。但“溝通不暢”的情況并不鮮見(jiàn)。在科普實(shí)踐中需要“蹲下身來(lái)”傾聽(tīng)兒童、觀察生活、洞悉科學(xué)的社會(huì)文化作用，才能找到適合的科學(xué)溝通語(yǔ)言。在以上各項(xiàng)新工作中，需要伴隨同步研究，基于證據(jù)不斷推進(jìn)。

方向3. 開(kāi)展以理解真實(shí)的科學(xué)研究過(guò)程與方法為目標(biāo)導(dǎo)向的科學(xué)實(shí)踐

這是頗具挑戰(zhàn)性的方向，尤為需要在研究引領(lǐng)之下的循證推進(jìn)。

科學(xué)課堂要保證充分的科學(xué)實(shí)踐 目前科學(xué)課程教學(xué)改革中的一些任務(wù)讓不少教師感到困惑，科學(xué)課上一些基本的科學(xué)實(shí)踐也難有保障。比如，雖然一些計(jì)劃使用了大概念、跨學(xué)科等新概念，但由于缺乏對(duì)這些名詞之下學(xué)習(xí)本質(zhì)的深入理解，不少教師苦于摸索如何劃分知識(shí)結(jié)構(gòu)、編排教學(xué)序列、預(yù)制教學(xué)目標(biāo)，以期超越單科教材現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，集成一個(gè)新的含有多學(xué)科成分的“大單元”，然后讓學(xué)生學(xué)習(xí)（或教師教授）這個(gè)既成的“大課程”。這種變相的知識(shí)內(nèi)容導(dǎo)向、教師中心的實(shí)踐，非但沒(méi)有充分的研究證據(jù)顯示其優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)，反倒由于缺乏對(duì)學(xué)生經(jīng)驗(yàn)生成路徑的關(guān)照，而往往增加了學(xué)生負(fù)擔(dān)。這種情況可以嘗試通過(guò)“強(qiáng)框架”進(jìn)行轉(zhuǎn)變。比如構(gòu)建以不同的學(xué)習(xí)模型為基礎(chǔ)的數(shù)字化科學(xué)學(xué)習(xí)平臺(tái)，通過(guò)讓教師參與理論引領(lǐng)的課程設(shè)計(jì)過(guò)程，幫助他們轉(zhuǎn)變教學(xué)行為，讓教師通過(guò)多模態(tài)數(shù)據(jù)和信息看到并理解班級(jí)學(xué)生在學(xué)習(xí)路徑、工具使用、問(wèn)題解決策略等方面的差異性和多樣性，從而有針對(duì)性地引導(dǎo)學(xué)生投入科學(xué)實(shí)踐（如進(jìn)行科學(xué)解釋、科學(xué)建模、表征使用等），使得他們真正通向?qū)茖W(xué)大概念的整合性理解。

利用科學(xué)與工程實(shí)踐創(chuàng)新科學(xué)教育途徑 多種工程情境和任務(wù)往往要求學(xué)生學(xué)會(huì)解決不同的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生學(xué)到新技術(shù)、新方法，但是不能流于表面熱鬧，而要讓學(xué)生探索復(fù)雜現(xiàn)象背后的科學(xué)問(wèn)題，理解其中的核心知識(shí)。科技活動(dòng)囿于形式化、流程化會(huì)引致諸多弊端，不僅會(huì)造成對(duì)科技設(shè)施和時(shí)間投入的嚴(yán)重浪費(fèi)，也會(huì)誤導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)事業(yè)的態(tài)度，使科技活動(dòng)變得不可持續(xù)。唯有讓學(xué)生浸潤(rùn)于“深研”，才能培養(yǎng)出他們對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)和投入。為此，不同部門(mén)應(yīng)繼續(xù)在深研上為后備人才成長(zhǎng)創(chuàng)造機(jī)會(huì)。比如深化對(duì)科學(xué)調(diào)查體驗(yàn)活動(dòng)的研究跟進(jìn)，在科技場(chǎng)館建立專(zhuān)門(mén)的學(xué)生研究室、高校實(shí)驗(yàn)室及科研機(jī)構(gòu)的“公民科學(xué)進(jìn)學(xué)?！钡?。

在科學(xué)教育的內(nèi)容、方式和評(píng)價(jià)上，要反映科學(xué)的本質(zhì)和科技發(fā)展的時(shí)代特征 學(xué)?？萍紕?chuàng)新活動(dòng)要謹(jǐn)防“去科學(xué)化”，轉(zhuǎn)變“高技術(shù)、低科學(xué)”現(xiàn)象。為此，需要切實(shí)的研究幫助。一是積極組織研究和探索科學(xué)、工程與技術(shù)的整合途徑，理清基礎(chǔ)性素養(yǎng)與科學(xué)素養(yǎng)，以及科學(xué)與技術(shù)等的關(guān)系，充分發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵能力。二是通過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目，構(gòu)建將工程學(xué)方法用于科學(xué)探究，將工程問(wèn)題科學(xué)化的情境、方法與設(shè)計(jì)原則的知識(shí)庫(kù)。三是加強(qiáng)研發(fā)以學(xué)習(xí)理論和科學(xué)研究過(guò)程為基礎(chǔ)的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)，讓學(xué)生充分利用數(shù)學(xué)和信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)建模、數(shù)智模擬、計(jì)算實(shí)驗(yàn)等，投入真實(shí)的科學(xué)研究過(guò)程，并嵌入伴隨式評(píng)價(jià)工具。在課程形式上，既要目標(biāo)導(dǎo)向（如項(xiàng)目式學(xué)習(xí)），又要充分保證自由探索，為學(xué)生提供從事真實(shí)科學(xué)探究的廣闊空間。

（本文由作者在2023世界公眾科學(xué)素質(zhì)促進(jìn)大會(huì)“涵養(yǎng)青少年科志趣，培養(yǎng)基礎(chǔ)科學(xué)后備人才”專(zhuān)題論壇上的發(fā)言整理而來(lái)，感謝鄭太年、朱晶、符國(guó)鵬等同志對(duì)本文前期研究提供的幫助）