“科教融合”助力學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)

季慧 趙永剛 孫剛 李萬成 黃建秋

摘要推進中小學階段的科教融合是落實科學教育的重要途徑之一。結合中國科學院聯(lián)合北京市部分重點高中開展的中學高端科學探索實驗室項目實踐，對科教融合工作深入開展提出具體建議。一是完善工作機制，通過開展常態(tài)化工作溝通和高水平實驗室共建等使科教融合扎得深走得穩(wěn)；二是豐富課程供給，通過開發(fā)多學科交叉并且充滿趣味性、貼近性、自主性的課程內(nèi)容，使學生愛得上接得??；三是強化師資配備，通過優(yōu)化師資配比、科學遴選導師等，使人員配得上用得好；四是優(yōu)化教學組織，通過選擇適切的教學組織方式、開展多元評價等使課程可落地見實效。

關鍵詞 科學教育；科技教育；科教融合；創(chuàng)新人才培養(yǎng)；中學高端科學探索實驗室

中圖分類號G63

文獻標識碼B

文章編號1002-2384（2020）10-0039-03

作為在中小學落實科學教育的重要途徑之一，科教融合對于激發(fā)和保護青少年的好奇心和求知欲，培養(yǎng)他們的科學精神和創(chuàng)新能力具有重要意義。近年來，中國科學院（以下簡稱“中科院”）利用豐富的高端科技資源，在開展科教融合示范合作方面取得了一定經(jīng)驗和成果。尤其是從2012年起，在中科院天地生科學文化傳播中心牽頭組織下，中科院國家重點實驗室攜手北京市部分重點高中建設了9個高端科學探索實驗室，研發(fā)豐富多彩的探究式課程，為廣大中學生提供了高質(zhì)量的科學探究機會，培養(yǎng)了他們對科技的想象力和創(chuàng)造力，提升了他們對現(xiàn)實問題的解決能力。

那么要想推動科教融合工作深入持久地開展，需要重點在哪些環(huán)節(jié)著力，在此過程中又該避免哪些認識和行動上的誤區(qū)？筆者基于中科院中學高端科學探索實驗室項目的管理運行實踐提出一些思考和建議。

一、完善工作機制，讓項目扎得深走得穩(wěn)

1. 明晰科教融合定位，開展常態(tài)化工作溝通

準確理解科教融合的定位對于工作的正常推進具有重要意義。通過實踐我們認為，科教融合是旨在將高水平的科研成果轉化為課堂教學內(nèi)容的同時，培養(yǎng)學生的基礎科研能力，并從根本上解決目前中小學科學教育無法適應科技高速發(fā)展的問題。在當前的中學教育評價體系中，升學率仍作為重要的指揮棒，學校管理者若能以長遠眼光明確科教融合定位，避免僅僅將其作為學校科學教育工作的點綴，則是保障科教融合工作成功的關鍵。如實踐中有實驗校為配合科教融合項目的順利實施，專門成立科教專項小組，每學期開始前，學校主管科技教育的校長以及主任、年級組長、實驗室負責教師都會與中科院相關院所專家召開對接會，對上一年度的科學教育成效進行總結反思，通過坦誠溝通促進彼此間的理解和緊密合作。

2. 雙方各施所長，共赴高水平實驗室建設

在開展科教融合工作過程中，科研機構和學校都要投入很多資金和人力參與實驗室共建工作。依托共建實驗室，雙方可以集中優(yōu)勢資源，在先行先試基礎上有序推進，把科技人才早期培養(yǎng)工作向初高中前移，為選拔培養(yǎng)高素質(zhì)科技后備人才做好示范。以中學高端科學探索實驗室建設為例，通常是由中科院相關院所對最新科技成果進行轉化，并組織一線科學家完成課程的首次開發(fā)等；學校方面主要負責提供實驗室建設所需的場地和基礎硬件，派出相關教師全程參與實驗室建設，與科研院所聯(lián)合申請實驗室建設和后期運行經(jīng)費等。

在此筆者建議，學校不要為了追求熱點而大力興建智能實驗室等所謂的高新技術類實驗室，而應多投入建設化學、生物等領域的基礎科學實驗室。因為高新技術類實驗室隨著科技進步迭代太快，后續(xù)運行成本高昂，與之配套的設備儀器和探究課題很容易過時；而基礎科學類實驗室由于涉及主題寬泛，探究性強，對高精尖儀器設備的依賴性較弱，配備好指導教師就能良好運行。

3. 拓展外部資源，提供經(jīng)費人員等多重保障

科教融合工作的可持續(xù)發(fā)展需要相關各方共同發(fā)力，在政策支持、人員配置、專項經(jīng)費等方面給予有力保障。例如：在中科院開展的科教融合實驗項目中，有中學申請了本區(qū)教委劃撥的連續(xù)5年的科技創(chuàng)新人才發(fā)掘培養(yǎng)專項經(jīng)費，還有中學申請名額引進中科院及部分高校的博士畢業(yè)生并建立工作室，專項開展科學探索實驗室的運行管理工作等。實踐表明，中學為了從國家級科研院所手中接住并用好高端科學探索實驗室，安排參與實驗室建設的青年科研人員留校任教是一個行之有效的做法。例如：北京一所實驗校由招募到學校工作的中科院博士畢業(yè)生擔任實驗室課程的二次開發(fā)，由于這名教師設計的探究課程緊跟科技前沿又貼近生活實際，深受學生歡迎，并在一些科技賽事中獲獎。同時，這所實驗校還以高端科學探索實驗室為輻射，將其打造成區(qū)重點實驗室，并申報成為北京市初中“開放性科學實踐活動”資源單位，由此擴大了實驗室的宣傳范圍和影響力。

二、豐富課程供給，讓學生愛得上接得住

1. 增強趣味性，激發(fā)學生參與積極性

優(yōu)質(zhì)的課程內(nèi)容是科教融合項目實施的關鍵。好的科學教育課程對學生來說，就像是日常學習中的調(diào)節(jié)劑，可以激發(fā)他們的好奇心和探究欲。因此課程設計要充滿趣味性，能夠引導學生在做中學，學中做。例如：某實驗校在實驗室項目中，結合近年來出現(xiàn)的自動駕駛概念開設了智能小車課程，其中設計了小車循跡、避障、遙控、自動倒車入庫等實驗內(nèi)容。學生們在課程中從散件開始，一步步搭建起功能不斷完善的智能車，從中學習到傳感器的基本理論知識，深入掌握了微控制器的開發(fā)應用及編程能力等。通過項目學習，學生們不但樹立了從事智能硬件產(chǎn)品研發(fā)的信心，也深刻認識到團隊協(xié)作的重要性。

2. 強調(diào)貼近性，符合學生實踐能力水平

選擇適切性、多樣性的實驗材料是開展中學高端科學探索實驗室課程的一項重要內(nèi)容，這就要求課程設計多從學生角度出發(fā)，盡量做到簡單易懂，同時考慮到學生的實際探究能力和可能出現(xiàn)的意外情況，做好安全預案，必要時可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。如在某實驗校開設的無線遙控燈光系統(tǒng)課程中，為鍛煉學生的焊接操作能力，課程材料采用“主板+散件”的形式，但考慮到學生的實際焊接水平，所有元器件選擇的是插接件，而不是應用更廣泛的貼片元件，以保證孩子們都有能力完成焊接操作。當孩子們看到手中作品完成的那一刻，都忍不住歡呼雀躍。

3. 突出自主性，滿足學生自主探究欲望

中學高端科學探索實驗室的課程設計還應該充分考慮到學生的自主性，留給他們更多的自主探究時間，同時為了鍛煉學生的團結協(xié)作能力，可以鼓勵他們組隊開展學習實踐。例如：在某實驗校開展的四軸飛行器課程中，初級目標是讓學生完成飛行器的組裝并最終試飛。課程開展過程中，教師將學生分成5組，每組3人左右。其中一個組的學生表現(xiàn)非常積極，他們決定完成一個基于無人機的搜救機器人項目，于是每周都在固定時間到實驗室學習、試驗。經(jīng)過努力，該組學生在無人機上配備了圖像處理模塊、光流定點模塊，使其具備了目標識別和定位能力，最終順利完成了搜救機器人任務。同時，這組同學還憑借該項目參加了北京市青少年科技創(chuàng)新大賽，獲得了較好的成績。

三、強化師資配備，讓導師配得上用得好

1. 優(yōu)化師資配比，明確各方權責

在科教融合項目實施過程中，導師作用的發(fā)揮至關重要。以中學高端科學探索實驗室項目為例，課程的師資配備采取了三方導師制（包括學校導師、科學家導師、科學傳播導師），同時明確了各方導師的職責定位。例如：中科院科研團隊負責課程框架和教學目標的設計與執(zhí)行，具體教學中一般派出1～2名專家授課，1～2名教師提前準備實驗材料并負責后續(xù)處理實驗數(shù)據(jù)；學校方面配備1～2名優(yōu)秀學科教師，全程負責與中科院專家一起參與課程設計與教學。在此過程中，中科院天地生科學文化傳播中心作為紐帶，負責派出專門教師全程參與學員選拔、課程設計、中期考核、末期評估反饋、證書發(fā)放等工作，并做好科教融合工作中的協(xié)調(diào)溝通。

2. 建立遴選標準，確保適切可用

科教融合作為跨越兩大領域的創(chuàng)新合作模式，相比一般的教學工作具有一定難度。實踐中我們感覺到，現(xiàn)在青少年對于科學的認知基本停留在知識獲取層面，因此將探究式學習方法前移到初高中階段，推動應試教育向素質(zhì)教育的轉變應成為科教融合工作的重要目標之一，而這項工作對導師提出了更高要求。因此在導師遴選過程中，具有科教情懷、教育熱情、親和力和豐富的科教知識成為我們最關注的指標。此外，由于高端科學探索實驗室課程可能超越中學生的知識背景和認知程度，需要學校的科技老師通過參與課程選題、設計、授課、輔導，逐步將科研院所課程向學校的科技教育校本課程轉化，因此對教師的課程吸收與轉化能力也提出了較高要求。

3. 各方取長補短，實現(xiàn)協(xié)同發(fā)展

當今社會越來越注重跨界合作，在科教融合過程中這點尤為突出。在具體教學工作中，各方導師難免會因為職業(yè)背景不同，在理念和認知方面存在差異，這就需要雙方取長補短，共同進步。以中學高端科學探索實驗室課程開發(fā)為例，從實驗室課程到校本課程的完成要經(jīng)歷兩次轉化。第一次轉化是指完成從一線科研成果到科學探索實驗室課程的轉化，以科學家團隊為主，轉化成果主要供學校教師使用；第二次轉化是指完成從科學探索實驗室課程到學校校本課程的轉化，以學校教師為主，轉化成果主要服務于學生。在此過程中，學校教師要學會如何從日常的教育教學工作跨界到科技教育和科技人才早期培養(yǎng)實踐中去；科技工作者也要善于運用自身的科學知識實實在在地為社會服務，用科研成果服務于人才培養(yǎng)，在從理論到實踐的過程中鍛煉提升自己。

四、優(yōu)化教學組織，讓課程可落地見實效

1. 根據(jù)校情合理選擇教學組織方式

考慮到中小學的課程設置和科學課程實施現(xiàn)狀，科教融合項目實施需要選擇適切的教學組織方式和策略，并提供相關課時保障。以中學高端科學探索實驗室項目為例，為保證課程實施效果，某實驗校經(jīng)過與中科院相關專家溝通協(xié)商，決定采取單獨設立選修課的方式，安排一個研究周期12節(jié)課，每節(jié)課90分鐘，這樣既能保證一個小課題探究的完整開展，又能覆蓋更多感興趣的學生，同時最終會給完成課題探究的學生頒發(fā)中英文結業(yè)證書以資鼓勵。

2. 依據(jù)課程定位科學遴選生源

相較于一般的科學課程，中學高端科學探索實驗室課程是在國家級科研院所和中學共建的實驗室內(nèi)開展的以前沿課題探究為目的的開放式動手實踐課程。為確保課程實施質(zhì)量和效果，勢必要對學員提出更嚴格的人數(shù)限制、錄取標準和結業(yè)要求，比如每個實驗室課程選課人數(shù)不超過20人，選擇智能科學與技術實驗室的學生需要有編程基礎等。如果選課人數(shù)超過限制，我們還會安排中科院專家對學生進行筆試和面試篩選。當然除此之外，高端科學探索實驗室也是學?？萍寂d趣小組的學習實踐基地，學生可以充分利用實驗室的材料、儀器等開展科學探究實踐。

3. 借助多元評價激發(fā)各方參與熱情

科教融合工作效果如何需要通過多元評價來檢驗，同時要考慮評價的科學性和適切性，兼顧不同評價對象的實際狀況，必要時進行分層分類評價。如針對學生，我們會鼓勵他們在課程學習過程中借助朋友圈、博客等展示學習成果；課程結束后組織學生參與課題答辯，并邀請科學、教育、心理學等領域專家開展共同評議，甚至邀請有關領導和家長參加，這樣既能鍛煉學生的綜合能力，也可以爭取更多外部支持。此外，我們還會在課程實施過程中進行錄課，錄制的素材可供教學團隊進行評估和反饋；課程結束后，會向學生們發(fā)放調(diào)查問卷，內(nèi)容涵蓋對實驗室課程內(nèi)容、課程實施、教師教學等方面的評價；還會定期召開課程研討會，組織科教雙方教師進行交流互動、反思提升等。

參考文獻：

[1] 袁志寧，季慧，王虎紋，趙永剛.“科教融合”：讓高端科技資源在中學“接得住”“用得好”[J].中小學管理，2016（5）：11-13.

（編輯 王淑清）

注釋：① 本文系北京市科學技術委員會2017年度科學技術普及專項“高端科技資源科普化科技追夢特色科普活動”（課題編號：Z171100003317044）的研究成果之一。