科学教育教程教案开发拓展科研与科普结合的新路径

                                    姜联合

一、引言

科学教育是一个国家科学发展的重要延展，是将科学研究成果转化成提高国民科学素养的重要手段，特别是青少年处于科学价值观形成的关键时期，科学教育尤为突出重要，青少年科学素养和创新能力是建设创新性国家的基础。《全民科学素质行动计划纲要（2011-2015）》实施未成年人科学素质行动中指出：完善基础教育阶段的科学教育，提高学校科学教育质量，着力提升中小学生的学习能力、实践能力和创新能力，使中小学生掌握基本的科学知识和技能，体验科学研究的活动过程，培养良好的科学态度与兴趣。其中在科学教育与培训基础工程中指出：加强教材建设，改革教学方法，形成适应不同对象需求、满足科学教育与培训要求的教材教法。

二、科研过程是青少年科学教育科学探索及创新能力培养的重要途径

我国常态的科学教育除了全日制义务教育《科学》课程外[1]，多半在在科技馆和博物馆中，科技馆在参与科学教育中具有天然优势和条件[2]。义务教育及其科技馆的科学教育功能更多地停留在科学原理、科学知识的展现，体现在科学观察、科学展览和科学活动中，在科学探索及科学创新能力培养中略显不足。科学研究的基本过程包括了科学现象观察、科学原理理解、科学数据分析、科学结果评价、科学结论的讨论等，整个过程中贯穿科学思维的培养、科学态度的训练、科学精神的培养、科学创新能力的实践。这种过程如果转化为青少年科学教育，将为青少年提供了科学探究及其思维训练的条件，这也是科学教育的本质所在。科研与科普结合是青少年科学教育科学探索及创新能力培养的重要途径。

刘立等[3]就美国科学教育发展普及政策与实践进行了研究，美国国家科学基金会(NSF)资助科学教育与普及研究和活动，“教育与人力资源”经费占NSF总支出的比例约13％以上，NSF对促进美国科学教育的发展以及提高青少年的科学素质做出了重要的贡献。从21世纪初我国科技工作者在进行科技资源的共建共享中也开始关注科研与科普的结合，姜联合等就发达国家和我国科技计划项目科普化进行了比较分析[4]，对我国科技计划项目科普化模式和实施过程进行初探[5]。几年来，科研与科普结合成为我国拓展科普工作的热点话题。在科研与科普的结合过程中，科研工作本身的科学探究过程为科学教育路径拓展了外延。

三、科学教育教程教案开发为青少年科学探索及创新能力培养提供系统全程的培养路径

探究性学习是一种积极的学习过程，主要指学生在科学课中自己探究问题的学习方式。是学生通过某种科学探究活动的过程获取科学知识，在这个探究过程中，学会利用科学的方法和技能、运用科学的思维方式、形成科学的观点和科学精神[6]。探究性学习注重学习过程中直接经验的获取，以培养青少年的创新精神、培养其解决问题的能力，提高创新思维能力为目的。

科学教育贵在探究，探究就是科学家运用逻辑进行思考和解决问题的方式。学校过程技能教学法，虽然能够培养学生的各项技能，但是他们无法解决问题，也不能像科学家那样思考，不能诠释探究活动的本质特点：即提出科学问题、参与设计实验步骤、优先收集证据、做出解释、将解释与科学知识进行归纳、交流和验证解释。

探究性学习强调“做科学”，强调学生自主思考为什么、怎么做和做什么，而不是让学生接受现成的结论。是一个围绕问题开展的活动，是一个逐步分析和解决问题的过程。科学研究的过程就是一个探究及创新发现的过程，科学教育教程教案开发紧紧围绕科学研究过程的各个环节，充分体现青少年科学探索及创新能力培养的过程，科研与科普结合为科学教育开辟新路径，科研与科普结合运用到科学教育中，通过开发体现科研过程的科学教育教程教案，为青少年科学探索及创新能力培养提供系统全程的培养路径。

四、中国科学院科学研究资源为开展科学探索教育提供了丰富的资源

中国科学院集成多学科、基础性、前瞻性、综合性人力及平台科技资源，科研成果科学教育转化常规为科学宣讲，“科学与中国”院士专家巡讲就是开展科普活动的重要载体[7]。

2012年中国科学院确立了出成果出人才出思想“三位一体”的战略使命[8]，人才培养是重要命题之一，《中国科学院科教结合协同育人计划》中指出实施科苑学者走进中学计划，旨在提升青少年科学素养[9]。中国科学院科学传播局肩负起科学教育的重要功能，开展了系列科学教育工作，组织开发适合青少年成长特点、不仅普及科学知识、启迪科学兴趣和灵感，同时具有科学探索功能的科学教育教程教案[10]。

五、以中学高端科学探索实验室建设为基础，开发多学科科学教育教程教案

充分发挥中国科学院科技资源优势，中国科学院与中学合作，将中国科学院科技资源科技教育化，在中学建设科学探索实验室。

科学探索实验室建设体现科学性、探究性，把科学知识的传授与科学探索活动、科学研究方法应用相结合，实验室建设涵盖学科前沿领域，以学科或专题为主题，高端实验案例为导向，在实践应用中引领一定的科学技术方法，使青少年在探索中体验科学研究过程。通过在科学探索实验室中的科学探索实践过程和活动，保护学生的好奇心，激发学生的科学兴趣,培养学生的科学精神、态度与价值观，形成科学探究的行为和习惯。

实验室建设凝练科学教育课程，形成规范的中学生科学研究过程和教学体系，同时通过科学探索实验室实践过程改革教学方式,提高学生科学探究能力,培养学生的科学精神、掌握科学技能，使学生学习方式和教师教学行为由原来的偏重教师传授转变为立足学生的发展,着重于学生的主体性学习，同时建立能够适合科技人才早期培养的教材和评估体系。

在科学教育教程教案开发中，充分将中国科学院科学研究过程应用到科学教育中，发挥科学教育探究功能，将科学知识的普及与科学探索活动、科学研究方法应用相结合，拓展青少年科学视野、启迪青少年科学灵感、培养青少年科学兴趣。

科学教育教程开发主要是通过有形的实验，启发青少年去思考，让他们能够提出问题，思考解决的办法，同时具备动手能力。教程教案开发分为两部分，一部分为基础技术方法实验教程，一部分为科学探索实验教程教案，基础技术方法实验教程重在掌握学科科学技术基本知识和科学技术方法，是开展探索实验的基础，科学探索实验教程教案注重科学研究过程中的探索和应用，研究过程和结论探究性强，结论多元，为学生留出独立思考空白。

科学教育教材教案开发涉及多个学科，汇集生命科学、生态环境科学、天文学、纳米科学、材料科学、自动化技术、空间信息技术等学科内容，涵盖了生物、生态、物理、化学、微生物学、仿生学、材料科学、制图学、光学、电子科学、计算机科学、地学、遥感科学、数字图像处理学、地理信息系统等知识点信息。形成了诸多学科交叉实验融合、全面提高学生科学素养的综合科学教育实验教程体系。

科学教育教程教案从日常生活背景和现象中提炼出严谨的科学问题，通过科学实验过程验证科学现象，每个教案包括科学问题、背景知识、实验目的、材料和方法过程以及相关的延展思考问题。从科学现象和兴趣出发，引发出相应的科学实验内容，在课程开发设计过程中体现科学研究的全过程。在科学问题的提出中，注重自主性学习；在研究过程的体验中，注重学科的交叉融合、注重独立的科学数据处理过程和经验；在科学结果分享及辨识中，注重实践与合作；在科学技术方法的掌握中，注重探究学习的基本技术和技能；在问题讨论及思考中，注重学生新的科学联想的激发。

科学教育教程教案的开发与实验室建设同步开展，充分发挥实验室的硬件设备和专用设备功能，通过学生亲手体验完成实验内容，掌握一定的科学技术和方法，体验科学研究过程，领悟科学探索精神，能够在过程中进行科学思考、培养创新能力、拓展思维空间。

六、拓展科研与科普结合路径，开发科学探索及创新能力培养的教程教案

《全民科学素质行动计划纲要（2011-2015）》实施未成年人科学素质行动中青少年科学教育教程教案建设是重要内容，科研与科普结合应用到科学教育中，是早期培养科技创新人才的重要途径，也是科研过程价值有效服务社会的重要体现。2007−2012年间我国部分国家科技计划项目，包括863计划、973计划、国家自然科学基金、国家科技支撑/攻关计划等受中央财政支持的力度逐年攀升[11]。科研产出质量也迅速提升，《2012全球自然出版指数》显示，2012年在所有《自然》和自然子刊上发表的研究性论文中，有8.5%的论文是来自于中国的作者，这一数字比2011年同比增长了35%。在科研成果日趋喜人的今天，将科研成果及科研过程转化应用到科学教育中，为青少年开发科学探索及创新能力培养的教程教案可为科研与科普结合的有效途径。

目前国内外科学教育教程教案大多局限在以有形的科学实验激发兴趣，引起青少年思考，培养批判性思维能力[12]，但启发性科学教程教案是科学教育未来的方向[13], 如何设计启发性强没有答案的实验教案是未来科学教育的方向，这样的实验教程更易于引发学生的深度思考,更易于科学探索及创新能力的培养。

参考文献：

1. 韦钰，我国青少年科学教育的历史与展望，科普研究，2008(4),9

2. 代洪臣.关于科技馆参与科学教育的探讨[J].科普研究,2010,5(z1):68~70

3. 刘立,田起宏,李红林,曾国屏.美国国家科学基金资助科学教育与普及的政策与实践研究[J].科普研究,2007,(6):62~70

4. 姜联合,袁志宁,马强.发达国家和我国科技计划项目科普化现状比较[J].科普研究,2010,5(5):39~48

5. 姜联合,袁志宁,马强.我国科技计划项目科普化模式和实施过程初探[J].科普研究,2010,5(6):5~13

6. 崔鑫，浅谈青少年科技教育中的探究性学习。见：中国科普研究所编，<中国科普理论与实践探索>,北京：科普出版社，2013，100

7. 林兆彬，科研科普两不误，大师开讲传真理.见:中国科普研究所编,<中国科普理论与实践探索>,2013,332

8. 出成果出人才出思想，开创“创新2020”新局面——在中国科学院2012年度工作会议上的报告，http://www.cas.cn/zt/hyzt/2012ndgzhy/zyxw/201201/t20120116_3428393.html）,2012

9. 中国科学院 教育部关于印发《科教结合协同育人行动计划》的通知，http://www.gucas.ac.cn/site/235?u=60937，2013-7-18

10. 中国科学院科普项目，http://www.chuanbo.cas.cn/fwzn/,2013

11. 科技部《中国科技统计数据2012》

12.博梅拉.沃克著.校园科学实验.上海：上海科学技术文献出版社，2012

13.科学探索者•美国初中主流理科教材.浙江教育出版社,2013