中国科学院科学家郑永春：小学科学课事关国家科技创新基础
前不久，百名院士委员应邀参加全国政协围绕“创新驱动发展”议题召开的专题协商会。这些院士委员都是当代中国的科学家，都怀有科学报国的梦想。而再伟大的科学梦，都需从青少年开始培养。
郑永春，中国科学院国家天文台研究员、科普作家。
从中兴芯片事件引发对卡脖子技术的思考，到围绕华为5G通信对未来信息技术主导权的争夺，不难看出，当前中美之间的竞争，表面上看是贸易战，实际上是两国科技实力的竞争。科技创新能力的强弱事关中国的前途和命运，这一点已经在全社会形成了共识。
每年的5月30日是全国科技工作者日，之后的6月1日是儿童节。这两个节日紧挨在一起，无意之中在提醒我们：科技工作者要大手拉小手，努力提升孩子们的科学素养。因为国家科技强盛不仅依赖于科技工作者队伍，也依赖于全社会特别是青少年科学素养的提升，科技发展归根结底要靠下一代。
2017年，教育部发布《义务教育小学科学课程标准》规定从2017年9月开始，在小学阶段全面开设科学课，而且从一年级开始。科学课开设两年来，教育部门围绕师资队伍建设、课程体系、考核标准等方面，做了大量卓有成效的工作，初步解决了科学课能不能上的问题，成绩突出。然而，根据我们的调研，小学科学教育仍然存在不少问题，需加以重视。
科学教师队伍建设存在明显短板，合格师资力量严重不足。我们对某中部省份的一项调查发现，大部分学校没有专职科学教师，专职化率仅三分之一，县级以下专职化率仅16.1%。很多学校的科学教师由语文、数学、英语老师兼任，体育、美术老师上科学课的情况十分普遍，不少教师甚至缺少基本科学素养。作为一门核心课程，没有专职教师，课程质量堪忧。根据2015年测算结果，到2020年我国小学科学教师缺口约13万，占当年总需求的41%，这还是科学课从三年级开设时的测算结果，现在科学课从一年级开设，教师的缺口显然更大。
科学教育的目的，并不是为了培养科学家，而是为了让孩子们学会像科学家一样思考，像科学家一样提出问题、分析问题、解决问题。小学科学课看似简单，但在学科上涵盖了物质科学、生命科学、地球宇宙、工程技术等不同领域，对分科教育模式下培养的教师队伍提出了很大挑战。调查发现，全国仅有36.1%的小学科学教师具有科学背景，大部分科学教师没有理工科专业基础，缺少科研训练。老师不会教，学生不会学的情况十分普遍。
科学教材编写质量有待加强。我国现有教科版、粤教版、苏教版等八个版本的科学教材，分别在不同地区使用。不同版本的科学教材，编写质量参差不齐。普遍存在科学知识碎片化堆砌，缺少系统性和逻辑性，工程技术部分的内容单薄，科学方法、科学思想和科学精神的内容体现不够等问题。
小学儿童的大脑发育尚未完成，科学教材的难度应与他们的认知能力相匹配，但部分版本的教材对不同学段的科学内容定位不清，难度忽高忽低，不仅与其他课程的学习进度脱节，也没有与初中数学、物理、生物、化学的知识体系衔接起来。我们发现，初中知识小学上、高年级知识低年级上的情况也存在，直接影响了科学教育的教学效果。
科学教材缺少顶层设计，教学资源支持不够。目前，带着高科技光环的人工智能、机器人、编程、创客教育、STEM教育、虚拟现实、增强现实等非基础课程，通过各种途径纷纷进入校园，但作为核心课程的科学课反而势单力薄，面临困境。老师们普遍反映，学校领导不重视科学课，有限的课时也常常被挤占。然而，这些五花八门的素质教育课程，实际上都是科学教育的组成部分，应围绕提升学生科学素养这个核心目标进行顶层规划、整体设计，使之更好地为科学教育服务。
要上好科学课，教学资源的支持十分重要。但调研发现，上好科学课所需的参考资料、图片、视频、动画资源匮乏，无法满足教学需要。实验是科学课的关键环节，但老师们普遍反映，相关部门配发的实验器材不适应实际需要，与教学需求的契合度非常低。上课要用到的资源没有配发，不需要用到的反而买了很多。由于经费管理制度的约束，实验用品、易耗品损毁之后不能及时统计，也缺乏专项资金进行补充。大部分学校都没有专门的实验员，由科学教师负责管理实验室。由于工作量增大，他们常常用演示实验代替动手实验，影响了上课效果。
科学教材循环使用不利家校共育。在小学教材中，只有科学教材是循环使用的，每次上课时发下来，下课后收上来，不准孩子在书本上写和划，一套教材要用几届学生。由于每年损坏的部分不能及时补上，老师只能让几个孩子共用一本教材。而且，由于教材不准带回家，家长们大多不了解科学课在上些什么，也就无法加以辅导，加之不需要参加统考，使得家长普遍不重视科学课。
针对小学科学教育面临的实际情况，我们曾经到过上百所中小学进行了实地调研，在此基础上提出一些意见和建议，希望供主管部门决策参考。
首先，科学教材是上好科学课的前提。根据国际上的先进经验，在课程标准制定和教材编写工作中，既需要一线科技专家，又需要一线教育专家。科技专家主要回答孩子应该学什么和为什么要学的问题，教育专家主要回答什么时候学和怎么学的问题。除了优秀科学教师、教研员和专职教材编写人员外，经过严格科学训练，最了解科学方法、科学思想和科学精神的科技专家，在课标制定和教材编写中的作用十分重要，要主动吸纳他们加入科学教育队伍，尽快培养和造就一批科学教育专家。
其次，要加强师资培训，提升科学教师队伍的科学素养和专业化水平。科学教师是孩子们追求科学梦想的引路人，要切实保证教师队伍的科学素养。针对科学教师短缺的现状，除了在重点师范学院校普遍设置科学教育专业、扩大招生规模外，还应面向非师范院校大量招聘理工科毕业生，经过教学资格认证补充进教师队伍，尽快解决科学教师专职化比例过低的问题。对现有教师队伍，应每年开展全国性的培训工作，提升他们的科学素养和专业能力，以适应日新月异的科技发展步伐。
再次，要引入社会资源，提升科学教育质量。建立科技专家进校园的制度性安排，在学校开展常规化的系列科普讲座，一线科技工作者与孩子们面对面，对他们了解不同学科的研究方法、培养对科学的兴趣极有裨益。要吸纳一批理工科专业的研究生开发科学课程和实验，协助管理校内实验室，在有条件的地区，实施双师教育，由学校教师和研究生共同上课。这样一来，既锻炼了研究生的教学技能，拓宽了他们的职业发展道路，还能把其中的优秀人才直接吸纳为专职科学教师，缓解专职化率过低的问题。要加强科技馆与学校之间的合作，利用科技馆的展品展项，开发出一系列满足不同学段、符合课堂教育需要的科学课程，吸引孩子们到科技馆上科学课。要扶持青少年科普图书创作，在中小学推广科学阅读，扩充孩子们对不同学科、科技史、科学家精神的理解。
中小学阶段是基础教育普及率最高、对公民科学素养影响最大的学段。科学作为反直觉的理性思维，定义、观察、实验、验证、逻辑、推理、演绎等方法和手段，需要经过长期的反复训练，才能成为自觉的行动和思维习惯，潜移默化地影响未来职业选择和人生道路选择。
小学生学科学，并不仅仅是学习科学知识，更重要的是学习科学方法、科学思想和科学精神。世界科技强国都十分重视小学阶段的科学启蒙，在很多国家，语文、数学、科学是三门主课，而在我国，大多数学校仍然把语文、数学、外语当做三门主课，科学课被认为是副课。因此，要切实采取有力措施，努力破解科技创新与基础教育两张皮的现象，提升科学教育质量；要给予科学课与语文、数学同样的基础性地位，把科学课作为主课来上；要正视科学教材循环使用带来的问题，显著提升科学课在学校教育中的地位。
关系孩子未来成长的事都是大事，小学科学课显然不是一件小事，而是关系国家科技创新基础的大事。科学教育搞得好，既能吸引青少年学生投身科技、拥抱科技，成为未来一代的科学家和工程师。同时，将显著提升公民科学素质。希望通过我们科普工作者和教育实践者，以及全社会的共同努力，给孩子们的梦想插上科技的翅膀，让未来祖国的科技天地群英荟萃，让未来科学的浩瀚星空群星闪耀，为建设创新型国家奠定社会基础。