科学教育到底是一种什么教育？
（摘编自《且行且思录：关于科学、教育与科学文化》）
当前，科学教育已受到国家和社会前所未有的关注与重视。这是为什么？我想，主要有四个方面的原因。
第一，时代发展的必然结果。产业的高科技化程度、产品中的科技含量密集程度、科学技术应用于生产的时间周期、科学技术在经济增长中的贡献率等，是衡量生产力先进水平的重要因素。第二次世界大战后，是科学技术发展的黄金时期。据估计，在此期间产品的科技含量每隔10年增长10倍。在19世纪，从科学发现到技术发明的间隔期一般在30年到65年；20世纪时，这种时间间隔大大缩短，其中集成电路只用了2年，激光器仅用了1年。科技革命发展的速度越来越快，如2019年4月16日，以色列特拉维夫大学一个团队的研究人员用3D打印技术，利用取自病人自身的人体组织，打印出了全球第一个完整的心脏。这是世界上第一颗具备细胞和血管的3D打印心脏，它的问世有可能成为心脏病治疗领域的跨越式进步。而3D打印技术起源于20世纪90年代，这种高科技的应用生产周期可以说是非常短了。正在大步走来的第六次科技革命和第四次产业革命，将导致空前深刻的产业变革和社会巨变，影响人们的生产、生活方式及思维方式。
第二，民族复兴的需要。我们国家现在正在进行民族复兴的伟大事业，民族复兴当然最需要的是人才。以前我们多是“跟着走”，模仿、“山寨”，也能有发展；现在，全球化受阻，我们已经走在前面的某些领域，就像任正非说的那样，无人引领，“前途迷茫”，得靠自己创新，自己去闯。想跟老美学，人家防着你，不让你跟着走。在这种情况下，我们必须加强原创，抓住新的科技革命浪潮，因此，我们必须有大批的创新型，包括能进行原始性创新的人才队伍。
第三，出于教育改革的需要。2012年，奥巴马在费城一个高中开学典礼上，鼓励孩子们要认真学习，要学会刻苦一点。因为，中国、印度等国家的孩子比美国孩子刻苦很多。但是，他紧接着话锋一转，说：不过你们也别太担心，他们终归是给我们打工的，他们只会技术知识，你们能创造新的知识。撒切尔夫人也说过类似的话，说不要担心中国，中国人没有思想，中国人不会创造新的东西，他们只是学得快。这些观点除了反映欧美政治家们一贯的傲慢无礼外，客观上也反映了我们教育体系的不足，的确有亟待改革的必要。正如著名的以色列裔中青年学者尤瓦尔·赫拉利所说：“在人类历史上，我们将第一次面临这样的窘境：没有人知道未来二三十年的世界是什么样的。我们不清楚应教给孩子什么知识。我们唯一能做的就是教会他们思维方法和心理平衡。”创新在我国现代化建设全局中占有核心地位，科技创新是国家发展的内核动力。要提高科技创新的能力，一定要深化教育改革，培养出大批具有创新能力的科技人才。
第四，与国外科学教育存在的差距。近几十年来，随着国家和国家之间经济竞争的加剧，科学技术进入了有史以来发展最快的历史阶段，世界各国都十分重视中小学的科学教育。美国和欧洲早在20世纪五六十年代就对科学教育进行了大量的研究、设计和实践，摸索出了如“K-12科学教育体系”、STEAM教育等标准、模式。我国的科学教育开始起步较晚，虽然近年来也有长足的发展，但是与西方发达国家特别是美国相比，还存在相当大的差距。
现在，大家都很重视科学教育。国家规定，从小学一年级起，就要开始设置科学教育课。那么，科学教育到底是什么？如果按照定义来说，科学教育就是以基本科学知识为载体，以广大青少年（K-12阶段）为主体，以提升科学素养为基本目的，培养科学态度、科学精神，建树基础的科学观，促进人的科学化的活动。定义是有了，也很清楚，但是，究竟怎么理解？与其他类教育，如学科教育、国防教育等相比有些什么区别还是很值得探究一番的。
上面是张示意图，不算准确，仅示意它们的相对关系而已。从中可以看出，科学教育首先是学校教育的一个组成部分（也不完全包括在校内），同时又与科学普及活动密切相关。研学旅行里面也有一部分是科学教育。科学教育主要是校内的，也有些是校外组织的。这样来看，我国的科学教育应该如何去理解和把握？
我想，我们先来看看它不是什么，再研究它是什么。我认为，在这里，“科学教育”首先不是“科学和教育”“科学与教育”“科学或教育”，不是“科技教育”，不是“学科教育”，不是“科学普及教育”，也不是培养科学家的教育。
那么，科学教育到底是一种什么教育？首先，我认为科学教育是养成性教育和知识教育的统一，主要目的是让学生从小养成像科学家那样去观察、思考、实践的习惯，也就是说，重点是让学生从小开始培育科学方法、科学思想和科学精神。学科教育（如较高年级开设的物理、化学、生物课程）的重点是教授各科的基础知识，科学教育的重点是思维、方法和习惯，激发孩子们的好奇之心。其次，科学教育是一种开放性的教育，融合课内教学和课外实践，是从教室的课堂教育往自然、社会的延伸。最后，科学教育是全体性教育，以全体青少年为主体，必须涵盖全体学生，不能像科学普及、研学旅行那样，可以根据自己条件做出可干可不干的选择。
从一些文献上看，芬兰的科学教育在全世界是做得比较好的。在芬兰的国家教育体系中，在高度重视科学教育、创新教育的同时，理念上中小学阶段相当淡化各个学科的分界，强调从实际问题出发，加强学科间的交叉和融合。芬兰国家不大，人口不多，创新成就世界有名，这与他们的科学教育体系是分不开的。另据有关材料介绍，比尔·盖茨基金会在设计一套全新的教材和课程体系，它完全打破了当下的社会科学、人文科学、自然科学、高新技术等学科的框架及其间的壁垒，从137亿年前的宇宙大爆炸开始，带领学生一路走来，将天体物理学、天文学、航天科技、化学、物理学、地质学、地理学、生物学、人类学、人类历史、艺术等跨领域、跨学科的基础知识，形成一套全新的知识框架，融合到一个崭新的教材和课程体系之中。
科学教育与科学普及也是有一定区别的。科学普及要面对四大人群，即青少年、农民、城镇劳动者、领导干部和公务员。但是科学普及在学校里，并不是基础教育的一部分。而科学教育不一样，它是教育部规定的，是学校教育的一个重要组成部分。科学普及面对的受众更多，而科学教育主要针对的是中小学生。科学教育也不是培养科学家的教育。对此，我做个类比，大家就会比较容易理解。每个学生从小学阶段开始，就要学语文、体育等课程，而且在小学阶段，这都是非常重点的课程。但是，学语文是为了让学生都去当作家、诗人吗？上体育课是让每个学生都去当运动员吗？当然不是！而是为了强化学生的基本核心素养。科学教育也是类似。现在加强科学教育，不是为了把每个学生都培养成将来的科学家（当然，会走出更多的科学家，这也是国家和社会想要的），而是为了培养学生们的基本科学素养。由此可见，科学素养是一种养成性教育，再加上基础知识教育，就是让学生从小培养成像科学家那样思考问题、研究问题、探索问题的习惯，不能人云亦云，不是全盘接受他人传授的知识，而是善于独立思考，理性质疑，学会学习和创造。科学教育既是学校教育里的一个基本组成部分，同时它又和校外教育结合起来，可以到大自然里面去、科学研究的实验室里面去，所以它是一个没有固定边界的、开放型的教育，是面向全体学生的教育。
科学教育的核心目的是培养学生的科学素养。科学素养包括很多要素，我个人觉得有三个非常重要。第一，敢于理性质疑。当别人告诉你一件事情，你是无条件地马上相信、盲从，还是能想一想，看看有没有什么问题。质疑的精神，是科学前进的基本动力。这一点，在我们的教育传统中是相当欠缺的。第二，富有创新精神。没有创新意识和能力，一切就会停滞不前，在未来社会中，这样的人难有大的出息。第三，具备科学道德和伦理意识。科学家一定要有良好的科研道德，有很强的科技伦理意识。因为，当今时代科学技术对社会的影响太大了，科学技术本质上又有双刃剑特性。但是，现实中，又不能说是搞科学的人，科学素养就一定高。我们不幸地看到，科学家里也有人剽窃他人科研成果或者弄虚作假的情况；南方某大学的副教授将安全性、有效性尚未严格验证的人类胚胎基因编辑技术，为了商业利益，就用于辅助生殖医疗，突破了人类道德伦理的底线。
科学教育的内涵是什么？我想，科学教育主要涵盖的内容应该包括：开展科学探究的基本过程和方法，如观察、分析、记录、提出问题、深入思考等规范，基本的科学知识与技能，以及科学精神、科学态度与价值观。我个人认为，前后这两个方面在科学教育中应该更重要。科学探究的基本过程与方法是人们在认识和改造世界中遵循或运用的、符合科学一般原则的各种途径和手段。我们身边时时处处都有科学。如何引导学生去寻找研究课题、提出问题呢？例如，这里有棵竹子，那么竹子是如何成长的？它为什么会成长？有些什么条件和规律？它怎样变成竹竿？如何做成一件器具？等等，可以提出成百上千个问题，诱发他们的好奇心、求知欲，并从中找出合适的有意义的研究课题，一步步进行探究。在这个过程中，也会学到、领悟一些相关学科知识。科学精神、科学态度与价值观非常重要，它意味着科学教育的社会功能目标取向已经突破了“工具理性”，要更加体现人文关怀、社会责任感，增进学生的理解，养成好的思维习惯，使他们能够独立思考，成功地面对未来人生，做一个对国家、对社会、对他人负责任、有贡献的创新人才。我看到，小学（３～６年级）科学课程总目标中，对科学探究作了这样的论述：“了解科学探究的过程和方法，尝试应用于科学探究活动，逐步学会科学地看问题、想问题；保持和发展对周围世界的好奇心与求知欲，形成大胆想象、尊重证据、敢于创新的科学态度和爱科学、爱家乡、爱祖国的情感；亲近自然、欣赏自然、珍爱生命，积极参与资源和环境的保护，关心科技的新发展。”有一次，我们在一个小学调研如何上科学课时，发现科学课老师带着学生到公园里去认植物，主要是让学生们记住某些植物的名称、特性等相关知识，记忆力好的学生当场就能记住很多。但是，我总感觉，这种知识记忆性的教育，作用不是很大，没有体现科学教育的本质、初衷。如果适当向学生多提出一些“为什么”类的问题，如秋天看到枫叶红了，问“为什么叶子会变红？”“为什么有的叶子还是绿的？”等等，引导学生深入思考，并带领同学去分析、找出答案，教育效果就会有大的不同。
科学教育离不开科学资源。虽然，科学教育的资源到处都存在，但是优质的科学教育资源，仍然存在严重的分布不均衡问题。科学教育的资源，包括科技书刊、信息、设备、实验场地等，更包括科学的人才、科学研究的过程等。科学教育如果没有很好的资源，效果是要打很大折扣的，因为这是由科学教育自身的特点、目标、内容、形式决定的。科学教育应该是一个多方协同合作的事业，不能要求所有的中小学都有良好的科学资源，这是不现实的。因此，学校、科研机构、社会团体、企业应该加强沟通，紧密联系，协同合作，形成一个充分开放、合作愉快的科学教育系统，共同为青少年提供良好的科学教育。
经过70多年的历史积淀，中国科学院在国家和社会支持下，已成为国家重要的战略科研力量，拥有了巨大丰厚的高端科学研究资源，在学科前沿研究方面做出了许多引领性、战略性的重大科研成就，一大批高素质科学家和研究院、所、台站等遍布全国各地。这些高端优质的科学资源，不仅是从事科技创新的必要支撑，也可以成为我国科学教育的重要基石。中国科学院已不失时宜地加强科学传播，提出要成为高端、引领、有特色的科学传播国家队，这是一项重要的战略举措。
科学教育是科学传播的一个重要领域，也是国家在新时代教育改革发展、培养未来科技创新人才的重要方面。中国科学院在这一新的领域做出贡献，既是必须、必要的，也是可能、可行的，关键是看如何有效地组织好各方资源，协力同心，扎扎实实地做好工作。这方面，作为中国科学院科学传播的重要支撑和组织形式，科学教育联盟有着巨大的发展机会和空间，也承担有重要工作的责任。祝愿我院科学教育联盟在中国科学院这块科学沃土之上，为国家科学教育这项新的事业，做出应有贡献。
