后新冠肺炎疫情時代的科學教育
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中國網/中國發展門戶網訊 2020?年突如其來的新冠肺炎疫情席卷全球，這場危機使人類面臨巨大壓力，從而加速了第四次工業革命的發展，并讓人們認識到人工智能（AI）、物聯網、區塊鏈等新興技術對未來世界的重要性。作為第四次工業革命的核心特征，技術融合將逐漸消除物理世界、數字世界和生物世界之間的界限，并終將掀起生產組織方式和生產力的巨大變革，改變甚至顛覆未來產業結構和勞動力的技能結構。為應對未來人才的新需求，教育必將隨之變革。科學教育肩負著培育未來科技創新人才和提升公民科學素養的重任，尤其是在新冠肺炎疫情的背景下科學教育對提升公民科學素養的作用愈加凸顯。近年來，科學教育在我國得到了較快的發展，尤其在構建科學教育生態系統和促進各科學學科整合等方面進行了探索，以應對智能時代的發展需求。本文基于我國科學教育現狀，結合后疫情時代科學教育新境遇，對我國后疫情時代科學教育的開展策略做出展望。
我國科學教育的背景與現狀
我國科技競爭力現狀
瑞士洛桑國際管理發展學院（IMD）全球競爭力中心于?2020?年發布了第四次?IMD?全球數字競爭力排行榜（IMD World Digital Competitiveness Ranking 2020），旨在對全球?63?個經濟體探索、利用數字技術推動社會和經濟變革的能力及成熟度進行分析，并對后新冠肺炎疫情時代（以下簡稱“后疫情時代”）各經濟體如何逐步實現經濟恢復進行展望。我國從?2019?年的第?22?名上升到?2020?年的第?16?名；其中，在“人才指標”“科學集中度”和“對數字科技的開放態度”等方面有大幅提高，并有多個細分指標排名位居世界首位。此外，《2020?年全球創新指數（GII）》從高校水平、科學出版物和國際專利申請量?3?個維度構建了“創新質量”分析指數，并對?131?個經濟體創新能力進行排名。我國位列?2020?年?GII?全球排名第?14?位；在科技集群數量方面，我國有?17?個科技集群進入全球百強，僅次于美國位居全球第?2?。
但同時，《科技日報》于?2018?年上半年集中報道了我國正面臨的?35?項“卡脖子”關鍵技術，這警示我國與發達國家在尖端科技競爭力上仍然存在較大差距。
我國科技人才競爭力現狀
智能時代，依靠知識創新和科技進步提升國家綜合國力已經成為世界各國的共識，而科技創新競爭歸根結底是人才的競爭。在《2020?年全球人才競爭力指數（GTCI）》中，我國排名第?42，領先于其他?4?個金磚國家——俄羅斯（第48位）、南非（第?70?位）、印度（第?72?位）、巴西（第?80?位）。我國在增長（第?22?位）和全球知識技能（第?29?位）方面表現突出，這主要得益于我國世界一流的教育體系（正式教育排名第?8?位）和全球創新力量（人才影響力排名第?15?位）。但同時，我國在人才吸引留存和職業技術技能等方面的表現與發達國家相比還有巨大差距。該報告還顯示：我國在高新技術領域有巨大的人才缺口。以智能時代的?AI?領域為例，其人才需求急速增長，2017?年全球擁有?AI?領域人才?190?萬，其中美國超過?85?萬人，而我國只有?5?萬余人。
我國科技人才后備軍培養現狀
雖然在近幾年的國際學生評估項目（PISA）測試中，我國學生的科學成績都名列前茅，但我國學生的科學領域職業期望卻低于經濟合作與發展組織（OECD）國家的平均水平。測試結果顯示：我國學生中，約有?80%?表示對科學感興趣，但是僅有約?17%?期望?30?歲后從事與科技有關的職業，遠低于?OECD?國家的平均值?24%，而美國在此項的平均值則超過了?35%。為切實有效地培養后備科技人才，我國應當更加重視科學教育，讓學生真正熱愛科學，并且有未來從事科學職業的意愿。
我國科學教育的實施現狀
科學教育包含相互關聯的?4?個層次的教育：科學知識、科學方法、科學態度和科學精神。廣義地講，科學教育內容可分為?2?個方面，即科學內容和科學過程。前者涉及學生應該知道什么（知識與理解）；后者涉及學生應該會做什么（能力與技能），主要指與研究有關的方法、技能、態度和觀念。狹義的科學教育僅指學校的自然科學教育（主要是物理、化學、生物等學科教育），其研究內容包括各級各類學校的自然科學課程、教學、學習與評價等方面的理論與實踐問題。
科學教育是立德樹人工作的重要組成部分，是提升全民科學素質、建設創新型國家的基礎。隨著?2001?年基礎教育課程改革的實施，小學科學課程對培養學生科學素養發揮了重要作用。但在實踐中也存在課程適宜性、可操作性、時代性和整體性有待增強等問題。為進一步深化科學教育實施，教育部于?2017?年發布了《義務教育小學科學課程標準》，規定全國中小學全面開設科學課程。然而，據我國科普作家協會調研，義務教育階段的科學教育仍存在不少問題。例如，大部分學校沒有專職科學教師，縣級以下小學科學教師專職化比例僅為?16.1%；科學教育缺少頂層設計，科學教材編寫和課程標準制定有待加強。此外，從科學教育實施的角度來看，我國的科學教育還面臨著學科交叉融合不夠、缺少科學教育資源支持、授課質量堪憂等挑戰。
后疫情時代科學教育面臨的挑戰
新冠肺炎疫情被世界衛生組織（WHO）評估為全球最高風險級別的“全球大流行”疾病，并對人類進程發展和世界格局變化產生關鍵影響。美國著名作家托馬斯?·?弗里德曼更是認為此次疫情是“新冠肺炎疫情前（B.C.：Before Corona）世界”和“新冠肺炎疫情后（A.C.：After Corona）世界”的歷史分界點。隨著大規模疫情得到基本控制，人類開始在常態化疫情防控中全面推進社會政治、經濟和教育等秩序的恢復，因此可以認為人類進入了后疫情時代。
后疫情時代有兩大要素——疫情和科技，會對人類社會產生巨大影響。前者因新冠病毒的高傳染性和高隱蔽性，很難短時間內在全球范圍內得到有效控制，全球大部分國家將受到疫情的持續影響；后者在后疫情時代與智能時代的重疊交織下產生，成為推動人類社會有序發展的關鍵驅動力。在展望后疫情時代科學教育發展策略前，需厘清疫情和科技這兩大要素帶給后疫情時代科學教育發展的挑戰與機遇。
疫情帶給科學教育的挑戰
新冠肺炎疫情暴發導致全球超過?180?個國家的學校停課，致使學生無法正常學習，國內外重要組織和研究機構對全球疫情對教育的影響做出了及時反饋。聯合國教科文組織（UNESCO）發布了《新冠肺炎疫情后世界的教育：公共行動的九個思路》（Education in a Post-COVID World: Nine Ideas for Public Action），對后疫情時期教育的發展提出了?9?項主張，包括：強化教育的公共利益屬性，拓展受教育權內涵并促進教育資源共享，呼吁全社會尊師重教并加強教師協作，保障學生權利并促進其教育參與，保障作為社交空間的學校，向師生提供免費和開放的教育資源和技術，加強科學素養教育，保障教育經費，以及全球加強團結，從而縮小教育差距并最終消除不平等。
疫情對科學教育的影響主要體現在教學目標和教學方式的變化上。在教學目標上，UNESCO?明確提出了后疫情時代應加強科學素養教育，并且科學教育將不局限于科學知識與理解層面，而是向能力與技能層面深入延展。疫情期間，鐘南山院士曾指出提高公眾的科學素養是此次疫情的重要經驗，是消除恐慌、群防群控，讓民眾有效應對疫情的基礎。UNESCO同樣強調要確保課程能夠培養學生的科學素養，“現在正是對課程進行深刻反思的時候，特別是在我們與否認科學知識作斗爭并積極與錯誤信息作斗爭的時候”。因此，在后疫情時代提升學生的科學素養尤其迫切，而這需要全球各個國家的教育系統能夠采用適切的課程、教學和評估方法。并且，在社會中建立能夠系統提升學生科學素養的教育生態系統也尤為重要，這需要非正式的學習環境能夠以恰當方式為學生提供學習機會，包括家庭、博物館和其他社會網絡機構等。在教學方式上，后疫情時代的線上線下混合式教學將對傳統的教學方式產生極大的沖擊與改變，同時也將對后疫情時代科學教育的教學方式產生重大影響。增強現實（AR）、虛擬現實（VR）等技術的成熟為科學教育的混合式教學提供了技術支撐。隨著線上教學資源的完善，探索有效的線上和線下相結合的混合式科學教育模式至關重要，因為它有助于實現個性化教育，增加學生的學習時間和學習機會。
新科技帶給科學教育的挑戰
隨著第四次工業革命的到來，新科技不斷涌現，傳統科技和職業或將被大量替代。為實現經濟轉型升級和可持續增長，我國急需大量的科技創新型人才，即新科技的涌現對我國科學教育提出了新的挑戰。
科學教育要更加注重學生能力的培養。新科技的不斷涌現會導致部分行業消失，同時也創造出大量不可預見的新行業。傳統的科學教育比較注重知識的傳授，然而在智能時代，知識的更新速度在加快，知識的獲取變得不再重要，相反知識的運用和能力的培養，才是更為重要的教育目標。2017?年領英（LinkedIn）公司發布研究報告《未來的數字勞動力》（The Digital Workforce of the Future），指出由人工智能引發的人才變革已經開始發酵， 65%?的現有崗位在“00?后”入職時將不復存在。世界經濟論壇在《2020?年就業前景報告》（The Future of Jobs Report 2020）更是指出新冠肺炎疫情加速了未來工作的到來；到?2025?年，約有?8?500?萬個工作崗位會實現人與機器的分工轉變，而?9?700?萬個新工作崗位可能會出現。一些重要的技能，如批判性思維、問題解決能力和自我管理能力等，在未來將會更加重要。因此，使用傳統方式培養未來人才顯然是行不通的。科學教育作為新的科學技術與教育之間的紐帶，應當更加注重學生能力的培養，讓學生能夠更好地適應未來的工作。
科學教育要注重學習興趣的培養，引導更多青少年將來從事科技事業。我國科技人才后備軍培養狀況不容樂觀，我國的科學教育在培養學生學習興趣的同時，還應讓學生對科技行業有更多深入的了解，增強學生從事與科技相關職業的意愿。例如，構建基于學習生態系統的科學教育課程，讓有豐富科學教育資源的企事業單位、科技領域的專家和職業人士與家庭、社區和學校合作形成學習生態系統，共同為學生提供教育資源和機會。科學教育要讓學生有機會了解真實世界中的科技事業和從業人士，培養學生的學習興趣，并消除學生的職業偏見。
后疫情時代的科學教育新作為
把科學教育提高到國家安全的角度去重視
隨著工業?4.0?時代的來臨，科技創新對國家戰略乃至國家安全的影響將不斷增加。工業是各國經濟的命脈，科學教育能夠培養出滿足工業?4.0?時代科技創新需求的人才，提升人力資本規模，并促進國家宏觀經濟穩定增長。Croak認為科學教育程度是人力資本的強化形式；其通過對?2010—2018?年全球?87?個國家的數據進行收集，將科學教育程度與國內生產總值（GDP）等要素之間的關系進行了研究，結果表明科學教育對于生產力具有顯著且積極的影響。科技是國家安全領域的重要支撐，而科學教育能夠促進我國科技創新領域的可持續發展，保障我國在國家安全領域所需技術的獨立性。因此，為了能在第四次工業革命中保持領先地位，實現經濟轉型升級和持續增長，保障國家安全，我國需要把科學教育提高到國家戰略甚至國家安全的角度去重視。
建立貫通的能力標準
中共中央、國務院于?2020?年?10?月印發了《深化新時代教育評價改革總體方案》（下稱《總體方案》），提出了破“五唯”，旨在改革學校、教師、學生的評價，加快推進教育現代化、建設教育強國、辦好人民滿意的教育。《總體方案》指出，中小學評價應突出實施學生綜合素質評價、開展學生發展指導、優化教學資源配置、有序推進選課走班、規范招生辦學行為等內容。后疫情時代的科學教育將在評價改革的牽引下，逐漸將目標過渡到學生科學素養的培養。科學教育應當以評價改革促進教與學的變革，通過項目式學習、大單元、大概念等更靈活的教學方式，實現對學生科學素養尤其是高階思維的培養。同時，后疫情時代科學教育更注重學生的能力培養與興趣培養，將極大促進學生綜合素質評價的實施和學生發展指導的開展，成為解決我國高等教育與基礎教育培養目標和能力標準脫節挑戰的重要抓手。隨著教育?4.0?時代的到來，建立貫通的能力標準，由高校提出創新人才培養目標，尤其是針對素養、能力的培養目標，分解下放至中小學階段進行階梯式培養，或將成為后疫情時代科學教育的新樣態。
設立科學教師能力提升工程
教師作為科學教育的實施者，其能力素養決定了科學教育的實施質量。為保障科學教育的高質量實施，我國應設立科學教師能力提升工程，建立有效的科學教師培養和培訓體系，加強具有跨學科背景的師資力量的培養，尤其是針對經濟相對落后的地區和群體的師資培訓，提高教師科學素養，并鼓勵教師將科學教育融入課堂教學中。教育部門要貫通教師的培養與成長體系，保障其長足發展與潛力發掘；要出臺相應的評價與激勵機制，激發和動員所有教師群體為科學教育貢獻智慧與力量；要成立專業化的教師培訓平臺，安排高水平的專家學者擔任專業導師和授課教師，吸引全國高校及地區教師培訓機構共同加入科學教師能力提升工程。
加強科學教育供給社會化的建設與管理
我國應加強科學教育供給社會化建設與管理，將科學教育變成政府推動、學校主導、全社會共同努力的國家行為。我國可以通過在線教育的學習方式和人工智能等技術手段，打破學校被政策、師資、經費等因素的限制，滿足學校發展高質量科學教育的需求；通過動員全社會資源在共識基礎上積極參與、交流協作和多元投入，建立健全長效合作機制，將教學、科研、實踐緊密結合，鼓勵學校、家庭、社會相互配合；通過推動頂層政策設計，把握世界科學教育發展趨勢，分析我國科學教育發展現狀，制定穩定化、清晰化、可操作化的科學教育供給社會化實踐方案。為一線課堂開展活動提供指南與方向。同時，我國應當參考國際經驗，加強對校外培訓行業的規范治理，形成多元主體參與的公共治理決策機制，為科技教育創造良好的政策環境，確保科學教育持續有效開展。
建立科技后備人才的培養體系
目前，我國在科技后備人才培養方面，以拔尖創新人才培養為抓手，在高等教育領域推出了“雙一流”等改革措施，取得了一定成效，但是在基礎教育領域仍處在探索階段。為建立從高等教育到基礎教育貫通的科技后備人才培養體系，我國相繼推出了“新高考”“強基計劃”“教育評價改革”等教育改革措施，強調基礎教育階段對學生核心素養的培養。科學教育憑借其培養學生科學素養的核心內涵，與我國目前推動建設的基礎教育科技后備人才培養體系有著天然的契合。同時，我國許多地區、學校和機構，已經探索了一系列科學教育的本土化研究和實踐，初步形成了科學教育的中國模式。因此，科學教育將成為我國建立科技后備人才培養體系的核心模塊與重要抓手。（作者：王素、袁野、李佳，中國教育科學研究院。《中國科學院院刊》供稿）。