“科教融合”助力学生创新能力培养

季慧 赵永刚 孙刚 李万成 黄建秋

摘要推进中小学阶段的科教融合是落实科学教育的重要途径之一。结合中国科学院联合北京市部分重点高中开展的中学高端科学探索实验室项目实践，对科教融合工作深入开展提出具体建议。一是完善工作机制，通过开展常态化工作沟通和高水平实验室共建等使科教融合扎得深走得稳；二是丰富课程供给，通过开发多学科交叉并且充满趣味性、贴近性、自主性的课程内容，使学生爱得上接得住；三是强化师资配备，通过优化师资配比、科学遴选导师等，使人员配得上用得好；四是优化教学组织，通过选择适切的教学组织方式、开展多元评价等使课程可落地见实效。

关键词 科学教育；科技教育；科教融合；创新人才培养；中学高端科学探索实验室

中图分类号G63

文献标识码B

文章编号1002-2384（2020）10-0039-03

作为在中小学落实科学教育的重要途径之一，科教融合对于激发和保护青少年的好奇心和求知欲，培养他们的科学精神和创新能力具有重要意义。近年来，中国科学院（以下简称“中科院”）利用丰富的高端科技资源，在开展科教融合示范合作方面取得了一定经验和成果。尤其是从2012年起，在中科院天地生科学文化传播中心牵头组织下，中科院国家重点实验室携手北京市部分重点高中建设了9个高端科学探索实验室，研发丰富多彩的探究式课程，为广大中学生提供了高质量的科学探究机会，培养了他们对科技的想象力和创造力，提升了他们对现实问题的解决能力。

那么要想推动科教融合工作深入持久地开展，需要重点在哪些环节着力，在此过程中又该避免哪些认识和行动上的误区？笔者基于中科院中学高端科学探索实验室项目的管理运行实践提出一些思考和建议。

一、完善工作机制，让项目扎得深走得稳

1. 明晰科教融合定位，开展常态化工作沟通

准确理解科教融合的定位对于工作的正常推进具有重要意义。通过实践我们认为，科教融合是旨在将高水平的科研成果转化为课堂教学内容的同时，培养学生的基础科研能力，并从根本上解决目前中小学科学教育无法适应科技高速发展的问题。在当前的中学教育评价体系中，升学率仍作为重要的指挥棒，学校管理者若能以长远眼光明确科教融合定位，避免仅仅将其作为学校科学教育工作的点缀，则是保障科教融合工作成功的关键。如实践中有实验校为配合科教融合项目的顺利实施，专门成立科教专项小组，每学期开始前，学校主管科技教育的校长以及主任、年级组长、实验室负责教师都会与中科院相关院所专家召开对接会，对上一年度的科学教育成效进行总结反思，通过坦诚沟通促进彼此间的理解和紧密合作。

2. 双方各施所长，共赴高水平实验室建设

在开展科教融合工作过程中，科研机构和学校都要投入很多资金和人力参与实验室共建工作。依托共建实验室，双方可以集中优势资源，在先行先试基础上有序推进，把科技人才早期培养工作向初高中前移，为选拔培养高素质科技后备人才做好示范。以中学高端科学探索实验室建设为例，通常是由中科院相关院所对最新科技成果进行转化，并组织一线科学家完成课程的首次开发等；学校方面主要负责提供实验室建设所需的场地和基础硬件，派出相关教师全程参与实验室建设，与科研院所联合申请实验室建设和后期运行经费等。

在此笔者建议，学校不要为了追求热点而大力兴建智能实验室等所谓的高新技术类实验室，而应多投入建设化学、生物等领域的基础科学实验室。因为高新技术类实验室随着科技进步迭代太快，后续运行成本高昂，与之配套的设备仪器和探究课题很容易过时；而基础科学类实验室由于涉及主题宽泛，探究性强，对高精尖仪器设备的依赖性较弱，配备好指导教师就能良好运行。

3. 拓展外部资源，提供经费人员等多重保障

科教融合工作的可持续发展需要相关各方共同发力，在政策支持、人员配置、专项经费等方面给予有力保障。例如：在中科院开展的科教融合实验项目中，有中学申请了本区教委划拨的连续5年的科技创新人才发掘培养专项经费，还有中学申请名额引进中科院及部分高校的博士毕业生并建立工作室，专项开展科学探索实验室的运行管理工作等。实践表明，中学为了从国家级科研院所手中接住并用好高端科学探索实验室，安排参与实验室建设的青年科研人员留校任教是一个行之有效的做法。例如：北京一所实验校由招募到学校工作的中科院博士毕业生担任实验室课程的二次开发，由于这名教师设计的探究课程紧跟科技前沿又贴近生活实际，深受学生欢迎，并在一些科技赛事中获奖。同时，这所实验校还以高端科学探索实验室为辐射，将其打造成区重点实验室，并申报成为北京市初中“开放性科学实践活动”资源单位，由此扩大了实验室的宣传范围和影响力。

二、丰富课程供给，让学生爱得上接得住

1. 增强趣味性，激发学生参与积极性

优质的课程内容是科教融合项目实施的关键。好的科学教育课程对学生来说，就像是日常学习中的调节剂，可以激发他们的好奇心和探究欲。因此课程设计要充满趣味性，能够引导学生在做中学，学中做。例如：某实验校在实验室项目中，结合近年来出现的自动驾驶概念开设了智能小车课程，其中设计了小车循迹、避障、遥控、自动倒车入库等实验内容。学生们在课程中从散件开始，一步步搭建起功能不断完善的智能车，從中学习到传感器的基本理论知识，深入掌握了微控制器的开发应用及编程能力等。通过项目学习，学生们不但树立了从事智能硬件产品研发的信心，也深刻认识到团队协作的重要性。

2. 强调贴近性，符合学生实践能力水平

选择适切性、多样性的实验材料是开展中学高端科学探索实验室课程的一项重要内容，这就要求课程设计多从学生角度出发，尽量做到简单易懂，同时考虑到学生的实际探究能力和可能出现的意外情况，做好安全预案，必要时可根据实际情况进行调整。如在某实验校开设的无线遥控灯光系统课程中，为锻炼学生的焊接操作能力，课程材料采用“主板+散件”的形式，但考虑到学生的实际焊接水平，所有元器件选择的是插接件，而不是应用更广泛的贴片元件，以保证孩子们都有能力完成焊接操作。当孩子们看到手中作品完成的那一刻，都忍不住欢呼雀跃。

3. 突出自主性，满足学生自主探究欲望

中学高端科学探索实验室的课程设计还应该充分考虑到学生的自主性，留给他们更多的自主探究时间，同时为了锻炼学生的团结协作能力，可以鼓励他们组队开展学习实践。例如：在某实验校开展的四轴飞行器课程中，初级目标是让学生完成飞行器的组装并最终试飞。课程开展过程中，教师将学生分成5组，每组3人左右。其中一个组的学生表现非常积极，他们决定完成一个基于无人机的搜救机器人项目，于是每周都在固定时间到实验室学习、试验。经过努力，该组学生在无人机上配备了图像处理模块、光流定点模块，使其具备了目标识别和定位能力，最终顺利完成了搜救机器人任务。同时，这组同学还凭借该项目参加了北京市青少年科技创新大赛，获得了较好的成绩。

三、强化师资配备，让导师配得上用得好

1. 优化师资配比，明确各方权责

在科教融合项目实施过程中，导师作用的发挥至关重要。以中学高端科学探索实验室项目为例，课程的师资配备采取了三方导师制（包括学校导师、科学家导师、科学传播导师），同时明确了各方导师的职责定位。例如：中科院科研团队负责课程框架和教学目标的设计与执行，具体教学中一般派出1～2名专家授课，1～2名教师提前准备实验材料并负责后续处理实验数据；学校方面配备1～2名优秀学科教师，全程负责与中科院专家一起参与课程设计与教学。在此过程中，中科院天地生科学文化传播中心作为纽带，负责派出专门教师全程参与学员选拔、课程设计、中期考核、末期评估反馈、证书发放等工作，并做好科教融合工作中的协调沟通。

2. 建立遴选标准，确保适切可用

科教融合作为跨越两大领域的创新合作模式，相比一般的教学工作具有一定难度。实践中我们感觉到，现在青少年对于科学的认知基本停留在知识获取层面，因此将探究式学习方法前移到初高中阶段，推动应试教育向素质教育的转变应成为科教融合工作的重要目标之一，而这项工作对导师提出了更高要求。因此在导师遴选过程中，具有科教情怀、教育热情、亲和力和丰富的科教知识成为我们最关注的指标。此外，由于高端科学探索实验室课程可能超越中学生的知识背景和认知程度，需要学校的科技老师通过参与课程选题、设计、授课、辅导，逐步将科研院所课程向学校的科技教育校本课程转化，因此对教师的课程吸收与转化能力也提出了较高要求。

3. 各方取长补短，实现协同发展

当今社会越来越注重跨界合作，在科教融合过程中这点尤为突出。在具体教学工作中，各方导师难免会因为职业背景不同，在理念和认知方面存在差异，这就需要双方取长补短，共同进步。以中学高端科学探索实验室课程开发为例，从实验室课程到校本课程的完成要经历两次转化。第一次转化是指完成从一线科研成果到科学探索实验室课程的转化，以科学家团队为主，转化成果主要供学校教师使用；第二次转化是指完成从科学探索实验室课程到学校校本课程的转化，以学校教师为主，转化成果主要服务于学生。在此过程中，学校教师要学会如何从日常的教育教学工作跨界到科技教育和科技人才早期培养实践中去；科技工作者也要善于运用自身的科学知识实实在在地为社会服务，用科研成果服务于人才培养，在从理论到实践的过程中锻炼提升自己。

四、优化教学组织，让课程可落地见实效

1. 根据校情合理选择教学组织方式

考虑到中小学的课程设置和科学课程实施现状，科教融合项目实施需要选择适切的教学组织方式和策略，并提供相关课时保障。以中学高端科学探索实验室项目为例，为保证课程实施效果，某实验校经过与中科院相关专家沟通协商，决定采取单独设立选修课的方式，安排一个研究周期12节课，每节课90分钟，这样既能保证一个小课题探究的完整开展，又能覆盖更多感兴趣的学生，同时最终会给完成课题探究的学生颁发中英文结业证书以资鼓励。

2. 依据课程定位科学遴选生源

相较于一般的科学课程，中学高端科学探索实验室课程是在国家级科研院所和中学共建的实验室内开展的以前沿课题探究为目的的开放式动手实践课程。为确保课程实施质量和效果，势必要对学员提出更严格的人数限制、录取标准和结业要求，比如每个实验室课程选课人数不超过20人，选择智能科学与技术实验室的学生需要有编程基础等。如果选课人数超过限制，我们还会安排中科院专家对学生进行笔试和面试筛选。当然除此之外，高端科学探索实验室也是学校科技兴趣小组的学习实践基地，学生可以充分利用实验室的材料、仪器等开展科学探究实践。

3. 借助多元评价激发各方参与热情

科教融合工作效果如何需要通过多元评价来检验，同时要考虑评价的科学性和适切性，兼顾不同评价对象的实际状况，必要时进行分层分类评价。如针对学生，我们会鼓励他们在课程学习过程中借助朋友圈、博客等展示学习成果；课程结束后组织学生参与课题答辩，并邀请科学、教育、心理学等领域专家开展共同评议，甚至邀请有关领导和家长参加，这样既能锻煉学生的综合能力，也可以争取更多外部支持。此外，我们还会在课程实施过程中进行录课，录制的素材可供教学团队进行评估和反馈；课程结束后，会向学生们发放调查问卷，内容涵盖对实验室课程内容、课程实施、教师教学等方面的评价；还会定期召开课程研讨会，组织科教双方教师进行交流互动、反思提升等。

参考文献：

[1] 袁志宁，季慧，王虎纹，赵永刚.“科教融合”：让高端科技资源在中学“接得住”“用得好”[J].中小学管理，2016（5）：11-13.

（编辑 王淑清）

注释：① 本文系北京市科学技术委员会2017年度科学技术普及专项“高端科技资源科普化科技追梦特色科普活动”（课题编号：Z171100003317044）的研究成果之一。