小学生科学素养培养策略与实践探索

于海洪，马淑杰，宋北荒

（1.长江师范学院 教务处，重庆 408100；2.长春市第五十八中学，吉林 长春 133126；3.黑龙江省八五二农场中学，黑龙江 宝清 155625）

一、问题提出

按照国际通用的美国国际科学素养促进协会主任米勒（Miler）教授的科学素养三维模型进行测算，2003年中国科协进行的第五次科学素养调查，我国公众的科学素养水平达到1.98%，比2001年的1.4%增长了约0.6个百分点。但是1989年加拿大公众科学素养已经达到4%；1992年欧盟公众科学素养水平已经达到5%；2000年美国公众达到基本科学素养水平的比例为17%。2010年我国具备科学素养的公民比例达到3.27%，而2007年美国具有科学素养的公民比例就已经高达25%[1]。

为什么我们国家公众的科学素养水平这么低？从调查研究结论看，问题是多方面的。国际上普遍将科学素养概括为三大维度：对于科学知识的了解程度；对科学的研究过程和方法了解程度；科学技术对社会、个人所产生的影响的了解程度。只有在上述三个方面都达到要求者才算具备基本科学素养的公民，目前各国在测度本国公众科学素养时普遍采用这个标准。而我们传统的教育往往是以知识教育为主，忽视了“科学技术对社会、个人所产生的影响”分析，缺少科学＋技术＋社会教育，即STS教育。

虽然科学素养的缺乏原因是多方面的，但是最主要的是抓科学素养教育偏晚，理应在小学阶段就应该进行系统的科学素养教育，但在我国相当长一段时间里没有开展。可喜的是第八次课程改革以来，在小学阶段开展了科学素养教育，但是小学阶段科学教育的不足还是很明显的。在现实的小学阶段教学过程中，科学方法教育、科学精神教育、科学文化教育严重缺乏；科学课程教师往往都是“代课教师”，谁的工作量不足谁就上点科学课程，任课教师还不认真备课，“照本宣科”现象严重；开展的科学教育几乎是“知识教育”，教师教学方法陈旧，教学内容过分注重“固定的知识点”；教师教育与学生学习科学途径狭窄。

事实上，学生学习科学，不仅仅是获取信息、接受知识，更重要的是能运用一定的科学方法去自行探究科学，探索大自然的奥秘，并让他们在科学探索的过程中，更好地掌握获取知识的方法和能力，来解决生产生活中的一些具体问题。特别强调的是，小学科学教育在价值取向上与大学科学教育或专业教育有所不同，它不是着眼于培养科学家或某一领域的专门人才，而是把提升以科学知识、科学精神、科学方法为内核的科学素养作为其价值定位。培养小学生的科学素养是全面实施素质教育的要求，是满足时代和社会发展、科学技术进步对未来人才素质的现实需要。

当然，积累科学知识是提升科学素养的重要基础，而课堂教学又是积累科学知识的主阵地。但学生的大脑不是一座知识仓库，把学生的思维限制在老师设定的书本知识框框内是培养不出具有科学素养的人才。因此，开展“小学阶段如何进行科学素养教育”的研究，不仅是关系到基础教育课程改革问题，也关系到国民科学素养提升问题。

二、提升小学生科学素养路径分析

关于如何提高科学素养教育，不同的学科视角有不同的路径选择，有的倡导推广STS文化，提出HPS教育。HPS教育是国际科学教育改革的新理念其中，H代表历史（History）、P代表哲学（Philosophy）、S代表科学（Science），HPS最早是“科学史与科学哲学”（History and Philosophy of Science）这一共存体的英文缩写，也可以说是科学史（History of Science）和科学哲学（Philosophy of Science）的简称。在“科学为大众”（Science for All Public）的年代，HPS教育的意义不在于培养更多科学家，而是要培养更多拥有正确科学知识观并具备一定科学素养的公众，这彰显了HPS教育的社会功能：让公众理解科学。举世闻名的英国皇家学会报告《公众理解科学》指出，公众对科学的理解至少包括三个方面：第一是公众对科学知识的理解；第二是公众对科学方法或研究方式的理解；第三是公众对科学推动社会进步作用的理解。HPS教育正是从科学史、科学哲学和科学社会学3个层面帮助公众理解科学及其相关知识，或者说揭示科学的内在本质与社会功能[2]。

有的学者分析了科学素养的本质内涵，从“科学知识”、“科学过程”、“科技成果”三个方面表征“科学”，从“读”（理解）、“写（表达与应用）”、“悟”（情感与态度）三个方面表征“素养”，从科学和素养两个维度表征科学素养[3]。言外之意，要提高科学素养，就要在科学知识、科学过程和科技成果三大方面，训练读、写、悟。也有的提出，科学教育要充分利用“课外”时间。相关研究发现，除去学校等环境下的正式学习之外，我们的大部分学习发生在社会环境中，非正式学习的时间占我们一生中学习时间的80%。所以，提高科学素养不能完全靠学校正式科学教育承载[4]。

对于小学阶段，人们更多期望的是小学科学课程和基础教育课程改革。《科学（3-6年级）课程标准》明确提出：“小学科学课程是以培养科学素养为宗旨的科学启蒙课程。”[5]在第八次基础教育课程改革中，科学知识与技能的教学仍是重要的教育目标，科学教育目标亦是如此。虽然随着我国新课改的实施，也要求以培养青少年的科学素养为目标，但是在中国长期的应试教育体制之下，很难实施[6]。意下就是要改革应试教育体制，真正实现基础教育的“三维”目标。

对于小学阶段科学素养偏低这个问题，已经有学者注意到并且开展了调查研究。如彭丹、张蕾老师，他们开展了一所小学的科学素养的调查研究，调查结果发现，小学生科学素养总体水平偏低，学生科学探究能力掌握方面处于中下游水平，在情感态度价值观方面水平相对较高，对科学知识掌握程度不够。造成小学生科学素养水平不高的主要原因是：教师经验不足，上课时无法调动学生学习的积极性；学校设备器材欠缺，无法满足学生动手实验的需要；学校还没有把提高学生科学素养放在应有的高度，没有组织适当的活动[7]。同时提出了激发学生兴趣，完善教学方法，提高教师技能，增加校园活动等措施；还建议学校可以指导学生阅读科普读物，利用黑板报、手抄报和校园广播等形式，进行科技知识、科技信息的传播；利用兴趣小组阵地对学生进行科技知识与技能训练等。这些课外活动都有效地开阔了学生在科学方面的视野，使学生感受到科技的无穷魅力和科技进步对人类的文明和发展所起的巨大的推动作用。

基于已有研究成果，结合发达国家小学课程设置情况，我们提出了以科学、语文、数学三门课程为主，以班级活动为补充，系统开展小学生科学素养教育，并进行了实践探索，取得了较好的效果。

从国际视野，我们选择了美国、德国、英国和日本四个国家，考察他们小学阶段都开了什么课程。美国小学阶段主要课程有语文、数学、自然科学、社会科学、健康体育、音乐、美术、家政、信息技术等。每个年级都有部分选修学科。同时美国注重对学生生活技能的培养，开设各种学习技能课[8]。德国尽管各州之间的具体课程有所不同，但是核心课程还是大体一致的：德语、一至三门外语（取决于学校类型）、历史、地理、数学、自然科学（生物、化学、物理）、美术、音乐、体育、政治等。同时，作为选修课程的有宗教教育和哲学。这个设置在“二战”后从未有很大改变，仅有的变化发生在选修课程上，学生可以选择各种课程，诸如健康教育、法律、外语、自我防卫、医疗等[9]。1988年，英国议会通过《教育改革法》，以法令形式规定了“全国学校课程”，要求所有公立学校必须为5-16岁的中小学生开设10门课程。其中3门为核心课程：英语、数学与科学；7门为基础课程：技术、历史、地理、现代外语（从中学起）、美术、音乐和体育。且英国“全国学校课程管理局”（简称为NCC）一再强调这10门课并不等于学校的全部课程，各学校应作出自己的计划，向学生提供一个真正的“完整课程”[10]。2006年我们亲赴日本进行调查，目前日本开设的课程还是20世纪80年代至90年代的课程，即，小学课程的学术科目包括日语、社会研究、算术、科学、音乐、美术、工艺、家事教育和体育[11]。

从发达国家的课程设置看，虽然各国有所不同，但是都把语言、数学、科学作为核心课程来处理。我们既然要与发达国家接轨，首先要在课程设置上接轨。如果我们把语文、数学和科学课程上好、上精，解决科学素养问题并不是很难的事情，同时又不会影响我们传统的教学质量。

三、小学生科学素养培育的实践探索

我们在吉林省、黑龙江省、重庆市选择三所学校进行教学试点，从教学方法、教学方式改革入手，走出了一条成功的科学素养教育实践路径。

（一）上活《科学》课程

《小学新课程标准》明确提出了小学科学以培养科学素养为宗旨，以探究为核心，以学生的基础知识，生活方式为基础，培养学生科学的思维方式。科学课程也从注重科学知识的传承和积累向注重科学态度的养成、科学本质的理解和科学探究能力的培养等方面转变，提倡学生主动参与、乐于探究、勤于动手。发展初步的科学探究能力，切实提高学生的科学素养。为了实现这个目标，我们探索出了科学课程要坚持以“玩”为手段，以“启发”为主线，以“真明白”为目标的教学路径。

小学生都特别爱“玩”，教师就要抓住这个关键点，把科学课程内容变成学生喜欢玩的东西，如，教学《小水轮》时，就让同学们玩小水轮车；教学《摩擦力》时就让学生玩用筷子夹东西；教学《杠杆》时就让学生玩跷跷板（或者剪刀）；讲《声音》时就让学生玩打击乐（用小棒敲不同高度的水杯口，看是水多音高还是水少音高），等等。每一个课时都选择一个能够说明问题的玩物，玩是手段，而不是目的，学生通过玩要发现问题，要能够说明实验结果。如，玩过小水轮车，让同学们说出“实验结果：“我发现小水轮在水流作用下会转动”；“我发现水流越大，小水轮转动越快”；“我发现杯子提得越高，小水轮转动越快”……这样把学与玩结合起来，不仅轻松地获取了新知识，提高了动手的能力，而且使所有的学生都有所收获。玩是第一步，启发是第二步，当大家高兴的时候，将学生引入矛盾和问题之中，激发学生的求知欲和好奇心，引起学生的积极思维，产生自发的兴趣，有效地把学生的注意力集中到学习新课上来。

科学课堂教学的时间和空间是有限的，而小学生对自然科学的探索是无止境的。在学生已理解了一定的科学概念，掌握了一定的科学研究方法之后，教师要十分重视引导学生灵活地应用已有的知识与技能，去解决生活中遇到的一些实际问题，去进行一些新的或较深层次的探索，实现“真明白”的目标。如在教学《摩擦力》时，为了使学生更透彻、更灵活地掌握知识，并能在实际生活中去运用它，在进行课堂实验的基础上，再让学生解决生活中的真实问题。先让学生亲自动手移动一个大的物体，如果移不动，把地下浇上点水，再移动看看，在事实面前学生对摩擦力的原理理解得会更深，在这样自主参与的实验中，学生不仅深刻地领会了摩擦力原理，而且理论联系实际，把科学知识运用到生产生活中，真正地把知识转化为能力，提高学生的科学素养。

在科学课程教学中，对概念的界定和提法，可以浅化，但不能不科学。比如，谈物质变化，不能把“易拉罐被压扁、铁丝被压弯”等说成物理变化，这些变化不是物质变化，而是物体变化。

（二）巧用《语文》教材

小学语文教育在培养学生较高人文素养的同时，应率先担当起培育具有较高科学素养人才的重大任务。现行的小学语文教材，每一册都有科学知识的介绍和渗透，内容丰富，生动形象、深入浅出地向学生介绍了一些比较深奥的科学现象和科学常识。我们选择了小学语文教材中几十个课程单元，开展语文教学提升科学素养的实验研究。如《奇妙的克隆》《航天飞机》《我叫神舟号》《跟踪台风的卫星》《水上飞机》《问银河》《大自然的文字》《蚕姑娘》《剪枝的学问》《变色龙》《夜晚的实验》《金蝉脱壳》《人类的老师》《鲁班与橹板》《航天飞机》《核潜艇》《太阳》《维生素C的故事》《世界上第一个听诊器》《轮椅上的霍金》《钱学森》《苹果里的五角星》《石头书》等无不给学生以思维的启发及探究方法的引领。这些课文，教师可以巧妙运用，以求最大效果。

小学语文教材既是语文知识的载体，也是科学知识的载体。有的是教给学生一些科普知识，有的是激发学生学科学爱科学的情感，有的是学习科学家一丝不苟、认真严谨的科学态度，这些课文旨在激发学生对科学的兴趣，提高学生的科学素养。这就需要教师用好语文教材，激发科学兴趣。以《奇妙的克隆》为例，即可以告诉学生什么是克隆（注意：必须是说出无性繁殖，是生物的无性繁殖），从最简单的扦插到克隆羊的出现，再展望到对克隆人的批判。

当然，在利用语文课程强化科学素养教育的同时，要注意到科学的知识点与语文课程知识点的关系，不能把二者对立起来，也不能把二者搞混淆，要分清主次。在语文学科渗透科技教育的实践中，要把握好渗透的度的问题。教育者应明确语文教学是主，科技教育的渗透是辅。实践中要依照语文学科自身的特点，不能把语文课上成科技课，出现本末倒置的现象。在强调人文性和工具性后，同时注重科学性。如，语文学科《只有一个地球》是一篇科学性强、环保意识强的文章，学习课文后，教师鼓励学生收集相关资料举行读书汇报交流，这是科技教育延伸活动。学生利用课余时间查阅资料、动手绘画、手工制作、野外考察等方式收集许多资料，在汇报课上大显身手，从多角色、多角度谈出地球是人类生存的唯一家园，我们要好好保护地球。这样的活动极大地激发了学生对科技的浓厚兴趣，使学生的实践能力得到提高。

科学性是指要选择具有一定“科技含量”的课文，运用得当的教学方法，采取合理的教学模式，来实现语文学科中科技教育的渗透，切不可不着边际地牵强附会，要把重点放到“语文课”外功上。如教学《人类的老师》一文时，在学生认识到“科学家摹仿袋鼠发明了越野汽车，摹仿鲸的流线体发明了潜水艇”这一仿生学方面的知识后，教师可以布置作业，让大家写一篇作文，标题是：“现实生活中，你还知道哪些人类摹仿生物特点发明的东西？”这样就更会激发学生学习的积极性，拓展想象的空间，激起查阅资料、主动创新、积极尝试的欲望。

（三）抓住数学“四基”目标

2011版《数学课程标准》把数学教学中的“双基”发展为“四基”。过去的“双基”指的是基础知识与基本技能；2011版《数学课程标准》的“四基”是指基础知识、基本技能、基本思想和基本活动经验。即通过数学教学达到以下要求：掌握数学基础知识；训练数学基本技能；领悟数学基本思想；积累数学基本活动经验。什么是数学基本思想？什么是数学基本活动经验？华罗庚教授在《数学的用场》一文中有非常精彩的一句话：数（四声）起源于数（三声），量（四声）起源于量（三声）。这10个字一下子把数学与人们生活拉近了。这类故事很多，如，可以戏说数学运算符号：18世纪，美国数学家欧德莱确定，把“×”作为乘号。他认为“×”是“＋”斜起来写，是另一种表示增加的符号。

数学发展史事实上是数学危机史，“问题”为主线贯穿着发展全程。在数学教学过程中，要妙用数学史，调动学生的学习兴趣，提升科学素养。如，在教学认识万以内的数时，首先向学生介绍数的起源，从最早的结绳记数、刻痕记数发展到后来的用算筹表示数等，还可以向学生讲解“0”的故事：我国古代文字中，“零”字出现很早，但是当时只表示“零碎”、“不多”的意思，“二百零四”的意思是：在二百之外，还有一个零头四。随着阿拉伯数字的引进，“204”恰恰读作“二百零四”，“零”字与“0”恰好对应，“零”也就具有了“0”的含义。接着继续讲，罗马数字中是没有“0”的哦，在公元5世纪时，“0”已经传入罗马，但罗马教皇凶残而且守旧，不允许任何使用“0”，有一位罗马学者在笔记中记载了关于使用“0”的一些好处和说明，就被教皇召去，施行了拶刑（夹犯人手指的刑罚），使他再也不能握笔写字。但“0”的出现，谁也阻挡不住。现在，“0”已经成为含义最丰富的数字符号：“0”可以表示没有，也可以表示有；如：气温0℃；“0”是正负数之间唯一的中性数；任何数（0除外）的0次幂等于1。再如：教学圆的周长计算时，要向学生介绍圆周率的祖先——祖冲之，他在世界数学史上第一次将圆周率（π）值计算到小数点后七位，即3.1415926到3.1415927之间，比欧洲早一千多年，所以有人主张叫它“祖率”，也就是圆周率的祖先。可以再讲讲，近现代数学发展我国落后于西方发达国家，很多定理都是用外国人命名的。通过故事式的讲授，学生们无一不被数学家孜孜不倦的执着态度、敢于创新的灵活思想所折服，既为我国古代灿烂的数学文化而骄傲，又为我国数学研究同先进国家的差距而不安，这不仅有助于学生增长知识、激发学习兴趣，更能促使学生的爱国主义情感得以升华，从而使爱科学、学科学、用科学的科学素养得以内化。

在实验中，我们特别注意数学“四基”的统一性，在调研过程中，我们发现有的教师在上课时，忽视“算理”、“公理”的教育。如讲“年、月、日的认识”，要讲清公历是系以地球绕行太阳一周为一年，也叫“阳历”，农历也称阴历，在天文学中主要指按月亮的月相周期来安排的历法，以月球绕行地球一周（以太阳为参照物，实际月球运行超过一周）为一月，即以朔望月作为确定历月的基础，一年为十二个历月的一种历法。我们使用什么历法是个法律和文化问题，不是科学问题，但是阳历还是要比阴历科学一些。

（四）“设疑引思”开展课外活动

创新思维是科学素养的核心内容，创新思维是创造能力、创造技法的基础，许多创造技法都是建立在创新思维之上的，它的实质是怎样进行创造性思考的技巧，激发学生的创新思维，就是要使学生突破思维惯性，改善思维方式，锻炼思维的流畅性、灵活性和想象力，这就需要“设疑引思”。在课外活动中可以安排很多类似“设疑引思”的项目。如，让学生讨论把一张纸叠成一条船，是什么变化？让学生充分讨论，可能有很多说法，可能会说是物理变化的占大多数，这样就引导他们从概念入手，突破思维惯性，得出比较科学的说法。再如，让学生讨论电、火、雷是不是物质？这些都是引导学生学会从概念入手去创造性地分析问题。

在课外活动中，要尽量创造“问题”，让他们从常识性知识中追问下去，如，选择“一切都在运动中”这一问题，让学生A坐在车上，学生B在地上走，学生C站着不动，问大家都是什么状态？对于坐在车上的A来说他认为自己没有运动，因为他始终坐在小车上的同一个位置，但是对于坐在下面C的同学来说，小车和A一起运动了，他们认为A是运动的。如果学生正面回答，你就反向提问，如果同学反向回答，你就要正向设问。A、B、C三个同学自然就辩论起来，让对立的双方进行争辩，都试图去说服对方，在这样的一个过程中，科学的思维就在悄悄地酝酿，最终说服了对方也使其他同学理解了什么是运动。

总之，小学科学素养教育非常重要，小学科学素养教育改革也不是很难的事情。只要我们有系统思想，有责任担当意识，从小学阶段就抓科学素养教育，我国的公众科学素养就一定能够提高。

（感谢重庆市涪陵区酒店小学李中文老师为本文写作提供了相关资料。）

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