張 正 嚴,陳 霞 玲

(1.西南大學 科學教育研究中心,重慶 400715;2.西南大學 教師教育學院,重慶 400715;3.國家教育行政學院 教研部,北京 102617)

創(chuàng)新強則國運昌,創(chuàng)新弱則國運殆;青年興則國家興,青年強則國家強。黨的二十大報告明確指出教育、科技、人才是全面建設社會主義現(xiàn)代化國家的基礎性、戰(zhàn)略性支撐。面對加快建設教育強國、科技強國、人才強國的目標要求,我國中小學科學教育還存在著科學教育資源尚未有效整合、師資力量薄弱等問題,亟待加強和改進[1]。

2023年5月,《教育部等十八部門關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》明確指出,“鼓勵和支持高校、科研院所建立激勵機制,引導科學家(科技工作者)研究和參與中小學科學教育”[2]。2023年7月,習近平總書記在給“科學與中國”院士專家代表回信中強調(diào),科學普及是實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的重要基礎性工作,要帶動更多科技工作者支持和參與科普事業(yè),激發(fā)青少年崇尚科學、探索未知的興趣,促進全民科學素質(zhì)的提高[3]?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育,已然是一個時代命題。本文將深入分析、探討科技工作者參與中小學科學教育的價值向度與實踐路徑。

一、科技工作者參與中小學科學教育的時代價值

(一)科技工作者參與中小學科學教育是培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的時代訴求

黨的二十大報告指出,必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力,深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(zhàn)略,完善科技創(chuàng)新體系,弘揚科學家精神,培養(yǎng)造就大批德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)人才。在百年未有之大變局下,國際競爭日益激烈,而國際競爭的決定性因素是人才競爭,特別是科技人才競爭。當前,我們比歷史上任何時期都更接近實現(xiàn)中華民族偉大復興的宏偉目標,黨和國家事業(yè)發(fā)展對科技人才的需要比以往任何時候都更為迫切。培養(yǎng)源源不斷的科技人才,基礎教育至關重要。因為唯有培養(yǎng)學生對科學的好奇心和熱愛,才能為科技創(chuàng)新人才的長遠發(fā)展打下堅實基礎?？萍紕?chuàng)新人才的培養(yǎng)是科技創(chuàng)新的關鍵,這是教育界和科技界共同的責任,也是高等教育與基礎教育共同的使命。高等教育階段是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關鍵時期,而基礎教育階段則是人才培養(yǎng)的“搖籃期”,因此基礎教育階段的重要性不容忽視。

2019年12月,經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)公布的2018年國際學生能力測試(PISA)結(jié)果顯示,“將來期望進入科學相關行業(yè)”的美國學生比例為45%,而中國學生比例只有25%,還不及OECD國家32%的均值[4]。我國未來科技創(chuàng)新人才的儲備令人擔憂。習近平總書記在兩院院士大會上指出,“要讓科技工作成為富有吸引力的工作、成為孩子們尊崇向往的職業(yè)”[5]。新時代,基礎教育如何服務于科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng),從而推動科技創(chuàng)新和經(jīng)濟發(fā)展?這一問題值得深入探討。面對時代的訴求,科技工作者不僅要積極投入科技事業(yè),而且還要參與中小學科學教育。科技創(chuàng)新、經(jīng)濟發(fā)展需要科技創(chuàng)新人才,而科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)則需要科技工作者的參與。受科學發(fā)展觀、教育價值觀和國家政治導向的影響,科學教育目標在不同歷史時期是發(fā)展變化的。當前,我國正處于加快推進創(chuàng)新型國家建設、世界科技強國建設的歷史進程,培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才是我國當前面臨的緊迫任務。在這個特殊的時期,我國應該旗幟鮮明地提出科技后備人才培養(yǎng)目標,即科學教育不僅要培養(yǎng)具有科學素養(yǎng)的公民,而且還要培養(yǎng)具有科學創(chuàng)造力的科學家,要實現(xiàn)學生科學素養(yǎng)和科學探究能力“雙提升”?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育是新時代發(fā)展的需要。隨著新時代中小學科學教育目標的調(diào)整,中小學科學教育應當走一條“科教融合”之路,讓科學教育回歸科學生活、服務科技創(chuàng)新[6]。

(二)科技工作者參與中小學科學教育是國家創(chuàng)新體系建設的組成部分

黨的二十大報告指出,要完善科技創(chuàng)新體系,提升國家創(chuàng)新體系整體效能。國家創(chuàng)新體系是由知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新相關的機構(gòu)和組織組成的網(wǎng)絡系統(tǒng),從本質(zhì)上講是一個國家科學技術力量和人文社會科學力量相互影響、共同促進的綜合體系[7]。建設國家創(chuàng)新體系,需要科技界與教育界的力量相互影響、共同促進。建設國家創(chuàng)新體系要加強構(gòu)建統(tǒng)籌科技與教育的融合,推動“科教融合體制”的自我完善[8]。

科技工作者參與中小學科學教育,有助于挖掘基礎教育階段的科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)潛力,在更為廣闊的開放格局下拓展科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)路徑,更好地培育青少年科技創(chuàng)新能力,進一步推動國家科技創(chuàng)新體系建設。

國家創(chuàng)新體系是一種有關科技知識創(chuàng)新和應用的制度安排,科技知識的傳播是通過國家創(chuàng)新體系各個組成部分之間的相互作用實現(xiàn)的[9]。科技知識不僅需要應用于科技界和產(chǎn)業(yè)界,而且還需要在教育界傳播,更需要在中小學生中傳承,不斷豐富與創(chuàng)新?？萍脊ぷ髡?又稱科學技術工作者,是指在自然科學領域掌握相關專業(yè)的系統(tǒng)知識,從事科學技術的研究、傳播、推廣、應用以及專門從事科技工作管理等方面的人員,主要包括科學技術研究人員、工程技術人員、農(nóng)業(yè)技術人員、衛(wèi)生技術人員和自然科學教學人員[10]?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育工作,其主要任務是促進知識的傳承與創(chuàng)新。

(三)科技工作者參與中小學科學教育是促進科學教育高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手

黨的二十大報告指出,要辦好人民滿意的教育,加快建設高質(zhì)量教育體系,推進科教融合。建設高質(zhì)量科學教育體系,要以科教融合育人為導向,提高多主體協(xié)同效能。

從歷史而言,科技工作者參與中小學科學教育由來已久。早在1939年,貝爾納在其《科學的社會功能》一書中就用“科學教育”“培訓科學家”兩章內(nèi)容探討了科學家與教育之間的相關問題。他指出,“我們需要建立一個積極從事科研的青年科學家和有經(jīng)驗的科學教師組成的一個常設委員會,以便經(jīng)常檢查科學教學,并且對教學不斷提出改進意見并予以實行”[11]。

就學理來說,科技工作者參與中小學科學教育,有利于中小學科學教育的改革與創(chuàng)新。教育系統(tǒng)是一個獨立而又開放的系統(tǒng),教育必然受到科技發(fā)展的制約,同時又直接或間接影響科技發(fā)展。因此,教育系統(tǒng)的獨立性是相對的,越是完善的教育系統(tǒng)越是與科技系統(tǒng)聯(lián)系緊密,教育系統(tǒng)必須與科技系統(tǒng)進行物質(zhì)和能量交換。中小學科學教育是基礎教育的重要組成部分。中小學科學教育系統(tǒng)的良性發(fā)展,特別需要與科技系統(tǒng)進行物質(zhì)和能量的交換?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育,有利于教師終身學習、青少年創(chuàng)造性學習體系的構(gòu)建。培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才要從早期開始著手,既要重視創(chuàng)造性思維的培養(yǎng),也要注重促進創(chuàng)造性人格的形成[12]。中小學科學教育不僅需要夯實學生的知識基礎,還應激發(fā)學生對科學的崇尚之情和對未知世界的探索興趣,培養(yǎng)他們的創(chuàng)造性思維能力。這些工作的開展,需要科技工作者的參與,科技工作者也大有可為。

總而言之,科技工作者參與中小學科學教育,是圍繞“創(chuàng)新型國家建設”“科技強國建設”和“科教興國戰(zhàn)略”任務,強化基礎教育階段的“科教融合”,拓展中小學科學教育途徑,促進基礎教育高質(zhì)量服務科技創(chuàng)新人才培養(yǎng),夯實科技創(chuàng)新的根基,推動教育、科技、人才三位一體協(xié)同發(fā)展的重要舉措。

二、科技工作者參與中小學科學教育的基本取向

中小學科學教育是一項系統(tǒng)工作,需要多方力量共同推進。科技工作者參與中小學科學教育,可以為中小學科學教育內(nèi)容、培養(yǎng)模式、發(fā)展方向提供指導性建議。

科技工作者作為參與科學教育的重要利益相關者,與其他利益相關者(中學科學教師、科學教育專家、中學生)相比,具有以下優(yōu)勢:首先,科技工作者對科學的本質(zhì)有著更加深刻的理解;其次,科技工作者對某一自然科學領域的理解,擁有知識面廣、創(chuàng)新性強的明顯優(yōu)勢[13]。科技工作者參與中小學生科學教育實踐,是為了讓中小學生更真實地了解某一科學領域的發(fā)展現(xiàn)狀,增強學生對科學本質(zhì)的理解。

科學教育作為科學知識傳承以及科學素養(yǎng)提升的重要途徑,無法回避對文化的深入探究[14]。馬林洛夫斯基認為文化包括物質(zhì)的、精神的和社會的三個層面[15]?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育,不僅要傳播科學知識,而且還要培養(yǎng)科學精神。

科技工作者參與中小學科學教育,著眼于基礎教育階段科技創(chuàng)新人才培養(yǎng),旨在增強中小學生的科學技術從業(yè)意愿,營造熱愛科學、崇尚科學的社會氛圍,提升青少年的科技創(chuàng)新能力;推動科教融合,促進基礎教育高質(zhì)量發(fā)展,服務科技創(chuàng)新,夯實科技創(chuàng)新的根基。因此,新時代科技工作者參與中小學教育的價值追求應當主要體現(xiàn)在以下幾個方面:

(一)改善青少年心目中的科學家形象

科學家形象是社會公眾對科學家這一職業(yè)群體的集體畫像,主要包括刻板印象和認知期待?？茖W家形象既可指科學家的姿態(tài)、外貌等外在特征,也可以指科學家的性格等內(nèi)在特征。青少年心目中的科學家形象是指:青少年根據(jù)自己的認識與評價尺度,對科學家群體形成的印象、評價和態(tài)度[16]。

青少年對科學家存在刻板印象。由于人們?nèi)狈δ骋惶囟ㄈ后w的了解,很少直接接觸該群體從而導致刻板印象[17]。1957年,Mead等研究者最早開展科學家形象研究。在他們的研究中,典型的科學家被描述為聰明、有耐心、有獻身精神的中年男子,具有超越常人的能力,把自己的生命獻給了公眾利益,放棄了金錢和名譽[18]。

與國外類似,我國青少年心目中的科學家也存在著刻板印象,不少學生認為:科學家一般為男性,他們發(fā)型怪異,佩戴眼鏡,不修邊幅,穿實驗室制服,從事室內(nèi)工作等[19]。從認知、情感特征看,青少年認為科學家智商高、情商一般,與對科學家的評價相比,青少年肯定自己的情商,卻對智商不夠自信[16]。流行文化中塑造的關于科學家“書呆子”式的刻板印象普遍存在于中國公眾頭腦中,其刻板化程度明顯高于美國等發(fā)達國家[20]。

Daniel認為,刻板印象可能是由于外部來源的信息形成的,該信息可以通過直接接觸獲得,也可以從政治、文化、教育等渠道獲得,還可以從其他外群體中獲得[21]。青少年很少有機會能夠直接接觸到科學家,主要靠媒體宣傳等方式獲取信息,這可能是造成青少年對科技工作者產(chǎn)生刻板印象的原因之一。在網(wǎng)絡發(fā)達的現(xiàn)代,青少年往往是通過間接媒介如教科書、影視、科幻作品等的影響來構(gòu)建一個符合自己認知的科技工作者的形象。他們很少有機會真正接觸實際從事科學技術研究的科學家、科技工作者,缺乏對其認知、情感、工作和生活狀態(tài)的了解,因此會形成單一、刻板的印象,但這樣的形象與其真實性往往大打折扣。要減少“傳聲筒”對信息的損耗,最好的辦法就是省去“傳聲筒”?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育便是省去“傳聲筒”的最佳方式之一,讓青少年通過與科技工作者的實際接觸,對科學家的真實形象的認知不再局限于以往間接媒體所塑造的方面,而是從多方面增進對科學家的了解,最終在心中建立一個更加立體化的科學家形象。

現(xiàn)有的研究表明:讓科技工作者參與到青少年的科學教育中,可以幫助學生改善對科學家的刻板印象。例如Flick利用夏令營、學校演講等形式,讓學生與科學家進行全方位的接觸,從而了解科學家以及他們的日常工作。他們的研究結(jié)果都表明,科學家的學校訪問和他們在學校的講座積極地影響著青少年對科學和科學家的看法[22]。Scherz等人在研究中設計了一個名為“科學技術調(diào)查”(Investigation Of Science and Technology,簡稱IST)的活動項目。在參與IST活動之前,學生對科學的認識是比較消極的,認為科學是表面的、不真實的,甚至是荒謬的、錯誤的。通過參與IST調(diào)查活動,學生對科學技術的認識和態(tài)度產(chǎn)生了積極的變化,對科學家的印象在3個維度上也發(fā)生了改變。在“認知維度”,學生眼中的科學家形象由膚淺、模糊變得準確;在“知覺維度”,由刻板變得理性、坦率;在“情感維度”,由消極印象變成積極印象。通過此次活動,學生對科學家的刻板印象發(fā)生了積極的改變,如“他們中的大部分為女性科學家,這跟電視里看到的不一樣。我們看到了那些人也有家庭,其中一位還帶著她的女兒,這完全改變了我的看法”[23]。

科技工作者不僅在學術和技術方面具有專業(yè)知識和能力,還具有創(chuàng)新精神、團隊合作能力和社會責任感等優(yōu)秀品質(zhì)。因此,科技工作者要注重與學生互動,引導和幫助學生了解科學家的工作和生活方式,認識到科學家是懷揣夢想、充滿探索精神的人群,從而改變學生對科學家的刻板印象,激發(fā)學生對科學家的敬佩之情。

(二)增強青少年的科學從業(yè)意愿

青少年是未來科技事業(yè)持續(xù)發(fā)展的主力軍,是科技勞動力市場的潛在供應者和國家科技人才儲備的重要來源。他們對科學技術的興趣和科學技術職業(yè)的從業(yè)意愿,直接影響到國家的科技人力資源儲備,提升青少年的科學從業(yè)意愿具有重要的現(xiàn)實意義。石長慧等研究者發(fā)現(xiàn),中小學生雖然對科學職業(yè)給予了積極的評價,但其從事科學職業(yè)的意愿不強。小學生中想當科學家的比例為14.7%,初中生中想當科學家的比例為5.5%[24]。隨著年齡的增長,越來越多的中學生說他們不想成為科學家,想成為科學家的女生人數(shù)明顯少于男生[25]。青少年的科學從業(yè)意愿不強是一個需要解決的復雜問題。

社會認知職業(yè)理論(Social Cognitive Career Theory,SCCT)強調(diào),外界環(huán)境因素可以通過影響個體的自我效能感和結(jié)果預期進一步影響職業(yè)選擇[26]?！翱茖W職業(yè)期望”是指學生想象自己在某種程度上扮演的角色和通過擁有的科學相關資源,來感知科學職業(yè)是否是可實現(xiàn)的[27]。自我效能感會驅(qū)動興趣發(fā)展,進而激發(fā)職業(yè)期望,學生更有可能對自己能力和表現(xiàn)較好的職業(yè)感興趣,而不太可能被自己信心不足的職業(yè)所吸引。許多研究表明,科學自我效能感與科學職業(yè)期望呈正相關[28-29],是影響青少年科學從業(yè)意愿的重要因素。

學生不愿選擇科學專業(yè)的常見原因可能是認為自己沒有能力去勝任科學家的角色,無法將自己想象成科學家,科學認同感不夠強烈。學生對科學家的認識來源于家庭和學校教育以及社會層面的大眾傳媒。教科書和大眾傳媒中的科學家形象,往往是不計報酬、無私奉獻、只求付出的形象,或者是廢寢忘食、不眠不休工作的勞模。這對學生愛國主義情懷的培養(yǎng)來說必不可少,是養(yǎng)成學生良好態(tài)度和高尚品德的基礎。但如果只是展現(xiàn)科學家辛苦付出的一面,在激發(fā)學生崇敬之情的同時,也許會給學生帶來一種“高不可攀”的疏離感,甚至是“與我無關”的隔離感。學生僅靠少量的媒體報道和教科書提到的科學家事跡就形成了他們的“擇業(yè)信息差”,導致部分學生不知道如何選擇職業(yè),或者有向往的職業(yè)但不知是否適合自己。Wyss和Heulskamp等研究表明,如果未把技能、資格、要求和就業(yè)前景等相關信息明確地呈現(xiàn)給學生,學生可能對科學相關職業(yè)不感興趣,科學自我效能感會大大降低[30]。

科技工作者參與中小學科學教育,要注重拓寬學生對科學職業(yè)的認知途徑,引導學生崇尚科學精神、樹立科學理想,進而對科學職業(yè)產(chǎn)生向往。通過與科技工作者的互動,學生能夠了解到科學工作的真實情況,包括創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性和成就感?？萍脊ぷ髡叩膮⑴c要注重向?qū)W生展示科學職業(yè)的多樣性,包括科學研究、工程設計、技術創(chuàng)新等不同領域。他們的親身經(jīng)歷和故事能夠幫助學生了解科學工作的不同領域,激發(fā)學生對不同科學領域的興趣。他們通過分享自己的經(jīng)驗和成就,激發(fā)學生對科學事業(yè)的興趣和熱情,讓學生意識到從事科學工作可以為社會作出重要貢獻,進而增強學生的科學從業(yè)意愿。有研究表明,無論是短期還是長期研究,科技工作者參與教育實踐,對增強學生科學從業(yè)意愿都有著積極作用[31]。

科技工作者參與中小學科學教育,要注重為學生提供更多有關科學家及科學相關職業(yè)的信息,減少在科學家的形象宣傳過程中所形成的“擇業(yè)信息差”,增加學生了解科學家和科學相關職業(yè)的機會。如:帶領學生到中國科學院等科研院所實地參觀,了解一線科研工作者真實的工作環(huán)境和工作狀態(tài);帶領學生在公眾開放日深入到國家重點實驗室,和那些承擔著國家重大科研任務的科學家們深入地溝通求教,幫助學生理解科學家們對科研工作的熱愛和堅守在科研崗位的動力。

實踐表明,一線科研人員和科普志愿者通過線下實地開展科普活動等方式,向青少年講述科研人員真實工作和心路歷程,可以最大程度地激發(fā)孩子們對科學家職業(yè)的興趣。比如中國科學院上海光學精密機械研究所的科普志愿者團隊依托外場試驗環(huán)境及條件,連續(xù)多年開展科普援青、援疆支部共建等系列活動。每年全國科普日期間,送科普大禮包到青海。實驗室開放日也曾邀請青海省的藏族小朋友來研究所實地參觀。在這一系列科普活動中,科技工作者作為重要參與者,為青少年提供真實的科學互動體驗,從某種程度上也提高了這些孩子們未來從事科學家的意愿[32]。

(三)弘揚科學家精神

黨的二十大報告指出:“培育創(chuàng)新文化,弘揚科學家精神,涵養(yǎng)優(yōu)良學風,營造創(chuàng)新氛圍。”[33]科學家精神包括“胸懷祖國、服務人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神,追求真理、嚴謹治學的求實精神,淡泊名利、潛心研究的奉獻精神,集智攻關、團結(jié)協(xié)作的協(xié)同精神,甘為人梯、獎掖后學的育人精神”[33]。

科技要發(fā)展,精神要傳承。當前中小學生中流行的“追星文化”“飯圈文化”,使得在中小學生中弘揚科學家精神變得緊迫。在中小學,大力弘揚科學家精神,成為新時代賦予教育工作者乃至全社會的光榮而艱巨的歷史使命。因此,推動“科學家精神進校園、進課堂、進頭腦”[34],實施“科學家(精神)進校園行動”[2],培育一大批具備科學家潛質(zhì)的青少年群體,在全社會倡導科學精神,已經(jīng)成為建設高質(zhì)量科學教育體系的重要組成部分。

社會學習理論把行為、個體和環(huán)境看作是相互影響而連接在一起的一個系統(tǒng)[35],認為個人和環(huán)境是緊密相連的,進一步強調(diào)了環(huán)境對青少年自我發(fā)展的積極作用。通過觀察學習,會發(fā)現(xiàn)榜樣的力量是無窮的,盡管可能存在延遲匹配的現(xiàn)象。榜樣力量的引領作用對培養(yǎng)青少年的科學精神具有積極作用。從我國中小學科學教育的發(fā)展來看,當前我國中小學科學教育需要科技工作者的參與,形成“榜樣”示范。我國發(fā)展科學教育,有著不同于西方發(fā)達國家的歷史背景。西方國家在“自然哲學”的洗禮下有著悠久的科學發(fā)展歷史,科學思維發(fā)展較為充分。我國出現(xiàn)的“李約瑟難題”源于我國哲學、科學文化思想史上并沒有發(fā)生一場從傳統(tǒng)科學思維轉(zhuǎn)向現(xiàn)代科學形態(tài)的深層次革命[36]。在科技強國和創(chuàng)新型國家建設的背景下,當前需要科技工作者引領一場思想文化上的革命。因此,我國中小學科學教育,不僅要傳播科學文化知識,而且還要弘揚科學家精神,促進“科學家精神進校園、進課堂、進頭腦”。

科技工作者參與中小學科學教育,在弘揚科學家精神的過程中,要注重培養(yǎng)學生的科學精神。這將為他們的未來學習和職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎,并促使他們成為有創(chuàng)造力和影響力的未來科學家和創(chuàng)新者。伍新春等人的研究表明,如果對科學家故事進行羅列與呈現(xiàn),會讓學生神圣化科學家,會讓學生覺得科學事業(yè)遙不可及[37]。因此,科技工作者在參與中小學科學教育過程中應注重真實還原科技工作者的成長過程,特別是經(jīng)歷失敗和挫折以后取得成功的過程以及經(jīng)歷了眾多實驗以后仍然未能有所發(fā)現(xiàn)的過程,在這個過程中凸顯科技工作者的某些人格特征,如堅持不懈,膽大心細等。科技工作者可以通過自身經(jīng)歷和故事激勵學生堅持不懈、克服困難。他們可以分享在研究過程中遇到的問題和挑戰(zhàn),以及如何尋找解決方案和克服困難的經(jīng)驗。這樣的經(jīng)歷將培養(yǎng)學生堅持不懈的精神,讓他們在面對學習難題和未來的挑戰(zhàn)時不輕言放棄。

(四)培養(yǎng)青少年的跨學科實踐能力

黨和國家一直高度重視創(chuàng)新人才培養(yǎng)工作。2021年,習近平總書記在中央人才工作會議上提出“深入實施新時代人才強國戰(zhàn)略,加快建設世界重要人才中心和創(chuàng)新高地”的戰(zhàn)略目標[38]。實踐經(jīng)驗表明,科教融合對于創(chuàng)新人才培養(yǎng)具有重要作用。在理論與實踐的演變歷程中,科教融合的核心要義是:以培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才為目標,以基于研究的學習為抓手,充分發(fā)揮科研的育人功能,推動科研活動與教學活動相輔相成[39]。

科技工作者基于其身份特殊性,從事著知識創(chuàng)新和技術發(fā)展的重要工作,擁有豐富且系統(tǒng)的知識。他們不僅在理論上擁有不同領域的知識,同時也在實踐中綜合運用這些知識。根據(jù)科教融合的核心要義,科技工作者應充分發(fā)揮“科研育人”功能,推動科研活動與教學活動相輔相成。因此,當科技工作者參與進中小學科學教育時,能夠促進科研活動與教學活動緊密相連,能夠為學生們提供一個直觀的展示平臺,能夠切實向?qū)W生展示科學知識在不同領域的應用。比如,北京科技教育創(chuàng)新研究院物理名師工作室集聚了中國科學院院士、大學教授、中學名校長、教研員、種子教師等優(yōu)秀人才,以北京科學中心為研發(fā)基地,開發(fā)了“設計蹦極繩索”“設計智能家居”等課例,引導學生像科學家一樣解決問題、設計創(chuàng)造[40]。通過不同科技工作者介紹他們在解決實際問題與改善人類生活方面的努力和成就,學生能夠認識到科學的實用性和社會影響力,并認識到科學研究的“綜合性”和“跨學科”特點。

科技工作者與科學教師的明顯不同之處在于中學階段的科學教師主要教授物理、化學、生物等學科。一線中學科學老師擅長學科教學,但在跨學科實踐方面存在不少困難。他們?nèi)狈茖W實踐的經(jīng)歷,對科學本質(zhì)的理解相對有限,其實驗教學能力特別是跨學科教學、探究式教學方面的能力較弱,很難培養(yǎng)出具有較高科學素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的學生[37]。而科技工作者通常具備更為豐富的跨學科的知識背景和技能,他們的參與可以促進科學教育與其他學科的交叉融合,更有利于當前中小學科學教育中正在推動的“跨學科實踐”教學的開展和實施。例如,美國卡耐基梅隆大學機器人研究所(The Robotics Institute,Carnegie Mellon University)研制的Arts &Bots,這是一個基于工藝技術的機器人制作程序,旨在提高幼兒園到12年級(K-12)階段學生的表達能力和創(chuàng)造能力[41]。科技工作者的介入,不僅能夠運用跨學科理念解決問題,同時也能結(jié)合多領域知識進行實踐。在無形之中也會對中小學科學教師產(chǎn)生一定的影響,促使一線科學教師提升自我能力。因此,在中小學科學教育實踐活動中,科技工作者要注重與中小學教師合作,開展跨學科的項目研究和探索,培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。此外,科技工作者為教師提供實際科學研究的案例和經(jīng)驗,為課堂教學帶來科學研究前沿信息。

科技工作者參與中小學科學教育,要讓青少年直觀地感受到科學家們在解決跨學科問題時對于不同學科知識整合和創(chuàng)新實踐的能力?？萍脊ぷ髡咭⒅貫榍嗌倌杲鉀Q跨學科問題提供經(jīng)驗,激發(fā)青少年對跨學科問題的探索興趣,直接或間接地指導青少年對跨學科實踐問題的探討,培養(yǎng)青少年在跨學科實踐中的創(chuàng)新能力、知識整合能力、問題解決能力。同時,科技工作者要注重一線教學與科學前沿的對接,推動科學教育的質(zhì)量提升和內(nèi)容更新,助推中小學跨學科實踐活動的開展,促進學生跨學科實踐能力的提升。

三、科技工作者參與中小學科學教育的實踐路徑

從國內(nèi)外實踐經(jīng)驗來看,科技工作者參與中小學科學教育的實踐路徑包括:參與中小學科學教育政策制定、科學教材建設、科學教師培訓、科學教育實踐活動、科學教育評估等。我國科技工作者應積極參與中小學科學教育政策制定、中小學科學教育實踐活動以及中小學科學教師培訓。

(一)參與中小學科學教育政策制定

參與中小學科學教育政策制定,主要由科技工作者的杰出代表科學家來實現(xiàn)?？茖W家(科技工作者)具備高深的科學技術知識,在參與政策制定的過程中,扮演著重要的專家角色?？茖W家對科學教育政策制定有重要影響?？茖W教育的政策制定過程是一個艱難的過程?？茖W家往往對最高層次的決策和政策制定產(chǎn)生影響?？萍脊ぷ髡咴诳茖W教育政策制定中的貢獻,主要是基于他們個人的觀點和經(jīng)驗[42]?？茖W家對科學教育的評價和批評具有相當大的權(quán)威性,從而引領改革的方向[43]?？茖W家作為外援性力量的介入可以最大限度上打破僵化機構(gòu)自身衍生出來的制度惰性?？茖W家的介入會讓原有的教育政策制定共同體避免陷入同質(zhì)的退化狀態(tài),并時刻處于一種有活力的狀態(tài)。因此,應該尊重科學家,讓科學家作為利益相關者參與科學教育政策的制定[44]。

科學家參與科學教育政策制定在國內(nèi)外都是一個既成事實。從20世紀60年代起,美國科技界人士就以多種模式參與美國的中小學科學教育改革[45]。國外科技工作者在科學教育政策制定的過程中發(fā)揮了積極作用。美國科學家通過國家研究理事會(NRC)組成研究委員會,參與了《國家科學教育標準》的政策制定[46]。英國皇家學會通過選派科技工作者代表參與政府的重大教育政策決策、應政府和議會的要求進行專題咨詢、發(fā)表自主立項的政策研究報告3種方式參與科學教育政策制定[47]。

我國科學家參與中小學科學教育政策的制定由來已久。從1950年起,我國就有德高望重的科學家以校訂、顧問等角色間接參與“中小學理科教學大綱(課程標準)”的制定。例如:1950年《物理精簡綱要(草案)》,就是經(jīng)時任中國科學院辦公廳主任兼應用物理研究所所長的嚴濟慈先生校訂的[48];2007年4月,教育部再次啟動義務教育各科課程標準修訂工作,經(jīng)中國科學技術協(xié)會推薦,科學家直接參與了數(shù)學、物理、化學、生物、科學等學科的課程標準修訂[49]。在歷史上,我國科學家參與中小學理科課程標準制定的模式依次出現(xiàn)了借力模式、閥門模式、外壓模式、內(nèi)參模式[50]。

(二)參與中小學科學教育實踐活動

科學教育實踐活動是豐富中小學科學教育形式、提升中小學科學教育質(zhì)量的重要途徑之一。同樣,科技工作者也可以參與中小學科學教育實踐活動。科技工作者能夠利用自身科技資源聯(lián)合中小學進行共同教研,實現(xiàn)中小學科學教育的創(chuàng)新和質(zhì)量提升。具體而言,科技工作者可以通過科研項目、學生參訪科研機構(gòu)、科技工作者參訪中小學、夏令營、科技節(jié)等形式,參與中小學科學教育實踐。

帶領中小學學生參加科研項目是科技工作者參與中小學科學教育實踐活動的一種重要形式。近年來,Gibson[51]、Scherz[23]、Eijck[52]等的實證研究表明:以項目的形式,將中小學學生帶到大學、科研機構(gòu)和工廠,與科技工作者面對面接觸,進行課題研究后,學生對科學技術的認識和態(tài)度產(chǎn)生了積極的變化。周娜的研究發(fā)現(xiàn),中小學學生去大學科研實驗室的學習經(jīng)歷對他們心中科學家的刻板印象能夠產(chǎn)生顯著的改善,同時還可以增加學生對科學家本人及其工作環(huán)境的了解,對他們的科學從業(yè)意愿產(chǎn)生積極影響[53]。

中小學學生參訪科研機構(gòu)是科技工作者參與中小學科學教育實踐活動的常見形式。例如有研究者組織了一次參觀一所土耳其大學自給自足的太陽房和大學物理博物館的活動。這次活動使學生能夠與不同性別和背景的科學家交流,并看到科學家真實的工作環(huán)境。參觀過程中,科學家鼓勵學生提出問題,學生的問題內(nèi)容多集中于科學家的職業(yè)發(fā)展和個人生活等方面。此次活動,給予了學生們近距離接觸科技工作者的機會,使學生有機會了解科技工作者的科學研究方向和個人興趣,并了解他們的日常生活,打破了科技工作者“高不可攀”的刻板印象[54]。

當前,國內(nèi)一些高校的科技工作者與中小學進行了合作,打造了豐富多彩的中小學科學項目化課程。如:南京理工大學實驗小學的“鐘山少年科學院”與南京理工大學深度合作,推出了“田園一號”衛(wèi)星項目化課程,讓科技工作者基于中小學生情智發(fā)展進行航天教育[55];北京科技大學教師也在附小開設科學類課程,附小學生的科學課堂也“開進”了大學校園,兩所學校的教師團隊還會共同開發(fā)科學教學資源、制作科學教具,實現(xiàn)了“大手牽小手”,共享優(yōu)質(zhì)教育資源[56]。又如在一次活動中,科技工作者被邀請進入學校和學生交流。被邀請的這位科技工作者向?qū)W生們展示了她與朋友和家人的照片,并描述了自己的職業(yè)生涯,回答了學生的問題。通過這次活動,學生不僅了解了這位科技工作者的科學研究,還了解了她的日常生活,并認識到科技工作者也有社會生活和愛好,比如像普通人一樣做運動或去劇院[54]。

此外,夏令營作為一項課外活動對于提升中小學生的科學興趣至關重要。通過夏令營模式,學生可以參觀當?shù)馗咝嶒炇也⑴c科學家面對面交流,加深其對科學家及其從事的科學研究的了解。一項研究表明,持續(xù)兩周的工程科學夏令營,有利于培養(yǎng)中學生對于工程學的積極態(tài)度[57]。夏令營的主要目的是讓學生近距離接觸科技工作者的生活和工作,深入了解科學研究的過程和科學家的工作環(huán)境,給學生帶來積極的學習體驗,提高學生學習興趣。通過實地參觀并與科學家進行互動,學生更深入地了解科學研究的過程和科學家的工作環(huán)境,改善對科學家的刻板印象,增加對科學家真實生活的認知。夏令營除了能改善學生對科學家的刻板印象外,對增強科學從業(yè)意愿也有著積極意義。例如,有研究發(fā)現(xiàn)參加科技夏令營的初中生到了高中后選擇科技相關職業(yè)的比例高于未參與的學生[51]。

(三)參與中小學科學教師培訓

在建設教育強國、科技強國和人才強國的新時代,為推動高質(zhì)量科學育體系的建設,培養(yǎng)高質(zhì)量拔尖創(chuàng)新人才,培養(yǎng)高質(zhì)量科學教師隊伍成為社會各界關注的熱點。教育部積極建立協(xié)同創(chuàng)新機制,借助科技界的專業(yè)優(yōu)勢和資源優(yōu)勢提升教師科學素養(yǎng)[58]。例如:2022年5月,《教育部辦公廳關于加強小學科學教師培養(yǎng)的通知》提出“創(chuàng)新小學科學教師培養(yǎng)協(xié)同機制”,明確指出鼓勵中國科學院、中國工程院下轄單位相關專家到師范院校兼職,加強師范院校之間的協(xié)同,合作培養(yǎng)小學科學教師[59]。2022年10月,中國科學院與教育部共同合作,開展了“全國科學教育暑期學?！敝行W教師培訓,該培訓有19位院士和200多位科技、教育專家參與其中,是一項培訓規(guī)模大、層次高、示范性強的中小學教師培訓活動,在拓寬科學視野、普及科學知識、培養(yǎng)科學興趣、提高實踐能力、提高教師科學素養(yǎng)方面發(fā)揮著重要的作用[60]。

歐美先行國家科技工作者參與中小學科學教師培訓的典型案例,對我國開展相關工作有一定的啟示。例如:美國國家科學基金會(NSF)、美國科學促進會等政府和社會組織通過項目的形式促進科技工作者參與中小學教師培訓。例如安排K-12科學教師到獲得NSF資助的科學家的實驗室中去學習,并鼓勵教師直接接觸當代科學研究方法和最新科技成就,有效地融合了科研與教育[61]。值得注意的是,美國社會機構(gòu)在促進科技工作者參與中小學科學教師培訓也起到了積極作用。例如,由卡內(nèi)基公司、安恩伯格基金會和福特基金會資助的新時代教師(TNE)項目,在一定程度上推動了大學研究機構(gòu)(非正規(guī)科學教育)與中小學(正規(guī)科學教育)建立了良好的合作伙伴關系[62]。

中小學科學教師的培訓還可以采用與科學家等科技工作者合作學習的方式,提升中小學科學教師的專業(yè)素養(yǎng)。例如《科學教育研究手冊》一書中列舉的兩個合作項目。其一,“德雷頓(Drayton)和福爾克(Falk)(2006)與二十多個由美國生態(tài)學家(科學家)和教師組成的團隊展開合作”[63]。在一年的時間里,該團隊的教師和科學家緊密合作,學習生態(tài)學研究和科學探究。他們收集了團隊成員的問卷和檔案,對整個項目的團隊數(shù)據(jù)進行描述性和定性分析,發(fā)現(xiàn)部分的合作頗有成效。其二,“休斯、莫利納(Molyneaux)和狄克遜(Dixon)對三名在美國教師研究體驗項目(Research Experience for Teachers)中與科學家合作的教師展開了定性研究”[63]。其中研究的數(shù)據(jù)來源包括教師訪談、在實驗室對教師的觀察、科學家對教師的書面學習評價、項目結(jié)束后的課堂觀察和教師訪談,這些數(shù)據(jù)被編寫成案例。該項研究發(fā)現(xiàn),通過與科學家一年多的密切合作,教師提高了對探究的認識,感到自己是群體的一部分,并從科學家那里獲得了有價值的信息[63]?？偟膩碚f,在教師與科學家的合作學習中,科學家的指導對教師的學習方式和教師將獲得信息傳遞給學生的方式能夠產(chǎn)生積極影響。

諾貝爾物理學獎得主Lederman在《科學家與21世紀的科學教育》一文中提議:理工科博士在取得學位后職業(yè)生涯的頭3年中,每周至少拿出3小時與STEM(科學、技術、工程、數(shù)學)教師一道工作[64]。這種合作可以有效地將科研和教學相結(jié)合,促進科學教師與科技工作者之間的知識傳遞和實踐交流。

四、結(jié) 語

科技工作者參與中小學科學教育,是順應時代發(fā)展、回應時代訴求的“可行之舉”?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育,需要科技界與教育界協(xié)同合作,共同促進科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。在科技蓬勃發(fā)展的背景之下,科技工作者們積累了大量科技知識和科技成果,但這些知識很少轉(zhuǎn)化為科學教育資源?？萍脊ぷ髡邊⑴c中小學科學教育,其主要使命就是要將這些科學知識轉(zhuǎn)化為中小學科學教育課程內(nèi)容,給中小學教學內(nèi)容帶來“活水”,豐富中小學科學教育的內(nèi)涵;同時給中小學教學方式帶來“活力”,培育青少年的科學精神,提高青少年的跨學科實踐能力,增強青少年科學從業(yè)意愿?？萍脊ぷ髡邊⑴c青少年科學教育應當深刻領會和正確把握科技強國建設和科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的時代訴求,從中小學科學教育政策制定、教師培訓、學生課外活動等方面著手,促進中小學科學教育高質(zhì)量發(fā)展,助力科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。