在世界百年未有之大變局加速演進(jìn)、國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈、世界格局深刻變革、新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命蓬勃發(fā)展的時(shí)代大背景下，世界各國(guó)都在加強(qiáng)科學(xué)教育，將培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才、突破關(guān)鍵技術(shù)作為搶占國(guó)家未來發(fā)展制高點(diǎn)的核心戰(zhàn)略。我們也清晰地認(rèn)識(shí)到，基礎(chǔ)教育階段是青少年好奇心、想象力和探求欲發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。面對(duì)新一輪科技革命加速發(fā)展和推進(jìn)科技自立自強(qiáng)戰(zhàn)略需求，我國(guó)中小學(xué)科學(xué)教育還面臨許多挑戰(zhàn)，需求（指對(duì)科技創(chuàng)新人才的需求）與供給的矛盾突出、校內(nèi)與校外的整合不足、教師與專業(yè)的支撐缺乏、課程與教學(xué)的質(zhì)量不高、科研對(duì)教學(xué)的促進(jìn)不夠等問題依然存在。有效解決科學(xué)教育問題、全面提升科學(xué)教育質(zhì)量是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要全面落實(shí)黨的路線方針政策和《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》的基本要求，聚焦科技創(chuàng)新人才的有效培養(yǎng)，體現(xiàn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的最新成果，建構(gòu)要素協(xié)調(diào)高質(zhì)、主體協(xié)同育人、學(xué)段進(jìn)階貫通的高質(zhì)量科學(xué)教育體系。

聚焦創(chuàng)新人才的有效培養(yǎng)

科學(xué)教育是提高全民科學(xué)素質(zhì)、培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才、提升國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)力的重要基礎(chǔ)，更是建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)的重要根基，關(guān)系到我國(guó)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的實(shí)現(xiàn)，是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略性和緊迫性的事業(yè)。面對(duì)新形勢(shì)下科學(xué)教育面臨的挑戰(zhàn)，黨和國(guó)家高度重視科學(xué)教育工作，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新人才培養(yǎng)。黨的二十大報(bào)告首次將教育、科技、人才“三位一體”統(tǒng)籌部署，并對(duì)“著力造就拔尖創(chuàng)新人才”提出要求。習(xí)近平總書記在主持中共中央政治局第三次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“要在教育‘雙減’中做好科學(xué)教育加法，激發(fā)青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具備科學(xué)家潛質(zhì)、愿意獻(xiàn)身科學(xué)研究事業(yè)的青少年群體?！?/span>2023年5月，習(xí)近平總書記在中共中央政治局第五次集體學(xué)習(xí)時(shí)強(qiáng)調(diào)：“進(jìn)一步加強(qiáng)科學(xué)教育、工程教育，加強(qiáng)拔尖創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)，為解決我國(guó)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供人才支撐?！?/span>2025年1月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024-2035年）》，要求全面把握教育的“政治屬性、人民屬性、戰(zhàn)略屬性”，將具有強(qiáng)大的思政引領(lǐng)力、人才競(jìng)爭(zhēng)力、科技支撐力、民生保障力、社會(huì)協(xié)同力、國(guó)際影響力作為中國(guó)特色社會(huì)主義教育強(qiáng)國(guó)的重要特質(zhì)，突出教育科技人才一體統(tǒng)籌部署，推出一系列創(chuàng)新舉措，提出“完善拔尖創(chuàng)新人才發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)機(jī)制”。面向中小學(xué)生實(shí)施科學(xué)素養(yǎng)培育“沃土計(jì)劃”；面向具有創(chuàng)新潛質(zhì)的高中學(xué)生實(shí)施“脫穎計(jì)劃”等。在戰(zhàn)略急需和新興領(lǐng)域，探索國(guó)家拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式。由此可見，中小學(xué)科學(xué)教育有助于提高全民科學(xué)素質(zhì)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科技強(qiáng)國(guó)建設(shè)，[1] 而在當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)和教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)背景下，加強(qiáng)改進(jìn)科學(xué)教育的重要目標(biāo)是培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才。

近年來，我國(guó)推動(dòng)基于核心素養(yǎng)的課程改革，把促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展作為科學(xué)課程的目標(biāo)，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。同時(shí)，科技創(chuàng)新后備人才所具備的主要特征稱為創(chuàng)新素質(zhì)。核心素養(yǎng)與創(chuàng)新素質(zhì)的有機(jī)整合，構(gòu)成了具有家國(guó)情懷的科技創(chuàng)新后備人才的必備素養(yǎng)?？茖W(xué)課程要培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)課程的過程中，逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展所需的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是科學(xué)課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，包括科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等方面。[2] 創(chuàng)新素質(zhì)反映了科技創(chuàng)新后備人才所具有的必備特征，在系統(tǒng)分析科技創(chuàng)新后備人才特征的相關(guān)理論、實(shí)證研究的基礎(chǔ)上，我們提出“四維度十要素”的科技創(chuàng)新后備人才必備特征模型。[3] 其中，思維維度包括基本思維和高階思維，知識(shí)維度包括知識(shí)的廣博和精深，動(dòng)機(jī)維度包括內(nèi)在動(dòng)機(jī)和成就動(dòng)機(jī)（強(qiáng)調(diào)遠(yuǎn)大志向），人格維度主要指創(chuàng)新人格等。高質(zhì)量的中小學(xué)科學(xué)教育體系要著力培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和創(chuàng)新素質(zhì)，將中小學(xué)生核心素養(yǎng)和創(chuàng)新素質(zhì)的發(fā)展作為衡量科學(xué)教育質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵內(nèi)容。

反映科學(xué)技術(shù)的最新成果

知識(shí)是創(chuàng)新的基石。主體對(duì)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和思維材料進(jìn)行深度理解與高度概括后，實(shí)施集中而系統(tǒng)的遷移，進(jìn)行新穎的組合分析，找出新異的層次和交接點(diǎn)，提出新穎而有價(jià)值的觀點(diǎn)，就實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新。廣泛、大量的知識(shí)儲(chǔ)備是創(chuàng)新的基礎(chǔ)，靈活、聯(lián)結(jié)緊密的知識(shí)結(jié)構(gòu)是創(chuàng)新產(chǎn)生的加速器，有利于提高創(chuàng)新的效率。科技創(chuàng)新后備人才的知識(shí)特征具有綜合性，已被行為科學(xué)和腦科學(xué)研究證實(shí)。[4][5][6][7] 因此，高質(zhì)量的科學(xué)教育體系要統(tǒng)籌科學(xué)教育、技術(shù)與工程教育，加強(qiáng)物理、化學(xué)、生物學(xué)、地理等學(xué)科之間的聯(lián)系，融合科學(xué)教育與人文教育，關(guān)注環(huán)境教育與可持續(xù)發(fā)展教育，聚焦處于學(xué)科中心、展示學(xué)科圖景、反映學(xué)科思想、體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)的結(jié)構(gòu)化的概念、規(guī)律和原理組織教學(xué)內(nèi)容，開展跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)，探索綜合化實(shí)施分科課程的路徑，引導(dǎo)學(xué)生建立知識(shí)之間的聯(lián)系，形成合理的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，用多學(xué)科的知識(shí)和方法解決真實(shí)問題。

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)知識(shí)量呈指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)。怎樣在有限的時(shí)間內(nèi)能夠讓學(xué)生學(xué)習(xí)前沿科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)思想方法、形成科學(xué)思維方式、領(lǐng)悟科學(xué)精神（包括科學(xué)家精神）是當(dāng)前面臨的一大課題。近年來，我國(guó)已經(jīng)有一些初步探索，建立了“正式教育體系與非正式科普活動(dòng)”雙軌并行的前沿科學(xué)知識(shí)融入機(jī)制，開展了科普講座、科普研學(xué)、參觀大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室等富有成效的活動(dòng)，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)前沿科學(xué)知識(shí)的了解。但前沿科學(xué)知識(shí)融入科學(xué)教育內(nèi)容的系統(tǒng)性還很缺乏，融入路徑還不夠明確，碎片化特征還比較明顯，更新機(jī)制尚未形成。

我們認(rèn)為，前沿科學(xué)知識(shí)融入中小學(xué)科學(xué)教育內(nèi)容需要滿足如下要求：一是體現(xiàn)規(guī)律，做到“三適合”（適合學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、思維水平、興趣特點(diǎn)）和“兩遵循”（遵循學(xué)習(xí)規(guī)律和學(xué)科規(guī)律）；二是建立關(guān)聯(lián)，要與中小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)科核心概念和跨學(xué)科概念建立聯(lián)系；三是突出素養(yǎng)，要通過類比等方法將前沿科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以理解的內(nèi)容，突出科學(xué)思想方法、科學(xué)思維方式、科學(xué)精神（包括科學(xué)家精神）的學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

做到體系要素的協(xié)調(diào)高質(zhì)

中小學(xué)科學(xué)教育體系的構(gòu)成要素包括政策、課程、師資、資源、評(píng)價(jià)、科研等，提升這些要素的質(zhì)量并建立要素之間的協(xié)調(diào)機(jī)制是中小學(xué)科學(xué)教育體系高質(zhì)量發(fā)展的重要標(biāo)志。從世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)教育體系建構(gòu)來看，可以建立多種類型的要素協(xié)調(diào)機(jī)制。如法國(guó)在以科學(xué)家引領(lǐng)試點(diǎn)改革基礎(chǔ)上凝練經(jīng)驗(yàn)并大面積推廣，建立了研究反饋的聯(lián)動(dòng)機(jī)制；[8]英國(guó)政府通過國(guó)家STEM教育追蹤指導(dǎo)改革政策，[9] 澳大利亞通過科學(xué)素養(yǎng)評(píng)估調(diào)整教師培養(yǎng)方案和課程資源配置，[10] 均建立了評(píng)價(jià)引領(lǐng)的調(diào)整機(jī)制；美國(guó)《國(guó)防教育法》、德國(guó)《MINT行動(dòng)計(jì)劃2.0》和法國(guó)《教育指導(dǎo)法》都是通過立法確保課程開發(fā)、教師培訓(xùn)、資金支持等，建立了基于政策法規(guī)的協(xié)同網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，我國(guó)建構(gòu)了多要素推進(jìn)的格局，但各要素的發(fā)展水平尚需提高，要素之間的協(xié)調(diào)機(jī)制尚待建立完善，各項(xiàng)政策的落實(shí)需要取得實(shí)效。

要理解體系各要素內(nèi)涵、功能、關(guān)系及其優(yōu)化方案，在此基礎(chǔ)上推動(dòng)各要素的高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展。

政策體系（如目標(biāo)規(guī)劃、財(cái)政撥款、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布、學(xué)校布局、關(guān)系協(xié)調(diào)等）是科學(xué)教育持續(xù)良好發(fā)展的前提條件，對(duì)科學(xué)教育目的、結(jié)構(gòu)、經(jīng)費(fèi)、設(shè)施、環(huán)境、條件、資源、教師等起著基礎(chǔ)指導(dǎo)和宏觀調(diào)控作用。需要加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，建構(gòu)能夠促進(jìn)科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展、全面協(xié)調(diào)的政策體系，引導(dǎo)學(xué)校、家庭、社會(huì)形成科學(xué)的教育質(zhì)量觀、政績(jī)觀。

課程體系涉及課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實(shí)施、教學(xué)改革、課程評(píng)價(jià)等，是決定科學(xué)教育質(zhì)量的關(guān)鍵要素，整體應(yīng)突出綜合性、實(shí)踐性、思維性和進(jìn)階性。要做到：基于核心素養(yǎng)確定課程目標(biāo)，圍繞核心概念組織教學(xué)內(nèi)容，基于學(xué)習(xí)進(jìn)階確定學(xué)段分布，統(tǒng)籌科學(xué)教育、技術(shù)教育與工程教育，設(shè)計(jì)與高等教育貫通的中小學(xué)課程體系，整合啟發(fā)式、探究式、互動(dòng)式、項(xiàng)目式等教學(xué)方式，實(shí)施能夠促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的思維型探究與實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的深度理解、有效建構(gòu)和靈活應(yīng)用。

科學(xué)教師水平直接影響政策落實(shí)、課程實(shí)施、教學(xué)改革，涉及教師配備、職前培養(yǎng)和職后培訓(xùn)等方面，是科學(xué)教育有效實(shí)施的重要保障。要做到：強(qiáng)化科學(xué)教師培養(yǎng)培訓(xùn)的頂層設(shè)計(jì)，確定目標(biāo)、重點(diǎn)和政策措施；依據(jù)教師專業(yè)能力的層級(jí)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)從新任教師、骨干教師到專家型教師的全程培養(yǎng)體系；構(gòu)建“理論指導(dǎo)、案例分析、情境模擬、自主反思、行為反饋”的“思行合一”實(shí)訓(xùn)模式，實(shí)現(xiàn)教師對(duì)學(xué)生、學(xué)習(xí)和學(xué)科的深度理解和育人能力的顯著提升。

資源體現(xiàn)在學(xué)校布局、實(shí)驗(yàn)條件、課程資源等方面，是科學(xué)教育有效實(shí)施的物質(zhì)基礎(chǔ)。要做到：依據(jù)學(xué)齡兒童數(shù)量變化趨勢(shì)調(diào)整學(xué)校布局，建設(shè)能夠高水平實(shí)施國(guó)家課程的實(shí)驗(yàn)條件和支撐區(qū)域科技創(chuàng)新后備人才培養(yǎng)的科學(xué)教育中心，推動(dòng)與國(guó)家科學(xué)類課程標(biāo)準(zhǔn)銜接的社會(huì)資源、實(shí)踐資源和研究資源建設(shè)。

科學(xué)教育評(píng)價(jià)主要體現(xiàn)在診斷、監(jiān)督、改進(jìn)功能，既要關(guān)注學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展情況和動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，也要關(guān)注影響素養(yǎng)發(fā)展的相關(guān)因素。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要體現(xiàn)科技創(chuàng)新后備人才的必備素養(yǎng)，包括核心素養(yǎng)和創(chuàng)新素質(zhì)，強(qiáng)化過程評(píng)價(jià)，重視教學(xué)評(píng)一體化，引領(lǐng)科學(xué)教育體系的整體優(yōu)化。

強(qiáng)化多元主體的協(xié)同育人

中小學(xué)科學(xué)教育體系由多個(gè)要素和多個(gè)主體構(gòu)成，從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來看，這些要素和主體之間相互關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，系統(tǒng)在外界因素的影響下，通過反饋機(jī)制實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡?？茖W(xué)教育體系具有動(dòng)態(tài)性和開放性，各要素都會(huì)對(duì)該體系產(chǎn)生影響，促進(jìn)或者抑制其健康發(fā)展。在科學(xué)教育推進(jìn)過程中，涉及各級(jí)政府、中小學(xué)校、高等學(xué)校、科研院所、科協(xié)組織、科技場(chǎng)館、科技企業(yè)、社會(huì)團(tuán)體等實(shí)施主體。高質(zhì)量的科學(xué)教育體系需要整合這些力量，加強(qiáng)科教融合，建立健全協(xié)同推進(jìn)科學(xué)教育工作的機(jī)制體制。

2023年，教育部等十八部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》，初步形成了多主體積極參與的格局。然而在實(shí)踐層面，目前各主體多以各自的定位和資源自主推動(dòng)科學(xué)教育，仍需建立完善國(guó)家層面的科學(xué)教育統(tǒng)籌協(xié)調(diào)機(jī)制。推動(dòng)科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展，需要建立良好的機(jī)制與生態(tài)。一是建立協(xié)調(diào)機(jī)制。明確政府各職能部門的職責(zé)任務(wù)，建立協(xié)同推進(jìn)工作的機(jī)制體制，加強(qiáng)定期交流，推進(jìn)具體項(xiàng)目，統(tǒng)籌相關(guān)資源，深化戰(zhàn)略合作，以高水平合作加快建設(shè)高質(zhì)量科學(xué)教育體系；建立科研院所、高等學(xué)校與中小學(xué)聯(lián)合發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才以及推進(jìn)科學(xué)教育改革發(fā)展的機(jī)制，探索學(xué)習(xí)、科研、實(shí)踐相結(jié)合的人才培養(yǎng)模式。二是建立激勵(lì)機(jī)制。制定激勵(lì)政策，有效調(diào)動(dòng)科學(xué)家、教育家等參與科學(xué)教育的積極性，讓他們深度研究科學(xué)教育規(guī)律，積極參與科學(xué)教育實(shí)踐。三是建立整合機(jī)制。充分發(fā)揮高等學(xué)校、科研院所、科協(xié)組織、科技場(chǎng)館、科技企業(yè)、社會(huì)團(tuán)體等機(jī)構(gòu)的作用，把校外學(xué)習(xí)與校內(nèi)學(xué)習(xí)結(jié)合起來，因地制宜設(shè)立科學(xué)教育中心（或者基地），建立校內(nèi)外科學(xué)教育資源整合的機(jī)制。四是營(yíng)造良好氛圍。充分發(fā)揮各級(jí)各類媒體的宣傳引導(dǎo)作用，加大宣傳力度，弘揚(yáng)科學(xué)精神（包括科學(xué)家精神），樹立崇尚科學(xué)、崇尚創(chuàng)新的輿論導(dǎo)向，激勵(lì)青少年樹立投身建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)和科研報(bào)國(guó)的遠(yuǎn)大志向，形成良好的社會(huì)生態(tài)。

實(shí)現(xiàn)不同學(xué)段的進(jìn)階貫通

科學(xué)教育需要以學(xué)生為主體，做到“三適合（適合學(xué)生的認(rèn)知水平、適合學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、適合學(xué)生的興趣特點(diǎn)）”和“兩遵循（遵循學(xué)習(xí)規(guī)律、遵循學(xué)科規(guī)律）”?；诖?，高質(zhì)量的科學(xué)教育體系需要做到大中小一體化，貫通式培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才。

從學(xué)生思維能力的發(fā)展來講，1—2年級(jí)學(xué)生處于具體形象思維階段，因此要關(guān)注學(xué)生對(duì)具體現(xiàn)象與事物外部特征的觀察、描述、比較、分類、判斷等；3—4年級(jí)學(xué)生處于由具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的關(guān)鍵時(shí)期，因此在關(guān)注具體現(xiàn)象和外部特征的基礎(chǔ)上，還要分析現(xiàn)象和事件發(fā)生的條件、過程、原因等，涉及歸納、推理、控制變量等；5—6年級(jí)學(xué)生具有一定的抽象思維能力，關(guān)注事物的結(jié)構(gòu)、功能、變化與相互關(guān)系，涉及概括、系統(tǒng)化等；7—9年級(jí)學(xué)生處于由經(jīng)驗(yàn)型抽象邏輯思維能力向理論型抽象邏輯思維能力發(fā)展的關(guān)鍵期，涉及微觀結(jié)構(gòu)、抽象模型、科學(xué)原理等的理解，要求掌握基本的方法，具有初步的科學(xué)思維能力和探究與實(shí)踐能力。

從學(xué)生興趣的發(fā)展來講，簡(jiǎn)單說可以按照直覺興趣—操作興趣—因果興趣—理論興趣的路徑發(fā)展。

從科技創(chuàng)新后備人才的發(fā)展規(guī)律來講，早期探索階段（學(xué)前與小學(xué)前期），會(huì)表現(xiàn)出對(duì)經(jīng)驗(yàn)、行為和事件的創(chuàng)造性見解，基本思維處于快速發(fā)展階段，對(duì)事物有強(qiáng)烈的好奇心和興趣，這種興趣和好奇心具有隨機(jī)性、偶發(fā)性和不穩(wěn)定性；興趣顯露階段（小學(xué)后期與初中），開始在日常生活中表現(xiàn)出創(chuàng)造潛能，表露出對(duì)特定科技創(chuàng)新領(lǐng)域的興趣，喜歡實(shí)踐和挑戰(zhàn)，樂于鉆研，科技創(chuàng)新動(dòng)機(jī)快速發(fā)展，批判性思維和創(chuàng)新思維初步形成；才干浮現(xiàn)階段（高中與大學(xué)本科），開始表現(xiàn)出對(duì)特定領(lǐng)域科技創(chuàng)新的才干，并刻意學(xué)習(xí)相關(guān)科技知識(shí)；專業(yè)創(chuàng)新階段（研究生與工作），開始在某一領(lǐng)域進(jìn)行科研和實(shí)踐創(chuàng)新，突破現(xiàn)有科研邊界，發(fā)現(xiàn)全新研究領(lǐng)域。

根據(jù)各學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)、學(xué)習(xí)規(guī)律以及科技創(chuàng)新后備人才的成長(zhǎng)規(guī)律，需要構(gòu)建與高等教育銜接的中小幼科學(xué)教育多階段鑒別體系和進(jìn)階式培養(yǎng)體系。統(tǒng)籌幼兒園、小學(xué)、初中和高中等學(xué)段，整體規(guī)劃科學(xué)教育與工程教育體系，進(jìn)階設(shè)計(jì)中小學(xué)科學(xué)類課程標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)國(guó)家課程小初高一體化貫通式設(shè)計(jì)，保證課程理念、教學(xué)思想的一致性，課程目標(biāo)、課程內(nèi)容的進(jìn)階性，以及科學(xué)教育與工程教育的融合性。同時(shí)，建構(gòu)學(xué)思維、學(xué)探究、學(xué)創(chuàng)新和學(xué)研究的進(jìn)階式活動(dòng)課程體系，探索形成“啟蒙教育—興趣引導(dǎo)—探究實(shí)踐—?jiǎng)?chuàng)新研究”等進(jìn)階式創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。落實(shí)面向中小學(xué)生的“沃土計(jì)劃”和面向有創(chuàng)新潛質(zhì)的高中學(xué)生的“脫穎計(jì)劃”。

重視人工智能的精準(zhǔn)賦能

近年來，人工智能技術(shù)與科學(xué)教育的深度融合正驅(qū)動(dòng)科學(xué)教育生態(tài)的系統(tǒng)性變革，促進(jìn)科學(xué)教育場(chǎng)景的三維重構(gòu)：在科學(xué)教育工具創(chuàng)新方面，開發(fā)了智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、教育機(jī)器人、智能硬件和基于深度學(xué)習(xí)算法模型的個(gè)性化教學(xué)資源推薦系統(tǒng)等；在科學(xué)教育模式創(chuàng)新方面，探索了智能學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、教學(xué)決策智能引擎、人機(jī)協(xié)同教學(xué)模式創(chuàng)新等；在科學(xué)教育評(píng)價(jià)創(chuàng)新方面，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)評(píng)價(jià)與智能反饋系統(tǒng)、多模態(tài)預(yù)測(cè)與動(dòng)態(tài)評(píng)估系統(tǒng)等。特別是隨著人工智能大語言模型的突破，人工智能正在快速應(yīng)用于科學(xué)教師的日常教學(xué)。然而，目前大部分學(xué)校應(yīng)用的都是通用人工智能，還沒有能夠反映科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求的科學(xué)教育智能體。通用人工智能在科學(xué)教育教學(xué)中的應(yīng)用會(huì)存在缺乏核心素養(yǎng)的導(dǎo)向、教學(xué)思想的引領(lǐng)、科學(xué)思想的理解、核心價(jià)值的管控等問題，對(duì)于中小學(xué)生的自主使用要特別慎重，必須有教師的指導(dǎo)。

開發(fā)反映科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)思想的思維型科學(xué)探究實(shí)踐智能體，需要解決通用模型存在的問題，通過理論引領(lǐng)和技術(shù)創(chuàng)新，建構(gòu)能夠理解學(xué)生、理解學(xué)習(xí)（或者教學(xué)）、理解學(xué)科的“理論驅(qū)動(dòng)、技術(shù)賦能、評(píng)價(jià)反哺”三位一體的綜合框架，輔助教師開展教學(xué)設(shè)計(jì)、作業(yè)布置和試題命制，輔助監(jiān)管教師教學(xué)行為和學(xué)生學(xué)習(xí)行為，輔助評(píng)價(jià)課堂教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生素養(yǎng)發(fā)展。一是理解學(xué)生，即注重對(duì)學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、認(rèn)知水平和興趣特點(diǎn)等的深度感知，建構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，做到適應(yīng)學(xué)生的現(xiàn)有水平并最大限度促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展；二是理解學(xué)習(xí)（或者教學(xué)），即以思維型科學(xué)探究實(shí)踐教學(xué)理論為指導(dǎo)，有效促進(jìn)學(xué)生深度思維和認(rèn)知建構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)和創(chuàng)新素質(zhì)的發(fā)展，重視正確價(jià)值觀的養(yǎng)成；三是理解學(xué)科，即實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)知識(shí)、科學(xué)思想方法和科學(xué)思維方式的深度理解，能夠輔助完成科學(xué)學(xué)科所需的復(fù)雜推理、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型建構(gòu)等核心教學(xué)任務(wù)，開展對(duì)科學(xué)方法與學(xué)科特性的深度建模；四是技術(shù)賦能，即滿足科學(xué)教育中科學(xué)知識(shí)體系嚴(yán)謹(jǐn)性、精準(zhǔn)性、跨學(xué)科性及內(nèi)容安全性要求，融合模型微調(diào)、人類反饋強(qiáng)化學(xué)習(xí)、多智能體協(xié)同、模型上下文協(xié)議、知識(shí)圖譜檢索增強(qiáng)生成等人工智能前沿技術(shù)，建構(gòu)“內(nèi)容生成—安全校驗(yàn)—認(rèn)知糾偏”的三級(jí)技術(shù)防護(hù)體系，解決知識(shí)幻覺、認(rèn)知邏輯錯(cuò)位、數(shù)據(jù)安全、倫理風(fēng)險(xiǎn)等問題，以滿足“三適合”和“兩遵循”的教學(xué)內(nèi)容生成需求；五是評(píng)價(jià)反哺，即形成覆蓋“教學(xué)行為—功能模塊—倫理規(guī)則—師生機(jī)協(xié)同”的四維動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)體系，結(jié)合滯后序列分析與多模態(tài)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，開發(fā)量化統(tǒng)計(jì)與質(zhì)性分析耦合的評(píng)估工具，建立“評(píng)價(jià)—反饋—優(yōu)化”閉環(huán)機(jī)制，為人工智能科學(xué)教師的可信性驗(yàn)證與效能提升提供可操作化路徑，最終形成理論驅(qū)動(dòng)、技術(shù)賦能、評(píng)價(jià)反饋的人工智能科學(xué)教師開發(fā)范式，推動(dòng)科學(xué)教育智能化轉(zhuǎn)型。

中小學(xué)科學(xué)教育體系圖

總之，我們需要建構(gòu)與高等學(xué)校貫通的具有“三維度”和“三動(dòng)力”的中小學(xué)科學(xué)教育體系（如上圖所示）。該體系以培養(yǎng)科技創(chuàng)新后備人才為主要目標(biāo)，以緊跟前沿科技發(fā)展趨勢(shì)為內(nèi)容導(dǎo)向，以人工智能技術(shù)賦能科學(xué)教育為戰(zhàn)略引領(lǐng)，以“要素、主體、學(xué)段”為支撐維度，實(shí)現(xiàn)多要素協(xié)調(diào)高質(zhì)、多主體協(xié)同育人、多學(xué)段進(jìn)階貫通，以及隊(duì)伍專業(yè)化、資源優(yōu)質(zhì)化和保障規(guī)范化，進(jìn)而形成能夠促進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的系統(tǒng)生態(tài)。

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本文系重慶市社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目“重慶青少年科技創(chuàng)新人才增值性評(píng)價(jià)體系和培養(yǎng)路徑研究”（2023NDYB140）、重慶市高等教育學(xué)會(huì)2023—2024年度高等教育科學(xué)研究課題“科學(xué)教育‘加法’背景下創(chuàng)新型科學(xué)教師創(chuàng)新素養(yǎng)的測(cè)評(píng)、發(fā)展及培養(yǎng)研究”（cqgj23040C）階段性研究成果

（作者胡衛(wèi)平系陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師；郭習(xí)佩系陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室講師；韓葵葵系重慶師范大學(xué)科技教育與傳播研究中心講師；張陽系陜西師范大學(xué)現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員）

文章作者|胡衛(wèi)平 郭習(xí)佩 韓葵葵 張陽

文章來源|《人民教育》13-14期，原標(biāo)題為《高質(zhì)量中小學(xué)科學(xué)教育體系建構(gòu)的基本路徑》，有修改