科學教育教程教案開發拓展科研與科普結合的新路徑

                                    姜聯合



一、引言

科學教育是一個國家科學發展的重要延展，是將科學研究成果轉化成提高國民科學素養的重要手段，特別是青少年處于科學價值觀形成的關鍵時期，科學教育尤為突出重要，青少年科學素養和創新能力是建設創新性國家的基礎。《全民科學素質行動計劃綱要（2011-2015）》實施未成年人科學素質行動中指出：完善基礎教育階段的科學教育，提高學校科學教育質量，著力提升中小學生的學習能力、實踐能力和創新能力，使中小學生掌握基本的科學知識和技能，體驗科學研究的活動過程，培養良好的科學態度與興趣。其中在科學教育與培訓基礎工程中指出：加強教材建設，改革教學方法，形成適應不同對象需求、滿足科學教育與培訓要求的教材教法。

二、科研過程是青少年科學教育科學探索及創新能力培養的重要途徑

我國常態的科學教育除了全日制義務教育《科學》課程外[1]，多半在在科技館和博物館中，科技館在參與科學教育中具有天然優勢和條件[2]。義務教育及其科技館的科學教育功能更多地停留在科學原理、科學知識的展現，體現在科學觀察、科學展覽和科學活動中，在科學探索及科學創新能力培養中略顯不足。科學研究的基本過程包括了科學現象觀察、科學原理理解、科學數據分析、科學結果評價、科學結論的討論等，整個過程中貫穿科學思維的培養、科學態度的訓練、科學精神的培養、科學創新能力的實踐。這種過程如果轉化為青少年科學教育，將為青少年提供了科學探究及其思維訓練的條件，這也是科學教育的本質所在。科研與科普結合是青少年科學教育科學探索及創新能力培養的重要途徑。

劉立等[3]就美國科學教育發展普及政策與實踐進行了研究，美國國家科學基金會(NSF)資助科學教育與普及研究和活動，“教育與人力資源”經費占NSF總支出的比例約13％以上，NSF對促進美國科學教育的發展以及提高青少年的科學素質做出了重要的貢獻。從21世紀初我國科技工作者在進行科技資源的共建共享中也開始關注科研與科普的結合，姜聯合等就發達國家和我國科技計劃項目科普化進行了比較分析[4]，對我國科技計劃項目科普化模式和實施過程進行初探[5]。幾年來，科研與科普結合成為我國拓展科普工作的熱點話題。在科研與科普的結合過程中，科研工作本身的科學探究過程為科學教育路徑拓展了外延。

三、科學教育教程教案開發為青少年科學探索及創新能力培養提供系統全程的培養路徑

探究性學習是一種積極的學習過程，主要指學生在科學課中自己探究問題的學習方式。是學生通過某種科學探究活動的過程獲取科學知識，在這個探究過程中，學會利用科學的方法和技能、運用科學的思維方式、形成科學的觀點和科學精神[6]。探究性學習注重學習過程中直接經驗的獲取，以培養青少年的創新精神、培養其解決問題的能力，提高創新思維能力為目的。

科學教育貴在探究，探究就是科學家運用邏輯進行思考和解決問題的方式。學校過程技能教學法，雖然能夠培養學生的各項技能，但是他們無法解決問題，也不能像科學家那樣思考，不能詮釋探究活動的本質特點：即提出科學問題、參與設計實驗步驟、優先收集證據、做出解釋、將解釋與科學知識進行歸納、交流和驗證解釋。

探究性學習強調“做科學”，強調學生自主思考為什么、怎么做和做什么，而不是讓學生接受現成的結論。是一個圍繞問題開展的活動，是一個逐步分析和解決問題的過程。科學研究的過程就是一個探究及創新發現的過程，科學教育教程教案開發緊緊圍繞科學研究過程的各個環節，充分體現青少年科學探索及創新能力培養的過程，科研與科普結合為科學教育開辟新路徑，科研與科普結合運用到科學教育中，通過開發體現科研過程的科學教育教程教案，為青少年科學探索及創新能力培養提供系統全程的培養路徑。

 

四、中國科學院科學研究資源為開展科學探索教育提供了豐富的資源

中國科學院集成多學科、基礎性、前瞻性、綜合性人力及平臺科技資源，科研成果科學教育轉化常規為科學宣講，“科學與中國”院士專家巡講就是開展科普活動的重要載體[7]。

2012年中國科學院確立了出成果出人才出思想“三位一體”的戰略使命[8]，人才培養是重要命題之一，《中國科學院科教結合協同育人計劃》中指出實施科苑學者走進中學計劃，旨在提升青少年科學素養[9]。中國科學院科學傳播局肩負起科學教育的重要功能，開展了系列科學教育工作，組織開發適合青少年成長特點、不僅普及科學知識、啟迪科學興趣和靈感，同時具有科學探索功能的科學教育教程教案[10]。

五、以中學高端科學探索實驗室建設為基礎，開發多學科科學教育教程教案

充分發揮中國科學院科技資源優勢，中國科學院與中學合作，將中國科學院科技資源科技教育化，在中學建設科學探索實驗室。

科學探索實驗室建設體現科學性、探究性，把科學知識的傳授與科學探索活動、科學研究方法應用相結合，實驗室建設涵蓋學科前沿領域，以學科或專題為主題，高端實驗案例為導向，在實踐應用中引領一定的科學技術方法，使青少年在探索中體驗科學研究過程。通過在科學探索實驗室中的科學探索實踐過程和活動，保護學生的好奇心，激發學生的科學興趣,培養學生的科學精神、態度與價值觀，形成科學探究的行為和習慣。

實驗室建設凝練科學教育課程，形成規范的中學生科學研究過程和教學體系，同時通過科學探索實驗室實踐過程改革教學方式,提高學生科學探究能力,培養學生的科學精神、掌握科學技能，使學生學習方式和教師教學行為由原來的偏重教師傳授轉變為立足學生的發展,著重于學生的主體性學習，同時建立能夠適合科技人才早期培養的教材和評估體系。

在科學教育教程教案開發中，充分將中國科學院科學研究過程應用到科學教育中，發揮科學教育探究功能，將科學知識的普及與科學探索活動、科學研究方法應用相結合，拓展青少年科學視野、啟迪青少年科學靈感、培養青少年科學興趣。

科學教育教程開發主要是通過有形的實驗，啟發青少年去思考，讓他們能夠提出問題，思考解決的辦法，同時具備動手能力。教程教案開發分為兩部分，一部分為基礎技術方法實驗教程，一部分為科學探索實驗教程教案，基礎技術方法實驗教程重在掌握學科科學技術基本知識和科學技術方法，是開展探索實驗的基礎，科學探索實驗教程教案注重科學研究過程中的探索和應用，研究過程和結論探究性強，結論多元，為學生留出獨立思考空白。

科學教育教材教案開發涉及多個學科，匯集生命科學、生態環境科學、天文學、納米科學、材料科學、自動化技術、空間信息技術等學科內容，涵蓋了生物、生態、物理、化學、微生物學、仿生學、材料科學、制圖學、光學、電子科學、計算機科學、地學、遙感科學、數字圖像處理學、地理信息系統等知識點信息。形成了諸多學科交叉實驗融合、全面提高學生科學素養的綜合科學教育實驗教程體系。

科學教育教程教案從日常生活背景和現象中提煉出嚴謹的科學問題，通過科學實驗過程驗證科學現象，每個教案包括科學問題、背景知識、實驗目的、材料和方法過程以及相關的延展思考問題。從科學現象和興趣出發，引發出相應的科學實驗內容，在課程開發設計過程中體現科學研究的全過程。在科學問題的提出中，注重自主性學習；在研究過程的體驗中，注重學科的交叉融合、注重獨立的科學數據處理過程和經驗；在科學結果分享及辨識中，注重實踐與合作；在科學技術方法的掌握中，注重探究學習的基本技術和技能；在問題討論及思考中，注重學生新的科學聯想的激發。

科學教育教程教案的開發與實驗室建設同步開展，充分發揮實驗室的硬件設備和專用設備功能，通過學生親手體驗完成實驗內容，掌握一定的科學技術和方法，體驗科學研究過程，領悟科學探索精神，能夠在過程中進行科學思考、培養創新能力、拓展思維空間。

六、拓展科研與科普結合路徑，開發科學探索及創新能力培養的教程教案

《全民科學素質行動計劃綱要（2011-2015）》實施未成年人科學素質行動中青少年科學教育教程教案建設是重要內容，科研與科普結合應用到科學教育中，是早期培養科技創新人才的重要途徑，也是科研過程價值有效服務社會的重要體現。2007?2012年間我國部分國家科技計劃項目，包括863計劃、973計劃、國家自然科學基金、國家科技支撐/攻關計劃等受中央財政支持的力度逐年攀升[11]。科研產出質量也迅速提升，《2012全球自然出版指數》顯示，2012年在所有《自然》和自然子刊上發表的研究性論文中，有8.5%的論文是來自于中國的作者，這一數字比2011年同比增長了35%。在科研成果日趨喜人的今天，將科研成果及科研過程轉化應用到科學教育中，為青少年開發科學探索及創新能力培養的教程教案可為科研與科普結合的有效途徑。

目前國內外科學教育教程教案大多局限在以有形的科學實驗激發興趣，引起青少年思考，培養批判性思維能力[12]，但啟發性科學教程教案是科學教育未來的方向[13], 如何設計啟發性強沒有答案的實驗教案是未來科學教育的方向，這樣的實驗教程更易于引發學生的深度思考,更易于科學探索及創新能力的培養。

 

參考文獻：

  1. 韋鈺，我國青少年科學教育的歷史與展望，科普研究，2008(4),9

  2. 代洪臣.關于科技館參與科學教育的探討[J].科普研究,2010,5(z1):68~70

  3. 劉立,田起宏,李紅林,曾國屏.美國國家科學基金資助科學教育與普及的政策與實踐研究[J].科普研究,2007,(6):62~70

  4. 姜聯合,袁志寧,馬強.發達國家和我國科技計劃項目科普化現狀比較[J].科普研究,2010,5(5):39~48

  5. 姜聯合,袁志寧,馬強.我國科技計劃項目科普化模式和實施過程初探[J].科普研究,2010,5(6):5~13

  6. 崔鑫，淺談青少年科技教育中的探究性學習。見：中國科普研究所編，<中國科普理論與實踐探索>,北京：科普出版社，2013，100

  7. 林兆彬，科研科普兩不誤，大師開講傳真理.見:中國科普研究所編,<中國科普理論與實踐探索>,2013,332

  8. 出成果出人才出思想，開創“創新2020”新局面——在中國科學院2012年度工作會議上的報告，http://www.cas.cn/zt/hyzt/2012ndgzhy/zyxw/201201/t20120116_3428393.html）,2012

  9. 中國科學院 教育部關于印發《科教結合協同育人行動計劃》的通知，http://www.gucas.ac.cn/site/235?u=60937，2013-7-18

  10. 中國科學院科普項目，http://www.chuanbo.cas.cn/fwzn/,2013

  11. 科技部《中國科技統計數據2012》

12.博梅拉.沃克著.校園科學實驗.上海：上海科學技術文獻出版社，2012

13.科學探索者?美國初中主流理科教材.浙江教育出版社,2013

 

科學教育教程教案開發拓展科研與科普結合的新路徑

圖文簡介

探討科學教育的實施效能，提出科學教育重在探究，通過開發科學教育教程教案，拓展科研與科普結合路徑，為青少年提供系統全程的創新能力培養方式，闡述了多學科科學教育教程教案開發過程及應用。