2023年5月教育部等十八部門印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》指出，從改進學校教學與服務、用好社會大課堂、做好相關改革銜接等方面入手，對加強中小學科學教育進行系統性設計與制度性安排。中小學階段是拔尖創新人才培養的“發軔期”，強化各學段科學教育的質效及銜接，推進科技成果以適應性變革融入中小學教育，筑牢科學教育根基，將有力支撐科技強國、教育強國建設。長期以來，“質效不足”“銜接不力”作為中小學科學教育亟待破解的關鍵難題，成為懸于我國拔尖創新人才培養上的“達摩克里斯之劍”。有效提升中小學科學教育育人質量，從長遠解決我國拔尖創新人才培養短板，推進一體化建設是破題之關鍵。全面、透徹認識中小學科學教育一體化的內涵及動因，探索其積極而可為之道，是全面推進中小學科學教育一體化建設的重要基礎和前提。

一、中小學科學教育一體化的內涵

理解中小學科學教育一體化的內涵，我們需要明確其中的科學教育、一體化各自的概念所指。

（一）科學教育

科學教育可從目的、內容、過程、時空等多個維度進行定義，一般認為科學教育是面向全體青少年的，以自然科學知識為內容載體，旨在發展學生科學素養的教育教學活動?？茖W素養是21世紀科學教育的核心目標，也是其主要內容。何以促成學生科學素養的全面、整體發展，是中小學科學教育一體化的關鍵命題。

近年來，對科學素養進行界定的主要有學者、國家和國際組織三類主體，如我國《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“科學新課標”）提出科學核心素養包括科學觀念、科學思維、探究實踐與態度責任。美國國家科學院、工程院、醫學院與科學教育委員會等機構共同編寫的《科學素養：概念、情境和影響》指出，個體科學素養包括基礎性素養、內容知識、理解科學實踐、認識性知識、對科學專門知能的辨識、對科學的文化理解，以及傾向和思維習慣。盡管各主體對其莫衷一是，但仍可凝練其概念之基本共識，對科學素養內涵進行整體把握：科學素養是學生核心素養的重要組成部分，涵蓋科學認知、科學思維、科學實踐、科學品格四個維度，能夠幫助學生從整體上認識自然世界、理解科學本質，發展科學探究與實踐能力，形成系統的科學思維以及正確的科學態度，成為知情、負責任的合格公民。中小學科學教育一體化的核心要義，即是通過教師教學促進學生科學素養的全面發展、橫向融通。

（二）一體化

一體化是指將兩個及以上原本相互獨立、互不干涉的主權實體，通過某種恰當的方式使其聯結，在同一體系下共同運作、相互包容。一體化強調整體性，整體性消解多元之間的割據狀態，實現主體由“多”變“一”。對于當前中小學科學教育，我們既要強調其整體性，又不能消解各學段科學教育在課程形態、教學組織、資源供給等方面的特殊性及差異性。中小學科學教育一體化就是要按照中小學各學段的特點，把每一個學段做好，并使之合理銜接，形成一個循序漸進的科學教育序列，促成學生科學素養發展的縱向貫通。

在理解上述概念基礎上，我們把中小學科學教育一體化定義為在統一的科學傳統指引下，中小學科學教育圍繞共同的育人目標，根據各學段學生的年齡特征與發展需要，賦予各個學段適切的科學課程內容，開展符合學生認知水平、發展階段的教育教學，接力實現不同學段的目標，促進學生科學認知、科學思維、科學實踐、科學品格的全面和進階式發展，最終實現科學育人的總體目標。需要強調的是，中小學科學教育一體化有以下三個特征：第一，統一性，表現在中小學科學教育各學段的培養目標、育人模式必須保持統一，一致指向學生科學認知、科學思維、科學實踐與科學品格的培育與聯通，促成學生科學素養的全面發展；第二，接續性，表現在中小學科學教育各學段的內容、實施等要循序漸進、合理銜接，促進學生科學學習的不斷深化、進階，實現學生科學素養發展的縱向貫通；第三，系統性和整體性，表現為中小學科學教育應突破學校課堂之藩籬，充分利用校外科學教育學習機會和學習資源，使之與校內科學課程相互配合、有效對接，構建一個有序的、整體性的科學教育資源體系。

二、中小學科學教育一體化的動因

中小學科學教育為何要一體化？從理論層面看，科學的“一體性”要求中小學科學教育應培養學生全面發展、內在聯通的科學素養；從實踐層面看，中小學科學教育在育人模式、教育內容、教育資源上存在“區隔性”的窠臼，一體化是擺脫窠臼的關鍵舉措。

（一）科學的“一體性”：中小學科學教育一體化的學理依據

理解科學的“一體性”，我們需明確科學的本質為何，以及它是否符合中小學科學教育實際。在本體論視角下，“科學”即“科學知識”，是人類對自然世界的主觀認識成果，包括有關自然客觀存在及發展規律的知識等。在認識論視角下，“科學”的本質是“科學探索”，反映了人類對自然世界的主動探索過程，包括提出問題、作出假設、方案的設計與實施、描述與解釋、分享與交流等環節。在方法論視角下，“科學”即“科學方法”，反映了人類在認知自然世界時使用的科學方法，包括科學觀察方法、科學邏輯思維與科學實證方法等。

科學新課標指出，“對科學本質的認識，如對科學知識的可驗證性、相對性、暫時性的認識，對人與自然關系的認識……”可以看出現行課程標準是基于本體論來闡釋科學的本質，即將科學知識視為科學的本質。在中小學階段，知識教育是培育學生科學素養的主要手段，無論是“科學探索”還是“科學方法”，其實質都是學生對科學知識的獲取、內化及遷移。拋開知識，科學教育便成了無源之水、無本之木，因而科學本體論的觀點更貼近中小學科學教育實際?？茖W新課標還指出，“科學是人類在研究自然現象、發現自然規律的基礎上形成的知識系統，以及獲得這些知識系統的認識過程和在此過程中所利用的方法?！睋Q言之，“科學”由三方面知識構成：一是“自然世界知識”，即用于解釋自然現象、科學事實的認識性知識，譬如科學概念、理論與模型等；二是“科學探究知識”，指的是用于開展科學探究實踐活動的程序性知識；三是“科學本體知識”，主要涉及科學的人文性、社會性及倫理性等價值性知識。

科學作為一個有序知識系統，是完整一體的，“自然世界知識”“科學探究知識”與“科學本體知識”三者密不可分。中小學科學教育要想傳遞給學生真實、完整的“科學”，需注重學生各維度科學素養的全面發展、內在聯通。

一方面，“科學的一體性”要求學生各維度科學素養的全面發展?？茖W認知是學生通過對科學概念、理論等“自然世界知識”的理解、加工及建構，獲得有關客觀事物及其發展規律的總體認識的過程；科學思維是學生運用科學知識解決科學問題的一種思維，包括理性思維、整體思維、辯證思維、創新思維等，它是“科學探究知識”向個體智力技能轉化的產物；科學實踐即指學生在科學實踐活動中，表現出的科學探究能力、技術實踐能力與自主學習能力，它是“科學探究知識”在個體動作技能上的反映；科學品格是學生在深層理解科學知識本質、科學與社會關系等“科學本體知識”后，形成的正確科學態度及社會責任感，包括懷疑與問難的態度、作出判斷時的謹慎及對資源和環境的責任感等?！白匀皇澜缰R”“科學探究知識”與“科學本體知識”是整全一體的，其對應的學生各維度的科學素養更是缺一不可的。中小學科學教育缺少任何一個維度的科學素養培養過程，都是對科學知識系統性、一體性的背離。

另一方面，“科學的一體性”要求學生各維度科學素養的內在聯通?！白匀皇澜缰R”“科學探究知識”“科學本體知識”共同構成科學整體，其間相互聯系、相輔相成。學生對“自然世界知識”的認知過程，需要“科學探究知識”作為保障，即具備一定的科學思維、科學實踐能力。高水平的科學思維和科學實踐能力，能夠幫助學生在真實的科學實踐中有效感知與辨別“自然世界知識”，形成更系統、更完整的科學認知結構。此外，學生在科學實踐中收獲的體驗，將直接影響其對科學知識本質、科學與社會關系等“科學本身知識”的理解程度。學生能否正確理解“科學本體知識”，將直接決定其形成的科學品格優劣與否。優良的科學品格能夠滋生積極的科學態度，陶冶正確的科學價值觀，增強學生運用“科學探究知識”開展科學探究、解決科學問題的自我效能感，驅動學生不斷獲取“自然世界知識”、健全科學認知結構?？梢姡行W科學教育要想引導學生對“科學”進行整體把握，需培養學生內在聯通的科學素養體系。

（二）實踐的“區隔性”：中小學科學教育一體化的現實訴求

科學素養是科學教育的核心目標，科學教育應促進學生科學素養的全面發展、內在聯通。審視當下中小學科學教育，其育人模式、教育內容等缺乏一體化設計，存在諸多“區隔”，難以有效促進學生科學素養的橫向聯通、縱向貫通。

首先，育人模式的“區隔性”，掣肘學生科學素養發展的橫向聯通。2018年《中國義務教育質量檢測報告》顯示，四年級和八年級學生在“科學思維”與“科學探究”能力上的得分比“科學理解”低4~10個百分點，這在一定程度上折射出當下中小學對學生科學思維、科學實踐能力的培養可能并不充分，仍偏執于科學知識講授，在育人模式上存在“區隔性”。受制于應試壓力，中小學科學教師投入大量精力講授科學知識，常常區隔、旁置了科學實踐和科學探究教學。這可能造成學生難以將知識學習與能力發展有效結合，只是記憶知識符號本身，而對科學知識本質及其探索過程知之甚少，缺乏進行科學思維、科學實踐能力訓練的機會。此外，一些中小學校的科學探究教學存在形式主義現象，既無明確的科學探究目標，也缺乏探究背后的科學原理挖掘，學生只是亦步亦趨地按照固定程序、方法進行操作，很少進行自主探究。在這樣表面化、形式化的科學探究教學中，很多學生僅能獲得科學探究與實踐活動給予的“逃離書本知識”的歡愉，難以在實踐情境中對科學知識真正地進行遷移及運用，更遑論涵養科學思維、科學實踐能力?？茖W知識只有轉化為思維與實踐能力才能內化為學生的科學素養，否則，就只是一些碎片符號的搬運與堆積。

其次，教育內容的“區隔性”，限制學生科學素養發展的縱向貫通。小學科學教育已初步發展了學生對自然世界的整體性認知，形成兼具統攝力與完整性的科學知識體系。中學科學教育應在學生已有科學認知基礎上，通過系統學習更有解釋力量與社會意義的，以學科形態呈現的科學知識來深化對自然世界的認知。然而目前我國中學科學教育內容并未充分承接小學科學教育內容，甚至存在與小學科學教育內容相區隔的危險。這種區隔具體表現為中學科學教育內容過于強調學科知識的完整性，卻相對忽視學科知識之間的聯系，跨學科教學內容占比不甚充分。這可能致使學生獲得繁多、孤立的學科知識，卻難以形成關聯、統整的科學知識體系，與小學階段形成的前科學認知相悖，進而加重學生的科學認知負擔。此外，有些教師將跨學科教學視作應付差事，盲目地臆造學科聯系、拼接學科知識，陷入“為跨而跨”“拼盤教學”的教學誤區。由此，中學科學教育不僅未與小學科學教育合理銜接，還可能削弱中學科學課程的部分育人成效，無益于學生科學素養發展的縱向貫通。

最后，教育資源的“區隔性”，削弱學生科學素養發展的意義基礎。目前一些中小學校將科學教育資源等同為物理、地理、生物等課程資源的簡單疊加，對校外科學教育資源的利用、整合力度不夠，造成校內外科學教育資源的相對區隔。在單一的科學教育資源供給下，中小學科學教學可能出現直觀性不足的問題，教師在教學過程中缺乏與科學知識相適配的科學情境，陷入“口說無憑”的教學無力感。如此的科學教學向學生傳授大量既定、先驗、靜態的科學概念、理論，與日新月異的科技發展難以形成邏輯吻合。多數學生在科學課堂上只對科學知識進行了淺層認知加工，難以建立科學知識與生活世界的意義聯系，更遑論將所學知識遷移、應用于現實問題解決，嚴重削弱學生科學素養發展的意義基礎。

三、中小學科學教育一體化的推進邏輯

面對“科學的一體性”與“實踐的區隔性”的要求，中小學科學教育該如何推進一體化建設，促進學生科學素養發展的橫向聯通、縱向貫通，發揮中小學科學教育的最大育人價值？

（一）以科學建模教學為聯結點，構建一體化科學教育育人模式

推進中小學科學教育一體化，關鍵在于促進學生科學素養的全面發展。面對當下中小學科學教育重科學認知建構而輕科學思維、科學實踐能力培養的難題，需要探賾科學認知與科學思維、科學實踐的教學聯結點，構建一體化的科學教育育人模式。

科學建模教學通過聯結模型認知教學與模式實踐教學，彌合育人模式之“區隔”，促成學生科學素養的全面發展、橫向聯通。建模教學并非新鮮事物，早有學者提出讓學生在建模過程中思考和檢驗對自然世界的認識和解釋，開展基于模型的教學實踐?！盎谀Ｐ偷慕虒W”是讓學生理解、使用和修改現有科學模型，使其掌握模型的本質、功能和可變性等，指向學生科學模型認知的發展。但“基于模型的教學”并不等同于“科學建模教學”，科學建模教學兼顧學生科學模型認知與模型實踐能力的發展。一方面，科學建模教學能夠深化學生的科學認知。科學建模教學需要學生具備一定的科學模型認知作為基礎，同時又引導學生通過檢驗科學模型對科學知識的契合度、解釋力，發展對科學知識的深層次理解，鞏固學生已有科學認知體系。另一方面，科學建模教學能夠涵養學生的科學思維、科學實踐能力?？茖W建模教學在培養學生對現有模型的認知的同時，還讓學生充分調動想象力來創造新的模型，并通過實驗和探究不斷評估、修改與檢驗模型，進而對某一科學現象產生新的解釋或預測新的結果，涵養學生的科學思維、科學實踐能力。由此，科學建模教學通過模型認知教學與模型實踐教學的交融耦合，有效彌合了育人模式之“區隔”，實現學生科學認知、科學思維與科學實踐的一體化培養。

在教學實踐中，教師需先厘清科學建模教學的概念，明確科學建模教學的目的不僅在于提高學生的模型認知水平，還應發展學生的模型實踐能力。在此基礎上，教師便可根據教材有序開展階段性的模型認知教學與模型實踐教學。但教材中的科學模型常以不同的媒介和表現形式呈現，因此教師需要提高自身的“元視覺能力”，以便精準識別模型背后的科學原理知識，有效地開展模型認知教學。以開普勒定律為例，教材上的相關模型包括行星系統照片、一些物理方程等，教師只有精準識別、掌握它們與開普勒定律之間的關聯，才能在教學中正確地解釋各種模型。此外，教師在模型認知教學中應根據不同內容的不同特點，采取顯性或隱性的方式傳授于學生。有關模型功能的內容，可以直接采取講授教材的顯性方式，譬如引導學生通過伽利略斜面實驗模型理解牛頓第一定律（慣性定律），強調模型的解釋功能建立在邏輯推理的基礎上。而有關模型可變性的內容，可以隱性地融入科學史的教學中，譬如通過展示魏格納的板塊構造模型、哥白尼的日心說模型等科學模型的演進歷程，讓學生意識到模型并非“一成不變”，而是會根據新的證據而改變。

模型實踐教學可從以下三類建?；顒忧腥?。一是探索型建模，即讓學生在模型的應用與評估中探索模型的特性。具體而言，是讓學生在新情境中應用現有模型解決問題，探索現有模型的功能和適用情境，并評估現有不同模型對同一現象的解釋度，研判其關系與優劣，譬如人教版八年級初中物理教材中的“大氣的壓強”一節，教師可以讓學生通過“建構封閉系統—改變一側氣壓—形成內外壓差”這一思維模型，來解決“瓶吞雞蛋，如何讓雞蛋從瓶中出來”這一情境問題，從而增強對這個思維模型的理解。二是表現型建模，即讓學生在新情境中通過修改模型來表達自己對特定主題的想法。當模型無法解釋學生所作假設或所得證據時，則需對模型作出修改，以驗證新假設、表達新觀點。以“空氣的熱脹冷縮”一課為例，教師將有缺口、癟的乒乓球放到熱水盆中，乒乓球并未如假設一樣恢復原狀，就此引導學生探討其中原因，并對乒乓球這一實體模型作出修改。三是創造型建模，即讓學生自主創造新的模型來解釋實驗現象的結果，為其建構科學表征，并在模型測試、評估過程中完善新模型。還以“空氣的熱脹冷縮”一課為例，教師將完好的、癟的乒乓球放到熱水盆里，乒乓球恢復原狀，引導學生構建圖形模型解釋這一現象（比如圓圈范圍代表體積，圈里的黑點代表重量），進而討論、分析該模型是否能包含各種現象和數據。

（二）以跨學科內容整合為切入點，設計一體化科學教育內容體系

面對當下中小學段間的科學教育內容存在“區隔”的問題，亟須推進中小學科學教育內容的一體化設計。這意味著將科學教育內容作為整體去設計，從跨學科視角出發，對各學段、各學科科學教育內容進行有效統整，形成學段銜接、學科相融的一體化科學教育內容體系。

其一，巧借主題統領，明確跨學科內容整合之方向。《義務教育課程方案（2022年版）》指出，各門課程用不少于10%的課時設計跨學科主題學習。面對這一硬性規定，一些科學教師可能陷入“不會跨”“不能跨”的教學困境與窘境。究其癥結，在于教師尚未明晰跨學科整合之目標與方向，將跨學科整合視作“拼盤式縫合”，盲目地將不同學科知識進行簡單化拼湊與機械化疊加。但跨學科整合之目標并非學科知識的簡單、機械拼接，而是借助大概念、大問題、大項目或大任務，提煉出統攝性較強的科學學習主題，并以主題的形式將不同學科知識聯結起來，捋順跨學科知識間的內在聯系，以實現學生從碎片化知識學習轉向以學習主題為中心的較完整的知識結構體系的掌握。此外，科學學習主題的提煉還需關注其進階性與延展性。即該主題能將不同學段的相關內容串聯起來，形成以主題為軸心、循序漸進的科學教育內容體系，促進學段間科學教育內容的有效、合理銜接，保障學生科學學習的進階性與連貫性。

以學習主題明確跨學科內容整合之方向，以免陷入“不會跨”和“不能跨”的誤區，具體可從以下幾個層面進行。一是課程標準，譬如《義務教育物理課程標準（2022年版）》中提出三個跨學科主題的確立方向，分別是“物理學與日常生活”“物理學與工程實踐”“物理學與社會發展”，教師可據此進一步確立具體的跨學科主題。二是教材內容的共通點，譬如物理教材內容“汽化和液化”、化學教材內容“自然界的水”、生物教材內容“地球上生命的起源”都是八年級內容，教師可以整理并提煉出“水——生命之源”相關的跨學科主題。三是地域文化特色，譬如佛山市映月中學位于詠春拳發源地，該校圍繞“詠春文化”，從“詠春文化”“詠生奧秘”“物換詠移”“骨型設計”“未來詠春”五個維度開展跨學科主題教學；四是學生的學習興趣，如觀看《流浪地球》電影學習物理、地理相關知識；五是爭議性的社會話題，譬如“一次性筷子的利弊”“應對全球氣候變暖”等跨學科主題。

其二，立足科學實踐，保障跨學科內容整合之效度。馬克思的本體論指出，實踐是知行合一的手段。科學實踐能將靜態的科學知識與社會、生活相聯結，賦予學習主題以生活世界的意義基礎，培養學生在實踐中運用系統視角看待事物，綜合使用跨學科知識、思維解決問題的能力。這種科學實踐要求教師需先明確科學學習主題，進而根據學習主題逆推實踐學習過程，設計可視化的實踐任務評價清單，并將實踐任務分解為系列子任務。教師需在教學開始前向學生展示任務評價單全貌，使其明確科學實踐的主題及任務，益于學生在科學實踐中做到有的放矢，確保跨學科主題學習的成效。如上文所提及的映月中學在項目式科學實踐“詠春運動的奧秘”中，設計了五個維度的任務評價表（見表1）。

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（三）以科教融合為著力點，加強一體化科學教育資源供給

中小學科學教育亟須突破學校課程資源的局限，動員科研機構、科普場館、科研院所、科學共同體等共同為師生提供有意義的學習機會、學習資源，使之與學校科學課程有效耦合與對接，實現校內外科學教育資源共享、共通，以推進中小學科學教育的資源一體化。

一方面，構建非正式學習資源向科學教育資源的融入機制，拓寬科學課程內容的廣度，實現資源共享?？蒲袡C構、院所、科普場館等作為中小學科學教育的相關主體，象征著時代科學發展的最前沿，蘊含豐富的非正式學習資源。這些非正式學習場所能夠直觀地呈現科學前沿知識與發展動態，使學生感受與體驗最真實的科學研究氛圍，零距離地接觸、認識與參與科學。非正式學習場所還能提供學生與科研人員直接對話的機會，使其在對話中加深對科學概念、理論的理解，迸發對科學實驗、探究的熱情，形成更深的科學事業認同感與責任感。中小學校應有效整合這些非正式學習資源，積極探尋非正式學習資源向科學教育資源的融入機制，以校外考察、工程實踐、主題探究等方式開辟“第二科學課堂”，對學校科學課程進行有效對接與補充。同時，充分利用非正式學習活動的非同質性特點，開展跨學科、跨年級的探究實踐活動，讓不同年齡、智力特點與認知水平的學生在合作探究中不斷提高跨學科思維、團隊協作意識與問題解決能力，助推學生科學素養的高階發展。在美國、韓國、法國等發達國家，國家科學博物館早已成為學生學校生活與日常生活之外的“第三空間”，其開展的“探究—參與”活動也早已是基礎教育科學課程的重要組成部分。

另一方面，加速科技創新成果向科學教育資源的轉化進程，延伸科學課程內容的深度，實現資源共通。科技發展的日新月異決定了科學教育具有鮮明的時代性與創新性，換言之，科技創新成果與演進趨勢深刻影響著科學課程內容的選擇與組織。深入挖掘、彰顯科技創新成果的育人價值，有效推進科技創新成果進教材、入課堂，是科學課程內容得以拓深之關鍵。具體而言，教師在教學中應以學生的認知水平為準線、可接受性為原則，遴選一些國家科技計劃項目成果，譬如國家自然科學基金項目、省級自然科學基金項目等。深挖項目成果中蘊藏的科學理論知識，尋找其與現有科學教材內容的內在聯系，將科技創新成果知識化、基礎化、可教化，有效對接國家科技計劃項目成果與科學課程內容，深化學生的科學知識學習。因此，中小學校必須暢通高等院校、科研院所和高新技術企業等機構的科技人才參與學校科學課程的渠道，引導科學教師與科技人才建立協同教研關系，保障教師及時、有效獲得科研項目成果的相關資料與信息，讓科學教師與科學家、工程師等科技人才協同開發課程資源、設計教學活動，以賦能中小學科學教育資源一體化之建設。

責任編輯：劉昕