用优秀的科学教师赋能未来

科学教育：赋能未来科技创新的关键要素

“中小学老师非常重要，因为这是一个社会发展的基础。青年是社会的未来，他们必须受到好的教育，以培养他们的潜能和创造力。”这是著名科学家钱学森先生在归国途中与一位中学教师的谈话，他富有远见地指出：“我只是蛋糕表面的糖衣，蛋糕要想味道好，里面的用料必须好。基础非常重要，培养年轻人是一个国家进步的基础。”时至今日，在新一轮科技革命和产业变革加速演进、国际环境日趋复杂的时代背景下，面对日益激烈的国际科技竞争和我国高质量发展的目标要求，培养青少年科学素质已经成为当代教育者最重要的任务之一。

科学教育直接面向青少年科学素质培养，对提升公众科学素质，实现经济社会可持续发展具有基础性、先导性、全局性作用。发展高质量科学教育不仅有助于探索培养优秀科技创新人才的内在规律，助力未来科技创新人才队伍建设，同时也有利于提升全民科学素质，推动人们形成科学的世界观和方法论，对于增强国家自主创新能力和文化软实力、建设社会主义现代化强国，具有十分重要的意义。从这一点来说，高质量的科学教育将是我们送给下一代人最好的礼物，也是我们“投资”和赋能未来发展的关键要素。

科学教育相比于其他学科有三个主要特点：一是“金字塔式”层层递进的学科知识结构。学生从童年到成年，持续不断地将自身的日常概念发展成为科学概念，一层一层地建构他们对于客观世界和影响其生活的复杂系统的基本理解。对于多数学生而言，科学学科的学习需要在“学习科学”的指导下，依照认知与学习规律，逐步掌握复杂的知识、概念和方法。这使得科技创新人才培养成为一件长周期、系统性的工作。二是与教育技术和教学装备深度融合。科学教育强调对知识内容的可视化呈现和对学生学习过程的支持。例如，使用教育游戏或模拟仿真平台支持学生完成协作探究学习。此外，项目式教学、跨学科教学等教学方法都强调培养学生在真实情景下的复杂问题解决能力，这种学习情境的构建也往往依赖于技术工具和教学装备支持。三是科学教育重视对科学本质的理解。科学教育活动设计中不仅注重科学知识，还渗透着对科学本质的理解。并且，科学教育的内容和方法反映了人类社会对客观物质世界的理解，而这种理解会随科学技术的发展而不断更新。

小学科学教师：发展科学教育的关键角色

科学教育的特点对科学教师的专业素养提出了更高要求。科学教师不仅要系统掌握科学知识和学科教学知识，具备设计和运用探究式教学、项目式教学、跨学科教学等新教学方法的教学实践能力，还要能够熟练使用各种技术工具、实验设备和教育装备，丰富科学课堂的内容和形式。在此基础上，科学教师还要做到终身学习，不断更新自身知识体系，适应科学技术的快速发展。所以说，高质量的科学教育离不开高水平的科学教师队伍。

在科学教育的整个链条中，小学科学是最基础也是最重要的环节。小学科学面向的学生最多，覆盖面最广，影响也最为深远。每个孩子都是天生的科学家，当孩子们高高兴兴地走进小学，就踏上了科学启蒙之旅。在这个旅途中，一名优秀的小学科学教师能够激发孩子们对科学的兴趣和好奇，引领他们感受自然环境和人造物世界之间广泛而生动的联系，对于学生科学精神和观念的影响尤为巨大。小学科学教师在教学、评价和育人方面分别发挥着“向导”“伯乐”和“传扬者”的作用：他们带领学生探索纷繁复杂而又妙趣横生的科学世界，告诉学生往哪看会有精彩的风景；他们与学生们朝夕相处，掌握学生发展的长期过程性信息，是最有可能发现学生科学家潜质的人；同时，他们的科学精神和对科学本质的理解也在潜移默化地影响着学生们对于科学的情感、态度和价值观。毋庸置疑，小学科学教师就是推动科学教育高质量发展的关键角色，其科学素质和专业水平将直接影响科学教育的整体发展质量和未来我国科技创新人才队伍建设高度。教育部教师工作相关负责人曾提出，推进小学科学教师队伍建设是时不我待的“小切口”，加强小学科学教师培养，从“小切口”做“大文章”，就是撬动解决一系列重要科技创新和教育发展问题的核心支点。

加强小学科学教师培养：不仅需增量，还需提质

加强小学科学教师培养不仅至关重要，而且刻不容缓。当前我国小学科学教师队伍建设同时有数量和质量两方面问题。首先，受小学科学课时增长和学龄儿童人数增长两方面因素叠加影响，未来五年我国小学科学教师面临较大师资缺口。笔者使用“七普”数据和2021年出生人口数据，结合《中国教育统计年鉴》中“小学分课程专任教师学历情况”，根据黄健毅等人的计算方法，估算2017-2027年我国小学科学教师的供需变化（见图表1）。可以发现，由于小学科学教师初始数量严重不足，按照当前的供给模式在短期内难以填补巨大的师资缺口。2017年到2023年间，年均师资缺口高达12.8万人；2023年后，师资缺口将会随学龄儿童人数的减少而逐年缩小，到2027年，师资缺口仍将有大约3.5万人。

其次，我国小学科学教师队伍面临结构性问题，高素质、专业化、创新型教师严重匮乏，教师学科专业素质也亟待提升。在教师学历层次上，根据2003年到2020年《中国教育统计年鉴》的“小学分课程专任教师学历情况”数据，可以得到历年小学科学教师学历水平变化情况（见图表2）。

从2009年到2020年，本科学历的小学科学教师快速增长，从23901人增长到129428人；研究生学历教师人数从182人增长为4617人，但占比仅达到2%；专科学历教师人数基本保持稳定；高中及以下学历教师呈现快速减少趋势。由此可见，我国小学科学教师队伍学历水平在过去十年间已经得到显著提升，本科学历教师成为中坚力量，但研究生学历教师占比较低，在高素质研究型教师队伍建设上尚有较大提升空间。

在教师专业背景上，具有科学学科背景的小学科学教师严重短缺。王晶莹等人在调研中发现，具有理科专业背景的小学科学教师占比很低，平均仅为27.5%。田伟等人发现：在1533名四年级科学教师中，仅有16.6%的科学教师持有科学教育相关的教师资格。在专业培训上，有26.6%的教师没有参加过专业培训，且国培、省培等较高层次培训机会仍然偏少。在教师专职化上，专职小学科学教师匮乏问题仍较为严重，多数教师都是兼职，而在专职小学科学教师中，还有约1/4同时要教授其他课程。以上情况均表明，我国小学科学教师队伍中高素质、专业化、创新型教师的缺乏,已经成为限制小学科学教育发展的关键因素。

当前，我国小学科学教师队伍建设已经走到了关键节点。面对现代知识社会科学技术创新和人才培养加速演进的宏观趋势，以及我国人口“低生育、老龄化、城镇化、高流动”变化带来的巨大挑战，党和国家事业发展对科学知识和优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切。科学教师是科技创新人才的“工业母机”，建设高水平科学教师队伍就是在为科学技术创新蓄能，科学教育的长期性和系统性要求我们充分把握历史机遇，下好这步面向未来科技创新人才培养的“先手棋”。

培养高水平科学教师：从供需两侧双管齐下

当前小学科学教师队伍建设的核心问题是新课程改革背景下教师总量短缺和结构性供给不足。我们要从供给和需求两侧双管齐下，共同寻找解决方案。一方面，要在供给侧进行结构性改革，扩大科学教师供给，优化小学科学教师人才队伍结构。另一方面，要在需求侧开展针对性优化，去除制约学校对科学教师需求的各种束缚。对此，笔者提出以下四点建议：

一是要扩大科学教育及相关师范类专业的招生规模，同时鼓励综合性大学和理工科大学培养科学教师。一方面，要鼓励高水平师范院校新开设科学教育专业或科学教育辅修课程，加大科学教师供给量；另一方面，要特别注重在综合性大学和理工大学中培养小学科学教师。笔者认为比较好的培养模式是面向理工科高年级本科生开设两年制的科学教育专业硕士项目，以“3+2”或“4+2”的形式跨学科、跨院系、跨学校联合培养，拓宽高层次科学教育人才培养渠道。自2012年开始的科普硕士试点工作已经培养了一批优秀的科学教育人才与科普人才，为科学教育硕士培养积累了宝贵经验。

二是要优化在职科学教师培训体系，加强教科研共同体建设，并在综合性大学和理工科学院校建立培训基地。具体来说，以各地教研系统和教育管理部门为纽带，根据当地科学教育的实际发展情况和小学科学教师的真实需求，牵头组织高校、教研单位和中小学校之间密切合作，开展不同层次、不同内容、不同形式的教师培训活动。此外，总结各地师范大学教师培训基地的办学经验，依托高水平综合性大学、理工科院校、博物馆和科学中心，新建设一批科学教师培训基地，并将其纳入国培和省培专项计划，充分利用高校教育资源优势和科学中心设备优势，定期组织覆盖全体在职小学科学教师的线上、线下短期培训。以科学教师培养为契机，构建“大学-地方政府-教研单位-中小学校”协同育人的科学教师培养机制，并探索社会力量参与科学教师培养的合理途径。

三是要建立小学科学教学支持体系，构建科学教育资源共享平台，鼓励建设小学科学虚拟仿真教学平台。充分利用国家中小学智慧教育平台和教育专网等数字资源，通过数字行动助力小学科学教师专业发展和数字素养提升。探索科学教育内容生产的激励机制，鼓励创作高水平科学教育课程作品和数字资源。以教育信息化推动科学教育现代化，促进科学教育的数字化转型。

四是要消除当前科学教师培养和招聘中的沉疴宿疾，探索优秀科学教育人才队伍建设的实践路径。当前科学教师选聘中有三个主要痛点：一是部分地区中小学校受教师编制和户口指标限制，招聘科学教师的数量远不能满足其实际教学需要；二是当前在科学教师招聘中，教育管理部门对于岗位专业背景的不合理限制，影响了科学教师的有效供给。例如，部分小学科学教师岗位招聘时仅招理科背景，使得大量工科背景和科学教育背景的求职者无法报名应聘；三是当前各地小学科学教师的工资待遇与其他企事业单位相比竞争力有限，难以吸引具有研究生学历和理工科专业背景的高水平求职者，使得人才短缺无法得到及时补充。对此，一方面应当适度增加招聘名额和户口指标，释放学校的真实需求，并设立研究型教师专项招聘计划，提供具有区分度的岗位要求和薪资待遇；另一方面，可以请教育专家重新审定小学科学教师岗位的专业背景需求，将理工科专业、科学教育、教育技术等一系列与科学教育相关的专业纳入其中，避免因过度限制导致人才浪费。

“问渠那得清如许，为有源头活水来”。只有请最优秀的科学教师来培养我们的下一代，才能最大限度地激发他们对科学的好奇和热爱，才能让每个具有科技创新潜质的孩子被充分发现、认真对待。只有现在把加强小学科学教师培养提到战略高度上，有效解决当前高水平科学教师短缺的问题，才能在科学技术创新竞争中占据先机，赋能未来。

（作者：尚俊杰、石 祝，分别系北京大学教育学院学习科学实验室执行主任、博士研究生）

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