摘要：加強(qiáng)科學(xué)教育是我國(guó)加快建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)的重要戰(zhàn)略關(guān)切和支撐路徑。進(jìn)入智能科技飛速發(fā)展的時(shí)代，中小學(xué)科學(xué)教育應(yīng)重視以提升科學(xué)素養(yǎng)為基本目標(biāo)，幫助學(xué)生形成對(duì)科學(xué)的整體理解，發(fā)展科學(xué)思維，呵護(hù)和鼓勵(lì)他們的好奇心和創(chuàng)造性。科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵也由關(guān)注學(xué)生應(yīng)該“有什么”，轉(zhuǎn)向?qū)W生能夠“做什么”，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)獲得知識(shí)并在運(yùn)用與遷移中發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。為加快實(shí)現(xiàn)我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展和高質(zhì)量發(fā)展，需要重點(diǎn)在6個(gè)方面做出探索和突破：一是以“學(xué)生如何學(xué)習(xí)”為底層邏輯設(shè)計(jì)科學(xué)教育實(shí)施體系，二是以學(xué)習(xí)者為中心建好“社會(huì)大課堂”，三是以數(shù)智技術(shù)驅(qū)動(dòng)真實(shí)科學(xué)學(xué)習(xí)，四是保障學(xué)生充分參與科學(xué)實(shí)踐，五是提供深度連貫的課程，六是探索科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)創(chuàng)新。為此，需要開啟新的研究議程和務(wù)實(shí)行動(dòng)，著重在科學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)制和基本理論、科學(xué)教育多主體協(xié)同機(jī)制、科學(xué)學(xué)習(xí)支持體系等方面加大探索力度，不斷提升科學(xué)教育的專業(yè)化程度及研究水平，更好地服務(wù)教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教育；科學(xué)素養(yǎng)；科學(xué)思維；科學(xué)實(shí)踐；教育改革

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-5195（2024）05-0003-13 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2024.05.001

基金項(xiàng)目： 2019年度教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金項(xiàng)目“信息化學(xué)習(xí)場(chǎng)域中學(xué)生深度學(xué)習(xí)阻障診斷與教學(xué)優(yōu)化研究”（19YJA880048）。

作者簡(jiǎn)介：裴新寧，博士，教授，博士生導(dǎo)師，華東師范大學(xué)國(guó)際與比較教育研究所，華東師范大學(xué)科學(xué)教育研究與教學(xué)中心（上海 200062）。

加強(qiáng)科學(xué)教育是我國(guó)加快建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)、實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的奠基性工程。黨的二十大報(bào)告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐”（新華社，2022），這為科學(xué)教育賦予了重大使命。2023年5月，教育部等十八部門聯(lián)合頒布《加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》（后文簡(jiǎn)稱“《意見》”）（中華人民共和國(guó)教育部，2023a），確立了我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育改革的戰(zhàn)略方向。隨后全國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)區(qū)、實(shí)驗(yàn)校建設(shè)項(xiàng)目陸續(xù)展開。伴隨學(xué)?？茖W(xué)教育改革探索的逐步深化，一些問(wèn)題也浮現(xiàn)出來(lái)。筆者在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，不少地區(qū)及學(xué)校對(duì)科學(xué)教育的基本理念和具體改革行動(dòng)還存在方向性的疑惑，特別是在課程與教學(xué)的創(chuàng)zHsRVIRVVUk1t/1/W97+dg==新提質(zhì)方面究竟該做什么和怎么做，還有許多問(wèn)題亟待回答。本文在前期研究和團(tuán)隊(duì)交流的基礎(chǔ)上對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了思考，呈現(xiàn)于此，希望對(duì)中小學(xué)科學(xué)教育改革的深化推進(jìn)有所啟發(fā)。

一、技術(shù)時(shí)代學(xué)?？茖W(xué)教育改革的基本價(jià) 值主張

現(xiàn)代科技正以前所未有的勢(shì)頭作用于人類，帶來(lái)豐富的物質(zhì)產(chǎn)品和劇變的社會(huì)狀態(tài)，更沖擊著思想制式和教育系統(tǒng)?？茖W(xué)教育自近代成為教育系統(tǒng)的重要內(nèi)容，也為受教育者賦予了認(rèn)識(shí)世界、發(fā)展心智、處理個(gè)人與世界關(guān)系問(wèn)題的關(guān)鍵且高效的工具。工業(yè)革命、信息革命以來(lái)，科學(xué)的成功不斷強(qiáng)化著科學(xué)教育的重要性。進(jìn)入21世紀(jì)之后，將科學(xué)教育置于整個(gè)教育系統(tǒng)的優(yōu)先地位已成為全球科學(xué)家和教育學(xué)者的普遍呼聲和國(guó)家行動(dòng)。與此同時(shí)，科學(xué)教育理論與實(shí)踐創(chuàng)新成果的快速積累，深刻影響了整個(gè)學(xué)校教育系統(tǒng)的變革，甚至引領(lǐng)了世界教育發(fā)展的風(fēng)向。如今，智能科技正改變著科學(xué)研究的方式，使得科學(xué)正以全新模式向個(gè)人及社會(huì)生活廣泛滲透，全球加劇的科技競(jìng)爭(zhēng)已然指向各國(guó)人才基礎(chǔ)的抗衡。面向加快建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)的宏偉目標(biāo)，全力做好科學(xué)教育“加法”已成必然選擇。一方面，要大力提升青少年的科學(xué)素養(yǎng)，讓更多的青少年熱愛科學(xué)，愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)，從小具備科學(xué)家潛質(zhì)；另一方面，須將時(shí)代新人所必備的創(chuàng)新創(chuàng)造品質(zhì)培養(yǎng)融入科學(xué)教育的全過(guò)程?；谏鲜鰧?duì)國(guó)內(nèi)外背景的考量，我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育改革行動(dòng)應(yīng)重視以下基本價(jià)值導(dǎo)向。

1.提升每一位學(xué)習(xí)者的科學(xué)素養(yǎng)

技術(shù)發(fā)達(dá)的社會(huì)要求每個(gè)人（包括個(gè)體及群體）都具有更高的科學(xué)素養(yǎng)。人類的未來(lái)取決于科學(xué)的智慧（“中國(guó)學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”項(xiàng)目組，2023）。要解決地球上出現(xiàn)的諸如環(huán)境惡化、疾病流行、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)、糧食安全等危機(jī)，需要仰仗科學(xué)的力量。我們必須首先借助科學(xué)省思：現(xiàn)在背負(fù)的問(wèn)題本質(zhì)是什么？用什么樣的方法可以解決？這種科學(xué)的力量需要依靠專業(yè)的科學(xué)家，但也需要每一個(gè)民眾知曉科學(xué)的思考方法和行動(dòng)方式，以審慎地決策和參與意見的表達(dá)，即具備科學(xué)素養(yǎng)（池內(nèi)了，2018；Siarova et al.，2019，p.18）。我們看到，一個(gè)國(guó)家的科技水平越來(lái)越多地由該國(guó)對(duì)科學(xué)的社會(huì)認(rèn)同水平，即由民眾對(duì)科學(xué)與技術(shù)的了解與支持程度來(lái)決定。所以，科學(xué)素養(yǎng)除了包括人們對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)的掌握，對(duì)科學(xué)方法與科學(xué)史的了解，還包括對(duì)社會(huì)中科學(xué)議題的負(fù)責(zé)任地參與。當(dāng)然科學(xué)中的理性精神、獨(dú)立精神、批判精神、創(chuàng)新精神等也不可或缺。開展科學(xué)教育，就是要支持學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究和參與科學(xué)實(shí)踐，研究真實(shí)世界中的科學(xué)問(wèn)題，從而讓他們更好地理解社會(huì)和認(rèn)識(shí)世界，并負(fù)責(zé)任地參與未來(lái)。

科學(xué)教育者要努力塑造具有高科學(xué)素養(yǎng)的群體，科學(xué)專業(yè)人士也要加入科學(xué)教育情境之中，幫助青少年及廣大民眾跨過(guò)參與上的“門檻”。一個(gè)社會(huì)只有建立了廣泛認(rèn)同的科學(xué)文化基礎(chǔ)，才能保證國(guó)家重大科技戰(zhàn)略行動(dòng)順利推進(jìn)，進(jìn)而擁有可持續(xù)的未來(lái)。鑒于科學(xué)素養(yǎng)對(duì)于個(gè)人、社群及社會(huì)發(fā)展的重要性，幾乎所有國(guó)家及地區(qū)都將提升科學(xué)素養(yǎng)納入各級(jí)各類科學(xué)教育的基本目標(biāo)乃至將其作為終極目標(biāo)。在這個(gè)意義上說(shuō)，科學(xué)教育就是科學(xué)素養(yǎng)教育。

2.幫助學(xué)習(xí)者建立對(duì)科學(xué)的整體性理解

科學(xué)是關(guān)于自然世界的解釋體系（知識(shí)），但這套體系的生產(chǎn)是受其研究方法、過(guò)程和建制所辯護(hù)的。因而科學(xué)必然同時(shí)具有思想觀念的、認(rèn)識(shí)論和方法論的、社會(huì)共同體專業(yè)實(shí)踐的內(nèi)涵（孫小淳，2024），既包括理論知識(shí)，也包括實(shí)踐知識(shí)（吳國(guó)盛，2023）。近代科學(xué)以來(lái)，科學(xué)的研究?jī)?nèi)容、工具、方法、邊界、組織方式等都在不斷發(fā)生變化，但不變的是科學(xué)家共同體在探究自然現(xiàn)象并形成公認(rèn)的概念和理論時(shí)對(duì)客觀性的追求。這便是科學(xué)的基本特征。由此，所謂“理解科學(xué)”，從來(lái)不是僅指向科學(xué)知識(shí)，而是同時(shí)指向科學(xué)研究作出發(fā)現(xiàn)并在科學(xué)共同體的規(guī)范之下形成共識(shí)的過(guò)程。科學(xué)教育一定不是孤立的科學(xué)知識(shí)教育，其核心任務(wù)在于幫助學(xué)習(xí)者完整地理解真實(shí)科學(xué)研究實(shí)踐中的認(rèn)識(shí)論過(guò)程與社會(huì)規(guī)范，并能夠把科學(xué)看作一套知識(shí)、方法與建制的組合；同時(shí)幫助學(xué)習(xí)者了解智能驅(qū)動(dòng)新范式下科學(xué)的生產(chǎn)過(guò)程。

3.幫助學(xué)習(xí)者掌握理解世界的科學(xué)思維方式

學(xué)科學(xué)和參與科學(xué)需要以特定的方式思考和分析信息，以便理解世界并為之賦予意義。作為以興趣為基礎(chǔ)的人類智性活動(dòng)，科學(xué)是一種追求專業(yè)知識(shí)、探索規(guī)律的思維方式，它讓我們理解我們所身處的宇宙和世界，彌補(bǔ)人的理性缺陷和認(rèn)識(shí)局限（廖瑋，2021，p.4），不斷推動(dòng)人類文明的進(jìn)步。這種思維方式是懷疑式的，總是要求掌握證據(jù)，臻于對(duì)現(xiàn)象（及其之間的關(guān)系）本質(zhì)的形式化（尤其追求量的形式）表達(dá)，以求解其中的效應(yīng)。近代科學(xué)以來(lái)，科學(xué)共同體已發(fā)展出一系列獲得證據(jù)的方法，它們與一定的思維方式緊密聯(lián)系，比如觀察與實(shí)驗(yàn)等經(jīng)驗(yàn)方法，需要借助命題和推理等邏輯工具和多種思維方法來(lái)整理和分析經(jīng)驗(yàn)材料，以便發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)規(guī)律?？茖W(xué)方法、思維方法與邏輯方法的結(jié)合，讓科學(xué)能夠?qū)⒗硇杂糜谒袉?wèn)題之中，以使世界得到改善（張大松，2008；馬克·埃里克森，2017，p.150）。在今天技術(shù)充斥的世界中，需要透過(guò)各種遮蔽去洞察世界之本質(zhì)，辨識(shí)真?zhèn)?，那么這種經(jīng)由科學(xué)研究迭代進(jìn)化而來(lái)的思維方式就變得尤為重要?？茖W(xué)問(wèn)題和科學(xué)道理存在于生活之中，但科學(xué)不是常識(shí)本身。對(duì)學(xué)生而言，科學(xué)是一種陌生的思維方式（邁克爾·斯特雷文斯，2022），甚至是反事實(shí)的思維方式；科學(xué)知識(shí)的真正獲得要求學(xué)生通過(guò)科學(xué)方法去求證、探知、證偽，把握其中的思維方式。因而，科學(xué)教育活動(dòng)無(wú)論形式如何，還是要落實(shí)到讓學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)思維上，要朝向讓學(xué)生學(xué)會(huì)提出問(wèn)題、設(shè)定問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法而努力，如指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)不同形式的科學(xué)推理、建立模型、進(jìn)行論證與解釋、用數(shù)學(xué)形式支持和深化思考、質(zhì)疑與創(chuàng)新。

4.呵護(hù)與鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者的好奇心、創(chuàng)造性和主動(dòng)性

好奇心與創(chuàng)造性是人類的天然資源，是啟動(dòng)探索、發(fā)展理智、掌握工具，從而認(rèn)識(shí)自然、合理友好地利用自然并與之和諧共生的基本源泉?？茖W(xué)教育之于人的基本且恒常的意義就在于：留存人的創(chuàng)造性。為此，要呵護(hù)學(xué)習(xí)者天然的好奇心，維系他們對(duì)世界主動(dòng)探索的興趣，讓創(chuàng)造這份“元力量”可以留存?？茖W(xué)教育通過(guò)教會(huì)學(xué)習(xí)者使用人類理智去處理經(jīng)驗(yàn)，從而蓄發(fā)創(chuàng)造力。當(dāng)下人工智能作為一種橫向技術(shù)，幾乎對(duì)所有領(lǐng)域都產(chǎn)生了影響。但在技術(shù)富集的環(huán)境中，人依然是中心。人的學(xué)習(xí)還具有低能耗、創(chuàng)造性和主動(dòng)性等基本特征，使得學(xué)習(xí)與腦發(fā)展彼此互惠。外部技術(shù)不是用來(lái)代替人的學(xué)習(xí)，而是延續(xù)人學(xué)習(xí)的可能性，支持人的同態(tài)調(diào)節(jié)功能更好地運(yùn)行，從而助力人類更好地發(fā)揮駕馭自身才能的自主性，增加生命福祉?？茖W(xué)教育改革必須給兒童、青少年的創(chuàng)造性和主動(dòng)性發(fā)展留下充分空間，而不是用技術(shù)填滿他們的發(fā)展空間。

二、重建技術(shù)時(shí)代的科學(xué)素養(yǎng)觀

科學(xué)素養(yǎng)已成為衡量一個(gè)國(guó)家教育質(zhì)量的重要指標(biāo)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技發(fā)展?jié)摿哂蓄A(yù)測(cè)價(jià)值。20世紀(jì)80年代以來(lái)，科學(xué)研究范式的更替以及技術(shù)擴(kuò)張加速了研究者對(duì)科學(xué)知識(shí)與能力獲得過(guò)程的揭示，使我們更加明確了究竟具備怎樣的科學(xué)素養(yǎng)才是重要的。這也導(dǎo)致了新的科學(xué)知識(shí)論與科學(xué)素養(yǎng)觀的建立，并深刻影響了發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)教育改革。

1.關(guān)于對(duì)科學(xué)素養(yǎng)理解的變化

歷史上，關(guān)于科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)涵與發(fā)展路徑主要有兩種理論立場(chǎng)。一種是“缺失觀”，即把知識(shí)看作個(gè)體內(nèi)部的、值得擁有的“好東西”（Chinn et al.，2023），認(rèn)為學(xué)生是科學(xué)的外行人，缺乏科學(xué)專家的知識(shí)，因此科學(xué)教育與普及的方式就更強(qiáng)調(diào)“知識(shí)取向”，即重在彌補(bǔ)知識(shí)“缺口”。另一種是“資產(chǎn)觀”，認(rèn)為知識(shí)是在進(jìn)入群體活動(dòng)中顯現(xiàn)的，而不是個(gè)體的內(nèi)部屬性，每個(gè)學(xué)生的原有經(jīng)驗(yàn)和差異性是新學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。換言之，學(xué)習(xí)者攜帶的經(jīng)驗(yàn)可以作為其參與科學(xué)實(shí)踐的“知識(shí)基金”（科拉·巴格利·馬雷特，2021）。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著學(xué)習(xí)科學(xué)社會(huì)文化學(xué)派成果的大量積累，“資產(chǎn)觀”漸占主導(dǎo)；相應(yīng)地，探究取向和參與取向成為新科學(xué)教育的主要方式。不過(guò)，二者在知識(shí)論立場(chǎng)上還略有不同。探究取向主要源自認(rèn)知主義，認(rèn)為“科學(xué)是邏輯推理”（Chinn et al.，2023），主張學(xué)生通過(guò)自主探究來(lái)發(fā)展對(duì)科學(xué)概念的理解；而參與取向的理論觀點(diǎn)則是“科學(xué)即實(shí)踐”（Chinn et al.，2023），重視科學(xué)知識(shí)及其生產(chǎn)的社會(huì)性和復(fù)雜性，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生投入到科學(xué)過(guò)程的專業(yè)實(shí)踐中，包括參與科學(xué)共同體實(shí)踐以及具體的科學(xué)探究實(shí)踐，以提升其科學(xué)素養(yǎng)。

綜合國(guó)內(nèi)外科學(xué)素養(yǎng)的相關(guān)研究成果，可以將科學(xué)素養(yǎng)內(nèi)涵及發(fā)展方式的變化概括如下：在內(nèi)涵上，從關(guān)注“外行人”相對(duì)于科學(xué)專家知識(shí)的“缺失”，到關(guān)注個(gè)人、社群（組織）、社會(huì)三個(gè)層次上的連帶意義及生成；從聚焦作為個(gè)人屬性的知識(shí)和技能，到可外化、可被集體利用、起作用的知識(shí)和技能。在發(fā)展方式上，逐步從面向受眾的直導(dǎo)式傳播（即“運(yùn)輸知識(shí)”，與“缺失觀”一致），轉(zhuǎn)向公眾（包括學(xué)生）作為行動(dòng)者的社會(huì)參與結(jié)構(gòu)多樣化（與“資產(chǎn)觀”一致）。此外，隨著科學(xué)教育政策及研究的核心議題轉(zhuǎn)向“科學(xué)素養(yǎng)如何作為群體實(shí)踐而發(fā)揮作用”，社區(qū)科學(xué)、公民科學(xué)等項(xiàng)目更多地出現(xiàn)并進(jìn)入學(xué)校。由此中小學(xué)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)得以重新定位：由關(guān)注學(xué)生應(yīng)該“有什么”（即“知識(shí)構(gòu)成”），轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠“做什么”，并著力描述如何使得這些知識(shí)可運(yùn)用、可實(shí)踐的“條件性知識(shí)”。

當(dāng)前，中小學(xué)科學(xué)教育活動(dòng)的設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)主要圍繞兩大核心目標(biāo)進(jìn)行（見圖1）：一是發(fā)展學(xué)生對(duì)科學(xué)內(nèi)容知識(shí)的理解，即掌握公認(rèn)的理論、規(guī)律、模型、解釋、原理或原則等“靜態(tài)知識(shí)”；二是發(fā)展學(xué)生的探究實(shí)踐能力，即學(xué)會(huì)解釋、建模、論證、思考科學(xué)問(wèn)題等“動(dòng)態(tài)能力”；同時(shí)通過(guò)具體的科學(xué)實(shí)踐過(guò)程將兩大核心目標(biāo)加以整合，以促進(jìn)科學(xué)學(xué)習(xí)向深度理解和動(dòng)態(tài)能力的轉(zhuǎn)化。除此之外，與上述核心目標(biāo)相應(yīng)的個(gè)性品質(zhì)層面的素養(yǎng)目標(biāo)也得到凸顯，如科學(xué)身份認(rèn)同、興趣與好奇心、科學(xué)精神、負(fù)責(zé)任和批判性思考等（Siarova et al.，2019，pp.17-18；OECD，2023a；Chinn et al.，2023）。顯然，“能力本位”已成為“教”與“評(píng)”杠桿的支點(diǎn)。教學(xué)既要以學(xué)生的現(xiàn)有能力為基礎(chǔ)，又要以關(guān)鍵素養(yǎng)能力的達(dá)成為指向和評(píng)價(jià)重點(diǎn)。

2.科學(xué)素養(yǎng)的基本構(gòu)成

科學(xué)素養(yǎng)的構(gòu)成是因循科學(xué)教育發(fā)展目標(biāo)而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的，既關(guān)注科學(xué)本身，更關(guān)注科學(xué)的情境（Siarova et al.，2019，p.13；OECD，2023a），同時(shí)兼顧確?？茖W(xué)素養(yǎng)得以發(fā)展的基本條件及個(gè)性品質(zhì)（凱瑟琳·E.斯諾等，2020）。概觀全球科學(xué)教育研究及實(shí)踐改革的趨勢(shì)，結(jié)合我國(guó)科學(xué)教育發(fā)展的現(xiàn)實(shí)追求，我們可以將中小學(xué)生應(yīng)具備的科學(xué)素養(yǎng)概括為科學(xué)知識(shí)與技能、情境性素養(yǎng)、基礎(chǔ)性素養(yǎng)和個(gè)性品質(zhì)等四個(gè)方面。這四個(gè)方面相互聯(lián)系、相輔相成，個(gè)體科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展是內(nèi)部和外部系統(tǒng)的交互作用過(guò)程。

其一，學(xué)生要學(xué)習(xí)和理解科學(xué)知識(shí)體系（如構(gòu)成科學(xué)知識(shí)體系的科學(xué)概念、理論、協(xié)定、基本方法等），并掌握獲得這些知識(shí)與技能的科學(xué)實(shí)踐（如開展科學(xué)探究過(guò)程，進(jìn)行科學(xué)解釋、論證、推理、交流等）。它們構(gòu)成了中小學(xué)科學(xué)教育的基本內(nèi)容。關(guān)于當(dāng)下應(yīng)給學(xué)生教授什么的問(wèn)題，已有眾多討論?？傮w來(lái)看，學(xué)?？茖W(xué)教育的內(nèi)容體系是相對(duì)“純凈的”，學(xué)者們認(rèn)為對(duì)處于科學(xué)傳統(tǒng)積淀不足的文化中的學(xué)生而言，深入學(xué)習(xí)少量的核心知識(shí)形成科學(xué)（理性）的世界觀，比讓他們知道更多其他知識(shí)更重要（諾曼·萊德曼等，2022，pp.767-785）。由此，學(xué)校科學(xué)教育應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生重點(diǎn)學(xué)習(xí)兩類知識(shí)：一是最核心的說(shuō)明性知識(shí)——學(xué)科核心知識(shí)、跨學(xué)科（橫向）概念；二是最基本的實(shí)踐性知識(shí)（如2022年版《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)的“探究實(shí)踐”）；同時(shí)強(qiáng)調(diào)教學(xué)中要通過(guò)科學(xué)實(shí)踐來(lái)獲得學(xué)科核心知識(shí)及跨學(xué)科概念。這種知識(shí)觀充分體現(xiàn)了學(xué)習(xí)科學(xué)研究中“思維/意識(shí)與活動(dòng)相統(tǒng)一”的基本主張，以及“知識(shí)—使用—遷移”一體化的重要性。

其二，學(xué)生要知曉情境中的科學(xué)，即要了解科學(xué)的產(chǎn)生、作用及影響，能夠辨識(shí)或處理與科學(xué)有關(guān)的領(lǐng)域及事務(wù)。不了解科學(xué)的社會(huì)文化情境，就無(wú)法深入理解科學(xué)知識(shí)體系，也就難以具備基本的科學(xué)能力。具備情境性科學(xué)素養(yǎng)對(duì)沉浸于數(shù)字化社會(huì)信息潮涌中的個(gè)體來(lái)說(shuō)尤為重要，有助于他們整合并解釋信息，進(jìn)行反思和評(píng)判，明辨真假科學(xué)，理解科學(xué)工作的邊界與限度，認(rèn)同科學(xué)工作的道德倫理，并能在技術(shù)世界中保持內(nèi)省、批判性思考和主動(dòng)。

其三，學(xué)生要具備基礎(chǔ)性素養(yǎng)，比如具有數(shù)學(xué)素養(yǎng)、讀寫素養(yǎng)、視覺(jué)素養(yǎng)、圖示理解力，會(huì)運(yùn)用數(shù)智工具獲取證據(jù)、進(jìn)行表征等，這些是學(xué)生以意義建構(gòu)的方式（而不是死記硬背）處理信息，形成時(shí)代所需的科學(xué)關(guān)鍵能力的基本前提?；A(chǔ)性素養(yǎng)的提高不能僅靠數(shù)學(xué)或信息技術(shù)等學(xué)科的常規(guī)教學(xué)，而是需要科學(xué)教育各相關(guān)學(xué)科教學(xué)都主動(dòng)將這些基礎(chǔ)性素養(yǎng)融入教育過(guò)程中。

其四，學(xué)生要具備良好的個(gè)性品質(zhì)，科學(xué)教育就是要不斷涵育像科學(xué)家那樣進(jìn)行科學(xué)研究和思考時(shí)的特定傾向和思維習(xí)慣，如好奇、愛問(wèn)、開放、求真、求證、身份認(rèn)同、堅(jiān)持、堅(jiān)毅等。換言之，就是要學(xué)習(xí)科學(xué)家的認(rèn)知美德和精神氣質(zhì)，具備科學(xué)家潛質(zhì)。特定傾向和思維習(xí)慣是科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)核要素，決定了人們?nèi)绾卧诟鞣N情況下參與科學(xué)；其也是使用其他素養(yǎng)成分的先決條件，很大程度上決定了學(xué)生的科學(xué)身份認(rèn)同，進(jìn)而影響他們科學(xué)投入的持續(xù)性。

總之，這一素養(yǎng)框架下的科學(xué)教育途徑充滿主動(dòng)性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性。比如強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)知識(shí)的運(yùn)用、投入科學(xué)實(shí)踐、參與科學(xué)議題討論、從事科學(xué)問(wèn)題解決等。這樣的途徑旨在高效地為學(xué)生賦予必備能力：能夠認(rèn)識(shí)知識(shí)是如何產(chǎn)生的，理解與科學(xué)知識(shí)相關(guān)聯(lián)的科學(xué)方法、過(guò)程和建制，從而有效地探知世界，應(yīng)對(duì)世界的變化與挑戰(zhàn)。這樣的科學(xué)教育重視“教”人通過(guò)“內(nèi)省式地批判”，“向內(nèi)地”塑造人格品性，珍視而非規(guī)避倫理情境，理解自身、文化與行為及其彼此間的塑造，從而讓創(chuàng)新不失“智慧”的應(yīng)有之義。然而，科學(xué)素養(yǎng)的提升是一個(gè)持續(xù)的過(guò)程，突破學(xué)校圍墻限制，嵌入社會(huì)資源，構(gòu)筑科學(xué)學(xué)習(xí)良好生態(tài)，是科學(xué)教育成功的必要條件。為此，提高校外非正式學(xué)習(xí)環(huán)境（如家庭、工作場(chǎng)所、博物館、社區(qū)、媒體等）中科學(xué)教育的質(zhì)量和覆蓋度，成為諸多國(guó)家培養(yǎng)兒童及青少年科學(xué)興趣、支持公民科學(xué)素養(yǎng)持續(xù)提升的重要舉措。

三、深化中小學(xué)科學(xué)教育改革的重點(diǎn)

科學(xué)及其各個(gè)學(xué)科不斷地向著新領(lǐng)域開拓，使得科學(xué)的構(gòu)成、實(shí)踐和表征形式變得愈加復(fù)雜，我們不可能從整體上一下子把握科學(xué)。今天的科學(xué)已不是一種純粹的知識(shí)和實(shí)踐形式，相反它更多寓于技術(shù)科學(xué)現(xiàn)實(shí)的項(xiàng)目、活動(dòng)和陳述之中。所以，究竟教什么和怎么教，是一個(gè)十分難以抉擇的話題。但對(duì)作為科學(xué)教育主陣地的學(xué)校來(lái)說(shuō)，課程教學(xué)是根本，這是一個(gè)不可忽視的基本抓手。2023年5月，教育部頒布《基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動(dòng)方案》，部署了“科學(xué)素養(yǎng)提升行動(dòng)”，計(jì)劃用3～5年時(shí)間，通過(guò)“深化中小學(xué)科學(xué)教育改革，強(qiáng)化做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，提升學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”（中華人民共和國(guó)教育部，2023b），實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)行為和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的深刻變化。在這一總體目標(biāo)指引下，結(jié)合前面討論的科學(xué)素養(yǎng)觀，我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育改革應(yīng)重點(diǎn)在以下幾方面做出探索與突破。

1.以“學(xué)生如何學(xué)習(xí)”為底層邏輯設(shè)計(jì)科學(xué)教育實(shí)施體系

科學(xué)教育與學(xué)習(xí)科學(xué)是共生演化的（裴新寧，2018；Songer et al.，2022）。這從20世紀(jì)后半葉以來(lái)美、英、法等科技強(qiáng)國(guó)的科學(xué)教育發(fā)展經(jīng)驗(yàn)中不難找到證據(jù)。成功的科學(xué)教育設(shè)計(jì)既要深植于科學(xué)體系，也要遵循教育規(guī)律，但最基本的是要以“學(xué)生如何學(xué)習(xí)”為底層邏輯。設(shè)計(jì)者及教育者要全面理解究竟“什么影響學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)”“什么制約學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展”，這是當(dāng)下科學(xué)教育研究與實(shí)踐首先要思考和處理的問(wèn)題。已有研究和實(shí)踐表明，不了解學(xué)習(xí)的機(jī)理、不解決怎么學(xué)的問(wèn)題，科學(xué)教育的新嘗試、資金和人力投入所期待的目標(biāo)就可能落空（Sawyer，2014）；而基于學(xué)習(xí)科學(xué)原理設(shè)計(jì)與實(shí)施的STEM項(xiàng)目和技術(shù)性學(xué)習(xí)環(huán)境卻取得了更好成效（Sawyer，2022，pp.1-23）。學(xué)習(xí)科學(xué)跨學(xué)科研究為基于實(shí)證的教育決策提供了支撐，諸多科技強(qiáng)國(guó)的新科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)指引的制定就明確以學(xué)習(xí)科學(xué)為基礎(chǔ)。聯(lián)合國(guó)教科文組織高度重視學(xué)習(xí)科學(xué)對(duì)改善教育效果的作用，成立了學(xué)習(xí)科學(xué)全球聯(lián)盟，致力于推動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)研究及成果向教育政策與實(shí)踐的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，并促進(jìn)學(xué)習(xí)創(chuàng)新（UNESCO，2024）。

與學(xué)校科學(xué)教學(xué)成效直接相關(guān)的學(xué)習(xí)科學(xué)成果是極其豐富的，這里簡(jiǎn)單羅列幾條基本結(jié)論。一是科學(xué)學(xué)習(xí)啟動(dòng)于人生早期，貫穿人一生發(fā)展，且具有內(nèi)在的文化屬性。由此便可理解為何將歐美科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)照搬于我國(guó)科學(xué)課堂教學(xué)的做法難以奏效。惟有吸納學(xué)習(xí)科學(xué)的先進(jìn)方法，深入研究我國(guó)學(xué)生的特點(diǎn)、教學(xué)的情境并尋找優(yōu)化教學(xué)過(guò)程的途徑，才可能助力改革走出困境。二是科學(xué)和科學(xué)實(shí)踐當(dāng)中的內(nèi)容和過(guò)程是交織在一起的。而現(xiàn)實(shí)中許多課堂中的“知”“行”卻是分離的，通常是先講后練以后再實(shí)踐或者根本不實(shí)踐。這種將科學(xué)內(nèi)容與過(guò)程或活動(dòng)進(jìn)行的“拆離”，偏離了真實(shí)科學(xué)研究實(shí)踐，也是導(dǎo)致學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)低效的主要原因。三是有效的科學(xué)教育反映了科學(xué)家的認(rèn)識(shí)論方式，并與學(xué)習(xí)者的世界相關(guān)聯(lián)。當(dāng)下一些學(xué)校建立了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，其在設(shè)施的物理形式上幾乎跟大學(xué)實(shí)驗(yàn)室并無(wú)二樣，然而讓學(xué)生在這樣“高大上”的實(shí)驗(yàn)室里“照方抓藥”，卻并沒(méi)有改變科學(xué)教學(xué)的認(rèn)識(shí)論過(guò)程，由此所謂的“像科學(xué)家一樣思考”和“像科學(xué)家一樣做事”的目標(biāo)往往變成了紙上談兵。四是科學(xué)學(xué)習(xí)的類型是多樣且可以協(xié)同運(yùn)作的。如一些模式和規(guī)則的學(xué)習(xí)、基本的科學(xué)語(yǔ)言學(xué)習(xí)（作為中介工具）是知識(shí)精益型的，不需要太多的知識(shí)積累；而一些科學(xué)推理、問(wèn)題解決類的學(xué)習(xí)則依賴一定的知識(shí)基礎(chǔ)。因此，我們應(yīng)選擇尊重兒童的學(xué)習(xí)方式和類型來(lái)讓他們接觸科學(xué)，也只有當(dāng)所采用的學(xué)習(xí)方式跟兒童的身心體驗(yàn)相結(jié)合的時(shí)候，他們才能學(xué)得好、學(xué)得愉快。五是記憶不是“復(fù)現(xiàn)”，而是重建。要真正“記住”科學(xué)原理，則需要在情境變換中引發(fā)深度理解和概念轉(zhuǎn)變。

2.建好以學(xué)習(xí)者為中心的“社會(huì)大課堂”

堅(jiān)持以人為本，充分關(guān)照兒童和青少年對(duì)科學(xué)的興趣和科學(xué)身份認(rèn)同，這是支撐他們理解科學(xué)、熱愛科學(xué)、將來(lái)投身于科學(xué)事業(yè)的關(guān)鍵基石。然而這卻是科學(xué)教育發(fā)展的最大挑戰(zhàn)?？朔@一挑戰(zhàn)只靠學(xué)校單主體的努力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的?！兑庖姟诽?hào)召“用好社會(huì)大課堂”，倡導(dǎo)相關(guān)單位服務(wù)科學(xué)實(shí)踐教育，高校和科研院所主動(dòng)對(duì)接中小學(xué)，引領(lǐng)科學(xué)教育發(fā)展。各地各部門也做了大量工作，特別是在深化館校結(jié)合、鼓勵(lì)科學(xué)家投身科普等方面均取得了很大進(jìn)展。但由于中小學(xué)科學(xué)教育涉及廣泛分布的資源單位，如何使分屬于不同部門、分散在不同領(lǐng)域的科學(xué)教育力量凝成系統(tǒng)合力，還缺乏行之有效的機(jī)制和措施。從我國(guó)課程改革的歷史和國(guó)際經(jīng)驗(yàn)中可知，科學(xué)教育的發(fā)展更需要專業(yè)化、可持續(xù)的支持系統(tǒng)，這對(duì)于我國(guó)起步晚且底子薄的科學(xué)教育的有效改進(jìn)而言尤為重要。這也是“用好社會(huì)大課堂”的深層意義所在。要做好科學(xué)教育“加法”，關(guān)鍵的一點(diǎn)是把學(xué)生吸引到科學(xué)活動(dòng)當(dāng)中來(lái)。已有大量研究表明：最有效的方法是讓學(xué)生找出（而不是由教師給出）科學(xué)與日常生活及經(jīng)驗(yàn)之間的聯(lián)系；教育者要為學(xué)生提供參與“重要科學(xué)事務(wù)”的機(jī)會(huì)（Hall et al.，2012）。這是建立以學(xué)習(xí)者中心的“社會(huì)大課堂”的基本經(jīng)驗(yàn)。

進(jìn)入21世紀(jì)的第二個(gè)十年，國(guó)際上科學(xué)教育社會(huì)參與網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)逐漸指向“學(xué)習(xí)者中心”的專業(yè)化支持系統(tǒng)，形成了多種有效的運(yùn)作模式和優(yōu)秀的實(shí)踐成果。第一種是政府統(tǒng)籌、高校主導(dǎo)的分布式科學(xué)教育中心模式。例如，芬蘭教育部組建了國(guó)家科學(xué)教育中心，并依托不同高校和科學(xué)中心實(shí)施基于地區(qū)特色資源的STEM項(xiàng)目活動(dòng)，以統(tǒng)籌調(diào)控全國(guó)性的科學(xué)教育資源網(wǎng)絡(luò)的主題設(shè)置和參與覆蓋面，同時(shí)圍繞學(xué)習(xí)的三個(gè)基本向度（即深度、廣度、終身）構(gòu)建了專業(yè)化的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)系統(tǒng)。第二種是以科學(xué)中心為凝聚核心的參與網(wǎng)絡(luò)模式。例如，日本的京阪奈科學(xué)城設(shè)置了京阪奈交流促進(jìn)網(wǎng)，通過(guò)“產(chǎn)學(xué)館合作”的協(xié)同方式聚攏了整個(gè)科學(xué)城中的中小學(xué)校、企業(yè)、博物館和高校等多元主體，構(gòu)建了龐大而高效的科學(xué)教育實(shí)踐協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。第三種是政府監(jiān)督的企業(yè)聯(lián)合基金模式。例如，德國(guó)在STEM領(lǐng)域最大的早期兒童教育計(jì)劃“小科學(xué)家”項(xiàng)目①，就是由基金會(huì)（合作伙伴包括西門子基金會(huì)、迪特瑪·霍普基金會(huì)和迪特·施瓦茨基金會(huì)等）支持的。該項(xiàng)目始建于2006年，2008年以來(lái)得到德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部的支持與指導(dǎo)，致力于通過(guò)多種形式的專業(yè)發(fā)展活動(dòng)幫助教育者掌握適于兒童的科學(xué)探索方法，并支持專項(xiàng)研究，將STEM教育專家和科學(xué)家的專業(yè)貢獻(xiàn)融入項(xiàng)目的推進(jìn)。第四種是科學(xué)家共同體的權(quán)威引領(lǐng)模式。該模式的典型代表是美國(guó)21世紀(jì)的科學(xué)教育改革。在《K-12科學(xué)教育框架》和《下一代科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）等一系列重要綱領(lǐng)和操作性指南研制出臺(tái)過(guò)程中，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、國(guó)家工程院、國(guó)家醫(yī)學(xué)院發(fā)揮了核心和主導(dǎo)作用，自上而下地確保了科學(xué)教育內(nèi)容和路徑的適當(dāng)性和先進(jìn)性；而且通過(guò)制度性的、基于循證的解讀，為科學(xué)教育改革的優(yōu)質(zhì)推進(jìn)起到了保駕護(hù)航的作用。目前美國(guó)大部分綜合性高校均參與了科學(xué)教育共建，特別是在美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)等基金組織的資助下，美國(guó)高校在公共資源建設(shè)和教師專業(yè)發(fā)展活動(dòng)提供方面表現(xiàn)出很高的積極性。

綜上，各國(guó)致力于建設(shè)“社會(huì)大課堂”的目的在于將學(xué)習(xí)者的個(gè)人生活與社會(huì)生活相連接，進(jìn)而與科學(xué)世界聯(lián)系起來(lái)。理想的“社會(huì)大課堂”是一種學(xué)習(xí)者中心的開放學(xué)習(xí)環(huán)境，有助于形成人人參與科學(xué)的社會(huì)文化。它具有如下基本特征（高文，2005；裴新寧，2010；Education Reimagined，2020）：聚焦人的學(xué)習(xí)與發(fā)展；強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者自主；學(xué)習(xí)活動(dòng)以能力為本；無(wú)隔擴(kuò)展學(xué)習(xí)；任務(wù)個(gè)性化、關(guān)聯(lián)和境脈化；社會(huì)力量及資源整合式嵌入（見圖2）。我國(guó)高度重視利用科技場(chǎng)館做好科學(xué)教育。但科技場(chǎng)館的功能優(yōu)勢(shì)不是復(fù)制學(xué)校的實(shí)踐，也不是簡(jiǎn)單地延伸學(xué)習(xí)時(shí)間和空間，而是補(bǔ)充學(xué)?？茖W(xué)教學(xué)的不足，發(fā)揮促進(jìn)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新學(xué)習(xí)的效力。場(chǎng)館科學(xué)學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度地以讓學(xué)習(xí)者介入真實(shí)科學(xué)為目標(biāo)導(dǎo)向：發(fā)展科學(xué)興趣、理解科學(xué)知識(shí)、從事科學(xué)推理、反思科學(xué)學(xué)習(xí)、參與科學(xué)實(shí)踐、認(rèn)同科學(xué)事業(yè)（NRC，2009），進(jìn)而打造科學(xué)教育實(shí)踐的良好生態(tài)。

圖2 “社會(huì)大課堂”的基本特征示意圖

3.以技術(shù)驅(qū)動(dòng)真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)

技術(shù)支持的科學(xué)教育具有三個(gè)鮮明特征：一是技術(shù)作為內(nèi)容和科目，納入科學(xué)教育并形成了“信息技術(shù)與科學(xué)學(xué)科整合”的多種形態(tài)；二是信息技術(shù)作為科學(xué)學(xué)習(xí)的環(huán)境和工具；三是信息技術(shù)作為關(guān)鍵要素，成為跨學(xué)科學(xué)習(xí)（如STEM）的組成部分（裴新寧等，2021a）。這些特征的共同指向是對(duì)真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)。“真實(shí)性學(xué)習(xí)”通常有兩種含義：一是指現(xiàn)實(shí)生活世界（Real World）中的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)要聯(lián)系生活實(shí)際，但學(xué)到生活經(jīng)驗(yàn)或常識(shí)并不等于學(xué)到了科學(xué)經(jīng)驗(yàn)；二是指專業(yè)場(chǎng)景中的學(xué)習(xí)（Professional Learning），強(qiáng)調(diào)對(duì)“專長(zhǎng)”（Expertise）的學(xué)習(xí)，比如像科學(xué)家一樣思考與實(shí)踐。從科學(xué)教育改革的價(jià)值出發(fā)，我們更重視后者，而后者在現(xiàn)實(shí)教學(xué)場(chǎng)景中往往成效不高或難以實(shí)現(xiàn)。為此，數(shù)智技術(shù)變革科學(xué)教育的目標(biāo)應(yīng)在于支持學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在科學(xué)“專長(zhǎng)”上的提升。比如，利用技術(shù)為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)提供過(guò)程性支持（如在模擬的真實(shí)科學(xué)現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行科學(xué)解釋）和學(xué)習(xí)經(jīng)歷支持（特別是針對(duì)現(xiàn)實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的真實(shí)學(xué)習(xí)經(jīng)歷），實(shí)現(xiàn)嵌入式評(píng)價(jià)和需求性反饋，從而讓學(xué)習(xí)者可以真正進(jìn)行按需學(xué)習(xí)和適應(yīng)性學(xué)習(xí)（裴新寧等，2021b）。

已有大量研究成果顯示，交互式學(xué)習(xí)環(huán)境（平臺(tái)）能夠改進(jìn)真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)的成效。比如，利用計(jì)算機(jī)交互環(huán)境搭建的體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)實(shí)踐的探究場(chǎng)景，能促發(fā)充分的話語(yǔ)實(shí)踐，幫助學(xué)生學(xué)會(huì)利用概念來(lái)表達(dá)理解，進(jìn)行推理和建模，掌握反思策略。這樣的過(guò)程使得學(xué)生的概念理解和科學(xué)身份認(rèn)同都得到改善（陳晟，2024；閔輝等，2024；Pei et al.，2020；Huang et al.，2024）。利用模擬可以支持學(xué)生進(jìn)行復(fù)雜問(wèn)題解決和完整的科學(xué)探究。例如，在PBL微情境中，學(xué)生可以界定科學(xué)問(wèn)題、建立假設(shè)（理論建模）、嘗試得出結(jié)果、調(diào)試方法，并給出解釋（通常需要數(shù)學(xué)模型）和基于證據(jù)的論證（NGSA，2024）。在現(xiàn)實(shí)的科學(xué)課堂教學(xué)中，可以將實(shí)物材料與AR相結(jié)合，支持學(xué)生理解科學(xué)現(xiàn)象背后的效應(yīng)（如光纖傳輸）；可以利用在線科學(xué)探究平臺(tái)（如WISE）將學(xué)生置于地球科學(xué)的背景中，討論氣候變化的現(xiàn)象與數(shù)據(jù)，并結(jié)合真人分組討論，開展科學(xué)論證。近期，國(guó)際上涌現(xiàn)了一批利用人工智能平臺(tái)及軟件支持真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)的研究。例如，使用自然語(yǔ)言處理工具進(jìn)行自動(dòng)化評(píng)價(jià)，從而幫助學(xué)生反思并學(xué)會(huì)運(yùn)用多種科學(xué)表征（Linn et al.，2023）；將生成式人工智能作為支架，引發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題的主動(dòng)學(xué)習(xí)行為（Ko?-Januchta et al.，2020），支持有效建模（Adair et al.，2023）和科學(xué)論證（Lee et al.，2021）等。也有研究表明：人工智能在理解科學(xué)的本質(zhì)上顯現(xiàn)出一定的優(yōu)于一般教師的潛力（Nyaaba，2024）。

我國(guó)正在加快推進(jìn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，各學(xué)科在學(xué)習(xí)資源建設(shè)上成效顯著。比如，數(shù)字教材、數(shù)字化知識(shí)板塊（知識(shí)體）等已被用于支持課堂教學(xué)轉(zhuǎn)型。但總體來(lái)看，這些資源（包括一些游戲化學(xué)習(xí)資源）的設(shè)計(jì)理念和過(guò)程主要指向?qū)Τ善分R(shí)的獲取，而在利用數(shù)字工具支持科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)、科學(xué)思維訓(xùn)練、創(chuàng)造等方面做得還較少，在引導(dǎo)科學(xué)教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的深刻變革上還有較大空間?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外已有研究可知，目前人工智能用于科學(xué)教育主要處于積極探索階段，成果不斷涌現(xiàn)，但在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中并未大面積實(shí)施。盡管如此，人工智能已顯示出賦能教與學(xué)創(chuàng)新的諸多潛能。可以做出如下三方面的預(yù)判：第一，隨著人工智能倫理治理的規(guī)范化以及人工智能平臺(tái)應(yīng)用的常態(tài)化，人工智能可用于中小學(xué)科學(xué)課程內(nèi)容的組織和課堂結(jié)構(gòu)的改造，但仍會(huì)作為科學(xué)探究的輔助和增效工具，不會(huì)替代也不能缺少教師的引導(dǎo)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)。第二，人工智能可對(duì)科學(xué)教育的發(fā)展起到支撐和驅(qū)動(dòng)作用，但這有賴于以學(xué)習(xí)原理為基礎(chǔ)的精良的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和合理的策略整合；人機(jī)對(duì)話、交互等功能的研發(fā)還需要更多努力。第三，人工智能會(huì)更普遍地嵌入各類科學(xué)學(xué)習(xí)平臺(tái)之中，比如，作為網(wǎng)絡(luò)課程的人機(jī)會(huì)話助手、科學(xué)閱讀的反思性智能支架、虛擬實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬程序的評(píng)價(jià)和引導(dǎo)工具，或者作為系統(tǒng)化支持科學(xué)實(shí)踐的智能導(dǎo)師等，但是這些應(yīng)用若要取得理想的效果，還需要同步提供證據(jù)支持的相關(guān)使用指南和策略庫(kù)。

4.保障學(xué)生充分參與科學(xué)實(shí)踐

“科學(xué)作為實(shí)踐”是近年來(lái)科學(xué)教育的主導(dǎo)理念和行動(dòng)。科學(xué)教育中的“實(shí)踐”涉及科技工作者從事的真實(shí)性研究活動(dòng)，如主要采用的研究方法、思維方法、工具、手段和方式等，既包括科學(xué)家研究自然世界并對(duì)其現(xiàn)象建構(gòu)理論或模型時(shí)的科學(xué)實(shí)踐，也涉及工程師用于設(shè)計(jì)和建立模型和系統(tǒng)的工程學(xué)實(shí)踐（NRC，2012）。科學(xué)教育重視“實(shí)踐”維度，意在強(qiáng)調(diào)從事科學(xué)研究不僅僅需要一定的技能，更需要理解和掌握其中的過(guò)程。對(duì)學(xué)生而言，參與科學(xué)“實(shí)踐”意味著要進(jìn)行認(rèn)知的、社會(huì)的和涉身的學(xué)習(xí)。比如，在科學(xué)探究過(guò)程中，需要運(yùn)用科學(xué)推理、解釋、建模、論證、（數(shù)學(xué)）表征等，如果不了解這些具體的“專業(yè)實(shí)踐”，就不可能進(jìn)行真正的科學(xué)探究。然而，現(xiàn)實(shí)課堂中科學(xué)探究往往被當(dāng)作一套技能或流程來(lái)對(duì)待（而不是作為科學(xué)過(guò)程），常常忽略了其中蘊(yùn)含的科學(xué)思想和思維方式，學(xué)生往往沒(méi)能真正學(xué)到其中的專業(yè)實(shí)踐（裴新寧等，2018）。因此，從“科學(xué)探究”到“探究實(shí)踐”，不是簡(jiǎn)單的用語(yǔ)置換，而是強(qiáng)調(diào)要將科學(xué)探究從作為形式到作為一種專業(yè)實(shí)踐來(lái)理解。學(xué)校中的科學(xué)探究是模擬的科學(xué)家的真實(shí)研究，需將學(xué)科話語(yǔ)與一定的探究模式相結(jié)合，這種專業(yè)實(shí)踐是獲得特定的正規(guī)科學(xué)知識(shí)的重要途徑。已有研究指出，“實(shí)踐”有助于學(xué)習(xí)者將科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)與技能學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)（DeBoer，2023）；豐富的、適應(yīng)性的探究實(shí)踐可以降低科學(xué)參與的門檻，讓更多的兒童和青少年投入科學(xué)之中，而不是將科學(xué)只作為少數(shù)人的純粹“智力游戲”（廖瑋，2021，p.67）或解題競(jìng)賽。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)校開展探究實(shí)踐、讓學(xué)生投入科學(xué)過(guò)程搭建了真實(shí)性場(chǎng)景，其富含科學(xué)精神、科學(xué)思維和科學(xué)方法，可以將科學(xué)教育中價(jià)值教育、思維教育、創(chuàng)新教育統(tǒng)一起來(lái)。科學(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)?？茖W(xué)課程的重要組成部分。首先，學(xué)生要學(xué)習(xí)基本的科學(xué)方法，通過(guò)系統(tǒng)地觀察、觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)某種性質(zhì)，確認(rèn)某種作用，并在一定程度上加以數(shù)量化?？茖W(xué)實(shí)驗(yàn)可以把這些基本方法和過(guò)程有機(jī)地整合起來(lái)。其次，科學(xué)實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生學(xué)會(huì)鑒別真假科學(xué)，幫助他們整體和深度地理解科學(xué)。再者，參與實(shí)驗(yàn)特別是動(dòng)手做探究性實(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，是兒童科學(xué)觀形成的切當(dāng)經(jīng)歷和必由之路（裴新寧，2024）。

當(dāng)下科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育重要性無(wú)論怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。學(xué)校要避免“有形少實(shí)”，要深化師生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)之認(rèn)識(shí)論意義的理解，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新為突破口來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，進(jìn)而提高科學(xué)學(xué)習(xí)的成效。為此，科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)注重以下方面：一是以理解真實(shí)科學(xué)研究的過(guò)程與方法為目標(biāo)導(dǎo)向；二是以新技術(shù)環(huán)境與學(xué)習(xí)工具來(lái)支撐學(xué)生開展特定的科學(xué)實(shí)踐，提高提出問(wèn)題、解釋論證、書面表征等基本能力；三是讓學(xué)生使用一些新技術(shù)、新工具、新方法來(lái)獲取數(shù)據(jù)和嘗試新解釋，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)”（一些學(xué)校雖然讓學(xué)生參加了活動(dòng)，但沒(méi)有學(xué)到“核心知識(shí)”）。另外，針對(duì)一些學(xué)校以“科創(chuàng)”為名的活動(dòng)存在的“高技術(shù)低科學(xué)”現(xiàn)象，建議將工程學(xué)方法用于科學(xué)探究過(guò)程，或引導(dǎo)學(xué)生將工程問(wèn)題科學(xué)化，從而實(shí)現(xiàn)“做”“思”結(jié)合；有條件的學(xué)校還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生利用數(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)，掌握高階思維和先進(jìn)的工具方法；在科學(xué)實(shí)踐具體活動(dòng)形態(tài)的設(shè)計(jì)上，既要關(guān)注目標(biāo)產(chǎn)品導(dǎo)向（如項(xiàng)目化學(xué)習(xí)），又要鼓勵(lì)自由探索。

5.建設(shè)深度和連貫的科學(xué)課程

課程是學(xué)?？茖W(xué)教育實(shí)施的主渠道，有分科和綜合等形態(tài)。為突破知識(shí)灌輸、領(lǐng)域隔閡帶來(lái)的困境，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育價(jià)值追求和科學(xué)素養(yǎng)提升的目標(biāo)，就需要在課程與學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)上做到“對(duì)標(biāo)”，為學(xué)生提供深度連貫的課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。

在課程目標(biāo)上，要由知識(shí)導(dǎo)向設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為理解和實(shí)踐導(dǎo)向的設(shè)計(jì)?？茖W(xué)課程要促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)的深度理解，認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)。具體而言，在認(rèn)知維度上，指向?qū)茖W(xué)內(nèi)容的概念性理解、對(duì)科學(xué)現(xiàn)象背后的模式和潛在原理的尋得（Sawyer，2022，pp.1-23），能夠進(jìn)行遷移性學(xué)習(xí)，既包括相似但不同情境中的近遷移，也包括陌生情境中學(xué)習(xí)者調(diào)用學(xué)習(xí)力的遠(yuǎn)遷移（涉及創(chuàng)造性學(xué)習(xí)）。在社會(huì)維度上，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)參與真實(shí)性學(xué)習(xí)，包括探究式學(xué)習(xí)、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)、評(píng)價(jià)性學(xué)習(xí)、論證式學(xué)習(xí)等，以利于學(xué)生批判地檢驗(yàn)論據(jù)的邏輯關(guān)系，反思自己的理解和學(xué)習(xí)過(guò)程，提升反思性科學(xué)實(shí)踐能力。

在課程內(nèi)容組織上，需要優(yōu)先考慮確立科學(xué)知識(shí)論基礎(chǔ)。總體來(lái)看，新的科學(xué)教育知識(shí)體系凸顯出兩方面的特點(diǎn)：一是科學(xué)教育中的知識(shí)是“純凈的”，強(qiáng)調(diào)通過(guò)“兩類知識(shí)”（即最核心的說(shuō)明性知識(shí)和最基本的實(shí)踐性知識(shí)）的學(xué)習(xí)，高效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)世界的科學(xué)觀。二是科學(xué)教育中的知識(shí)是“整體的”，即重視科學(xué)知識(shí)生產(chǎn)、獲得、運(yùn)用的多重影響和關(guān)聯(lián)，可采用STEM、STS（科學(xué)—技術(shù)—社會(huì)）、HPS（科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)史）、SSI（社會(huì)性科學(xué)議題）等形式組織整合性的課程單元或跨學(xué)科活動(dòng)。然后，要確定適當(dāng)?shù)摹肮?jié)點(diǎn)”，以形成適當(dāng)?shù)闹R(shí)網(wǎng)格及網(wǎng)絡(luò)。這種“網(wǎng)絡(luò)”不同于一般的“知識(shí)體”——成品知識(shí)，而是包括獲取這些知識(shí)的實(shí)踐（即過(guò)程或方式）。具體而言，在組織課程內(nèi)容時(shí)，課程目標(biāo)不是以單維形式體現(xiàn)的，而是以二維或三維組合交叉而成的統(tǒng)一體，其中不可或缺的是“實(shí)踐”維度。最后，通過(guò)適當(dāng)?shù)摹敖M織者”，把各方內(nèi)容組織起來(lái)。面對(duì)教學(xué)與學(xué)習(xí)方式的變革要求，有如下四種新途徑可用來(lái)組織科學(xué)課程。

第一，以跨學(xué)科概念為中心?？鐚W(xué)科概念作為科學(xué)、技術(shù)與工程等領(lǐng)域共享的語(yǔ)言、思維和推理的方式，支持學(xué)生在各學(xué)科內(nèi)及學(xué)科間的知識(shí)遷移，有助于促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)（Chesnutt et al.，2019）?？鐚W(xué)科概念在科學(xué)學(xué)習(xí)中具有“透鏡”“橋梁”“工具”和“游戲規(guī)則”等功能（Rivet et al.，2016），可助力設(shè)計(jì)連貫的課程。例如，利用“透鏡”功能，教師可以“觀察”到在不同學(xué)科下某跨學(xué)科概念所指現(xiàn)象的突出特征，并提出一些深層次問(wèn)題，如這個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成要素有哪些？這些組成要素之間有怎樣的關(guān)系？有哪些物質(zhì)流入或流出系統(tǒng)？該物體有哪些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)？該系統(tǒng)在什么條件下可以有效運(yùn)行？以這些問(wèn)題為引導(dǎo)進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)，利于學(xué)生從不同視角對(duì)現(xiàn)象發(fā)生的原因進(jìn)行推理，從而擴(kuò)展學(xué)生的理解，并促進(jìn)其科學(xué)思維發(fā)展。又如，利用“橋梁”功能，圍繞某跨學(xué)科概念把STEM不同領(lǐng)域的知識(shí)和方法建立超鏈接，可助力學(xué)生跨單元、跨課時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)與探究，從而更好地發(fā)展其對(duì)科學(xué)核心知識(shí)的理解。另外，基于跨學(xué)科概念設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)主題和情境，可檢視學(xué)生對(duì)重要概念和方法的掌握情況。

第二，以科學(xué)史重建思維教學(xué)。科學(xué)知識(shí)是受限于社會(huì)和文化的?？茖W(xué)史視角可讓學(xué)習(xí)者覺(jué)察出：科學(xué)事實(shí)許多時(shí)候是科學(xué)家通過(guò)他們的實(shí)踐活動(dòng)、他們的互動(dòng)和行為建構(gòu)的而不是發(fā)現(xiàn)的（馬克·埃里克森，2017，p.79）；相互競(jìng)爭(zhēng)的假說(shuō)可以共存于科學(xué)革命的進(jìn)程之中，且是可以修正的（肖顯靜，2024）?？茖W(xué)史視角是理解科學(xué)本質(zhì)的“利器”，可以幫助學(xué)生批判性地對(duì)待關(guān)于科學(xué)的“通行觀點(diǎn)”，培育科學(xué)精神，理解科學(xué)創(chuàng)新的條件?？茖W(xué)史上的“零點(diǎn)”（如劃時(shí)代的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與發(fā)明）是科學(xué)思維教學(xué)的極好素材，借此可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)歷史上那些對(duì)突破科學(xué)研究困境起關(guān)鍵作用的思維方法的特點(diǎn)，從而使其學(xué)到該思維方法的精髓。

第三，以科學(xué)實(shí)踐為線索促進(jìn)關(guān)鍵能力遷移。從科學(xué)學(xué)科的誕生與發(fā)展的歷史進(jìn)程來(lái)看，科學(xué)實(shí)踐包括學(xué)科特異性的（如物理學(xué)科和生物學(xué)科中采用的模型方法和數(shù)據(jù)方法就不相同），也包括領(lǐng)域一般性的。對(duì)科學(xué)實(shí)踐的學(xué)習(xí)和掌握需要以學(xué)科或跨學(xué)科背景為依托，讓學(xué)生通過(guò)投入科學(xué)研究過(guò)程來(lái)學(xué)習(xí)其中的核心科學(xué)思想和概念。值得關(guān)注的是，“科學(xué)建模與論證”這一關(guān)鍵能力近年來(lái)受到美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家及國(guó)際測(cè)評(píng)（如PISA）的重視，旨在考查學(xué)生解釋和評(píng)估數(shù)據(jù)，并將其作為證據(jù)來(lái)進(jìn)行論證、解釋和建模的能力（諾曼·萊德曼等，2022，p.738；OECD，2023b）。這表明當(dāng)前的科學(xué)實(shí)踐已經(jīng)開始超越單純的體驗(yàn)式探究。

第四，基于有效學(xué)習(xí)模式設(shè)計(jì)課程。學(xué)習(xí)科學(xué)研究已經(jīng)提出了諸多行之有效的學(xué)習(xí)模式，可用來(lái)支撐學(xué)科單元或STEM課程的組織與設(shè)計(jì)。比如季清華（Michelene T. H. Chi）等人提出了針對(duì)一般學(xué)習(xí)的四分類學(xué)習(xí)模式（即“交互—建構(gòu)—主動(dòng)—被動(dòng)”模式）（Chi et al.，2014），瑪西婭·林（Marcia C. Linn）等人提出了針對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)的知識(shí)整合模式（Linn et al.，2011），這些已被研究論證為有效的學(xué)習(xí)模式可作為組織課程內(nèi)容的框架，支持學(xué)生深度參與探究并促進(jìn)其對(duì)科學(xué)概念的理解。

6.創(chuàng)新科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

總體來(lái)看，科學(xué)教育效果的評(píng)估方式主要有四種：一是聚合性或結(jié)構(gòu)性測(cè)評(píng)?？茖W(xué)素養(yǎng)整體水平的評(píng)估、針對(duì)某項(xiàng)具體科學(xué)能力（如對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解、科學(xué)建模、概念理解、探究工具使用、學(xué)生科學(xué)身份認(rèn)同、科學(xué)興趣等）的評(píng)估都可采用這種方式。OECD的PISA測(cè)試即屬此類。二是過(guò)程與結(jié)果關(guān)聯(lián)的情境性評(píng)估。比如評(píng)估多場(chǎng)景中的科學(xué)學(xué)習(xí)成效、基于評(píng)估的決策等。這類評(píng)估較多地依賴學(xué)習(xí)科學(xué)的理論和研究成果，通過(guò)識(shí)別不同場(chǎng)景（如科技場(chǎng)館、課堂、教師培訓(xùn)等）中學(xué)習(xí)過(guò)程與結(jié)果之間的聯(lián)系，以建立情境模型。其特點(diǎn)是評(píng)估任務(wù)可能中斷學(xué)習(xí)任務(wù)，在獨(dú)立時(shí)間里完成；也可以嵌入學(xué)習(xí)任務(wù)之中完成。三是基于計(jì)算機(jī)的嵌入式/伴隨式評(píng)價(jià)。該種評(píng)價(jià)需要基于學(xué)習(xí)過(guò)程追蹤學(xué)習(xí)進(jìn)階，通過(guò)獲取多模態(tài)數(shù)據(jù)，來(lái)評(píng)估學(xué)生的多種特征。其特點(diǎn)是與學(xué)習(xí)過(guò)程相伴，并不中斷課程學(xué)習(xí)；可以作為形成性評(píng)價(jià)，也可用作結(jié)果性評(píng)價(jià)。伴隨式評(píng)價(jià)在美國(guó)科學(xué)教育項(xiàng)目以及國(guó)際測(cè)評(píng)中已有較多應(yīng)用，諸多學(xué)習(xí)平臺(tái)（如WISE）和游戲化科學(xué)項(xiàng)目都采用此種評(píng)估。四是基于教學(xué)實(shí)踐的評(píng)估。即通過(guò)課堂觀察、視頻分析、教學(xué)材料分析等方法，檢視教學(xué)過(guò)程中師生的行為特征，了解對(duì)學(xué)習(xí)最有影響的教學(xué)因素。OECD實(shí)施的國(guó)際教學(xué)調(diào)查項(xiàng)目（TALIS）就屬此類評(píng)估?？傊?，成功的科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)依賴于理論模型的建立，特別是那些影響科學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)研究。

國(guó)際上關(guān)于學(xué)?？茖W(xué)學(xué)習(xí)成效評(píng)價(jià)的目標(biāo)和方式正在發(fā)生改變，彰顯出兩大特點(diǎn)：第一，關(guān)注動(dòng)態(tài)知識(shí)（即能力表現(xiàn)）評(píng)價(jià)。尤其注重對(duì)學(xué)生在探究過(guò)程中利用場(chǎng)景中的信息進(jìn)行問(wèn)題解決、科學(xué)解釋、論證、表征等學(xué)習(xí)力的考查，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的運(yùn)用與生成。第二，數(shù)智技術(shù)賦能評(píng)價(jià)。通過(guò)模擬開放且動(dòng)態(tài)的復(fù)雜問(wèn)題情境，拓寬了測(cè)量的構(gòu)念范圍和實(shí)際能力（Gane et al.，2018）。在更具互動(dòng)性和沉浸感的環(huán)境中，學(xué)生通過(guò)積極參與和實(shí)踐，可以更好地展示他們?cè)谔幚韽?fù)雜任務(wù)時(shí)采用的策略和做出的決策。這種技術(shù)增強(qiáng)的評(píng)估已應(yīng)用于課堂科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)中。美國(guó)《K-12科學(xué)教育框架》和NGSS提出，學(xué)生要掌握求知的方法（Ways of Knowing），通過(guò)科學(xué)實(shí)踐獲得科學(xué)知識(shí)，包括學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科概念。為此，基于NGSS的評(píng)價(jià)試題的內(nèi)容設(shè)計(jì)采用了綜合維度，即包括實(shí)踐維度在內(nèi)的二維（實(shí)踐＋學(xué)科概念）或三維（實(shí)踐＋學(xué)科概念＋交叉概念）評(píng)價(jià)框架，并采用基于計(jì)算機(jī)的交互式任務(wù)，讓學(xué)生在“小項(xiàng)目式”真實(shí)情境中識(shí)別與檢索重要科學(xué)信息，在問(wèn)題解決、知識(shí)遷移與運(yùn)用中開展學(xué)習(xí)（NGSA，2024）。數(shù)字技術(shù)支持評(píng)估的方法已普遍用于國(guó)際大規(guī)模教育評(píng)估項(xiàng)目中。例如，國(guó)際數(shù)學(xué)與科學(xué)學(xué)習(xí)趨勢(shì)項(xiàng)目（TIMSS）評(píng)估已在2023年實(shí)現(xiàn)了全面數(shù)字化；美國(guó)教育進(jìn)展評(píng)估（NAEP）2028年的科學(xué)評(píng)估項(xiàng)目也將通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行（NAGB，2024）。而PISA科學(xué)測(cè)試早在2015年就運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以考查學(xué)生是否能夠使用科學(xué)的方法（如控制變量、模型理解與構(gòu)建等）解決科學(xué)探究過(guò)程中較為復(fù)雜的問(wèn)題，進(jìn)而考查其科學(xué)方法運(yùn)用、科學(xué)解釋、科學(xué)表征等方面的能力。PISA2025更將增設(shè)“數(shù)字世界中的學(xué)習(xí)”新領(lǐng)域，以測(cè)量學(xué)生在開放的、支架式的和交互式數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境中使用計(jì)算工具參與知識(shí)建構(gòu)和解決問(wèn)題的能力（OECD，2023b）。

對(duì)國(guó)際上技術(shù)支持的科學(xué)教育評(píng)估案例的分析表明：通過(guò)為學(xué)生提供更加開放和交互性良好的評(píng)估環(huán)境，可以有效捕捉學(xué)生的多維科學(xué)能力證據(jù)。這些證據(jù)不僅可以揭示學(xué)生的知識(shí)掌握程度，還有助于展示他們?cè)谔幚韽?fù)雜情境時(shí)的思維過(guò)程和逐步解決問(wèn)題的能力。學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和思維過(guò)程變得可見，這使得教師可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生的表現(xiàn)，在必要時(shí)進(jìn)行針對(duì)性的指導(dǎo)和調(diào)整，從而有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

目前，我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育在評(píng)價(jià)理念、評(píng)價(jià)內(nèi)容與技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式上還比較滯后，這嚴(yán)重制約了科學(xué)教育改革的深入推進(jìn)，因此需要集中研究力量攻克評(píng)價(jià)難關(guān)。我們建議以課堂科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新為突破口，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型為契機(jī)，圍繞科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵能力，基于學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)制，建立評(píng)價(jià)的新框架、指標(biāo)系統(tǒng)、任務(wù)群和技術(shù)運(yùn)行平臺(tái)；然后循序漸進(jìn)地將這一評(píng)價(jià)方式擴(kuò)展到學(xué)業(yè)診斷和更全面的科學(xué)素養(yǎng)能力識(shí)別上，從而逐步建立起能力為本、素養(yǎng)導(dǎo)向的科學(xué)教育評(píng)價(jià)體系。

四、結(jié)語(yǔ)：行動(dòng)議程

以上討論從科學(xué)教育的基本價(jià)值主張出發(fā)，提出了技術(shù)時(shí)代科學(xué)教育應(yīng)把握的四個(gè)主導(dǎo)方向：提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、幫助他們整體理解科學(xué)、以科學(xué)思維為中心、呵護(hù)與鼓勵(lì)學(xué)生的好奇心與創(chuàng)造性。在此基礎(chǔ)上，本研究分析了技術(shù)時(shí)代的科學(xué)素養(yǎng)觀，初步確立了面向中小學(xué)科學(xué)教育實(shí)踐的科學(xué)素養(yǎng)基本構(gòu)成。四個(gè)組成部分之間密切相關(guān)，呈現(xiàn)了科學(xué)課程與教學(xué)應(yīng)觀照的具體素養(yǎng)內(nèi)容，凸顯了實(shí)踐和創(chuàng)新導(dǎo)向，為科學(xué)教育活動(dòng)的具體設(shè)計(jì)提供了一個(gè)大致參考。當(dāng)前，全球科學(xué)教育改革正加速推進(jìn)，在此背景下，我國(guó)科學(xué)教育工作者應(yīng)立足國(guó)情和學(xué)情，著力在6個(gè)方面做好工作：一是以“學(xué)生如何學(xué)習(xí)”為底層邏輯設(shè)計(jì)學(xué)校科學(xué)教育，二是建好學(xué)習(xí)者中心的“社會(huì)大課堂”，三是以技術(shù)驅(qū)動(dòng)真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)，四是確保學(xué)生充分參與科學(xué)實(shí)踐，五是建立深度和連貫的科學(xué)課程，六是創(chuàng)新科學(xué)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。這6個(gè)方面彼此關(guān)聯(lián)，但每個(gè)方面也可以作為一個(gè)抓手，以點(diǎn)帶面，實(shí)現(xiàn)學(xué)?？茖W(xué)教育整體質(zhì)量的提升。

落實(shí)上述行動(dòng)，還有許多理論問(wèn)題、技術(shù)問(wèn)題和基本設(shè)施問(wèn)題亟待解決。前文的討論其實(shí)已反復(fù)提示：科學(xué)教育的專業(yè)化程度及研究水平，很大程度上決定了整個(gè)科學(xué)教育系統(tǒng)的構(gòu)建和先進(jìn)性?？茖W(xué)教育發(fā)展需要有一個(gè)解決問(wèn)題的務(wù)實(shí)議程，堅(jiān)持專業(yè)主義和研究導(dǎo)向既是態(tài)度也是必要工具。基于此，筆者嘗試提出以下幾個(gè)研究及行動(dòng)方向：第一，加強(qiáng)對(duì)科學(xué)學(xué)習(xí)機(jī)制和基本理論的研究，尤其對(duì)科學(xué)實(shí)踐多種能力的結(jié)構(gòu)與發(fā)展路徑進(jìn)行深入挖掘，充實(shí)對(duì)我國(guó)學(xué)生科學(xué)概念理解進(jìn)階規(guī)律的實(shí)證積累，這些是設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)和創(chuàng)新的科學(xué)課程、教學(xué)、評(píng)價(jià)的基本依據(jù)。第二，推進(jìn)科學(xué)教育多主體協(xié)同機(jī)制建設(shè)，充分發(fā)揮高校及科研機(jī)構(gòu)的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，建設(shè)全國(guó)范圍的分布式科學(xué)教育支撐中心，建立并強(qiáng)化科學(xué)教育實(shí)踐優(yōu)質(zhì)資源供給和專業(yè)支持保障體系。第三，正視人工智能在科學(xué)教育中的作用正從作為工具和環(huán)境轉(zhuǎn)向成為系統(tǒng)性變革的內(nèi)生力量，推進(jìn)技術(shù)專家、學(xué)科專家、學(xué)習(xí)科學(xué)專家、科學(xué)教育專家之間的密切協(xié)作，研發(fā)支持真實(shí)性科學(xué)學(xué)習(xí)的工具，建立開放的、專門化的科學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境（平臺(tái)）和持續(xù)的學(xué)習(xí)支持體系。第四，通過(guò)研究驅(qū)動(dòng)和優(yōu)化科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)設(shè)計(jì)，推進(jìn)以研究、參與為支撐的教師培訓(xùn)。

致謝：感謝胡若楠、武倩、王美、符國(guó)鵬、鄭太年等為本文提供的幫助。

注釋：

① 資料整理自德國(guó)“小科學(xué)家之家”基金計(jì)劃（Stiftung Kinder Forschen）網(wǎng)站：https：//www.stiftung-kinder-forschen.de/en/about-stiftung-kinder-forschen/。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]凱瑟琳·E.斯諾，肯妮·A.迪布納（2020）.科學(xué)素養(yǎng)：概念、情境與影響[M].裴新寧，鄭太年.北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社：32-34.

[2][美]科拉·巴格利·馬雷特（2021）.人是如何學(xué)習(xí)的II：學(xué)習(xí)者、境脈與文化[M].裴新寧，王美，鄭太年.上海：華東師范大學(xué)出版社：145-146.

[3][美]邁克爾·斯特雷文斯（2022）.知識(shí)機(jī)器：非理性如何造就近現(xiàn)代科學(xué)[M].任燁.北京：中信出版集團(tuán)：VII-VIV.

[4][美]諾曼·萊德曼，桑德拉·埃布爾（2022）.科學(xué)教育研究手冊(cè)（擴(kuò)增版）[M].李秀菊，劉晟，姚建欣.北京：外語(yǔ)教學(xué)與研究出版社.

[5][日]池內(nèi)了（2018）.科學(xué)素養(yǎng)[M].李友君.臺(tái)北：經(jīng)濟(jì)新潮社：12-13.

[6][英]馬克·埃里克森（2017）.科學(xué)、文化與社會(huì)[M].孟凡剛，王志芳.上海：上海交通大學(xué)出版社.

[7]陳晟（2024）.初中生科學(xué)建模能力的測(cè)評(píng)及實(shí)踐改進(jìn)策略研究[D].上海：華東師范大學(xué)：181-267.

[8]高文（2005）.共建教師發(fā)展的開放學(xué)習(xí)環(huán)境——探索以網(wǎng)絡(luò)為中介的研究型課程的教師教育模式[J].開放教育研究，（6）：8-13.

[9]廖瑋（2021）.科學(xué)思維的價(jià)值——物理學(xué)的興起、科學(xué)方法與現(xiàn)代社會(huì)[M].北京：科學(xué)出版社.

[10]閔輝，裴新寧（2024）.技術(shù)增強(qiáng)環(huán)境中促進(jìn)學(xué)生科學(xué)解釋的實(shí)證研究[J].上海教育科研，（4）：59-65.

[11]裴新寧（2010）.學(xué)習(xí)科學(xué)：架構(gòu)課程發(fā)展的新參照系[J].遠(yuǎn)程教育雜志，28（5）：84-91.

[12]裴新寧（2018）.學(xué)習(xí)科學(xué)與科學(xué)教育的共同演進(jìn)——與國(guó)際學(xué)習(xí)科學(xué)學(xué)會(huì)前主席馬西婭·林教授對(duì)話[J].開放教育研究，24（4）：4-12.

[13]裴新寧（2024）.科學(xué)教育實(shí)踐的循證改進(jìn)[J].中國(guó)科技教育，（1）：6-7.

[14]裴新寧，鄭太年（2021a）.國(guó)際科學(xué)教育發(fā)展的對(duì)比研究——理念、主題與實(shí)踐的革新[J].中國(guó)科學(xué)院院刊，36（7）：771-778.

[15]裴新寧，孔令鑫，仝玉婷等（2021b）.技術(shù)支持的探究性學(xué)習(xí)研究國(guó)際進(jìn)展——?dú)v史脈絡(luò)、熱點(diǎn)主題和新議程[J].遠(yuǎn)程教育雜志，39（3）：20-31.

[16]裴新寧，劉新陽(yáng)（2018）.初中課堂科學(xué)探究中究竟發(fā)生了什么——基于多案例的實(shí)證考察[J].華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），36（4）：107-121，165-166.

[17]孫小淳（2024）.序二[M]//肖顯靜.科學(xué)思想史：自然觀變革、方法論創(chuàng)新與科學(xué)革命.北京：科學(xué)出版社：v-viii.

[18]吳國(guó)盛（2023）.什么是科學(xué)（第二版）[M].北京：商務(wù)印書館：236.

[19]肖顯靜（2024）.科學(xué)思想史：自然觀變革、方法論創(chuàng)新與科學(xué)革命[M].北京：科學(xué)出版社：752.

[20]新華社（2022）.高舉中國(guó)特色社會(huì)主義偉大旗幟 為全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家而團(tuán)結(jié)奮斗——在中國(guó)共產(chǎn)黨第二十次全國(guó)代表大會(huì)上的報(bào)告[EB/OL].[2024-06-10].https：//www.gov.cn/xinwen/2022-10/25/content_5721685.htm.

[21]張大松（2008）.科學(xué)思維的藝術(shù)——科學(xué)思維方法導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社：5.

[22]“中國(guó)學(xué)科及前沿領(lǐng)域發(fā)展戰(zhàn)略研究（2021—2035）”項(xiàng)目組（2023）.中國(guó)學(xué)科及前沿領(lǐng)域2035發(fā)展戰(zhàn)略總論[M].北京：科學(xué)出版社：xi-xv.

[23]中華人民共和國(guó)教育部（2023a）.教育部等十八部門關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見[EB/OL].[2024-06-10].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A29/202305/t20230529_1061838.html.

[24]中華人民共和國(guó)教育部（2023b）.基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動(dòng)方案[EB/OL].[2024-06-10].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/202306/t20230601_1062380.html？eqid=f138e5850000b36500000006648c075a.

[25]Adair， A.， Pedro， M. S.， & Gobert， J. et al. （2023）. Real-Time A8476a8afc20b999902ed9c4c41a0347e3c6cbfb3d838149ee5d1c709db0f1e18I-Driven Assessment and Scaffolding That Improves Students’ Mathematical Modeling During Science Investigations[C]// Proceedings of the 24th AIED International Conference. Springer-Verlag， Berlin， Heidelberg：202-216.

[26]Chesnutt， K.， Gail-Jones， M.， & Corin， E. N. et al. （2019）. Crosscutting Concepts and Achievement： Is a Sense of Size and Scale Related to Achievement in Science and Mathematics？[J]. Journal of Research in Science Teaching， 56（3）：302-321.

[27]Chi， M. T. H.， & Wylie， R. （2014）. The ICAP Framework： Linking Cognitive Engagement to Active Learning Outcomes[J]. Educational Psychologist， 49（4）：219-243.

[28]Chinn， C. A.， & Iordanou， K. （2023）. Theories of Learning[M]// Lederman， N. G.， Zeidler， D. L.， & Lederman， J. S. （Eds.）. Handbook of Research on Science Education （Volume III）. NY： Routledge：89-120.

[29]DeBoer， G. E. （2023）. The Use of Content Standards for Curriculum Reform in the United States： A Historical Analysis[M]// Lederman， N. G.， Zeidler， D. L.， & Lederman， J. S. （Eds.）. Handbook of Research on Science Education （Volume III）. NY： Routledge：817-849.

[30]Education Reimagined （2020）. A Transformational Vision for Education in the US[EB/OL]. [2024-08-20]. https：//education-reimagined.org/wp-content/uploads/2021/01/ransformational-Vision-for-Education-in-the-US.pdf.

[31]Gane， B. D.， Zaidi， S. Z.， & Pellegrino， J. W. （2018）. Measuring What Matters： Using Technology to Assess Multidimensional Learning[J]. European Journal of Education， 53（2）：176-187.

[32]Hall， T.， Meyer， A.， & Rose， D. （2012）. Universal Design for Learning in the Classroom： Practical Applications[M]. NY： Guilford Publications：63.

[33]Huang， L.， & Pei， X. （2024）. Exploring the Impact of Web-Based Inquiry on Elementary School Students’ Science Identity Development in a STEM Learning Unit[J]. Humanities and Social Science Communications， 11：1-11.

[34]Ko?-Januchta， M. M.， Sch?nborn， K. J.， & Tibell， L. A. E. et al. （2020）. Engaging with Biology by Asking Questions： Investigating Students’Interaction and Learning with an Artificial Intelligence-Enriched Textbook[J]. Journal of Educational Computing Research， 58（6）：1190-1224.

[35]Lee， H. S.， Gweon， G. H.， & Lord， T. et al. （2021）. Machine Learning-Enabled Automated Feedback： Supporting Students’ Revision of Scientific Arguments Based on Data Drawn from Simulation[J]. Journal of Science Education and Technology， 30（2）：168-192.

[36]Linn， M. C.， Donnelly-Hermosillo， D.， & Gerard， L. （2023）. Synergies Between Learning Technologies and Learning Sciences： Promoting Equitable Secondary School Teaching[M]// Lederman， N. G.， Zeidler， D. L.， & Lederman， J. S. （Eds.）. Handbook of Research on Science Education （Volume III）. NY： Routledge：447-498.

[37]Linn， M. C.， & Eylon， B-S. （2011）. Science Learning and Instruction： Taking Advantage of Technology to Promote Knowledge Integration[M]. New York： Routledge：104-124.

[38]NAGB （2024）. 2028 NAEP Science Assessment Framework[EB/OL]. [2024-03-25]. https：//www.nagb.gov/content/dam/nagb/en/documents/publications/frameworks/science/2028-naep-science-framework.pdf.

[39]NGSA （2024）. Middle Grades （6-8） Assessment Task[EB/OL]. [2024-08-04]. https：//ngss-assessment.portal.concord.org/middle-school.

[40]NRC （2009）. Learning Science in Informal Environments： People， Places， and Pursuits[M]. Washington， DC： The National Academies Press：43-47.

[41]NRC （2012）. A Framework for K-12 Science Education： Practices， Crosscutting Concepts， and Core Ideas[M]. Washington， DC： The National Academies Press：30.

[42]Nyaaba， M. （2024）. Generative AI Conception of the Nature of Science[C]// Cohen， J.， & Solano， G. （Eds.）. Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference. Las Vegas： Association for the Advancement of Computing in Education （AACE）：1818-1827.

[43]OECD （2023a）. PISA 2025 Science Framework （Draft）[EB/OL]. [2024-08-10]. https：//pisa-framework.oecd.org/science-2025/assets/docs/PISA_2025_Science_Framework.pdf.

[44]OECD （2023b）. PISA 2025 Learning in the Digital World[EB/OL]. [2024-08-10]. https：//www.oecd.org/en/topics/sub-issues/learning-in-the-digital-world/pisa-2025-learning-

in-the-digital-world.html#results.

[45]Pei， X.， Jin， Y.， & Zheng， T. et al. （2020）. Longitudinal Effect of a Technology-Enhanced Learning Environment on Sixth-Grade Students’Science Learning： The Role of Reflection[J]. International Journal of Science Education， 42（2）：271-289.

[46]Rivet， A. E.， Weiser， G.， & Lyu， X. et al. （2016）. What Are Crosscutting Concepts in Science？ Four Metaphorical Perspectives[M]. Singapore： International Society of the Learning Sciences：970-973.

[47]Sawyer， R. K. （2014）. The Cambridge Handbook of the Learning Sciences （2nd Ed.）[M]. NY： Cambridge University Press：11-13.

[48]Sawyer， R. K. （2022）. The Cambridge Handbook of the Learning Sciences （3rd Ed.）[M]. NY： Cambridge University Press.

[49]Siarova， H.， Sternadel， D.， & Sz?nyi， E. （2019）. Research for CULT Committee—Science and Scientific Literacy as an Educational Challenge[R]. Brussels： European Parliament， Policy Department for Structural and Cohesion Policies.

[50]Songer， N. B.， & Kali， Y. （2022）. Science Education and the Learning Sciences： A Coevolution Connection[M]// Sawyer， R. K. （Ed.）. The Cambridge Handbook of the Learning Science （3rd Ed.）. NY： Cambridge University Press：486-503.

[51]UNESCO （2024）. Launch of the Global Alliance on the Science of Learning for Education[EB/OL]. [2024-08-20]. https：//glhconnect.unesco.org/launch-global-alliance-science-

learning-education.

收稿日期 2024-09-10 責(zé)任編輯 劉選

Science Literacy Conception and Science Education Reform in the Technological Era

——The Significance of Science Education to Building an Educational Great Power

PEI Xinning

Abstract： Strengthening science education is an important strategic concern and a supportive path for China to accelerate the construction of educational great power. In an era of rapid advancement of intelligent technology， science education in primary and secondary schools should aim to enhance science literacy as the basic goal， help students form a holistic understanding of science， develop scientific thinking， and nurture and encourage their curiosity and creativity. The connotation of science literacy has also shifted from focusing on what students should “have” to what they can “do”， paying attention to that students should actively acquire knowledge and develop science literacy in using and transferring. To achieve innovative and high-quality development of science education， emphasis should be placed on exploring and making breakthroughs in six aspects： designing a science education implementation system based on the principle of how students learn， constructing a learner-centered “social classroom”， driving authentic science learning with digital technology， ensuring students’ full participation in scientific practice， rebuilding a deeper and coherent curriculum，and creating new ways for assessing science learning. Therefore， a new research agenda and pragmatic actions need to be initiated， focusing on exploring the mechanism of how students learn science and its fundamental theories， fostering multi-stakeholder collaboration in science education， and enhancing the support system for science learning， to continuously improve the professionalism and research capabilities of science education ， and hence to better serve the goal of building an educationally powerful nation.

Keywords： Science Education; Science Literacy; Scientific Thinking; Scientific Practice; Educational Reform