王偉群：3.3.3科學教育新模式——科學教育綜合改革實踐探索二十年

2.如何在現有以科學概念為教材邏輯框架的科學課程體系中強化工程技術教育

21世紀初，國際科學教育發生的一個重要變化是對工程技術重視：有的國家或地區將工程技術內容從科學課程中獨立出來，並將其體系化，如STEM課程、工程學入門；有的則以「自然與生活科技」合稱，將科學與科技區分。

受前蘇聯課程編制模式的影響，我國科學課程基本上是以科學概念為邏輯框架編制的，其優點是系統性、學術性強，但意義性、趣味性不足，更缺乏系統的工程技術領域內容。儘管我國新頒布的科學課程標準和新編的教材已經增加了工程技術的內容，但與一些有系統工程技術教育課程的已開發國家相比，還是有很大差距。就現有的國內STEM課程，通常的做法是給學生提供各種科技小製作的機會，但對中小學生科技素養的內涵及工程技術教育內容的體系化問題研究不足。

3.如何整合科學閱讀、科學實踐與科學寫作，發揮1+1+1大於3的效果

「動手做」是科學教育極力倡導的理念，主旨是讓學生通過動手實驗建構科學概念。二十年的課程改革已經使科學教師從注重講科學變為講與動手並重，但實際課堂上的動手，大多數還是以驗證性實驗為主，學生鮮有失敗、沮喪、重來等真實做科學的體驗，如何提升動手做的質量、改變照單抓藥式的假探究是科學教育亟待解決的問題。

提升動手做科學的質量只是解決問題的一個方面，科學閱讀、科學寫作也是科學教育重要的學習內容與方式。遺憾的是，大多數學校將科學閱讀與科學寫作的重任交給了語文學科，殊不知科學類的閱讀與寫作與文學類的閱讀與寫作大相逕庭，加強科學閱讀與科學寫作應是科學教師職責。如何使讀、做、寫有機融合、相互補充、相得益彰需要深入研究。

科學之光照亮求真創新之路——播下科學的種子：新教育科技項目學習課程

二、解決問題的過程

朱永新教授帶領新教育實驗科學教育研究團隊，用了20年時間的探索、發展，形成了「3.3.3科學教育新模式」。

1. 實踐初探階段（2000-2007）

2000年，朱永新教授提出理想的科學教育「應該具有開放性，注重實踐性，與生活相聯繫，與社會相溝通」。王偉群等對蘇南地區理科基礎教育現狀及改革作了深入調查，提出小康後的理科教育改革既要重視科學教育，也要重視技術教育，「把活動課程與學科課程有機結合是解決科學教育中滲透技術教育的有效途徑」。時任東州小學校長的許新海嘗試將部分科學課搬到校外，在命名為「地球村」的一塊空地上讓學生種植、觀察、收穫、研究各種蔬菜和植物，將科學課程與綜合實踐活動課程進行有機整合。郝京華教授對該實踐基地做過多次考察，對這一探索方向給予高度認可，並在時隔20年的兩篇文章中對這一改革舉措進行專門點評。同時她在自己2001年主編的小學《科學》通過強化科學探究過程技能的內容，將科學過程技能在教材中專門化、顯性化，這是對科學探究過程細化的一次有益嘗試。

2.理論梳理階段（2008-2017）

2008年至2018年，隨著新教育實驗的發展，朱永新教授提出卓越課程要以國家課程、地方課程、校本課程為基礎，對教材進行二次開發和新的整合與創造，「在課程實施過程中帶領學生經歷體驗、合作探究，建立知識與世界、與自我的內在聯繫，將所有與知識的相遇轉化為智慧，從而使師生生命更加豐盈」。同時要結合中華文化、屬地資源和學校資源，開發有特色的、綜合性、實踐性的科學校本課程。

這一階段團隊成員開始關注如何整合校內外的科學教育資源，並依託這些資源開發科技課程。通過與校外科技場館、博物館合作研發課程，不僅多次為各地科技館做課程設計講座，還與科技館的展教部及研學基地的教師一起研發課程。郝京華教授帶領團隊設計的《全經驗課程——小學生必須做的60件事》，其中「親近自然」版塊設計了從簡單事件「找過自然界的三種岩石」到複雜事件「觀察過十天的月相」等一系列活動。2018年「科學教育行動案例敘事評選活動」參賽的152篇論文是全國各地實驗學校開展相關實踐活動的縮影。

這一階段團隊成員也開始梳理分散的科學教育改革實踐，提煉出帶有原創性、概括性的科學教育主張，同時團隊加強與國內外專家學術交流，共同探討科學課程資源利用、工程技術課程開發和學生學習科學的方法。「3.3.3科學教育新模式」逐漸成型。

3.提升推廣階段（2018-2022）

2018年，朱永新教授在新教育實驗年會作了《科學之光照亮求真創新之路》的主題報告，提出科學教育的新思想：「科學教育是幸福完整的教育生活的重要組成部分，是以求真和創新為宗旨，以培養並提升科學素養為目標，以學校教育、家庭教育、社會教育多方合力，通過做中學、讀中悟、寫中思方法進行教育，幫助學生學習科學知識、樹立科學觀念、養成科學思維、掌握科學方法、發展提出問題與解決問題的能力、形成科學精神與社會責任感」。同時，把「研發以科學大概念為軸心的科學閱讀讀物、設計基於解決真實情境問題的項目式學習、建構家校共育為特徵的科學教育資源庫」作為下一階段改革的優先行動。

在這一階段，郝京華、王偉群等帶領江蘇海門、南京、蘇州及浙江杭州、諸暨等地一線教師在各校校本課程的基礎上開發了一系列科技館課程、家庭科學課程、科技類項目學習課程，還設計了《小小工程師系列課程》與學具箱，《傳統文化中的STEM》課程，在全國多個省市進行課程成果實踐和推廣。其中科技類項目課程及《小小機械工程師》課程受公益基金資助，分4期被推廣到全國20個省市50多所貧困學校，率先在邊遠和貧困地區建設了一批科學教育改革的實驗學校。

三、成果的主要內容

（一）提出「構建科學教育合力」的理念

2019年出版的《新科學教育論綱》是團隊二十年來在科學教育理論探索層面所取得的成果，明確提出科學是一種以「求真、創新」為最主要特徵的文化。基於科學文化的社會性、實證性、邏輯性、創新性、開放性等特徵，以及科學素養的複雜性、高階性、人性化、社會化等特點，提出要堅持科學與人文結合、動手與動腦結合、分科和融合結合、校內和校外結合、傳統與現代結合、全體和個體結合的原則，構建科學教育合力。

（二）構建「3.3.3科學教育新模式」

團隊以綜合育人理念為指導，以「3.3.3科學教育模式」構建科學教育合力。「3.3.3科學教育新模式」是：

第一個3，探討不同場域科學教育資源的開發：學校、社會、家庭三方面資源的整合；

第二個3，探討多元工程技術教育課程的編寫：嵌入式科學課程、項目式科技課程、非項目式科技課程。

第三個3，探討科學探究實踐的主要方法策略：科學閱讀、探究實踐、科學寫作的整合。

1.科學教育資源：整合學校、家庭、社會三方資源

知識、思維、態度、行為與學習環境密不可分，不同的學習環境帶來的學習效果各不相同。科學教育要突破學校、課堂單一的時空界限，以科學素養為紐帶，設計不同場域課程，發揮社會、家庭各自的情境優勢，實現正式環境和非正式環境下科學學習的統一。

為了解決教師或家長不會利用科技館、自然與家庭中的科學教育資源問題，團隊採取設計「學習單」的方式讓教師和家長「按圖索驥」。如《海洋館》課程學習單引導孩子如何觀察、如何記錄、如何歸納；如「親近自然」必做的事之一是「觀察過十天的月相」，學習單既幫助孩子制定觀察計劃，也教孩子記錄月相的方法，引導他們分享和思考，發現問題，作出合理解釋。

2.科學教育課程：以嵌入式、項目式、非項目式三種方式開發科技課程

認識科學與工程技術無論在內涵、對象，還是在過程、結果都有很大差異，為了實現工程教育，團隊首先研發了工程素養的結構圖。

工程素養包括四個維度，工程技術本體認知維度是對科學、技術、工程的區別與聯繫、工程技術與社會的聯繫、工程技術包括哪些領域等方面的認知；通識性技能是各領域工程師共性動手能力的分解；工程設計是設計流程方面的知識；工程思維是工程設計的思維方式，是一般思維方法在工程技術領域的具體化。工程素養設計秉承的理念是：工程素養是現代社會每一個公民都應具有的素養，因為具有對科學、工程、技術基本認知的孩子視野更開闊，通識性技能在生活中必有用武之地，工程設計的流程與人們解決問題邏輯高度相似，工程思維中的系統思維、籌劃思維等都屬於高階思維，任何複雜的工作都會用到。

基於工程素養結構圖，團隊提出強化工程技術教育的課程改進建議：

嵌入式科學課程——在以科學知識為邏輯主線的國家科學課程中，逐層遞進地嵌入「科學探究」與「工程實踐」專項學習，區分科學與工程技術。

項目式科技課程——用工程設計的流程——「項目背景、明確問題、前期研究、設計方案、製作改進、交流反思」編寫長周期項目課程。

非項目式科技課程——針對小學生的特點，設計了更適合他們的工程技術課程，如以「拆、探、仿、創」為基本結構的《小小機械工程師》。以「探文化之源、踐古人之行、析科技內涵、觀後續發展」為基本結構的《傳統文化中的STEM》。以紙、水、氣球等低成本材料開發科學小實驗、小製作的雙師科技課程。

3.科學探究實踐：踐行「做中學、讀中悟、寫中思」三者合一

為促使學生在科技教學活動中進行深度認知加工，本成果提出的科學教育方式有不僅有科學實踐的「做中學」，還有科學閱讀的「讀中悟」，科學寫作的「寫中思」。

*做中學：讓學生自己設計實驗、設計工程的方式強化「非良構」（探究路徑不清，結果沒法預期）探究。為了防止學生出現「卡頓」現象，搭建腳手架、設置「充電樁」、「技能坊」等啟發學生思考，解決探究中的「攔路虎」。

*讀中悟：增加科學家、工程師如何做研究的故事強化科學閱讀，要求學生按照科學探究或工程設計的流程要素抽象出故事中的科學家、工程師工作的關鍵做法（如通過頭腦風暴釋放創意；通過評價矩陣權衡利弊等）並填寫到工作筆記上。

*寫中思：要求撰寫文獻閱讀筆記、實驗設計、實驗報告、工程概要、工程設計、工程報告書等，強化科學寫作。

（三）打造家校合作共育的課程資源平台

藉助新教育的網絡平台，打破時空的界限，將積累了多年的科學教育短視頻資源，納入相應的內容板塊，以教育資源的數字化轉型，改變師生行走方式和教育生態。在新科學教育研究所網絡平台（http://xkx.touchlab.cn），提供了基於學校、家庭、社會資源開發的各類校本課程和名師雲課堂，使師生們可共享教學資源並利用資源交流學習，同時也用於線上的教師培訓。在新教育APP的未來學習中心的卓越課程「新科學」中，展示以紙、水、氣球等低成本材料開發科學小實驗、小製作的雙師科技課程，分小學高、中、低三段，教師或家長只要準備相應的材料，就可帶著學生跟著視頻中的教師開展科技活動。

為了進一步整合科學教育資源，團隊還研發數學、物理、化學等各學科的師生閱讀書目及導賞，研發了航空航天、地球科學、考古等各領域項目式學習的閱讀書目及樣例，引導學生整合科學閱讀、科學實踐和科學寫作進行項目式學習。

（四）探索「合作、共享、發展」的實踐路徑

本成果在研發、實施、指導培訓、擴大實踐的過程中，帶動了一大批優秀科學教師的成長。很多項目的研發是由教育專家頂層設計，由一線教師和行業專家共同研發，一線科學教師團隊共同執行並進行效果檢驗。由此建立了多個教師工作室，培養了許多種子教師，促進了科學教師的專業發展。

參與本成果實踐的地區或學校，不僅在當地發揮了重要的示範作用，帶動區域科學教育的整體發展，也在全國產生了更為廣泛的影響。如2018年，成都武侯實驗示範區的5所學校在專家團隊的指導下為線下2500多位代表和線上5500多所學校的教師展示「理想的科學課堂」「傳統文化中的STEM」「科技館中學科學」「科學閱讀」等科學教學活動，以點帶面，全方位展現了「3.3.3科學教育新模式」，得到了眾多教師的認可。中國教育頻道、人民網等新聞媒體對此進行了報道。

扶貧助教的科技類項目學習課程對貧困學校及教師的發展有很大促進作用。新疆克州三小的杜祺瑞老師認為資助的《智能小菜園》課程填補了學校人工智慧教育的空白，「面對新的課程形態，教師勇敢地接受挑戰，勇敢地實踐，大膽地探索新方法，豐富了教育教學的方式。」扶貧支教帶動大批貧困學校成為科技教育先進代表。

科學之光照亮求真創新之路——新教育實驗《成都宣言》暨十八屆年會、中美論壇綜合報道

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四、本成果創新之處

（一）找到多場域科學教育資源整合的方法

團隊成員多次參訪綜合實踐活動基地、科技館、自然博物館等，用系統思維的方法將資源結構化。主要的方法是以科學素養為紐帶，用「科學大概念、科學探究」作為自然學校、科技館課程、家庭課程設計的頂層框架，以科學素養的科學觀念、科學思維、探究實踐、態度責任四個維度作為課程深度研發的思維工具，以保證科學教育目標的一致和資源利用的充分。

（二）構建義務教育階段學生工程素養結構

提出指向普通人應該具有的工程素養是對什麼是工程技術、工程技術包括哪些領域的基本認知，包括工程技術本體認知、通用性工程技能、工程設計流程、工程思維。旨在幫助學生認識科學技術與社會的關係，培養動手實踐能力、問題解決能力與高階思維能力。

（三）創造多種科技類課程設計新樣態

團隊研發了多種體現STEM精神又有所超越的科技類課程，團隊研發了多種體現STEM精神又有所超越的科技類課程，嵌入式科技課程、項目式科技課程、非項目式科技課程。特別是其中的非項目式科技課程的開發，充分考慮到小學生知識和技能有限的特點，獨闢蹊徑。如通過「拆、探、仿、創」，讓兒童在拆玩具中學習逆向工程；通過「探文化之源、踐古人之行、析科技內涵、觀後續發展」，增強兒童對傳統文化自信。製作的雙師科技課程支教落後地區學校開展科技活動，促進科學教育均衡發展。

「3.3.3科學教育新模式」基於新的科學教育理念，通過高校和中小學20年的合作，進行了科學教育綜合改革的研究和實踐。理論研究和教學實踐互相促進，方案不斷成熟，影響日益深遠。朱永新教授及團隊成員郝京華、王偉群、楊帆、仇麗君、許新海2022年獲江蘇省基礎教育教學成果獎特等獎，2023年獲國家基礎教育教學成果獎二等獎。

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新教育新在何處？ 對於我來說，當一些理念漸被遺忘，復又提起時候，它是新的；當一些理念只被人說，今被人做的時候，它是新的；當一些理念由模糊走向清晰，由貧乏走向豐富的時候，它就是新的；當一些理念由舊時的背景運用到現在的背景去繼承，去發揚，去創新的時候，它就是新的。