Jan H. Van DRIEL：面向未来的科学教育：教什么与如何教

摘要: 科学教育对于培养学生有效参与瞬息万变的社会环境至关重要。尤其对于未来不选择科学职业道路的学生而言，培育其坚实的科学素养，使其能够理解在公共及社交媒体中易引发混淆或误导的全球性复杂议题（如气候变化）的重要性日益凸显。然而，当前许多国家正面临学生科学学业表现下滑及科学兴趣减退的问题。以澳大利亚为例，选修物理与化学的12年级学生比例已降至15%—20%。为应对这一趋势，全球范围内的科学教育改革正持续推进，旨在助力学生成为成功的学习者与积极而知情的公民。本文指出，科学知识的迅速膨胀为科学教育带来了诸多挑战，包括课程内容超载以及易导致学生浅表学习的教学方式。着眼于未来发展并基于国际研究，本文将梳理应对这些挑战的途径，并探讨其对课堂教学实践及教师教育所带来的启示与影响。

一、引 言

科学在社会发展中的重要性不容小觑。多项国际政策报告持续强调，科学素养对于学生未来的生活与职业发展尤为关键[1]。作为经济合作与发展组织（Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD）所确定的国际教育优先领域，科学在推动实现联合国“可持续发展目标”（Sustainable Development Goals, SDGs）方面发挥着重要作用，尤其体现在将气候变化、生物多样性保护及可持续消费等关键议题融入课程与教学中。OECD指出，科学素养、创新能力以及面向未来的教育与技能培养，对实现可持续发展目标至关重要。

在全球范围内，科学亦被视为国家教育的重点。科学常被定位为推动国民经济发展的驱动力，因此各国政府出台政策，旨在提升学生在科学学科中的学业成就、兴趣及运用，并鼓励其进入高等教育及继续教育阶段选择科学相关发展路径。即便对于未来不从事科学相关职业的学生而言，培养坚实的科学素养也愈发重要，这有助于他们理解复杂的全球性挑战（如新冠肺炎疫情、气候变化等），这些议题在公共及社交媒体传播过程中经常引起混淆或误导。以澳大利亚为例，科学被确立为一个关键学习领域，旨在帮助学生在快速变革的全球环境中实现有效参与[2]。

然而，当前多国普遍面临学生科学学业成绩下滑及科学课程参与度下降的挑战。例如在澳大利亚，非城市地区及低“社会经济地位”（socioeconomic status, SES）学生的科学成绩显著低于全国平均水平[3]。澳大利亚及其他地区的研究显示，学生普遍认为科学学科难度较高、缺乏趣味性且与现实关联有限，“因而往往排斥科学，转而选修被认为更具实际价值的科目”[4]。

基于上述背景，本文旨在分析科学教育面临的挑战，并评述应对这些挑战的方法，进而对科学教育的未来发展提出建议。在此之前，本文将首先探讨科学教育的多重目标。

二、科学教育的目标

在世界各国，尽管科学已普遍纳入幼儿至高中阶段的教育体系，我们仍需考虑现存问题：为何要教授科学，以及科学教育应达成何种目标。回溯历史，在19世纪下半叶科学首次被纳入中等教育课程时，其教学主要以实验室实践的形式展开，部分原因在于当时人们认为此类训练能够有效“提升学生的一般观察与逻辑推理能力”[5]。然而，彼时仅有少数学生能在小学毕业后继续接受教育，因此科学课程的设置主要基于一种设想，即学生可能在未来进入大学深造并成为科学家。换言之，科学最初被引入学校课程体系，意在选拔、吸纳并培养未来的科学家。至20世纪下半叶，随着中等教育逐渐普及，科学教育的目标开始发生变化。彼得·J·芬舍姆（Peter J. Fensham）指出，自20世纪50年代以来，科学教育提出了两种截然不同且相互竞争的需求。其一主要出于经济考量，即培养足够数量的科学家，以在科学知识迅速产出与应用的国际环境中保持竞争力[6]。其二则要求更多公众具备必要的科学知识与技能，从而能够受益于科技进步，成为具备科学素养的公民及在个人与公共决策中善用科学知识的消费者[7]。后者在20世纪80年代被概括为“科学为大众”（Science for All）概念，其后常以“科学素养”为名被广泛讨论。然而，现实中仅少数学生在中学毕业后会选择继续深造科学，或进入需要科学背景的专业领域（如工程、医学）。芬舍姆认为，科学教育仍长期侧重于这一少数群体的需求，并坦言：“我们尚未为大约80%的离校后很可能不再接受正规科学教育的学生，提供真正有效教育”[6]。

尽管当今科学教育界普遍认同其首要目标在于培养具备科学素养的公民，但芬舍姆所提出的两种需求之间的张力依然存在。罗杰·J·奥斯本（Roger J. Osborne）与道格拉斯·奥尔钦（Douglas Allchin）指出，前者，即经济需求，仍在主导着科学教育[7]。此外，约翰·鲁道夫（John Rudolph）的研究表明，关于科学素养在学校科学教育中的具体意涵与实践路径，目前尚未形成广泛共识[5]。为更明确地界定科学教育的目标，德里克·霍德森（Derek Hodson）[8]建议分为以下四个维度：

（1）学习科学：获得知识（科学概念、理论、定律、模型）；

（2）实践科学：培养科学技能，如探究、推理与解决问题等；

（3）理解科学：了解科学知识的生成过程与实践（认识论、科学的本质）；

（4）解决科学-社会问题：培养将科学知识联系个人生活、经济及道德伦理的批判性能力。

笔者认为，上述四个目标彼此关联，值得追求。整体而言，它们共同为学生建立对科学内容、过程与实践的理解，并提供与未来发展相关的技能，无论其未来是否选择成为科学家。

三、科学教育面临的挑战

当科学最初被纳入学校课程体系时，其内容尚可为学生提供物理、化学与生物等领域相对全面且前沿的知识概览。然而，随着科学知识呈指数级增长，学校的科学课程逐渐滞后于时代发展。以20世纪初形成的量子物理学概念为例，尽管其具有开创性与基础性意义，却直至近年甚至目前才被逐步引入专业或创新课程项目[9]。这一滞后现象不仅涉及这些概念是否过于先进或复杂的教学考量，在很大程度上，其还与一个事实相关：学校每周课程总量仅为30—35节，而自19世纪末以来，科学课程的学时非但未增，反而有所缩减。可以说，科学的成功（知识生产方面的惊人进步），反而为其教育带来了问题。

显然，科学课程——尤其是中等教育阶段的内容——自实施以来发生了变化。新理论、概念与模型虽不断被引入，但那些被视为基础的概念内容却已固化，因其仍被用于探索新知识，是学习更现代科学知识的前提。因此，“学习这些概念可能需要很长的时间，以至于当代科学的活力及其对社会有益的诸多可能性往往被忽略或省略”[6]。此外，在未删减既有内容的情况下持续增补新主题，导致全球范围内的科学课程变得高度拥挤、碎片化且负荷过重。面对有限的课程数量与“覆盖”课程内容的压力，科学教师往往依赖传统教学方法与评估模式，侧重于讲授概念、考查事实知识，以及用唯一正确答案解决标准问题的能力（如力学、遗传学或酸碱方面）。这与霍德森所提出的四个科学教育目标体系相对应，其中第一项目标似乎占据主导地位。尤其在高中高年级阶段，科学教学往往以学科为界限，各自孤立开展，科学学科之间、科学与数学之间，以及科学与学生现实生活之间的联结常被忽视或未受到足够重视。

国际研究表明，当前科学教学方式普遍难以激发年轻人的学习兴趣[10]。无论是教学主题还是教学方式，都使学生难以认识到科学与他们日常生活及未来发展的相关性。此外，科学常被视为一门困难的学科[4]，需投入额外努力才能取得良好成绩，进而引发学生高度的压力与对失败的恐惧。如果科学对他们缺乏实际意义，学生又为何要努力学习？多项关于学生对科学态度的研究一致显示，从7至10年级开始，多个西方国家的学生对科学的兴趣逐渐下降[11]，导致许多学生最终放弃科学，特别是某些群体（如女生、低社会经济地位学生）及某些科目（如物理）。以澳大利亚为例，安德烈·卡斯普拉（Andre Kaspura）的报告指出，12年级女生中选修物理的比例仅为6%，而男生为21%[12]。更令人担忧的是，自20世纪90年代中期以来，无论男女，选修物理的学生比例均大幅下降[13]。最近一项针对澳大利亚学生的调查进一步显示，女生对科学的兴趣与信心随着年龄的增长而减弱，大多数女生表示未来不会选择学习科学，原因在于她们“对科学并不真正感兴趣”[14]。

四、科学教育向未来

新冠病毒爆发之际，负责制定2025年“国际学生评估项目”（Programme for International Student Assessment, PISA）科学框架的专家小组认识到科学在应对疫情中的突出作用，并开始积极思考其对科学教育的影响[15]。为反映一线教师在实践中倡导调整的声音，该小组开展了一项调查，旨在了解科学教师对当前科学教育现状的看法，以及他们认为未来应重视的发展方向。共有来自22个国家的398名教师完成了此项调查。对于科学教育的核心目的这一问题，教师的回应可归纳为以下四类：（1）激发学习者参与科学；（2）传授核心科学概念与原理；（3）培养通过实验进行科学实践所需的技能；（4）帮助学习者借助科学实现一系列理想的发展目标。

将上述结果与霍德森所提出的四个目标进行比较，可见其前两项目标与教师反馈中的第2、第3项高度对应。然而有趣的是，教师们普遍将激发学生兴趣视为学习科学内容与技能的先决条件。在关于课程实效性的调查中，66%的受访教师认为当前的科学教育能有效培养学生成为具备科学素养的公民。然而，不到半数（46%）的教师认为现有科学教育能为学生应对全球性挑战做好准备，仅约1/3（31%）的教师认为当前科学教育“适合未来”。基于这些发现，教师们提出了一系列建议，并归纳为四个主题：

（1）审查现有课程内容，确保其与时俱进，并适当精简内容总量以促进深度学习；

（2）加强课堂实验，培养实践技能；

（3）增强课堂教学内容与外界现实世界之间的联系；

（4）改革考试制度：当前评估过于侧重知识记忆，应更加注重技能与应用的考查。

笔者认为，这些由多国教师共同提出的建议，对前述科学教育所面临的挑战作出了重要且充分的回应。下文将对这些建议的具体意涵作进一步探讨。

1. 反思现有课程

精简课程内容可能是必要的，但应如何甄选删除与保留的内容？又有哪些当代科学内容应该、也能够被纳入课程？在多数国家，课程修订通常每隔几年进行一次，通过政府代表、学科专家与学校教师的协同参与而推进。然而，基于笔者经验，各方往往难以就什么是基础性的（应该保留）以及什么是足够重要、值得新增或纳入的内容达成共识。尤其在科学教育课程中，比在“应该增加什么”，关于可删减内容的讨论更具争议。这部分困难源于科学知识本身所具有的层级性——某些概念是理解更现代或更复杂内容的先备基础。遗憾的是，历次课程修订使科学课程更加庞杂[6]，导致学生所学内容广度有余而深度不足，理解流于表层。尽管科学教育界长期呼吁“少即是多”，并对课程过载持续表示担忧，真正能做到大幅删减传统内容、为新主题与其他教学目标（如实践技能）腾出空间的课程改革仍属罕见。

在此不就具体课程内容的取舍展开辩论。诚然，诸如物质、能量、进化等总体概念理应构成科学课程的基础，但具体应涵盖哪些主题，则需在地方层面结合实际情况决定。比如，不同地区因经济、环境或社会特点，某些科学主题、概念和技能对特定学生群体而言可能更具相关性。然而，当前“国际数学和科学研究趋势”（Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS）和PISA等国际测评重要性与日俱增，促使部分国家将提升国际排名作为课程调整的主要导向，而非真正思考什么内容最符合学生利益。笔者认为，科学课程应围绕少数关键的基础结构展开，旨在推动学生对这些结构与技能的深入理解，并发展其在不同科学情境中迁移应用的能力。课程设置的规划尽可能以科学教育教学与学习研究的实证为依据，例如有关学习进阶（如关于“物质”的研究[16]）。总之，科学课程应保持开放性与灵活性，避免过度细化与僵化，从而为学校与教师留出空间，使其能够根据本地社群的实际需求，灵活调整并融入相关内容。

2. 注重实践技能

科学教育界普遍认为，具备科学素养不仅限于掌握基础科学知识，还包括培养与科学探究过程相关的一系列技能，例如提出问题、预测、建模以及设计与实施实验等[17]。在这一背景下，学者们提出应将“科学推理能力”（Scientific Reasoning Competence, SRC）作为课程的统摄性核心。SRC被定义为个体在特定情境中运用科学方法与知识解决科学问题的倾向[18]，包括对科学理论与方法的基本理解，也涵盖评估（反）证据、构建连贯论证等技能。该能力具有跨学科的普适性，有助于学生深入理解“科学是如何运作的”（参见霍德森的第三个目标“理解科学”）。SRC被视为公民在科技高度发展的社会中实现有效民主参与的重要基础。因此，SRC 被视为科学素养个体的重要特质，在全球多个国家的科学教育政策与课程文件中被作为科学教育的重要成果加以强调[19-20]。为促进学生SRC的发展，“探究式学习”被广泛提倡，并衍生和实施了如5E模型等教学方法，这些方法在帮助教师培养学生科学技能方面已取得一定成效[21]。

尽管国际间对科学技能或能力的重要性已达成共识，但人们普遍担忧，在实际教学中，这些能力的培养仍未能获得应有的优先地位。虽然当代科学教育实践强调将更多课堂时间用于发展学生的科学探究技能，但使其真正成为教学的突出特征仍面临诸多障碍。研究表明，一系列制约因素仍存在，包括课程本身过于密集、缺乏资源开发与实施相关活动的时间[22]，以及教师对科学探究本身及其课堂实施方式的理解有限[18]。

显然，加强对技能的培养需要为学生提供充分的时间实践技能，这进一步凸显了精简庞杂科学课程内容的必要性。此外，持续开展围绕教师的专业发展项目也至关重要，以帮助教师构建一套能够有效支持学生科学技能发展的教学策略。

3. 将科学与“外部世界”相连接

长期以来，学生认为科学与自身无关，这一问题一直困扰着科学教育。世界各地的学生都在疑惑为何要学习科学，也看不到科学对他们有何意义，这导致了他们对科学的兴趣和态度逐渐下降，尤其是在中学阶段[11,14]。自从出现从培养未来科学家转向“科学为大众”以来，许多国家的创新举措都致力于将学校科学与学生的日常生活或现实世界问题相联系。起初，其中一些举措被称为“科学、技术与社会”（science, technology and society, STS）。后来，美国的学者们开发并研究了侧重于教授“社会-科学”议题（Socio-Scientific Issues, SSI）的资源[23]。在欧洲，许多此类举措都被归入“基于情境的科学教育”这一类别，其中“情境”一词旨在将科学内容与学生能够理解的情境相联系[24]。基于情境的课程研究显示，这类课程有助于学生认识到科学与日常生活之间的联系，并对其加以重视，提高学生对科学的兴趣，而且与遵循传统课程的学生相比，他们对科学概念的理解至少同样透彻[25]。

在美国，“下一代科学标准”（Next Generation Science Standards, NGSS）[20]旨在通过聚焦跨学科概念来提高科学教学的连贯性，并引入对科学与工程实践的关注。在其他国家，包括澳大利亚，对真实或现实世界问题的关注激发了“科学、技术、工程和数学”（science, technology, engineering, mathmatics, STEM）教育的出现[26]。尽管世界各地对 STEM 教育的解读有所不同，但其通常指的是跨学科、多学科或整合式的教学路径，因为“大多数涉及能源、健康和环境（例如气候变化、可持续性）的全球性挑战都需要数学、科学和技术的跨学科（且常常是国际）视角”[27]。此外，关于培养实践技能的问题，STEM 教育通常强调某些技能的发展，比如解决问题的或批判性的思维。为了实现这一目标，STEM 教育通常与以学生为中心的教学法（例如探究式或设计式教学）相关联。STEM 政策文件常常强调要增加学生对 STEM 学科职业机会的了解[26]。最后，一些 STEM 教育方法主张在课程中引入当代内容和技术：机器人技术、虚拟现实、3D 打印机等等。

4. 重新审视考试制度

评估需要反映并符合教育的目标。霍德森提出的科学教育首要目标（即学习科学概念、理论、定律、模型）在大多数国家的评估和考试实践中占据主导地位。换言之，考试通常采用纸笔形式，包含多项选择题和/或开放性问题，旨在测试学生对科学事实的掌握程度以及解决科学问题的能力。例如，在化学学科中，考试通常会包含有关化学计量学或酸碱领域的定量问题。这些主题具有无穷的变化，学生需要计算物质的量或浓度，或者缓冲溶液的 pH 值。实际上，可以推测这些 19 世纪的主题之所以经久不衰，与围绕其构建考试题目的简便性有关。然而，向实用技能和科学在现实世界中的应用转变意味着需要采用多种评估形式，包括测试学生在现实或真实问题情境中进行科学推理的能力。评估诸如批判性思维或协作解决问题等特定技能的方法[28]已经开发并试验了很长时间，但这些方法往往是通用的，而非专门针对科学领域。现有的科学特定技能评估方法通常侧重于特定的实验室技能（例如滴定），而非科学推理。

最近，（社交）媒体中错误信息的增多，加上生成式人工智能的出现，凸显了科学推理能力中“识别公共信息中科学专业性”的重要性。例如，学生需要培养区分可靠信息与错误信息和虚假信息的能力，并评估信息来源的可信度。随着这一目标成为科学教育的目标，这意味着考试需要包含对学生识别伪科学或准科学论点中的缺陷，或评估信息来源可信度不足的能力的测试。测试这种能力需要投入精力开发新的评估方法，评估其有效性和可靠性，并确保将其纳入科学学习的正式考试中。在这方面令人鼓舞的是，下一版的PISA将评估学生“检索、评估和使用科学信息以做出决策和采取行动”的能力[29]。

五、教师的核心作用

教师是影响学生学习的最重要外部因素。教师的专业知识包括与课堂常规以及所教授内容相关的知识和技能。为了以促进学生学习的方式教授科学，教师需要发展“学科教学知识”（Pedagogical Content Knowledge, PCK）。PCK最初由李·舒尔曼（Lee S.Shulman）提出，指的是将专门从事某一领域（如科学）的教师与内容专家和其他领域的教师区分开来的专业知识。PCK被定义为“教师独有的领域，是他们特有的专业理解形式”[30]，即教师的一种实践知识形式[31]。PCK的核心在于教师对如何帮助学生学习和理解特定内容的理解，以及哪些教学策略能够支持学生的学习。发展 PCK 是科学教师教育项目的重要目标。与以学习科学概念、定律和理论为主导的目标相一致，教师教育项目倾向于将PCK解释为理解学生在学习科学内容时遇到的学习困难和错误观念，并知晓一系列解决这些问题的教学策略[32]。本文所提出的向其他学习目标的转变意味着PCK知识需要被进一步拓展，不仅涵盖科学内容教学，还要包括为学生提供学习体验，以发展其科学推理能力的知识，以及在现实世界或社会科学问题（如虚假信息的传播）背景下发展这些能力的知识。

长期以来，人们都知道教育创新的成功取决于教师如何理解和实施这些创新。正如迈克尔·富兰（Michael Fullan）所写：“教育变革取决于教师的所作所为和所思——这既简单又复杂”[33]。重要的是要认识到，教师在实践中的决策和行动受到一系列复杂的个人目标、信念和价值观的引导，其中一些与他们所处的当地环境（例如，学校的特点及其学生群体特征）相关。教师的个人目标与当地环境之间的不匹配，以及与教育创新目标之间的不匹配，可以解释为什么新的课程目标在实践中的实施并非总是成功的。

实施新课程目标的传统方式是为教师提供专业发展项目。不幸的是，这类项目通常基于一种缺陷观念，旨在“提升”或“修正”教师，而忽视了教师的个人专长和当地环境。这种方法缺乏成效的情况已有大量文献记载[34]。最近，学者们开发了桥梁方法作为替代方案。弗雷德·J·J·M·扬森（Fred J. J. M. Janssen）等人基于生态实用性理论开发了一种这样的方法论，该理论指出，教师若要创新其实践，就必须构建并应用具有课堂有效性的程序，这些程序不能与他们当前的实践以及支撑其实践的信念和价值观有太大差异，而且其投入的成本（时间与精力）要与预期收益（例如学习成果的改善）相匹配[35]。面对创新，教师通常会问自己，实施这一创新如何有助于实现他们的目标，或者如何与他们的个人价值观和身份（包括与学生的关系）相互作用。如果一项创新与教师的个人目标和当前实践相冲突，需要付出大量努力，而预期收益又不明确，教师往往会对其持保留态度。如果创新是强制性的，比如引入新的国家课程，教师往往会进行调整或修改，以使其符合个人目标和当地情况。

未来科学教育所提议的转变，即更加强调实践技能和与现实世界的联系，要求科学教师拓展其学科教学知识。这包括为学生设计开放式实际任务的能力，这些任务旨在解决问题、探究问题或设计原型。教师需要能够为从事此类任务的学生提供结构化的指导和量身定制的反馈，以培养学生的实践技能和科学推理能力。此外，教师帮助学生识别科学专长和可靠的科学信息将变得越来越重要。与此相关但并非科学教学所独有的是，教师需要示范如何使用生成式人工智能，例如如何撰写有效提示词以及如何评估由人工智能平台生成的输出。

令人鼓舞的是，科学教师总体上对探究式和设计式教学等教学方法持积极态度[36]，但这并不意味着在实践中实施这些方法是轻而易举的。为了支持教师，为他们提供量身定制的专业学习机会至关重要。与上述桥梁方法一致，这些机会需要以实践为导向，为教师提供在课堂上进行试验、评估和反思的机会。行动研究，即教师收集与教学相关的数据，已被证明是扩大教师PCK的有效方法[37]。此外，教师还能从协作方法中获益良多，包括与同事、教练和导师一起学习。“教学与学习国际调查”（Teaching and Learning International Survey, TALIS）表明，参与协作学习的教师报告称使用了更多创新的教学方法，并表现出更高的工作满意度[38]。协作指导提供了一种基于优势且非评判性的专业学习方式，能够增强教师的自我效能感和专业知识，从而改善教学实践和学生的学习成果[39]。为了以更真实、更现代的方式教授科学，教师可以从与科学或 STEM 行业合作伙伴以及高等教育机构建立的联系中获益。荷兰的一项有趣创新聚焦于研究和设计项目。中学生以小组形式参与由当地企业或大学发起的项目，这些企业和大学承诺长期与学校合作，为项目提供投入和专业知识，并为教师和学生提供指导。由于大多数教师并无校外科研或产业工作经验，与专业科学家建立联系为他们提供了了解当代科学研究与开发实际情况的机会，这能够拓宽并激发他们对未来科学教育的想法[40]。最后，也是非常重要的一点，科学教师需要得到学校管理和领导层的支持。教育领导者明确且积极地批准教师想要实施的变革至关重要，并尽可能为教师提供时间和资源，以促进变革的实施。

六、结论与未来方向

本文表明，科学教育主要侧重于学习科学概念、理论和定律。课程内容繁多以及传统的考试方式使得科学教师除了“完成”课程内容和为学生备考外别无选择。因此，许多学生无法认识到科学的相关性，从而放弃科学科目。要实现科学素养的总体目标，并确保“科学为大众”的愿景最终得以实现，就需要在课程、教学法和评估方面做出改变。

建议科学教育的课程应减少内容量，更具灵活性。与其规定详细的课程内容，未来的科学教育可以从一个框架中受益，该框架概述科学教育的目标以及如何对其进行评估。该框架可以在国家或地方层面设定，同时应赋予学校和教师足够的空间，使学校和教师能够根据当地的环境和资源以及学生群体的特点来开发和实施不同的科学教育版本。重要的是，科学教育需要着眼于多个目标，不能仅仅局限于学生对科学概念、定律和理论的理解。注重科学推理能力，包括对科学家工作所遵循的社会实践和“指导科学家工作的推理风格”的理解[7]，对于学生理解科学的本质以及培养认知信任至关重要。将科学与学生能够产生共鸣的真实或现实问题相联系，将提高学生对科学的兴趣，有望改善他们对科学的态度，从而促使更多的学生继续从事科学相关领域。

为了实现这些目标，以学生为中心的教学法需要在课堂实践中占据主导地位。世界各地已经试验并成功实施了多种教学方法和途径，尽管规模往往较小。这些方法通常被贴上探究式、项目式、问题式或设计式教学的标签，每种方法都有多种变体。就像课程一样，没有一种方法适合所有情况。教师们需要在同伴协作的基础上，在地方政府和学校领导的支持下，有机会拓展其教学方法，并探索哪些方法最适合他们和他们的学生。技术的发展和普及，也日益增强了教师的工作能力，例如，帮助教师根据学生的个人需求定制教学[41]。

与科学课程的目标以及实现这些目标所需的教学方法相一致，科学学习的评估需要从传统的侧重于理解概念和解决常规问题，转向更全面的学生能力的评估，包括科学推理能力和评估科学信息可信度的能力。这一领域正在发展，然而，这通常仅限于局部或小规模的举措[18]。正如上文所述，下一轮国际学生评估项目将包含与识别科学专业知识相关的题目[29]，但距离实现霍德森[8]和奥斯本与奥尔钦[7]等所提出的科学教育的多重目标的科学考试体系，还有很长的路要走。

如上所述，要实现系统性和持久性的变革，需要采取协作的方法。这些方法在地方层面非常有效，例如教师之间的合作，跨学校的专业交流，以及与来自科学产业和高等教育机构的科学专业人士的合作。这种合作可以通过将学校（小学、中学、职业教育机构）与科学产业和大学联系起来的持续伙伴关系得到支持。在多学科团队合作中，引入专业辅导（coaching）机制，可能有助于不同职业的人在多学科团队中进行合作。

最后，学生、家长、教师、学校和行业层面的变化不会一蹴而就，需要持续的努力。因此，需要一个长期的研究项目来调查未来的科学教育是否实现了其主要目标，即所有学生具备科学素养。研究不应仅仅局限于统计选修科学课程的学生人数，而应具有更广泛的视野，关注课堂实践的变化、学生的认知和情感方面的学习成果以及教师的专业能力发展。

参考文献

[1] Soler M G, Dadlani K. Resetting the Way We Teach Science is Vital for All Our Futures. https://www.weforum.org/agenda/2020/08/science-education-reset-stem-technology/ [2025-12-2].

[2] Education Council. Alice Springs (Mparntwe) Education Declaration. https://www.education.gov.au/indigenous-education/resources/alice-springs-mparntwe-education-declaration [2025-12-2].

[3] Thomson S, De Bortoli L, Underwood C. PISA 2015: Reporting Australia's Results. https://research.acer.edu.au/ozpisa/22/ [2025-12-2].

[4] Palmer T A. Student Subject Choice in the Final Years of School: Why Science is Perceived to be of Poor Value. The Australian Educational Researcher, 2020, (47): 591-609.

[5] Rudolph J L. Scientific Literacy: Its Real Origin Story and Functional Role in American Education. Journal of Research in Science Teaching, 2024, 61(3): 519-532. DOI: 10.1002/tea.21890.

[6] Fensham P J. Science for All: A Reflective Essay. Journal of Curriculum Studies, 1985, 17(4): 415-435. DOI: 10.1080/0022027850170407.

[7] Osborne J, Allchin D. Science Literacy in the Twenty-first Century: Informed Trust and the Competent Outsider. International Journal of Science Education, 2024, 47(15-16): 2134-2155.

[8] Hodson D. Learning Science, Learning about Science, Doing Science: Different Goals Demand Different Learning Methods. International Journal of Science Education, 2014, 36(15): 2534-2553. DOI: 10.1080/09500693.2014.899722.

[9] Lonshakova A, Adams K, Blair D. Introductory Learning of Quantum Probability and Quantum Spin with Physical Models. American Journal of Physics, 2025, (93): 58-68.

[10] Marginson S, Tytler R, Freeman B, et al. STEM: Country Comparisons. International Comparisons of Science, Technology, Engineering and Mathematics (STEM) Education. https://acola.org/wp-content/uploads/2018/12/saf02-stem-country-comparisons.pdf [2025-12-2].

[11] Osborne J, Simon S, Collins S. Attitudes towards Science: A Review of the Literature and its Implications. International Journal of Science Education, 2003, 25(9): 1049-1079. DOI: 10.1080/0950069032000032199.

[12] Kaspura A. Engineers Make Things Happen. The Need for an Engineering Pipeline Strategy. https://www.engineersaustralia.org.au/sites/default/files/resource-files/2017-03/Engineers%20Make%20Things%20Happen.pdf [2025-12-2].

[13] Kennedy J P, Lyons T, Quinn F. The Continuing Decline of Science and Mathematics Enrolments in Australian High Schools. Teaching Science, 2014, 60(2): 34-46.

[14] Austrilian Government Department of Industry, Science and Resources. STEM Equity Monitor. https://www.industry.gov.au/publications/stem-equity-monitor [2025-12-2].

[15] Oxford University Press. The Evolution of Science Education. https://www.oup.com.au/data/assets/pdf_file/0028/186832/The-evolution-of-science-education-Oxford-University-Press.pdf [2025-12-2].

[16] Hadenfeldt J, Neumann K, Bernholt S, et al. Students' Progression in Understanding the Matter Concept. Journal of Research in Science Teaching, 2016, 53(5): 683-708. DOI: 10.1002/tea.21312.

[17] Osborne J. The 21st Century Challenge for Science Education. Thinking Skills and Creativity, 2013, (10): 265-279.

[18] Krell M, Redman C, Mathesius S, et al. Assessing Pre-service Science Teachers’ Scientific Reasoning Competencies. Research in Science Education, 2018, (50): 2305-2329.

[19] Australian Curriculum. The Australian Curriculum F-10: Science. https://www.australiancurriculum.edu.au/curriculum-information/understand-this-learning-area/science [2025-12-2].

[20] NGSS Lead States. Next Generation Science Standards. Washington, DC: The National Academies Press, 2013.

[21] Bybee R W. The BSCS 5E Instructional Model: Creating Teachable Moments. NSTA. https://my.nsta.org/resource/100197/the-bscs-5e-instructional-model-creating-teachable-moments-e-book [2025-12-2].

[22] Akuma F V, Gaigher E. A Systematic Review Describing Contextual Teaching Challenges Associated with Inquiry-based Practical Work in Natural Sciences Education. Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 2021, 17(12): Article em2044.

[23] Zeidler D L, Sadler T D, Simmons M L, et al. Beyond STS: A Research-based Framework for Socioscientific Issues Education. Science Education, 2005, (89): 357-377.

[24] Gilbert J K. On the Nature of “Context” in Chemical Education. International Journal of Science Education, 2006, 28(9): 957-976. DOI: 10.1080/09500690600702470.

[25] Bennett J. Context-based Approaches to the Teaching of Science//Bennett J. Teaching and Learning Science: A Guide to Recent Research and its Applications. London: Bloomsbury Publishing, 2003: 99−122.

[26] Timms M, Moyle K, Weldon P , et al. Challenges in STEM Learning in Australian Schools. Policy Insights, 2018, (7): ACER.

[27] Shernoff D J, Sinha S, Bressler D M, et al. Assessing Teacher Education and Professional Development Needs for the Implementation of Integrated Approaches to STEM Education. International Journal of STEM Education, 2017, 4(1): 13. DOI: 10.1186/s40594-017-0068-1.

[28] Griffin P, Care E. Assessment and Teaching of 21st Century Skills. Methods and Approach. Berlin: Springer, 2015.

[29] Osborne J, Pimentel D, Alberts B, et al. Science Education in an Age of Misinformation. Stanford, CA: Stanford University, 2022.

[30] Shulman L S. Those Who Understand: Knowledge Growth in Teaching. Educational Researcher, 1986, 15(2): 4-14. DOI: 10.3102/0013189X015002004.

[31] Verloop N, Van Driel J H, Meijer P. Teacher Knowledge and the Knowledge Base of Teaching. International Journal of Educational Research, 2001, 35(5): 441-461. DOI: 10.1016/S0883-0355(02)00003-4.

[32] Van Driel J H, Hume A, Berry A. Research on Science Teacher Knowledge and its Development. //Lederman N, Zeidler D, Lederman J. Handbook of Research on Science Education. 3rd ed. Oxford: Taylor & Francis, 2023: 1123−1161.

[33] Fullan M. The New Meaning of Educational Change. 4th ed. New York: Teachers College Press, 2007.

[34] Van Driel J H, Beijaard D, Verloop N. Professional Development and Reform in Science Education: The Role of Teachers’ Practical Knowledge. Journal of Research in Science Teaching, 2001, 38(2): 137-158. DOI: 10.1002/1098-2736(200102)38:2<137::AID-TEA1001>3.0.CO;2-U.

[35] Jansen F J J M, Westbroek H, Doyle W, et al. How to Make Innovations Practical?. Teachers College Record, 2013, 115(7): 1-42.

[36] Vossen T E, Henze I, Rippe R C A, et al. Attitudes of Secondary School STEM Teachers towards Supervising Research and Design Activities. Research in Science Education, 2021, 51(Suppl 2): S891-S911.

[37] Wongsopawiro D, Zwart R C, Van Driel J H. Identifying Pathways of Teachers’ PCK Development. Teachers and Teaching: Theory & Practice, 2017, 23(2): 191-210.

[38] European Commission. The Teaching and Learning International Survey (TALIS) 2013: Main Findings from the Survey and Implications for Education and Training Policies in Europe. https://web-archive.oecd.org/2015-02-03/339024-eu-talis-2013_en.pdf [2025-12-2].

[39] Kriewaldt J, Dulfer N, Nicholas E. Fuelling Great Teaching through Collaborative Mentoring: Moving beyond Peer Review of Teaching. https://education.unimelb.edu.au/__data/assets/pdf_file/0017/5340500/Fuelling-Great-Teaching-Report.pdf [2025-12-2].

[40] Van Driel J H, VossenT E, Henze I, et al. Delivering STEM Education through School-Industry Partnerships: A Focus on Research and Design//Barkatsas T, Carr N, Cooper G. STEM Education: An Emerging Field of Inquiry. Leiden: Sense/Brill Publishers, 2019: 31−44.

[41] Zou Y, Kuek F, Feng W, et al. Digital Learning in the 21st Century: Trends, Challenges, and Innovations in Technology Integration. Frontiers in Education, 2025, (10): 1562391.

（作者：Jan H. van Driel，澳大利亚墨尔本大学教育学院科学教育教授。研究方向为科学教师知识、教师教育和专业学习、科学和性别、跨学科科学和STEM教育。）