技术时代科学教育的内涵理解

裴新宁

在科教兴国和“双减”政策背景下，学校如何结合自身实际情况开展青少年科技教育，探索青少年科学素质培养的新模式、新方法，为青少年提供更多生动有趣且行之有效的科技实践活动，在实践中提升青少年的科学素质进而实现创新后备人才的培养，是每所中小学急需思考、实践并落实的问题。

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，使得科学正以全新模式向个人及社会生活广泛渗透，科学教育的重心亦悄然发生着位移。充分理解科学教育的时代内涵，才能找到改进科学教育质量的有效途径，做好科学教育“加法”。

科学教育的内涵表达和实施形式总是与对科学的内涵理解联系在一起的，也会因国家或地区的文化情境，以及教育、经济、科技发展水平的不同而异。纵观全球教育变革，重新审视科学教育的历史经验，我们可以归纳出一些基本共识。

科学教育的几个基本共识

科学的基本特征定位了科学教育的概念主旨

科学研究在探究自然现象并形成公认的概念和理论时对客观性的追求，是科学的基本特征。理解科学，不仅指向科学知识，还指向科学研究作出发现并在科学共同体的规范之下形成共识的过程。那么，帮助学习者完整地理解真实科学研究实践中的认识论过程与社会规范，把科学看作一套知识、方法与建制的组合，成为科学教育的核心任务。

科学新特征、新边界的不断涌现要求科学教育要面向国家重大发展需求进行变革

这意味着科学教育在整个教育系统中占有重要且独特的位置——充当教育变革的先行者、创新的领导者；在开放科学和数据获取与处理便捷化的时代，要将科技伦理、批判性思维、明智决策、科学精神的教育融入科学教育全过程。

建强面向所有人的高质量科学教育体系是国家强盛的关键基础

科学教育要通过高质量的内容（具有先进性、科学性、时代性），发展科学事业，培育科技人才，共建人类福祉；要利用高质量（先进性、适当性、高效性）的手段实现科学教育重要的育人价值、广远的社会价值，不负国家使命。

科学教育改革设计要以“人如何学习”为底层逻辑

坚持以人为本，充分关照儿童、青少年对科学的兴趣和科学身份认同，这是支撑他们理解科学、热爱科学、将来投身于科学事业的关键基石。

教會学生把科学知识和方法作为探知世界的方式与发展思维的工具

借此，学生在面临前所未遇的挑战时，能够主动启动学习，开展批判性思考，进行问题解决和创造，和谐地与世界的“陌生性”相处，从中成长心智，涵养科学品质。

科学教育是什么

上述关于科学教育的基本共识也给我们讨论科学教育的内涵提供了基本立场。尽管很难对科学教育的复杂内涵给出解剖学意义上的分析，但是我们可以从教育事业的视角，透视科学教育的基本特征。

从目标上看，科学教育即科学素养教育

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，但是今天科学素养的内涵及发展方式发生了深刻变化。内涵上，从关注“外行人”相对于科学家知识的“缺失”，到关注个人、社群（组织）、社会三个层次上的连带意义及其生成；从聚焦作为个人属性的知识和技能，到重视人类可以集体利用、发挥作用的知识和技能。发展方式上，从直导式传播，到公众作为行动者的社会参与结构的多样化。相应的政策及研究的核心议题转向了“科学素养如何作为群体实践而发挥作用”。

从学校科学教育变革看，诸多发达国家已重新定位了科学素养的目标要求。专注点由学生应该“有什么”（即知识构成），移向如何使得这些知识可运用、可实践的“条件性知识”。可以从科学知识与技能、情境性素养、基础性素养、个性品质4 个相辅相成的部分，理解科学素养的构成。

（1）学生要学习和理解科学知识体系（如科学概念、原理、基本方法等）和基本的科学实践。

（2）学生要理解情境中的科学（关联到科学的产生、作用及影响），包括能够辨识和处理与科学有关的领域及事务、理解科学的社会文化作用等。“情境性素养”对沉浸于数字化社会信息潮涌中的个体及群体尤为重要，使得人们能够整合、合并解释信息，进行反思和评判，辨识真假科学，理解科学工作的边界与限度，珍视科学工作的道德伦理。

（3）学生需要具备基础性素养（比如数学素养、读写素养、视觉素养、图示理解力等），这是以意义建构的方式处理信息（而不是凭借死记硬背），形成科学素养的基本前提。

（4）个性品质上，学生要不断涵育像科学家那样从事科学思考与探究的倾向和思维习惯，这也是科学家潜质的主要成分。倾向和思维习惯是科学素养的内核要素，决定了人们如何在各种情况下参与科学；也是科学素养的其他构件得以有效运作的先决条件，很大程度上决定学生的科学身份认同，进而影响他们对科学投入的持续性。

从内容上看，科学教育是以自然科学内容为主而展开的教育教学活动

中小学阶段的科学教育是以多样化的科学类课程与活动为主渠道实施的。大学（含研究生）阶段的科学教育，包括以培养科技工作者为主要指向的科学类专业教育，还包括以提升全体大学生科学素养为目标的科学类通识教育。科学教育的一体化设计（处理好学段之间、学科之间的关系，系统化设计科学教育体系）是基础科学后备人才有效培育的要道，也是实现教育现代化的关键。科学教育主要以自然科学为内容载体，但是鼓励采用科学、技术、工程教育整合的途径（比如重视通过“科学与工程实践”学习学科核心知识和跨学科概念，在工程学习中嵌入科学探究等），强调科学教育中科学价值与人文价值的统一。

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传授科学及相关学科（如科学、数学、技术、工程学、医学等）的确定性知识，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探知世界，应对世界的变化与挑战。科学教育的重要性还在于“教”人通过“内省式”的批判，而“向内”地塑造人的品性，使人珍视而非规避伦理情境，理解自身、文化与行为及其彼此间的塑造，从而负责任地创新。在如今的技术时代，面对技术中立性的日渐模糊，关于技术伦理的讨论跟不上技术手段之变幻的时候，这种内省的科学教育尤为重要。

从时空上看，科学教育是跨空间的持续养成教育

提升科学素养指向所有人及其各发展阶段。研究表明，科学素养水平与受教育程度相关，但这不意味着一个人完成了正规教育阶段的科学教育，就已完全了解科学及其影响。其实，即便有比较成功的教育训练的科技工作者，其关于科学本质的理解、对科学的社会文化作用的认识也可能是有限的。科技强国战略目标的实现需要强大的科技创新人才队伍，但也离不开高科学素养的社会基础作为坚实的支撑；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，对科学的学习是终生的、跨空间的，个人、群体及组织都是学习者。为此，需要重视非正式学习环境（家庭、工作场所、博物馆、社区、媒体等）对科学素养形成的影响，进一步挖掘跨空间的科学教育对培养儿童及青少年的科学兴趣、厚植科学文化等方面的重要价值。

从效果上看，科学教育追求个体科学素养和社会行动的共同改善

更为关注在集体维度、社会维度上的价值增值，是今天科学教育所秉承的远大抱负。科学教育成效的影响因素和机制极其复杂，但很大程度上，我们怎么看待科学和学习，就会怎么采用评价。过往的评价关注学生个体知道什么、能做什么，成就了各种各样的学业成就结果评价方法。而科学教育的社会价值增值，要求我们必须采用“广角镜头”并结合“微聚焦”，检视知识是如何在个体间分布的，知识和意义又是以何种方式置身于实际经验中的。要改革和完善科学教育评价制度和方法，面向科学教育的价值追求，系统地考虑和选择适当、有效的评价方法，以确保科学教育改革行进在正确的航向上。可供参考的方法如：①测评方法（聚合性的或结构性的），用于评估科学素养整体水平，或者針对某项具体科学能力（如科学推理、科学建模、概念理解、探究工具使用、科学身份认同等）进行评估。②过程与结果关联的情境性评估，用于多场景中的科学学习成效的评估、基于评估的决策等。③基于计算机的嵌入／伴随式评估，采取与学习过程相伴嵌入式方法，通过多模态数据采集，评估个体及群体科学学习的多种特征，其在数字化转型时期大有可为。这些评价方法可用于科学教育实践的循证改进。

（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）