一、大科学教育视角下科学教育加法的新诉求

（一）科学素养目标加法：加强科学思维和科学情感

（二）科学教育方式加法：增加科学实践经历

（三）科学教育内容加法：加强跨学科知识的融入

（四）科学教育场景加法：加强社会大课堂空间支持

二、综合实践活动课程落实科学教育的价值意蕴

（一）唤起学生的科学兴趣与科学情感

（二）创设应用科学方法和科学思维的真实情境

（三）开启解决问题的多棱视角

（四）提供打通科学教育正式和非正式学习的实践场域

三、综合实践活动课程中落实科学教育的行动路向

（一）优化跨学科视野的科学实践项目设计

（二）推进基于课题与项目研究的实践学习机制

（三）加强学生科学素养结构中的非认知能力因素培养

科学教育是提升全民科学素养，培养科技创新人才的重要基础。中小学科学教育作为新时代一体化推进教育、科技、人才高质量发展的国家战略，需要落实习近平总书记关于在教育“双减”中做好科学教育加法的指示精神与系统部署，从“大科学教育”视角构建科学教育新格局。随着人工智能的快速发展与知识爆炸时代的到来，越来越多的人认识到，推动我国科学教育高质量发展，必须改进“我国学生在科学教育上静态的知识掌握水平良好，但在基础教育领域存在重科学知识记忆与考试分数、轻视科学与逻辑思维训练现象”。综合实践活动课程作为一门以自然为书本，以社会为课堂的跨学科实践性课程，不仅可以打通学校正式科学教育和校外非正式科学教育的壁垒，更能运用研究性、项目式等学习方式落实科学学习方式的升级转型，是大科学教育视角下做好中小学科学教育加法，提升学生科学素养不可小觑的实践路径。

一、大科学教育视角下科学教育加法的新诉求

（一）科学素养目标加法：加强科学思维和科学情感

科学教育以提升学生的科学素养为核心目标，科学素养包括科学认知、科学探究能力、科学情感和科学思维等方面。在《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中，科学思维、态度责任与科学观念、探究实践一起构成我国学生科学素养的基本内容。

一方面，加强科学思维培养。新课标明确提出，不仅要让学生掌握一般的思维方法，还要掌握科学思维方法（包括模型理解和模型建构、推理与论证、创新等要素）。科学教育要走出“演绎”的思维方式，成为多数学生开展学习活动时的偏好，更重视学生的推理、建模和论证等高阶思维能力的培养。另一方面，重视科学精神唤起。科学教育需要培养能够参与当代科技、自然、生命、环境等议题协商的负责任社会公民。让学生认识科学本质，进行批判性思维，成为负责任和知情的公民，激发学生的科学探究兴趣和欲望，提升学生参与科学的责任感、信念与价值观，成为科学教育目标中亟待加强的部分。

（二）科学教育方式加法：增加科学实践经历

科学实践作为科学教育的重要方式与内容，倡导学生“像科学家一样做科学”，即强化学生的科学实践经历，帮助学生知晓科学知识的生产、科学的作用和限度，了解科学家共同体是如何工作的。科学实践并不是新名词，进入21世纪以来，众多发达国家已将“科学实践与科学探究”作为科学课程的基本范式，并强化科学教育与技术教育、工程教育的联系。如美国2011年发布的《K-12科学教育框架》就确定了八种科学与工程领域实践的内容。

我国2001年颁布的《全日制义务教育科学（3-6年级）课程标准》就有了对科学实践的详细规定。新课标更是多次论及“探究实践”“倡导以探究和实践为主的多样化学习方式，让学生主动参与、动手动脑、积极体验，经历科学探究以及技术与工程实践的过程”。要求学生兼顾动脑“思”科学和动手“做”科学，在涉身探究与实践中体验科学，学习科学方法并解决科学问题。这能促使学习者在实践经历中建构科学知识，并将这些知识转化为对实际问题的解决与创造。拓展科学实践活动，加强科学实验和探究，推进项目式、研究性学习成为当前科学教育的另一项重要加法。

（三）科学教育内容加法：加强跨学科知识的融入

科学教育内容之间的广泛关联性被日益关注。进入21世纪以来，欧美一些国家与地区更加注重将学生带进社会、文化、生活情境中去发现和处理科学问题，他们推进的科学教育不仅涉及基本学科中的科学概念和原理，还涉及学科之间的交叉和融合。如美国提出在“STEM教育”概念框架下推进科学教育与技术教育、工程教育、数学教育的跨学科融合；欧洲教育工会联盟委员会推出的基于社会性科学议题教学的相关项目，将科学问题和社会文化环境等情境联系起来。在我国，教育部等十八部门联合印发了《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（以下简称《意见》），提出统筹规划科学教育与工程教育的要求。中小学科学教育不再仅仅囿于物理、化学、生物学、地理、信息科技/信息技术、通用技术等传统的基础性科学学科，综合实践活动课程、STEAM课程及社团活动等能为学生提供基于真实生活情境的跨学科课程与教育活动也被日益关注。

（四）科学教育场景加法：加强社会大课堂空间支持

科学教育不仅发生在学校正式学习场所，也发生在校外各类科技场馆、科学实验室、真实的自然及社会环境等非正式学习场所中。有研究表明，非正式学习环境中的科学活动更有助于学生发展科学兴趣、理解科学知识、从事科学推理、反思科学、参与科学实践、认同科学事业。科学教育水平相对发达的国家都极为重视校外力量对学校科学教育的推动作用，如在美国、法国、日本、韩国等国家，科学博物馆成为学生日常生活之外重要的“第三空间”。在我国，《意见》明确要求各地建立“科学教育社会课堂”，组织中小学生前往科学教育场所，进行场景式、体验式科学实践活动，增加科学教育的社会大课堂教育场景。我国中小学科学教育亟待构建学校正式科学教育与校外非正式科学教育协同体系。

二、综合实践活动课程落实科学教育的价值意蕴

（一）唤起学生的科学兴趣与科学情感

综合实践活动课程通常会把学生放置在真实的社会生活情境下，把学生视作参与解决真实问题的学习主体参与到主题研究中。那些在通过观察自然、社会生活而提出的研究问题，在提升学生科学兴趣、态度、情感和责任心方面有着不可小觑的价值。如当学生产生“太空之外是否有生物”“给猪听音乐能让它长得更快吗”“海平面升高是因为气候变暖吗”等奇思妙想时，他们的好奇心被激发了；当学生观察生活现象，思考“放进冰箱里的水是热水先结冰还是冷水先结冰”“台风来临时的天气变化是有原因的吗”“酵素产品到底有没有厂家所宣称的效果”等问题时，他们的质疑态度激发他们更为理性地分析问题；当学生探讨“核电发展和环境污染问题”“智能化管理带来的隐私问题”等问题，并试图去寻求解决方案时，学生体现的是一个负责任的社会公民参与科学问题解决的科学情感和科学责任。真实情境下提出的真实问题，成为唤起学生科学兴趣与科学情感的引擎器。

（二）创设应用科学方法和科学思维的真实情境

在科学研究过程中，需要经历明确科学问题，提出科学假说，制订研究计划并付诸实施，收集数据、资料、事实等，再通过相应的科学思维方法推理得出科学结论，发展科学模型、科学概念、科学定律、科学理论等，最后讨论科学结论的意义及实践价值。综合实践活动课程主要以跨学科研究性学习为主，学生经历提出问题、分析问题、解决问题的研究性学习过程与科学实践程序是一致的。这也使得各类综合实践活动为学生提供了大量应用和实践科学方法和科学思维的机会。学生需要采用观察、实验、探究和推理等科学研究方法完成研究活动，并在这个过程培养科学素养。如开展“气象观测研究”需要定时观察气温变化并做好记录，开展“校园植物养护”需要观察植物生长情况并做记录分析，开展“运河码头保护现状研究”需要实地走进运河两岸的古码头，观察记录码头的遗存和使用情况来研究古运河的发展和保护。其间，学生有机会运用观察记录的方法记录自然现象、实验结果和实践过程中的变化和规律来分析问题。如开展“学生课余生活研究”需要发放学生课程生活安排调查问卷，访问校内同学课余时间安排等形式，这让学生能有效地运用调查方法收集信息；如开展“光敏脆弱文物的保护研究”需要设计一个光源对比模拟实验，检测光源强弱对于文物的影响，这让学生有机会更好地运用科学实验来解决问题，课题研究活动过程正是学生经历科学实践的过程。

（三）开启解决问题的多棱视角

大科学教育视野下，不仅要关注科学教育内部的跨学科特点，也强调科学教育和人文教育的融合。综合实践活动课程是跨学科学习课程，需要学生综合运用各个学科的知识来综合解决真实的问题。学生研究的主题通常是科学、经济、政治、安全、文化和伦理道德交织在一起的复杂性的社会问题。如污染问题，是科学问题，同时也是社会、经济问题。学生开展“调查分析垃圾焚烧场对周边生活区环境的影响并给出改进方案”“化工厂废气排放对于本地区环境污染程度的调查”等研究，仅仅运用科学的知识、原理和方法分析污染的原因、危害及可持续发展的需求还不够，还需要从该地区发展模型、民生需求、经济状况等更全面的角度去分析和思考问题，解决问题的视角需要考虑科学之外的因素，如污染源搬离和本区域经济发展模型、区域财政经费等的相关性，民众的利己心态对于科学判断的质疑和抗拒等。可见，综合实践活动课程有助于学生回到科学的复杂系统——真实生活中去认识科学问题，提供了跨学科思考并解决问题的多棱视角。

（四）提供打通科学教育正式和非正式学习的实践场域

大科学教育特别需要社会领域提供更多的支持，充分利用各种社会资源，让更多专业人士参与科学教育也成为了当前中小学科学教育发展需要解决的问题。综合实践活动课程作为实践性课程，实施中将校内小课堂和校外大课堂打通实施，注重校内的正式学习（综合实践活动课程）和校外的非正式学习（各类校外实践活动）的有机融合，一体化实施。如开展“风力发电使用研究”，在综合实践活动课上，学生完成选题论证和方案设计后，需要实地考察风力发电机，在绵延的山脉中观察风力发电机同时运作的状况；需要走进当地的风力发电工厂，从开发商和运营商处了解风力发电目前的情况；需要求教相关企业或研究所里的专业技术人员，了解风力发电装置构成、核心技术等。在自然和社会的实践大课堂中，学生能够更多地学习到科学书上无法写进去的知识，更为深入地分析思考风力发电所带来的利与弊。可见，综合实践活动课程有助于构建正式学习场景和非正式学习场景相结合的大科学教育实践学习场域。

三、综合实践活动课程中落实科学教育的行动路向

（一）优化跨学科视野的科学实践项目设计

综合实践活动课程中有大量的体现社会、科学融合的综合性主题，如气候变化、环境污染、人类健康、食品安全、能源危机等。这些与科学教育高度相关的主题，同时也与真实生活情境高度融合，可以将之开发、设计成为跨学科视野的科学实践项目。

一是回归真实生活，设计跨学科解决问题的实践情境。综合实践活动课程中科学研究问题不是预设的，而是学生在日常生活中主动发现，并基于生活情境提炼与萃取而成的。实践项目设计之始是实践情境，好的实践主题能带领学生走进真实生活，促使学生联结真实情境关注最新的科学技术领域，提升问题并深入思考。如土壤污染主题设计时，学生可能的实践情境设计是：学生在走进一些土壤污染严重的地区时，发现工业活动、生活垃圾、废弃电子产品、各类杀虫剂除草剂、汽车尾气等都可能是污染源。可以设计以下导引问题引发学生深入地思考和探究：这个地区的土壤污染到底会到什么程度？是否存在区块差异？土壤污染会造成什么影响？造成环境污染与当地的区域经济发展模式有关系吗？这些污染的土壤能治理好吗？有没有更好的举措？将实践项目置于真实情境，其复杂性能促使学生的研究视角不再囿于科学，还能与经济、政治、安全、文化和伦理道德等问题交融。

二是以大概念为中心，设计科学知识和方法融合运用的主题框架。我国科学教育新一轮课程改革倡导围绕大概念组织教学内容，培养学生科学思维、科学探究以及态度与责任。设计落地科学教育的综合实践活动课程主题，需要以大概念为中心，体现科学知识、方法和情感态度的融合体。通过以大概念为中心的设计，可以从理解科学的概念、原理和方法，运用科学知识和科学思维解决问题，科学实践的情感和责任三个维度进行设计。如土壤污染主题中，土壤污染作为一个大概念，从科学知识角度看，需要厘清学生运用科学知识、原理和方法的可能性知识关联；从科学方法角度来看，学生需要运用实地观察、调查、实验、文献等多种研究方法发现污染现象、分析河流污染的原因、危害，提出有针对性的保护措施，学生主题活动经历过程中便是一次多种科学方法运用的研究过程。

三是评估学生认知基础，设计与学生水平能力相当的实践任务。以实践问题解决为载体的学习只有符合学生自身认知规律和能力水平才会产生效率，设计时需要认真评估学生的认知基础，设计与学生水平能力相当的实践任务，防止出现好高骛远、过犹不及。如同样是环境污染问题研究项目，七年级科学课有“噪声污染及其控制”相关内容，更适合开展关于声音污染的相关研究项目；八年级科学课有“空气污染”“水土流失”相关内容，更适合开展空气污染、水污染、土质污染方面原因分析的实践研究任务。

（二）推进基于课题与项目研究的实践学习机制

综合实践活动课程中常用的课题研究和项目设计活动，都需要学生作为研究主体经历主动发现问题、确立研究课题（项目）、建立研究假设、设计研究方案、操作并验证研究假设、生成结论并形成成果的周期性研究过程，能为学生提供更多做中学、用中学、创中学的科学实践学习经历，也可以超越日常科学课受时空限制的问题。实践中需要进一步构建并完善基于课题与项目研究的科学实践学习机制。

一是探究—实验：构建依托课题的开放性科学实验研究机制。为了促使综合实践活动课程中的课题研究更好地支持学生运用科学思维和科学方法解决问题，需要构建体现实验与探究一体化的开放性科学实验研究机制。依托课题的开放性实验研究是指，学生针对生活中发现的问题确立研究课题，在不知晓实验结果的前提下，通过自己的实验，探索、分析、进而寻找解决问题的实验研究过程。与解释原理的演示性实验不同，这类实验的过程与结构都是开放的，即它聚焦真实问题的解决，试图用实验结论和综合运用知识并重的形式，分析解释生活中问题产生的原因及联系，形成解决问题的科学决策。如“化工区废气对健康影响的实验研究”“道路旁土壤中铅含量的测定”等都是此类课题。可以从提出研究问题、确立研究课题、开展科学实验、整理分析资料、形成研究报告几个步骤构建学习机制。

第一，提出研究问题。学生基于生活中的发现提出问题，如学生就人工智能的不可预测性提出“人工智能的优势那么多，还有哪些问题需要解决？”就人们对转基因食品种植的争议提出“控制转基因玉米种植是否会影响经济发展”，就水质污染问题提出“家乡河流水质是否也有污染”。第二，确立研究课题。学生对感兴趣的问题进行论证分析，然后选定有价值的问题，建立研究假设，并将之转化为研究课题。如关于河流污染，学生提出“家乡河流水质可能也存在污染，可以通过水质检测发现其污染程度，也可以通过寻访周边的污染源去采取保护研究”。第三，开展科学实验。学生围绕研究课题设计研究方案与实验方案，并通过实验、调查、观察等科学研究方法开展研究。如“家乡河流水质检测和保护研究”，学生走进家乡的河流，采集水源样本，并设计关于水质酸碱度和重金属污染检测实验。通过实验来分析和判断河流水质是否受到污染，进而经历提出科学假设、设计实验、收集和分析数据、得出结论的科学研究过程。第四，整理分析资料，形成研究报告。在科学实践探究基础上，学生完成了资料和证据收集，进而梳理自己的研究发现，逐步建构自己的观点，并用研究报告的形式完成研究。如“家乡河流水质检测和保护研究”课题中，学生最后完成《家乡河流重金属污染现状的分析和保护举措》并交流发布。

二是实践—创造：构建依托项目的科创作品设计学习机制。为了促使项目设计制作更好地支持学生发挥创新思维、完成科技创新作品，需要构建体现实践与创造一体化的科创作品设计学习机制。依托项目的科创作品设计学习是指，学生进行设计并动手操作，将自己的创意、方案付诸现实，转化为项目作品的过程。依托项目的科创作品设计就有工程、技术、科学探究运用于一体的特点，学生通常以具体的科技创新作品的设计和制作为载体，运用科学知识及科学与工程的思维方法进行主题探究和作品制作。如配制可供植物生长的无土营养液以促进农作物生长，设计与制作一台小型风力发电机体现节能环保理念等。

第一，观察日常生活，确定项目。项目源自学生的生活观察，有机会选择自己感兴趣的科学主题，并以产品制作的形式进行作品的设计和制作。如小区工作人员每次都要花很大力气对小区池塘的浮萍进行清理，药剂清除容易对水体造成破坏，是否可以设计一个适合社区水体的浮萍清理装置？陀螺转得快和陀螺自身设计有关系吗？如何制作一个转得更快的陀螺？这些问题都可以成为学生的项目作品选题。第二，合理分析推理，构建设计模型。学生结合需要从设计制作产品的功能、结构、安全、成本、制作方法等角度进行分析，形成设计方案和设计模型。“制作一个转得更快的陀螺”过程中，学生可以从陀螺的直径和高度比、均称度、摩擦力、转速、大小等角度探究陀螺旋转的科学原理，并设计陀螺模型。“设计一个适合社区水体的浮萍清理装置”时，学生需要完成装置设计草图。第三，制作形成作品，迭代完善。学生完成作品制作，并在实际操作中改进与完善。如制作陀螺时，根据设计图纸，学生选定了制作陀螺的木材，进行风干，然后削轮廓、加工修改，截粗坯、安珠子、磨细致、画装饰的过程做成一个陀螺。完成制作成品后，学生通过陀螺转动的形式不断测试陀螺的转速，并做调试改进；制作浮萍清理装置时，学生则在测试中发现，单个水泵无法很好地吸收浮萍，需要增加一个水泵，这样才能优化装置的平衡和动力问题。第四，作品推广展示。项目作品展示和推广是学生反思科学实践的过程，也是解释科学原理和创新发现的过程。

学生科学素养包括科学认知、科学思维、探究实践、态度责任与科学观念。其中，科学认知、科学思维和探究实践属于认知能力，学生科学情感态度等综合表现则属于非认知能力。在大力推进科学精神和科学家精神的今天，科学教育中的学生非认知能力也亟待引起重视。非认知能力包括目标动机、自我控制、与他人合作、情绪管理、适应力、责任心和毅力等方面的能力。综合实践活动课程不仅可以提升学生应用科学知识和形成科学探究能力等认知能力，也能发挥促进学生的好奇心、质疑精神、坚持不懈等非认知能力方面的优势，引导学生体验“负责任的研究与创新”（responsible research and innovation, RRI）实施过程中，需要将培养学生好奇心与质疑精神、自我管理和协作沟通、社会责任和使命担当的目标贯穿到整个学习过程中，促使学生在自我参照、自我反思、自我鼓励过程中更好地构建与完善，进而丰富学生科学素养。

一是问题提出阶段的好奇心和质疑精神唤醒。将学生是否“留意自然和社会现象的复杂多变”，是否“能主动观察并比较日常现象中的异同”，是否“对日常现象提出质疑或问题”等列为这一阶段学生非认知能力提升的重点。学生提问过程中会不会不断地追问和厘清问题，体现的是他们的好奇心和质疑精神。如“海平面升高与气候变暖有关系吗”的问题，源自学生对于生活现象的好奇，折射了学生对于环保这一社会问题的关注。

二是问题解决阶段的自我管理和沟通协作能力运用。将学生是否“坚持完成活动任务，不中途放弃”“过程中能沟通协作，与同伴合作完成”“情绪低落时主动自我调适，做好自我情绪管理”等列为这一阶段的关注重点，帮助学生在解决问题的实践过程中不断提升自我管理和合作沟通的能力。如学生是否可以持之以恒地完成研究，体现了他们的自制力和意志力；学生为了追求更好的设计作品，不断迭代升级设计稿，体现他们的自我管理能力。

三是反思总结阶段的社会责任感和担当意识升华。将学生是否“尊重和保护自然，促进环境的可持续发展”，是否“关注社会发展，积极参与社会发展事物”列入反思阶段的参照，支持学生更好地体悟社会责任感和使命担当。在反思总结阶段，学生的自我反思和小组互评可作为一个重要类目。当学生反思“经历了身边河流水质研究而感受到保护水资源的重要性，愿意更多地投入环保工作”，分享实践过程中走访那些默默为科技发展作出贡献而不求回报的科研工作者的感悟时，体悟的是科学研究者的社会责任与爱国情怀。