科學教育對培養科技人才和創新人才具有不可或缺的重要作用，而要發揮科學教育的重要價值，需要從小抓起，培育深厚的人才土壤，從而孕育出大批高水平的科技人才。本期關注美英德日等國如何為大中小幼科學教育發展提供強有力保障，以期給我們帶來一些啟示。

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放眼國際，在過去的幾十年中，歐美等發達國家非常重視科學教育。雖然不同國家對科學教育的表述有所不同，比如美國的STEM教育（科學、技術、工程和數學）、德國的MINT教育（數學、信息工程、自然科學、技術的德語縮寫），但各國科學教育的內涵基本一致。

從全球來看，國際數學與科學教育成就趨勢調查（TIMSS）和國際學生評估項目（PISA）是傳播度和認可度都比較高且與青少年科學素養有關的國際測評，每次最新評測結果發布都會引發全球反響，涌現和成就了新加坡、芬蘭、日本等全球科學教育之星。此外，美國作為科技強國和STEM教育發源地，擁有開展青少年科學教育的豐富經驗；英國的科學學科在基礎教育階段是國家課程的核心科目之一，與數學和英語并列，其重要程度可見一斑；制造業高度發達的德國，MINT教育為其工業社會轉型升級提供了有力支撐。上述國家的科學教育經驗可以為我們提供一定參考和借鑒。

強化頂層設計，下好科學教育發展“先手棋”

2018年12月，美國發布《繪制成功之路：美國STEM教育發展戰略》，提出要在STEM領域的國民素養、發明創造和勞動力就業方面成為全球領導者的目標，呼吁全美學校、家庭、社區、公司和行業協會聯合起來，共同將美國打造成全球STEM領域的“北極星”。2022年12月，美國教育部發布《提高標準：面向所有學生的STEM卓越計劃》，強調進一步實施和擴大公平、優質的STEM教育，涵蓋從學前教育到高等教育的所有學生，培養學生的全球競爭力，為未來參與全球競爭做好準備。

2019年2月，德國聯邦教育及研究部推出“MINT行動計劃——在MINT教育中走向未來”戰略框架，集合了支持和加強MINT教育的各種措施，尤其強調青少年MINT教育、MINT專業人才培養、提高MINT領域的女性機會和社會中的MINT教育四個重要方面。2022年6月，德國啟動了MINT行動計劃2.0，設定了合作、質量、網絡、家庭、研究以及早期培養五個新的行動領域。

制定國家標準，推動科學教育教學升級

美國國家科學院于2011年牽頭出臺了《K—12科學教育框架》，后來在此框架基礎上制定了《新一代科學教育標準》并于2013年發布。該標準確立了科學教育的三個維度：學科核心概念、科學與工程實踐以及跨學科概念，是目前指導美國科學課程教與學的綱領性文件，取代了1996年公布的《國家科學教育標準》。

21世紀初，德國各州教育和文化部長聯席會議將工作重點放在全國教育標準的制定和實施上。2003年，在德國各州教育和文化部長聯席會議的倡議下，德國成立了掛靠在柏林洪堡大學下的教育質量發展研究所。該所的主要任務之一就是制定全國性的中小學教育標準。此后，德國各州教育和文化部長聯席會議分批出臺了中小學主要學科的全國教育標準。自然科學學科都采用了相同的四維目標體系，分別為學科知識、獲知能力、交流能力和評判能力。

日本每10年修訂一次的《學習指導要領》是中小學課程改革的“風向標”，其中關于“理科”課程的規定可以看出日本科學教育的發展與變遷。“二戰”后，日本經濟高速發展，小學和初中理科課時數出現明顯的上漲趨勢，但隨后受到“寬松教育”改革的影響，無論總課時數還是理科課時數均出現了大幅減少的趨勢。21世紀以來，伴隨日本經濟與教育的復蘇和振興，日本重新確立了“科技立國”“教育立國”的國策，并將科學教育的轉型與升級作為關鍵路徑之一。受此影響，2008年以來日本小學和初中的理科課時數均明顯增加。

英國《1988年教育改革法》正式將科學列為國家核心課程，科學教育在中小學的地位得到法定認可。1989年，當時的英國教育與科學部正式發布《英格蘭國家課程：科學》，首次建立了全國統一的科學課程標準，這是英國中小學科學教育的第一份官方指南。隨后，科學課程標準歷經多次修訂。目前英國學校1—9年級遵循的科學課程標準是2013年9月發布的版本，10—11年級的科學課程標準是2014年12月發布的版本。

構建核心課程體系，奠定科學教育穩固根基

芬蘭在2014年頒布新版《基礎教育國家核心課程》，并于2016年秋季在全國中小學開始實施，正式開啟新一輪課程改革。芬蘭《國家基礎教育核心課程》提出培養學生的七大橫貫能力，分別是學會學習與思考、文化素養、日常生活能力、多元識讀能力、信息能力、職業與創業能力以及可持續發展能力。

芬蘭中小學科學課程體系的構建凸顯橫貫能力培養，強調跨學科主題的學習研究，倡導項目式教學、現象教學等綜合教學模式。芬蘭小學階段的科學課程具有綜合性特點，名為環境研究，每周課時數排在全部課程的第3位。初中階段的科學課程為分科課程，包括生物、地理、物理、化學以及健康教育五門課程，每周課時數在全部課程中排名第一。

新加坡教育部于2012年制定了新的《初中科學課程大綱》，并于次年在全國正式實施。2014年，新加坡又頒布了新的《小學科學課程大綱》。小學與初中科學課程大綱的結構相同，旨在建立科學知識、科學探究技能和價值觀之間的平衡，同時實現從獲得知識向運用知識的轉變。新加坡所有學生在小三至小六、中一至中二都要學習綜合性科學課程，所學知識成為構建他們一生科學素養的基礎。小學課程設置中，科學與英語、母語、數學都是四門主課，在考試中所占的比重相同。

目前，日本小學和初中理科課程已經實現了有效銜接，強調各階段“資質與能力”培養目標的一致性與系統化。日本理科課程實行“雙領域”的基本框架結構，即“A物質·能量”和“B生命·地球”領域。從小學到高中，日本學生認識事物及現象的內容層次不斷擴大，整體是從宏觀到微觀，從具體到抽象的認識過程。日本文部科學省于2018年新修訂的《高中學習指導要領》新設了“理數”學科，由“理數探究基礎”和“理數探究”兩門課程構成，旨在培養學生綜合運用理科視角和思維解決復雜問題的能力，從而適應快速變化的時代。

重視校外非正式學習，營造科學教育良好生態

美國校外STEM學習主要采取基于項目的學習、基于問題的學習等模式，在補償弱勢群體學生的STEM教育、彌補校內STEM教育不足等方面取得了重大成效，越來越被視為科學教育生態的重要組成部分。美國校外STEM學習的實施主體非常多元，社區機構是主要組織者，承擔了大部分校外STEM學習的組織實施，如女孩科學俱樂部、科學博物館、科學中心等。家長、企業、基金會等其他利益相關者也是重要的組織者，企業、基金會作為主要合作伙伴，負責提供資金支持。美國校外STEM學習大多數都是免費的，通過夏令營、放學后項目和星期六課程等廣泛開展。

芬蘭非常重視在課堂之外的廣闊社會實踐中開展科學教育。芬蘭的博物館、大學實驗室、學生營地、科學中心等能夠為學生提供多種非正式的科學學習機會。在芬蘭，LUMA是“LUonnontietee”（芬蘭語，意為自然學科）和“Mathematics”（數學）的縮寫，目前芬蘭幾乎每個城市都有一個LUMA中心，負責普及和推廣科學教育。LUMA中心擁有比較齊全先進的教學科研設備，可供學校借用。中小學教師可以根據教育教學需要向LUMA中心預約時間，帶領學生進行實踐操作。同時，LUMA中心配備了高素質的專業人員，為在職教師提供科學、技術等課程教學培訓。組織學生營也是芬蘭校外非正式STEM學習的方式之一。開營時間一般在夏季，由芬蘭的LUMA中心或大學的研究中心負責組織實施。

為推進科學教育高質量發展，新加坡將校外項目與校內課程有機結合，科研機構和行業組織由此成為助力學校科學教育發展的積極合作伙伴。這些機構和組織為新加坡開展校外非正式學習提供了重要支撐。比如新加坡科學中心于2014年成立了專門從事STEM教育和推廣的部門，除了為學校項目提供專家建議、幫助學校與行業建立聯系外，還會為師生組織基礎電子學、物聯網、激光切割和雕刻、3D計算機輔助設計、3D打印和掃描、PCB設計和制造等培訓研討會。

整合社會力量，打造科學教育新樣態

科學教育有別于其他教育的一個顯著特點是校外非正式學習占有非常重要的地位，發揮著不亞于校內教育的重要作用。而在校外非正式學習的組織實施過程中，調動、整合社會力量深入、長期、高效參與是決定學習實踐效果的關鍵。全方位、立體式的社會力量支撐涵蓋場所、設施、人才、資金等諸多方面，各自發揮所長形成有效合力。

美國在2016年發布的《2026：STEM愿景》中提出，整合學校、圖書館、博物館、基金會、企業、社區組織、專業人才等各方面資源，共同打造具有地方特色的STEM實踐社區。美國的博物館在助力提升青少年科學素養方面發揮了積極作用，比如芝加哥工業科學博物館制訂的“科學行動方案”搭建了科學與青少年的互動橋梁，激勵和指導青少年發揮STEM領域的潛力。另外，美國的探險科學中心、21世紀社區學習中心等分別組織實施不同類別的校外科學教育活動，拓展了校外科學教育渠道，豐富了校外科學教育的內容。

2003年，在芬蘭教育部、芬蘭國家教育委員會的支持下，芬蘭國家LUMA中心正式成立，圍繞數學和科學教育開展國內及國際教育合作。截至2019年，芬蘭共有13家LUMA中心，分布在赫爾辛基大學等13家高等教育機構。LUMA中心構成了芬蘭最知名的科學教育支持網絡。

德國科學教育發展同樣注重發揮社會力量的強大支撐作用。目前，德國大約有250家企業和機構成為MINT教育的合作伙伴和贊助商，其中既有全球性企業也有研究機構。德國26個研究機構的科學家還與歐洲粒子物理研究實驗室共同組成了“粒子世界網絡”，方便師生了解最新的天文和粒子物理相關知識。

在英國，許多社會組織和機構積極配合參與校外科學教育和教師培訓活動。比如，倫敦科學博物館開展了各式各樣的科學探索活動和課程。在推動社會力量參與方面，英國國家STEM學習網絡推出“STEM大使”項目，引導學術機構、科研院所、科技企業等各類組織和機構在課堂內外為學生提供STEM教育實踐活動。英國皇家工程教育與技能委員會于2016年推出了《英國STEM教育藍圖》，公布了600多個支持機構，這些機構可以為學生和教師提供豐富的資源及課程。

強化人才隊伍建設，保障科學教育高質量發展

美國科學教師協會聯合科學教師教育促進協會于1998年制定了《科學教師培養標準》，對美國的大學、學院以及培訓機構提出了具體的科學教師培養規范性要求，并于2003年、2012年和2020年進行了3次更新。最新版標準強調教師不僅需要具備較高水平的學科知識和教育學知識，還必須具備不斷反思、自主學習和專業發展的理念，能夠快速適應課程、標準、技術和學生的不斷變化。

目前，日本已經在全國全面推行小學高年級（4—6年級）“學科擔任制”，將以往幾乎所有學科均由班主任教授的模式轉變為不同學科由專任教師負責的模式。這種模式在小學高年級的理科教育中廣泛落實，截至2020年，日本全國共有48%的小學在六年級推廣理科教育的“學科擔任制”，重點開展觀察、實驗與編程教育。此外，為推動初中和高中理科教育的升級，日本東京的許多學校還會為理科專任教師配備1名輔助教師，這些輔助教師大多是退休返聘人員，專門負責在實驗教學等環節為學生提供額外支持。

（本文系北京教育科學研究院教育發展研究中心集體研究成果，執筆人：李震英、唐科莉、李冬梅、鄧舒、周紅霞、曲垠姣）