中小学科技教育的概念与涵义

(二)中小学科技教育的概念与涵义

1.中小学科技教育的概念

教育界关于科技教育的定义(主要指中小学科技教育)大致有以下几种:①科技教育是以科学技术知识为基础，以培养和训练青少年一定的科学态度、科学意识、科学素质、科学能力等为目的的系统的教育活动。②是指传授科学技术知识和培养科技人员的社会活动③是一种有目的地促进人的发展的科学化活动。④是培养科学技术人才和提高民族科学素养的教育。⑤是以基础教育为依托，由科学教育和技术教育协同结合，以培养和训练学生具有科学态度、科学精神科学价值观、科技知识和方法、科技实践能力为目的，全面提高学生科学素养的教育活动。^[19]我国教育部、科技部重点项目的研究成果《中小幼科技教育研究报告》中对青少年学生科技教育的界定为:青少年科技教育就是通过科学教育与技术教育的协同组合，培养学生的科学意识、科学态度、科学思维和科学实践能力的教育活动。第五、第六种观点大体一致，本篇倾向于采用第五种观点，即科技教育是以培养学生具有科学态度、科学精神、科学价值观、科技知识和方法、科技实践能力为目的，全面提高学生科学素养的教育活动。

2.中小学科技教育的涵义

(1)中小学科技教育的目标

联合国教科文组织通过国际交流，使各国对科技教育的目标有了共同的认识，并一致认为中小学科技教育的目标是:培养学生具有敢于面对困难，正视问题，独立自主的能力和信心;提高学生的生活素质和对科学的兴趣，并能初步了解科学方法;激发学生对不理解的事物保持好奇心理和养成科学态度，对自然界事物的相互关系和模式有正确的了解，并能就其研究方法作出判断;批判性地理解知识和制定决策时权衡不同方案利弊的能力;学习知识、符合逻辑地思考和进行简单调查的能力;有效地表达与他人合情合理交流思想的技能;对数学在科学领域所起的作用的认识。^[20]具体来说，中小学科技教育的目标包括:①科学的基础知识、基本概念和原理;②培养科学的兴趣和科学态度，以及学习科学的方法;③了解科学在生产、生活中的应用;④运用科学解决实际问题的能力。通过科学的方法训练，培养观察、实验分析解决问题的能力，培养社会问题的关心和社会责任感。^[21]

国家课程改革颁布的课程标准所提出的科学课程目标也与以上保持了一致。科学课程的学习以基本的科学知识为基础，重点在于培养学生对科学的好奇心、科学探索意识和分析解决现实问题的能力综合表现在科学素养的培养。《国家科学课程标准7—9》的课程目标规定:“科学课程以提高每个学生的科学素养为总目标。通过本课程的学习，学生将保持对自然现象较强的好奇心和求知欲，养成与自然界和谐相处的生活态度;了解或理解基本的科学知识，学会或掌握一定的基本技能，并能用它们解释常见的自然现象，解决一些实际问题;初步形成对自然界的整体认识和科学的世界观;增进对科学探究的理解，初步养成科学探究的习惯，培养创新意识和实践能力;形成崇尚科学、反对迷信、以科学的知识和态度解决个人问题的意识;了解科学技术是第一生产力，初步形成可持续发展的观念，并能关注科学、技术与社会的相互影响。”

(2)中小学科技教育的原则

科技教育的原则基本上包括:启蒙性原则、渐进性原则、个性化原则、系统性原则、实效性原则、科学性原则。

①启蒙性原则

中小学生处在社会经验和科学文化知识的积累时期，中小学教育的主要任务是把人类固有的科学技术、生产劳动经验和劳动技能传递给下一代，促使他们走向社会化，这是基础教育义不容辞的责任。不过，既有的科学技术知识不可能完全解决在实践活动中每个个体的实际需要，这就需要很好地培养他们科学思考和探究问题的能力。然而，青少年的基础知识不够坚实，因此，必须根据他们的年龄特点、认知水平和具备的科学文化层次，去培养和训练他们从事科技活动的能力，根据他们的能力差异提出不同的教育要求。

②渐进性原则

中小学的科技教育，必须符合中小学生的年龄特征和知识水平不同年龄的学生心理状态和知识基础不一样，科技教育的内容和形式要有区别。首先，要从简单的科技观察和发现开始，从个体熟悉的周围客观环境着手，引导学生对自己喜爱的科技活动对象进行改造，使他们遵循一般认知规律，做到由浅入深、由易到难、由近到远、由表及里、由具体到抽象。其次，从活动形式上也要有所不同。小学生的好奇心强，但兴趣不稳定，对他们的教育应以听(听科学家故事)、看(看科技电影、科技书刊、参观等)、记(写观察日记等)为主，加以简单的动(动手制作各种简单模型)，培养他们对科技活动的兴趣和感情;中学生对各种知识的渴求从无目的到逐渐开始趋向系统，这一阶段应以“动”为主。大量地进行科技制作活动、科学实验活动和发明创造活动，培养他们的科学精神和创造性思维，引导他们运用所学知识参与解决生活中简单的科学技术问题。

③个性化原则

现代教育的价值观认为，教育就是要充实青少年的个性，使其获得健全和谐的发展。要实施个性化原则，首先教师必须尊重学生，把学生当作教育的主体，鼓励他们树立自主、自治意识，强化自我管理充分调动他们的主动性和积极性。要实施个性化原则，使中小学生在兴趣、志向、能力、性格各方面都能得到充分地、健康地发展，就必须因材施教。

④系统性原则

科技教育不能单凭一股激情去开展，要有目的、有计划地实施，针对不同学生的思维方式，要加以区别对待。为此，可分为若干不同兴趣的科技小组，制定不同的教学方案，注意知识和技能的连续性，从低年级到高年级形成一个系统的整体，由简单直观到抽象思维，逐级提高难度和深度。

⑤实效性原则

科技教育活动是课堂教学的延伸，科技教育活动的内容不在于多而在于实，要符合学生的思想特点和接受能力。既是能闻乐见的活动，又是学校的重要科研项目，达到二者相结合，指导学生搞出一些小发明、小创造。

⑥科学性原则

这里的科学性包含三层意思:一是选择的科研项目要适当;二是教师指导方法要得力;三是设计模式和假设要合理。要三者统一起来，才能使科技活动顺利进行。^[22]

(3)中小学科技教育的内容

科技教育内容的涵盖范围表述不一:①科技教育包括科学态度科学意识、科学兴趣、科学思维、科研方法、科研品质;^[23]②科技教育包括科学知识、科学方法、科学精神、科学态度、科学价值等五个方面。^[24]总的来说，科技教育的主要内容包括科学知识、科学方法、科学态度和科学精神。

①科学知识

科学知识不同于其他知识，它是对外部世界各种现象和过程的本质或规律性的反映。例如，摩擦取火、昼夜交替、能量转换是人们很早以前就知道的经验知识，只告诉人们事物的外部关系、发热动作和发热现象的关系。要回答为什么摩擦能取火，为什么有昼夜交替，为什么能量可以转换，就须深入事物内部。当化学揭示了燃烧规律，天文学揭示了地球自转和绕日公转的运动规律，物理学揭示了能量守恒和转化的规律后，人们对上述现象的认识才上升为科学知识，科学知识是系统的、理论化的知识。

②科学方法

科学方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确思维方式和行为方式，从本质上说就是认识世界、改造世界的方法。科学方法包括观察法、实验法、调查法、数学方法等。美国科学促进会经调查归纳，得出中小学应掌握的方法有六项:观察;分类;数计量、解释数据;思想交流，作出预言和推断;规定工作定义，提出假设;找出并控制可变因素进行实验。

③科学态度

科学态度指实事求是的态度，即面对实际问题，能够遵循事物本身的脉络，实事求是。美国威斯康星州理科委员会列举的科学态度:根据新的证明，迅速而愉快地改变了自己的意见;排斥个人的、宗教的或社会的偏见，追求真理;具有因果关系的概念;具有根据事实判断事情的习惯;具有区别事实和理论的识别力。

④科学精神

所谓科学精神，指在科学研究和交流过程中，逐渐形成的约束科学家行为的价值规范或准则。包括客观性精神、理性精神和实证精神。^[25]

客观性精神。指在科学研究和学习活动中，承认研究对象的客观实在性和客观规律的存在;承认科学理论是对客观物质世界及其规律性的正确反映，自觉地避免主观偏见对科学研究和学习活动的影响。

理性精神。指在科学研究和学习活动中，不断探索各种自然现象的内部规律，追求合理性、合规律性，使感性认识不断上升为理性认识。这种追求精神，是科学理论产生和发展的一种内部动力。

实证精神。指在科学研究和学习活动中，把科学实验看作检验理论和学说的决定性因素。马克思主义哲学告诉我们，实践是检验真理的唯一标准。在自然科学里，实验结果自然是检验人们认识真理的唯一标准。

对于科技教育的内容界定近几年有了新的变化，体现在科技教育的内容包括科学的精神、价值、态度;科学的方法与技能;科学的知识与能力。^[26]随着科技的发展、教育的改革，以及研究人员对科技教育探索的不断深入，科技教育内容的划分与界定也越来越明晰，凸显在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个层次上。《全民科学素质行动计划纲要(2006—2010—2020年)》中指出:“使中小学生掌握必要和基本的科学知识与技能，体验科学探究活动的过程与方法，培养良好的科学态度、情感与价值观，发展初步的科学探究能力，增强创新意识和实践能力。”基础教育课程的“三位一体”目标也正是从知识与技能、过程与方法、情感态度价值观三个层次划分。当前我国的科学课程改革明确提出了“科学课程以提高每个学生的科学素养为总目标”，并具化为三维目标，“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”，赋予科技教育时代发展的气息。下文试从科学知识与技能，科学过程与方法，科学态度、情感和价值观三个层次对科技教育内容进行解读。

①科学知识与技能

科学知识与技能属于基础性层面，也是过程与方法、情感态度价值观的依托，没有它，其他层面便是无源之水，无本之木。

科学技能包括科学思维能力与科学实践能力。科学思维能力的训练师进行科技教育的核心，科技教育的目的是为了青少年在将来能创造出更多的技术产品，思维的训练方式和训练程度决定了他们未来的科研层次和科研水平。着重培养学生思维的多元性、批判性、辩证性、创造性等，有利于其适应不断变化的周围环境和科学技术的突飞猛进。科学实践能力主要包括:实践操作能力、信息索取能力、观察实验能力。

②科学过程与方法

科学过程与方法本身就存在于科技教育的教与学之中，科技教育关注科学的过程与方法就是关注学生科学素养的培养。科学是一个不断探究的过程。在科技教育中，把科学探究主要方式是科学本质的要求。科学探究过程不仅是一个逻辑实证的过程，同时也是充满创造性思维的过程。在科学探究活动过程中，学生运用观察、实验、查阅资料、调查、测量等多种手段获取信息，运用比较、分类、综合、归纳等逻辑方法对信息进行加工。学生通过收集和处理信息、表达与交流等活动，学习获取知识的基本方法，提高科学探究能力，发展科学素养。

③科学态度、情感和价值观

对科学态度的分析上文已出现，因此，在此只对科学情感与价值观进行分析说明。科学情感，即一个人的感情指向和情绪体验，也就是他对什么感兴趣，表现出好奇、兴奋、满意等情绪，对什么不感兴趣表现出讨厌、不高兴等情绪。科学素养中的情感是指一个人对科学事物所表现出的感情指向和情绪体验，是有兴趣、喜欢、满意，还是讨厌没兴趣、不高兴，这是形成其科学态度的前提。

科学价值观，即对科学有一个共同的基本信念和做法。首先，世界是可以被认知的。其次，科学是一个产生知识的过程，知识的变化是不可避免的。最后，科学不能为一切问题提供终极答案。科学价值观是一个人对待科学事物的最基本看法，包括基本信念和价值取向它往往以科学精神为载体，决定着这个人的思维活动和外在表现。科学的最基本信念是:物质是第一性的，必须承认自然规律的客观性，尊重事实，尊重客观规律;自然界是在不断发展变化的，人类认识自然有其局限性，要知道科学真理的相对性;科学提倡民主、平等、自由、合作的精神，提倡人文精神、独立精神、探索精神、创新精神和献身精神;科学对人类具有两重性，要充分利用其对人类有利的一面，也要正确防止与克服它的负面作用。

科技教育内容的结构框架从横向和纵向分析，其中，纵向是科学知识与技能，科学过程与方法，科学态度、情感和价值观，这三个维度是隐性的线索;横向是科学知识、科学意识、科学方法、科学精神等，这是显性的呈现。而对科学内容以科学知识、科学方法、科学态度、科学精神四个方面划分，着重体现了对科学内容的重点提炼，三个维度的划分则更有层次性，对科学内容的涵盖性更强。

下图为科技教育内容的三个维度与科技教育目标的关系。

图1－1　科技教育内容层次与目标关系

(4)中小学科技教育的实施途径

①中小学科技教育课程

新课改后的科技教育课程，从狭义上看，体现为:小学的科学课初中的劳技课、高中的通用技术课(或叫综合实践课)。在科技教育中，课程处于核心地位，从课程形态来说，基础教育中的科技教育课程包括学科课程、活动课程和隐性课程。基础教育阶段科技教育所依托的学科课程既包括理、化、生、地等传统的学科课程，也包括此次新课程改革中新推出的科学、劳动技术、通用技术课程，以及一些学校自发开设的像机器人制作等校本课程。由于学科课程具有逻辑性、系统性强的特点，较短时间内可使学生学到必需的基础知识、基本技能、基本能力和基本观点，为学生的德、智、体的发展打下一定的基础，因此，学科课程为主的科技教育模式在当前科技教育中仍处于主导地位。

从广义上看，一般认为中小学科技教育课程由学科课程(必修课和选修课)、活动课程和隐性课程组成。我国的科技教育课程自从新中国成立以来，小学科学课程的名称经历了自然常识—自然—科学的变化。初中的科学课程经历了从分科到综合的过程，高中以分科形式开设。

学科课程既包括理、化、生、地等传统的学科课程，也包括新课程改革中新推出的科学课程、技术课程，以及一些学校自发开设的像机器人制作等校本课程。学科课程因其都有固定的内容，并且以课堂教学为固定的形式，以系统传授科技知识为主要目标，因而可以比作学生成长过程中必需的固体或食物。^[27]

活动课程是中小学科技教育所依托的重要形式。新中国成立以来，活动课程在我国的发展经历了课外活动—活动课—综合实践活动的演变过程。科技教育活动以让学生在活动中接受最新科技信息，理解科学方法和科学过程，体会科技对社会的影响，培养学生的创造性思维能力和实际动手能力为主要目标。其课程形态既包括综合实践活动等必修课程，也包括像科技兴趣小组活动、科技节、科技创新大赛、科普阅读活动、专家讲座等选修课程或微型课程等。活动课程没有固定的内容，形式灵活多样。

隐性课程是指学生学习和生活中良好的校园环境，包括物质环境和人文环境，广义的隐性课程还包括社会、家庭等的科技氛围和人文气息等。隐性课程对学生的知识、情感、信念、意志、行为和价值观等方面起着潜移默化的熏陶作用，能够以间接的、内隐的方式促进科技教育目标的实现。^[28]

现阶段，基础教育阶段的科技教育尤以科学、劳动技能、通用技术、综合实践活动为其核心课程。

②中小学科技教育活动

从学校实际出发，尽可能地为学生开辟必要的科技活动场所。目前情况看，校内科技活动基地大体可分为四类:学科和科技探索型小组活动基地;技术实践型小组活动基地;宣教、情报资料型活动基地;校办工厂、农场与科技活动。校外的科技活动基地是相对校内而言往往与社会(社区)的科技教育活动基地密切联系，如科技馆、青少年宫、博物馆、公园等。

③家庭的科技教育

家庭的科技教育的形式主要包括:科技游戏、科技阅读、旅游观察、计算机教育。《国家义务教育阶段科学课程标准(3—6年级)》对家庭科技教育资源的开发途径有明确表述:“a．丰富家庭的科普读物关注科技资讯信息，引导孩子建立自己的小小图书馆，并提高其利用率;b．鼓励家长和孩子一起对家庭饲养与种植的动植物进行一些简单的科学探究活动;c．家长尽可能带孩子接触大自然，接触社会，进行社会实践。”

④社会(社区)科技教育

社会(社区)科技教育的资源主要包括科技工作者、工厂、农场、田园、科技实验基地、高新企业、植物园、动物园、科技场馆(如图书馆、科技馆、博物馆、少年宫、农技站等)、大专院校、科研院所等。《国家义务教育阶段科学课程标准(3—6年级)》对与社区课程资源利用与开发的途径和方式提供了必要的建议:“a．开展改善社区环境的科技活动; b．与社区科研、企事业单位建立联系，共建科技活动场所，开展现场科技教学活动;c．聘请科技人员和专家担任学校科技活动的指导教师聘请家长中的科技工作者定期向学生作科普讲座;d．组建学生科技团体，利用社区资源开展科普宣传和实践活动。”

(5)中小学科技教育的方法

中小学科技教育方法必须体现现代教育思想，借鉴科技研究方法，目前常用的科技教育方法有如下几种:

发现法。学生在教室的指导下，像科学家发现真理一样，通过自己的探究和学习，主动发现事物变化的起因和内部联系，从中找出规律，在这个过程中体验发现知识的理智感和完成任务的胜利感。

探讨法。创造性探讨法的操作程序强调:发问—思考—探讨—创造，这样一条主线，教法本身突出创造性和探讨性。

角色扮演法。即用演出的方法来组织开展教学。要运用小品、短剧或实况模拟等形式，寓科技教育于表演过程中，把科学性、知识性趣味性结合起来，是教学过程生活化、艺术化，使学生在角色扮演和角色交往中，学习科学知识，激发科学兴趣。

实验法。是进行科技教育的基本方法之一，是培养学生实事求是、探索创新的科学精神的重要手段。

模拟法。根据教学内容，向学生提供必要的工具和材料，指导学生运用已掌握的科学知识和技能，按照自己的意愿和想象，独立或协作完成某种科技作品，如模型、实物、论文、图形等。