科学教育对培养科技人才和创新人才具有不可或缺的重要地位,包括科学探究方法的传授、科学态度的养成、创新精神和实践能力的涵育等。学习科学不是少数科学家和工程师的专利,科学对于每个人来说都非常重要。科学教育的最终目的就是培养公众的科学素养,使之成为具备科学素养的高素质的国家建设者。要发挥科学教育在国家战略中的重要价值,需要从小抓起,培养深厚的人才土壤,孕育出大批高水平的科技人才。

放眼国际,英美日韩等国家重视科学教育支撑与生态体系构建,为大中小幼科学教育发展提供了强有力的保障。一方面,科学教育支撑体系包括高层次的专业人才培养、专业社团网络的积极参与、理论与经验研究的纵深开展、基金会等社会组织的资助等。另一方面,各国积极拓展利用校外非正式学习环境,着力构建多元协同发展的科学教育生态体系。科学博物馆、科技中心等科技场馆是开展非正式科学教育的重要场所,科技竞赛成为一项具有重要独特价值的非正式科学教育活动,科技研发机构、家庭、社区、媒体等在构建科学教育生态方面均发挥重要作用。

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1.重视科学教育多层次专业人才培养

英美等国科学教育专业兴办历史较长,形成了较有特色的学科体系及课程结构体系。本科阶段,一方面科学教育专业课程设置灵活,提供不同学段的科学教师培养课程。例如,在美国佛罗里达州大学等高校,科学教育专业本科生可以根据幼儿园至5年级、4至8年级、7至12年级三个不同学段来选择学习课程和决定未来从事的职业,不同学段的课程方案要求有所差异。另一方面,科学教育专业课程结构合理,注重学生综合能力培养,一般包括普通教育课程、学科科学课程、教育科学课程。课程内容具备广泛、综合、注重实践等多方面特点。普通教育课程为未来科学教师提供内容广泛的文理知识与技能;学科科学课程包括生物学、化学、物理、地球与空间等学科内容,并注重打破学科间的壁垒;教育科学课程包括教育心理学、科学教学方法与策略、课程组织设计等。硕士和博士阶段,除了培养从事科学教育研究者外,还培养科学教师教育者,即既能进行科学教育研究又能进行科学教育人才培养的高级人才。

2.专业社团网络多途径参与支持科学教育

欧美日韩等国家科学教育的开展得到诸多专业社团网络的参与支持,这些专业社团参与支持科学教育的途径也是立体多元的。如美国科学促进会成立于1848年,是世界上最大的综合性科学团体,对美国科学课程乃至国际科学课程产生了深远影响,科促会的经费来源主要有个人、基金会、企业等捐赠和政府资助。英国科学教育协会成立于1963年,是英国最大的学科协会,也是科学教育的非政府专业协会,旨在促进和发展小学至大学的科学教育。在东亚,日本科学教育学会、日本科学教育研究协议会、韩国科学教育学会、韩国科学英才教育学会等是典型代表。日本文部科学省为日本科学教育学会提供经费支持,全国各地设有学会支部,涉及物理、化学、生物、地学、信息、计算机多个学科的教育,以及科学交流、科学普及等业务。这些专业社团参与支持科学教育的途径是多种多样的。例如,美国科学促进会通过召开学术研讨会、开展各种促进科学教育的项目、开展调查研究、发表论文或报告、出版杂志和书籍等方式促进中小学科学教育发展。英国科学学习中心是提高中小学科学教师素质的重要依托机构,得到政府和各种慈善基金会的资助,每年推出数百个培训课程,接纳数千名学员。再如韩国科学英才教育学会,以韩国27所大学的附属科学英才教育院和科学英才教育研究者、教育者为中心运营,为韩国培养卓越的科学英才作出了巨大贡献。

3.学术科研为科学教育提供坚实的理论引领

重视发行丰富的科学教育学术期刊。一方面,有隶属于学会的期刊。如英国的科学教育协会发行的《科学教育》《小学科学评论》《学校科学评论》和《科学教师教育》等期刊。韩国科学教育学会内设核心期刊《韩国科学教育学术杂志》,日本科学教育学会拥有《科学教育研究》杂志和《科学教育研究报》报刊等。澳大利亚科学教育研究协会发行的《科学教育研究》等。另一方面,还有一些不隶属于学会的著名期刊。如美国的《科学教育》《科学教育与技术》,英国利兹大学的《科学教育研究》《国际科学教育学刊》等,在国际科学教育学界影响都很大。

创办专门的科学教育研究中心。如英国伦敦大学国王学院和利兹大学分别于20世纪60年代和70年代在其教育学院建立了科学与数学教育研究中心,德国于1966年在基尔大学建立了国家级的科学教育研究所。加拿大卡尔顿学院科学教育资源中心,在国家科学基金会资助下,主要关注本科生STEM教育的同时,和中小学阶段的教育者开展广泛合作,通过教学模式研发、社区活动组织、工作坊、数字图书馆、网站开发、项目实施和评估等多种方式为科学教育赋能。美国史密森尼科学教育中心成立于1985年,得到史密森学会和国家科学院的资助,旨在促进K-12阶段真实的、基于探究的STEM教育,推动STEM教育可持续发展。主要业务包括支持K-12阶段STEM教师和学校领导的专业成长、开发标准化的课程材料、为青少年开发免费数字资源等。

4.充分发掘科技场馆的非正式科学教育价值

科学博物馆、科技中心等科技场馆,因其预先设定好的科学教育环境、体系化的科普展教资源、较为完善的科学教育人才队伍建设等诸多优势,成为开展非正式科学教育的重要场所。美、英、加拿大、新加坡等国家的科技场馆以其先进的教育理念为特色,开展的科学教育以互动、参与、体验为主,为广大参观者提供亲身体验和感受科学的机会,在馆校结合、科学教师培养、教育技术运用等方面各具特色。如伦敦科学博物馆将一系列与课程相关的互动表演、研讨会、微视频等带入中小学、社区、科学俱乐部等,方便大众理解科学。加拿大安大略科学中心强调通过大量互动展品,让青少年在动手参与、亲身体验的乐趣中感悟科技知识,注重为青少年搭建一个进行创新思维和科学对话的场所。美国旧金山探索馆作为参与型科技场馆的原型,注重以观众为中心开展科学教育,以挖掘好奇心、亲身体验科学多样性为建馆理念。展品就是小型的科学实验,参观者可以自己动手操作、观察,从而得出结论,让观众有机会经历科学实验和科学发现的“真实”过程。新加坡科学中心对在校中小学生实行门票会员制,一年只需很少的花费就可以在任意时间免费参与科学中心的活动。

5.发挥竞赛在科技创新人才选拔培养中的积极作用

大力选拔及培养具有国际竞争力的科技创新后备人才,才能实现高质量的科技创新人才供给,保障国家在未来全球竞争中的主导权。经过长期发展,科技竞赛已成为一项具有重要独特价值的非正式科学教育活动,是被教育领域和社会公众广泛认可的拔尖创新人才选拔及培养手段。如美国科学与公众协会主办的、享有全球青少年科学竞赛“世界杯”美誉的国际科学与工程大奖赛(ISEF),其赛事安排和活动组织具备精细化的竞赛类目设置、规范合理的规则及流程、科学严谨的评审机制等特点。全球每年约300万~500万学生提交参赛科研项目,最终只有约1200名能够获得参加ISEF的资格。其参赛经历和获奖情况在申请大学时为美国知名大学所看重,麻省理工等顶尖名校的招生官员甚至会作为评委在全球决赛中挑选合适的招录人选。再如欧盟委员会研究总局管理的欧盟青年科学家竞赛(EUCYS),每年把来自40多个国家的优秀学生聚集在一起,促进年轻研究人员之间的合作交流。让他们有机会向一些世界顶尖科学家展示自己的研究工作,以此鼓励更多年轻人献身于科技事业。

6.民间机构等多元主体为科学教育提供保障支撑

一些国家设立专门的基金会并鼓励民间机构和组织赞助科学教育发展。如美国国家科学基金会(NSF)下设“教育与人力资源”局,资助科学教育普及和研究活动。日本公益性的索尼教育财团成立的索尼科学教育研究会(SSTA),以“培养爱好科学的孩子”为目标,通过教材编制、改善理科教育授课、培养理科教育领航教师等方式支持科学教育发展。韩国科学创意财团隶属韩国教育部,主要活动包括科学文化的传播,数学、科学领域教育课程的开发,科学英才教育的支持等。科技研发机构也重视开展科学教育工作。美国国家航空航天局(NASA)自成立以来做了许多卓有成效的科学教育工作,包括开发K-12年级的在线科学游戏、设立STEM教育奖学金等。

家庭、社区、媒体等更广泛的网络也为科学教育提供有益补充。如美国的“城市优势”项目将家庭视为科学教育重要组成要素,设计专门的家庭指导手册,分发到参与项目的学生家庭。美国还制定相关政策法规鼓励媒体开展科学普及,向科学教育媒体投入发展资金。

(本文系中国教育科学研究院基本科研业务费专项所级项目“国际比较视野下中小学科学教育实施模式与支持体系研究”〔GYI2022021〕成果)

作者:康建朝(中国教育科学研究院副研究员)

《光明日报》( 2023年03月09日15版)