中小學如何“孵化”學生的科學精神

《關于新時代進一步加強科學技術普及工作的意見》提出，把弘揚科學精神貫穿于教育全過程。針對中小學科學教育，本刊前期已推出了三篇專家文章，主要聚焦如何培養學生的興趣及如何進行專業的科學啟蒙等。本期我們進一步聚焦中小學科學教育的辦學實踐，邀請三所中小學的校長來探討學校該怎樣引導和培養學生的科學精神，提升學生的科學素養，敬請關注。——編者

中南大學第二附屬小學：突破三層壁壘 點燃學生科創夢想

肖慧

科學教育是發展學生核心素養的重要部分，是回答“錢學森之問”的基礎工程。中南大學第二附屬小學把科學教育作為實施素質教育的突破口，以學生創新成長為核心，突破科學教育學科融合壁壘、資源壁壘、學生興趣壁壘，用心構筑育人新樣態，讓學生體驗科學探究的樂趣，實現了科學教育的高質量發展。

突破學科融合壁壘

聚焦師生學習力培養

中南大學第二附屬小學科學教育歷時20年，改革創新之路歷經了單科縱向推進、科學教育與全學科融合、聚焦學習力培養三個階段，實現了學生的學習向綜合性、創新性轉型，學生的分析綜合、團結協作、創新能力得到大幅提升。

科學教育不僅要激發師生創新意識，掌握科技知識，培養創新精神，更是要求師生提升學習力。我們突破學科融合壁壘，多年來堅持培養探究創新人才的育人理念，以科學、信息等科學類課程為主導，融入所有學科常態課堂。語文課中的探究作文、漢字溯源、科技小論文的寫作，數學課中的節水探秘，美術課上的科幻繪畫，勞動課中的作物種植等都能激發學生發現問題、解決問題的能力。校園內外皆科學，每門學科都注重培養科學素養、科學精神。

我們特別注重挖掘整合各類課程中的科學教育元素，關注生活實踐，培養動手創造能力，從小為學生插上科學創新的翅膀。通過校內校外、全學科聯動，引領孩子了解生活中的科學，掌握科學研究的基本方法，嘗試開展小發明、小制作，具備初步科學創造的興趣能力，培養勇于探索實踐的興趣，筑牢獻身科學的夢想。

科學課上，我們借助智慧設備，融合智慧教學理念，構建了以“課前研學—課中慧學—課后趣學”為主線的探究課堂教學模式：課前，學生通過智慧校牌進行學習預估，積累興趣話題；課中，借助智慧平臺進行科學探究，讓課堂可視化、共享化，促進探究思維養成；課后，通過社交平臺曬成果、分享觀點，讓探究意識不斷孵化。

在開好國家課程和地方課程的基礎上，我們重點實施了科技類校本課程開發，以探究為翼，向未來而行，開設“素質課程超市”，構建富有中南大學二附小特色的“愛樂”校本課程體系。主要包含科技類、實踐類、綜合類課程，開設了機器人、魔術、航模、花藝、針織、剪紙、圍棋等課程，共計30多門，讓每名學生都能找到自己喜歡的課程，學生在陶冶情操、培養創新意識之中促進綜合實踐能力的發展。

突破教育資源壁壘

構建校內校外資源鏈

作為一所小學，如何破解科學教育資源建設這個難題？我們巧聯校內外實踐點，促進科學教育資源鏈有效循環。

學校科學教育特色的發展，主角是學生，陣地是關鍵。我們逐年完善科學教育宣傳與活動陣地，營造濃厚的校園氛圍，撬動學生愛科學的內驅力。學校近10年累計投入1000多萬元，建設了機器人文化教室、生態園、創客室、航模室等10多個科技創新活動室，保證了學生課內外科技實踐活動的開展。學校訂閱了科普報刊數十種，建設了科普閱覽室和校園圖書吧，讓學生自由徜徉科學的海洋。

學校還著力打造了中南大學院士風采櫥窗，講述院士科學家樂于探究、勇于實踐的故事，為孩子們進行科技探索提供榜樣和動力，培養學生鍥而不舍的科學精神。

作為中南大學的附屬小學，我們充分整合利用中南大學優勢資源，與高速列車研究中心、粉末冶金研究中心等國家級科研中心聯手共建實踐基地，學生定期進入國家級實驗室現場進行觀察、實驗、提問，在教授們的指導下撰寫研究小報告。

不僅如此，我們還大力推動社會資源入校，先后與長沙市科協、湖南省科技館、湖南省地質博物館、中聯重科股份有限公司、長沙自來水公司等建立合作，設立校外科普實踐教育基地10多個，定期組織學生參觀學習、實踐體驗。

在中南大學高速列車研究中心，孩子們模擬駕駛復興號，體驗中國速度；在中聯重科，孩子們觀看工程機械環幕電影，感受中國智造；在湖南省科技館，孩子們參觀科技成果展，領略人類智慧之光……這些已成為學校學生科學教育活動的常態。

突破學生興趣壁壘

從小培養學生科學興趣

2003年，我們順應時代發展，成立了湖南省第一家“少年科學院”，中國工程院院士劉寶琛擔任院長。“少年科學院”得到中南大學各院系的鼎力支持，紛紛派遣造詣高、情懷深的專家教授義務兼任校外科技輔導員，無私為學生授課，為學校科學教育提供了精準專業的指導。“少年科學院”定期開展訪問國家重點實驗室、與科學家面對面、尋訪院士的成長軌跡、評選“小院士”、校園科技節等豐富多彩的科技活動，成為了學校小小科學家的孵化基地，“小院士”榮譽成為撬動學生愛科學的內驅力，科學的種子在幼小的心靈萌芽成長。

學校的學生家長普遍學歷高、文化素養高，我們又搭建了“百家課堂”平臺，讓家長各顯其能，各展其長，給孩子們帶來全新的科學知識，不一樣的科技體驗。迄今為止，“百家課堂”授課內容近2000節，涵蓋自然科學、社會科學、思維科學三大領域。家長參與學校的教育教學活動，不僅拓寬了孩子的視野，還凝聚了共識，形成了教育合力。

學校變革評價方式和標準，將綜合素質評價與學生科學素養發展結合，從學習習慣、活動參與、社會服務等多維度制定《中南少年評價手冊》，讓學生評價有章可循。與智慧校園綜合素質評價的應用平臺結合，為學生科學素養發展清晰畫像，為學生樹未來、樹理想、樹德行、樹自信。

現在，研究成為師生的一種學習生活方式，科學創新成為師生成長進步的階梯，校園形成蓬勃向上、催人奮進的文化氛圍，以科學教育為特色發展的“未來教育”辦學思想在中南大學第二附屬小學得到進一步深化和延伸。學校先后獲得全國青少年人工智能特色活動單位、全國創造教育先進集體、湖南省科教創新示范基地學校等榮譽187項。

（作者系中南大學第二附屬小學校長）

山東省濟南市歷城第二中學：著力培養學生的科技創新素養

李新生

當下，在不少學校里，科技創新人才規模化培養和個性化教育難以兼顧，學習者往往缺乏自主學習能力和創新實踐能力。山東省濟南市歷城第二中學借助人工智能技術，研發智慧教學平臺，開發一體化、高質量的課程資源，創新科技教育教學體系，著眼于學生以科學精神和實踐創新為核心的創新素養的培養，讓每一名學生都得到個性而充分的發展。

課程要以堅持解放學生心智、激發創新潛質為重要目標。2008年，學校著手開發科技創新課程，將科技創新正式納入課表。為了讓不同年級、水平各異的學生都能學有所得，學校為學生量身定做了三類課程：通過普惠課程讓每一名學生都有接受科技創新教育的機會；通過社團課程提升學生的動手能力和科創素養；通過競賽遴選學有余力、學有所長的拔尖創新人才，暢通“未來科學家”的梯級培養之路。

在歷城二中，從小學、初中到高中，都有科技創新教育的普惠課程，有專門的創客教室。學生以整班制進行科技創新學習，每周一課時，每個年級一學期一門課，階梯式上升，就有了從小學到初中再到高中的一體化普惠課程。

普惠課程有了，豐富多彩的以技術類課程、機器人課程、網絡學習課程等為主要活動內容的創客社團則進一步滿足了不同學生的興趣愛好。如今，學生們可以享受到包括智能制作、無人機、3D設計與打印、機器人等43門課程在內的“社團包”。

科技創新教育在很多學校難以普及性開展的一個重要原因就是專業教師的匱乏。俗話說：雙拳難敵四手，學校研發出“自適應智能學習系統”代替教師的大部分教學工作，既解放了教師，又有效地促進了學生的自主學習。

自適應智能學習系統是課程開發和課程實施的基礎，關乎課程實施和課程功能的實現，它集成了課程學習資源、快速選課系統、基于大數據的過程性評價系統、結果性評價展示系統、學習效果智能分析系統等，創客教育進入了新階段。

學校累計投入2000多萬元，建設了6000平方米的創客空間，根據功能不同，既有技術特點鮮明的專用創客空間，又有傳統科技和高新科技的體驗場館。學校還建設了2000平方米的基礎科技探究區，配有200余件互動展品，用于學生對基礎科學知識的探究式學習，促進對各學科知識的理解和應用。

為了學習更加高效，學校還專門設置了一系列智能自主學習任務單。任務單就是課程，一個任務單就是一節課，每一個任務單都有一個主題，引導學生自主探究。

為了讓智慧教學體系更好地落地，歷城二中還開發了一個基于人工智能技術與教學深度融合的智慧教學體系四級模式。第一級是智慧教學系統的開發，這一部分是課程專家、課程開發教師和軟件公司專業人員共同探討搭建起來的一個智慧平臺。第二級是課程工具層的開發，一般會編程的教師即可完成任務。第三級是課程內容的開發。第四級是課程實施層，教師并不需要對智慧教學系統的理論與技術掌握得多么透徹，甚至教學水平不高也不特別重要，因為它不需要教師講課，只要負責課程實施就可以了。

這一模式通過智慧教學體系，從而實現“把教學留給機器、把育人留給教師”的教育效果。這一模式具有快速迭代的特點，課程專家和優秀教師開發的課程資源，可以相對順暢地推廣到各個學校，能夠實現優質資源共享，有力促進教育公平。

2020年9月，歷城二中創客中心作為歷城區少年科學院科技教育基地，成為了全區中小學科技學習和創作的樂園，普惠創客隨之在歷城區中小學推廣普及。歷城二中的智慧教學系統也被推廣到新疆昌吉一中、威海實驗高中、鄆城一中、淄博一中等歷城區之外的一些學校，惠及校外15萬名學生。

如今，因參加科技創新教育而受益的學生，很多成為“專利創新之星”，以競賽為主要形式的拔尖創新人才培養體系也日趨完善。學生已經申請到國家專利4367項，獲得國際奧林匹克競賽金牌5枚，全國五大學科奧林匹克競賽金牌59枚、銀牌52枚。歷城二中成為清華大學等幾十所國內一流高校的優秀生源基地，近年來向頂尖高校輸送的拔尖創新人才位居全省前列。

（作者系山東省濟南市歷城第二中學校長）

浙江省嘉興市實驗小學：為不同層次學生設計階梯式科學課程

張曉萍

義務教育科學課程標準（2022年版）最突出的變化之一就是更強調知行合一、學思結合，旨在讓學生們既要像“科學家一樣探究”，還要像“工程師一樣實踐”，這無疑對小學科學教學提出了更高的要求。而目前受到各國普遍重視的STEM（科學Science、技術Technology、工程Engineering、數學Mathematics）教育，它的核心就是需要學生將科學探究、工程設計、數學方法和信息技術有機統一，運用跨學科的知識和方法解決實際問題，從而提升自身的創新意識和實踐能力。這與新一輪科學課程標準倡導的價值導向是一致的。

浙江省嘉興市實驗小學近些年來一直致力于開展STEM教育與科學課程深度融合的本土化實踐，形成了以“普及+進階+拓展”為路徑的課程融合實踐樣態，促進不同層次的學生發展科學思維、培養科學實踐能力。

普適型課程注重開放式和應用性

基于學科融合的普適型STEM課程面向全體學生，在各年級的科學課堂上由科學老師引領實施，一般需要兩至三課時。學校對小學科學課程一至六年級教材中“技術與工程領域”的學習內容進行了系統規劃設計，形成了如“我們的風力小車”“讓玩具屋亮起來”“瘋狂過山車”等20多個與STEM教育相融合的科學學習項目。

這些學習項目與科學學科核心概念相勾連，使之具有內在邏輯性和外在關聯性，避免了課程實施的隨意性和碎片化。與以往科學課圍繞本節課核心科學概念，學習制作完成一個單項科學小制作所不同的是，這些STEM學習項目更強調學生在任務情境中運用已學知識，通過開發解決方案、檢驗設計合理性、權衡方案、討論修正等過程發展工程設計能力。

這樣的開放式、應用性的學習任務讓學生在限定條件下從初始嘗試，到通過編程應用建立科學理解，到優化設計，再到進一步檢驗，都充分滲透了工程設計的“迭代”過程，比較好地體現了科學與工程的雙向聯系。

進階型課程注重真實情境下的問題解決

學校通過基于項目驅動的進階型STEM課程的開發與實施，讓學校學有余力的學生能夠在面向真實世界的情境中，通過一個較為長期的具有創造性的工程設計與開發的STEM項目學習，提升科學探究能力和實際解決問題的能力。

這樣的項目學習主要凸顯以下特征：一是真實性，項目聚焦于與生活實踐緊密聯系的真實的科學問題；二是進階性，更關注學生在項目學習中的實踐操作能力、溝通能力、創新能力和協作能力等高階能力培養；三是開放性，學習過程開放，需要在不斷迭代中找尋最佳可能的解決方案；四是協作性，以項目驅動學生在學習過程中的協作與對話。

學校利用周五走班選修課程時間，成立STEM科創營，招募四至六年級的學生和科學、信息技術、數學、美術、語文等學科的教師，以學科教師協同指導學生們完成STEM項目。學校成立了校級STEM項目學習社團，如“世界機關王”STEM社團。團隊圍繞主題情境進行工程搭建，設計打造創意連環機關，并進行作品的現場展示與闡述。

學校建構了基于項目驅動的進階型STEM課程學習流程，包括三個迭代循環：外部循環用于整個工程項目的學習過程，探究循環為方案的設計提供科學依據，測試循環用于優化產品和方案。三個循環之間相互促進，相輔相成，共同幫助學生完成項目學習。

延展型課程滿足學生個性化需求

學校根據節假日實踐性作業、春秋季研學、寒暑假研學等不同時段，設計與科學課程相融合的延展型STEM課程。這些學習項目具有以下特征：一是多空間廣時段，空間更多維，時段上更延展，閑暇時間都可以開展；二是具有動態性靈活性，在實施對象、課程內容、實施形式、課時上都更加動態開放、靈活多樣。

延展型STEM課程學習中，學生可根據自己的興趣特長、能力水平和資源情況，在主題菜單中選擇特定的STEM挑戰任務，然后根據任務要求選擇合適的學習伙伴組成項目小組。小組在回顧以往STEM學習項目所獲得的經驗的基礎上，合作商討、完成方案的制定，再進行設計、制作、測試、修改完善，并進行展示、質疑。這個過程中，學生為了尋找問題的解決方法，往往需要體驗真實的工作節奏，借助開放的時間、空間來進行自主探究，從而不斷培養解決問題的能力。 

實踐表明，通過STEM教育與科學課程的融合實踐，聚焦真實問題，讓學生在不同層次的STEM項目學習過程中習得“像科學家一樣探究，像工程師一樣實踐”的思維路徑與方法，也有效培養了學生自主學習探究、勇于創新思辨、敢于質疑反思、善于解決問題、樂于合作溝通、交流展示等方面的能力。

（作者系浙江省嘉興市實驗小學黨委書記、校長）

《中國教育報》2022年11月23日第5版