刚刚过去不久的二十世纪，是科学大爆炸的世纪。科学所向披靡，一手缔造了工业时代的辉煌。走进二十一世纪，科学的迅猛发展更是日新月异，让人目瞪口呆。一度存在于科幻小说中的种种蓝图，正在这个时代迅速成为现实。互联网、大数据、人工智能、脑科学，正在重塑我们的世界，改变我们的生活。

萌芽于1999年的新教育实验，从诞生之初就置身于科学造就的时代漩涡之中。一方面，科学的巨大力量不由分说地摧毁着既往的秩序，人们的物质生活日复一日越来越深地依赖科学；一方面，科学的迅猛发展在给人们的生活带来更多便利和保障的同时，并未增添更多的幸福感，反而造成压力甚至恐惧；一方面，科学自身也面临挑战，科学与哲学的分离让科学丧失了反思的根本，科学与人文的割裂让科学迷失了前行的方向……

这一切，都让成长在新世纪的新教育实验，格外关注着科学技术及其对于教育的影响，也一直在努力研发适合未来社会的科学教育课程。

新教育课程体系，是以生命教育课程为基础，以公民教育课程（善）、艺术教育课程（美）、智识教育课程（真）作为主干，并以“特色课程”（个性）作为必要补充。其中，智识教育课程分为科学教育课程和人文教育课程两大类。

近年来，新教育年会已经对新教育的卓越课程体系中的新生命教育、新艺术教育课程进行了初步探索。今天，我们将简要介绍新教育在科学教育问题上的思考与探索。

一、科学、科学教育和新科学教育

（一）什么是科学

科学有广义的科学与狭义的科学之分。广义的科学指知识与学问，不特指自然科学，也包括人文科学，狭义的科学指现代自然科学。

在中文里“科学”一词实际上就是指自然科学。事实上，德文中的科学概念更接近古希腊文中的科学（episteme)的原意。考察人类对于科学本身的认识历程可以发现，人们对科学的定义本身也是一个不断发展的过程。

从古希腊的理性科学，到现代数理实验科学，再到当代社会中的科学，科学概念处在不断丰富完善之中。

直到今天，科学仍是一个多义的名词。

有人认为科学是一种知识体系，是人类对自然世界的认识、理解或解释。

有人认为科学是一种特殊的方法，是人类对自然世界的认识、改造和调控，是对人与世界关系的协调，是一种创造性的实践活动。

也有人把科学作为一种信念追求，是人类对真、善、美追求的表现，是一种追求自由的精神文化。

还有人把科学作为一种社会建制，是科学家的事业，是国家的利器，是社会经济发展的强大力量……

多元的科学定义，说明科学的内涵是丰富的，同时也说明科学的内涵还在发展之中。根据对科学发展历史的反思和当代科学发展的探索，我们认为：

科学是人类文化的组成部分，是人类在特定的时间对自然和物质世界进行系统地认识、解释的尝试。科学知识的获取和得到承认是基于经验证据的，要依靠观察、实验、模型、逻辑以及数学等方法，科学问题、概念、理论的提出和发现需要创造性思维。科学的发展和应用与社会有不可分割的内在联系。

首先，科学是人类文化的组成部分。这是因为科学是人的科学，是一种社会的建制，是科学家共同体社会交往的结果。科学的知识及从这种具体科学知识中凝炼和提升出来的科学观念和科学精神，是人类一般思想的重要组成部分。科学通过技术的中介渗透到人类基本生存方式的所有方面，影响人类的生活方式，影响国家的利益，影响社会的发展。

其次，科学具有求真的属性。科学家为了探索自然及其变化的本质，相信自然是有序和一致的，尝试通过建立科学模型、发现规律与机制、形成相互联系的概念等科学知识解释自然现象。科学研究的目标是寻求真相，追求真理。科学研究强调证据的真实可靠。科学以观察、实验等科学实践活动为基础，通过感官的真实感受或仪器（感官的延伸物）测量获得的素材，形成和验证他们对自然现象所提出的猜想与假设。这些证据只有具备尽可能的精确度和可重复性，才能被科学家信赖。数学是逻辑推理重要的方法，在科学研究中具有重要的作用。基于证据进行严密的逻辑推理，得到可靠的结果，才能得到科学共同体的认可，科学研究讲求思维的严密和方法的严谨。

再次，科学具有创新的精神。科学知识是不断创新的。科学家不把已有的科学知识作为真理，只是作为“尝试”。虽然科学知识大部分是经过无数次的实验与观察基于证据得到的，不容易被“证伪”。但若有 “反常”的新证据出现，原有的科学知识必将被修订或被新的科学知识所取代。科学方法也是不断创新的。科学研究与发现需要创造性思维，需要逻辑思维和非逻辑思维的整合，创新与创造是科学生命力的源泉。

 （二）什么是科学教育

与科学的发展一样，科学教育也经历了曲折的发展过程。从古至今，科学教育经历了从技艺到知识，从知识到能力，再从能力到素养的发展过程。

这里，我们着重讨论新教育实验对科学教育的理解。我们可以下一个这样的定义：

新科学教育是幸福完整的教育生活的重要组成部分，是以求真和创新为宗旨，以培养并提升科学素养为目标，帮助学生树立科学观念、学习科学知识、培养科学思维、掌握科学方法、发展提出问题与解决问题的能力、形成科学精神与社会责任感，以学校教育、家庭教育、社会教育多方合力，通过“做中学”“读中悟”“写中思”等方法进行的教育。

“过一种幸福完整的教育生活”是新教育实验最重要的教育理念。新科学教育作为新教育智识教育的组成部分，是幸福完整教育生活不可缺少的组成部分，新科学教育通过帮助师生享受科学教育的过程，体验科学学习的幸福，拓展生命的长宽高，成为最好的自己。

新科学教育之求真，所指的真并不是一个固定不变的真知，也不是一个独一无二的真理，更不是一个绝对明澈的真相，而是一个不断遮蔽与寻找、不断证明与证伪、不断迷失与发现的循环往复的过程。科学教育之求真，是以最为集中的时间、最为精练的方法，呈现人们不断寻求真知、探索真理、发现真相的过程，从而在传播知识的过程中，学习探索的方法，培养相应的科学素养。

新科学教育因其求真，而必然创新。创新是外部世界对科学的要求，也就是对新科学教育的要求。数百年中，科学从边缘走向中心，经由各种群体，缔结出奇异的果实，创造巨大的力量。无论是对外界的探索，还是对内心的叩问，无论是对事物的解析，还是对生命的追索，都是科学的职责，从而也意味着与科学相辅相成的科学教育，必须以创新为自己的灵魂。

新科学教育的科学素养，包括科学知识与观念、科学思维与方法、科学精神和社会责任感、提出问题与解决问题的能力等多个维度。

科学知识与观念：科学知识是指对自然和物质世界的基本认识，包括事实性知识、理论性知识和技能性知识。科学观念是一种组织起来的科学知识，它们能够解释更多的自然现象、甚至跨领域的自然现象。科学观念包括科学的学科核心观念和跨学科概念（Crosscutting Concepts）。科学知识是科学教育的载体，在知识的基础上可形成科学观念，科学观念的形成有助于科学知识的迁移和统整。

科学思维与方法：科学思维是指人脑借助于语言或符号对科学事物（包括科学对象、科学现象、科学过程、科学事实等）作出概括和间接的反应过程。归纳分析、符号运算、形式推理、模型建构等是最基本的理性思维，猜测想象、质疑批判是重要的非理性思维。而科学方法是指科学和工程实践过程中的行为和采用的手段，包括设计和实施调查研究、观察和实验获得和收集证据，分析和运算解释数据、建构解释和设计解决方案、基于证据的论证、获取、评估和交流信息等。科学思维决定科学方法的选择和应用，科学方法的学习可训练科学思维。

提出问题和解决问题的能力：能识别个人、国家和人类社会决定所赖以基础的科学问题，并能提出有科学技术根据的见解；能对健康、安全、环境等做出评价，用科学的知识和技能做出决策，并参与到公共事务和文化事务中。

科学精神和社会责任感：理解科学本质，特别是求真的态度和创新的意识；理解科学、技术、社会、环境四者之间的关系，理解人类活动对自然环境、生活条件和社会变迁的影响，学会科学的生活方式，具有保护自然、推动人与自然和谐发展的社会责任感。科学精神和社会责任感是现代社会理性公民的基本素养，是追求和实现创新的动力。

科学教育需要学校科学教育、家庭科学教育和社会科学教育的共同合作。学校的科学教育是指制度化、强制性的科学教育，规定的课程往往由国家核准，高度结构化，有严格系统的评价机制。家庭、社会的科学教育是在家庭、工作或娱乐相关的日常生活进行的科学教育。就学习对象、学习时间和学习支持而言，不是结构性的。就其目的性而言，可能是有意的，也有是无意的。家庭、博物馆、科技馆、动物园、科技中心、学生实践活动基地和其他非正式环境已经日益成为学习科学的重要环境，与学校科学教育一起，构成科学教育的合力。

“做中学”、“读中悟”、“写中思”是新科学教育的实施路径。其中“做中学”是基于科学实践活动的科学学习，是动手和动脑结合的过程。“读中悟”是指通过科学阅读，在获得科学知识和形成科学观念的同时，激发科学兴趣，理解科学的思维和方法，领悟科学精神，养成科学态度。“写中思”是指通过科学写作，对科学知识进行自我建构，促进深度学习，历练高层次的心智，学会交流和表达，培养学生学习科学的自主性。

二、科学教育存在的问题

近年来，在国家的大力扶持下，我国的科技有了迅猛的发展，美国国家科学基金会2016年初发布的《美国科学与工程指标》显示，中国已成为世界第二研发大国，中国科技在全球的地位日益突出。航空航天、人工智能、深海探测、生物医药、桥梁高铁等技术在世界上有了一席之地。但是，我国的科学教育仍差强人意，表现在国家科技人才还比较紧缺，国民的科学素养总体不高，且学生的科学素养呈现出“高成就低兴趣”的倾向等。反思我们的科学教育，主要存在六大问题：

（一）科学教育目标的功利化

基础教育科学教育的目标是“培养学生的科学素养”，但这个目标在中小学已经被严重窄小化，应试成为科学教育的功利化目标。由于小升初没有应试，且科学不是主课，小学科学教育呈现明显的弱势，表现在课时少，已经少得可怜的课时还时常被占用；专职教师的比例小，有的学校甚至音乐教师上科学课；专用的科学实验室少，仪器药品缺乏。而中学的科学教育以应试为主要目标，考什么，教什么；不考什么，也就不教什么。特别是当前选拔考试的纸笔测试中由于很难考查学生的真实的实验能力和实践能力，中学的科学教育中实验、实践教学功能弱化，视频实验、黑板实验屡见不鲜，导致科学教育中“做”得很少。

（二）科学教育对象的精英化

既然科学教育的目标是“培养科学素养”，面向所有人就显得非常重要。科学教育不只是培养科学家的教育。但是，我们的科学教育在很大程度上表现出精英化倾向，影响了全体公民的科学素养。

2015年的公民科学素养调查显示：位居全国前三位的上海、北京和天津的公民科学素质水平分别为18.71%、17.56%和12.00%，分别达到美国和欧洲世纪之交的水平，但还有14个省份公民科学素质水平低于5%。过去五年中，农民和妇女的科学素质水平提升较慢。农民的科学素质水平仅由1.51%提升至1.70%；妇女的科学素质水平与同期男性公民相比差距进一步拉大。地区的差异、经济的发展以及职业、性别的不同造成科学教育的对象更呈现出精英化的态势，当城市的孩子在学编程、人工智能时，农村的孩子关于自身健康知识的科普教育也远远没有跟上。精英化教育导致地区之间科学教育的不均衡，不能做到为“每一个人的科学教育”。

（三）科学教育内容的片面化

内容的片面化是目标功利化的必然结果。考什么学什么，学什么考什么，是导致内容知识化的重要原因。目前，以知识和技能传授为主的科学教育仍占主导，学习过程强调记忆，学习内容脱离生活，学习结果用于解题，题海战术训练的现象依然普遍，这种见题不见人的高强度、枯燥训练，导致学生最初对世界的好奇、对科学的兴趣在题海中一天天减少，在很多学生的眼里，科学就是记现象、记公式、记方程，就是计算、解题。学习科学只有恐惧，没有快乐。

（四）科学教育方法的形式化

中国科普研究所对我国学生的科学态度调查发现，学生的科学态度有虚高的成分，对于科学学科及一些主题的具体含义认识不够深入。许多学生表示他们参与了较多的科学活动，但是结果显示深度不够，并没有获取更多有价值的内容，更没有围绕具体问题形成更为深刻的认识。方法的形式化带来的是教学活动的形式化，这直接导致学生难以在真实情境中解决复杂的具体问题。

（五）科学教育资源的分散化

科学教育的社会资源和学校资源都比较丰富，但利用率不高。以重庆三峡博物馆为例，实行免费开放以后，博物馆年均观众在160万人左右，其中18岁以下的观众只有24万人，占全部观众的15%左右。而作为学校团体预约的观众只有13次，约1万人。这与国外中小学生是博物馆的生力军成为鲜明的对照。学校科学教育、家庭教育和社会教育的资源分散和资源割裂，导致大多数人把科学教育的场所限于学校，限于教室。科学教育环境的封闭，导致科学教育资源被浪费，科学资源的价值很难充分体现。

（六）科学教育教师的非专业化。

科学教师数量不足、水平不高，专业化程度差，已经成为制约科学教育的重要因素。中国教育学会科学教育分会会长胡卫平教授反映，在他担任主讲教师的全国科学教师“国培计划”的培训班上，“有一部分是兼职教师，有一部分是因为无法胜任语文、数学等课程，而改为教科学课”，一个简单的科学概念，竟然有一半以上的科学教师都理解错误。江苏省科学教育特级教师曾宝俊介绍说，他为昆明教师做科学学科培训，当时语文老师参加的1500人，而科学教师只有96人。在他担任主讲的“国培计划”中，科学教师占全天教师的比例为0.75%。

三、新科学教育的价值与意义

科学教育对个人生活的幸福和完整、对国家利益的保护和创造、对人类社会的进步和发展都有十分重要的意义。无论是面对大众的科学普及教育，还是培养科技专门人才的科学精英教育，都是十分必要的。

（一）对于科学来说，新科学教育从源头上促使对科学认识自身进行反思，从行动上把握着对未来科学创造的方向

埃德加·莫兰指出：“科学认识是不能进行自我认识的认识。”科学的这种只能自证真伪、无法自辩善恶的特性，正是科学无法回避的缺陷。因此，科学教育的重大意义，除了科学知识的传播、科学能力的培养外，更要通过教育的文化选编功能对科学认识进行自我反思，进而让正确的科学认识得以传承，让科学之光所照亮的是正确的方向。

（二）对于个人来说，新科学教育有助于养成科学的生活方式，拓展生命的长宽高，拥有幸福的人生

新教育实验认为，生命包含了自然生命之长、社会生命之宽和精神生命之高三个维度。

自然生命是人的生命质量的物质基础，科学技术对自然生命的影响最为直接、价值最为明显，科学教育帮助人们更好地认识自己，认识自然，使人不惑；更好地用健康、安全的知识和技能武装自己，使人不惧；更好地认识生命，合理安排日常生活和人生，使人不忧。因此，科学能使人内心宁静，快乐，是一种“让每一个生命在有限的历程中成为最好的自己” 的人类文化组成。新科学教育能够帮助个体获得超越自我的合理途径，最终使人的生命成长的各个方面处于高质量的发展水平。

科学是可以改变观念的。生活在当今社会，“科学的进步已在相当大的程度上改变了人们关于生活目的和生活幸福的思想”，一个人如果没有具备必要的科学知识或一定的技术能力，他将寸步难行，更不能享有健康的生活、成功的事业。

科学精神，本身就是精神生命的一种崇高追求。科学教育是最为直接地呈现科学精神的形成过程，最为有效地传播精神并潜移默化地濡染大众的育人过程。，诺贝尔奖获得者康普顿就说“科学赋予人类最大的礼物，是相信真理的力量”。一个人在这样的追求过程中，不仅必然呈现出能力与素养的提高，更会淬炼出精神领域的高远，从而让一个人的精神生命更有高度。

（三）对于国家来说，新科学教育有助于建设现代化强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦

从第一次世界大战开始，人们越来越关注科学教育与国家发展的关系，越来越密切地把发展科技与国家民族利益联系在一起。全世界发达国家也越来越清晰地把科学教育改革作为国家的重要。正因为科学巨大的力量、科技强有力的作用，世界上发达国家纷纷把科学教育改革作为国家的重要战略策略。

2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上指出：“中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。我们比历史上任何时期都更接近中华民族伟大复兴的目标，我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国！”他还指出，“当科学家是无数中国孩子的梦想，我们要让科技工作成为富有吸引力的工作、成为孩子们尊崇向往的职业，给孩子们的梦想插上科技的翅膀，让未来祖国的科技天地群英荟萃，让未来科学的浩瀚星空群星闪耀！”

纵观世界格局，当下的国际科技竞争比以往任何时候都更加激烈，我国对战略科技支撑的需求比以往任何时期都更加迫切，发展科学教育是将我国建设为科技强国的必然选择，也是将我国建设为富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国的必然选择，更是新时代实现中华民族伟大复兴中国梦的必然选择。

如果说科学技术是第一生产力，那么科学教育则是第一助推力。科学教育通过培育高素质科技人才、向全民普及科学知识，让科学技术的进步与创新被极大地推动，科技成果惠及亿万人民，有力地改善民生福祉，实现国家的繁荣与富强。进而发挥着对精神世界重新建构的作用，推动人类物质生活和精神世界协调统一，并且再一次推动科学技术的发展，形成良性互动。

（四）对于社会来说，新科学教育有助于整体团结安定，人民安家乐业，和谐相处

新科学教育能够激发人们的探究学习能力，提高人们的道德品质与智力水平，人民的科学素养被极大提高，精神文化生活日益丰富，在全方位的精神滋养和文化熏陶下，人们树立起对物质、政治、精神、社会的责任，引导其参与到国家经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，促进了社会各层面的高效合作。

新科学教育不仅为大众掀开科学的神秘面纱，而且扎根在人的“生活世界”之中，能够让科学发展的每个重大环节都闪烁着人性的光辉，更渗透着求实创新、自我发展、和谐统一等有助于创造幸福生活的精神期许。这样有助于全社会形成讲科学、学科学、爱科学、用科学的良好风气，促进全社会各行业的高速发展。

（五）对于人类来说，科学教育有助于推动人类进步，构建人类命运共同体，促进与自然共生，维护世界和平

迅猛发展的现代科技，与人类的生产实践、社会实践紧密结合，正在改变着世界的产业结构和就业结构，改变着科技、教育、文化事业的形态，极大地促进着现代社会变革和人类的思想解放，迅速而深刻地改变着人类社会的面貌。

相应的，以推动人类科学素养为目的的新科学教育，参与到未来发展、粮食安全、能源安全、人类健康、气候变化等人类挑战之中，推动国际间的合作共赢，构建人类命运共同体，让科学技术惠及其他更多国家和人民，为全世界的和平稳定而努力。

通过新科学教育，建立起人与自然、国家之间的协调共生机制，为人与自然的和谐共生、为世界的和平与稳定提供有效的路径，是当代科学教育工作者的使命。

四、新科学教育的原则与路径