李永智：人工智能时代科技教育的战略思考

在新一轮科技革命驱动下，人类社会正步入人工智能（AI）时代。科技教育已超越传统的知识传授与技能训练，跃升为构筑国家竞争力、激发社会生命力与个体创新力的核心支撑。其战略价值不仅体现在培养科技人才上，更深刻嵌入国家治理、产业升级、社会公平与个体全面发展的底层逻辑。

在这一宏观视角下，中小学科技教育（简称“科技教育”）战略价值尤为关键——它不是“多开几节科学课”“多做几个实验”“多背几个公式”，而是将科学思维、科学方法、科学精神融入德智体美劳所有学科内容，融入课堂教学、实验项目、校园文化、家庭教育、社会实践等所有育人场景；也不再是众多学科中的一门，而是贯穿所有学习全过程的“元认知”教育、思维教育、行动力教育、责任感教育。

科技教育的战略价值

2023年2月，习近平总书记在主持二十届中共中央政治局第三次集体学习时指出，“要在教育‘双减’中做好科学教育加法，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”。[1] 深刻领悟习近平总书记重要讲话精神，需要从战略高度深入思考。

第一，科技教育是国家科技自立自强的“基因工程”。科技自立自强，不是“卡脖子”时的应急攻关，而是“从娃娃抓起”的系统工程。AI时代，创新能力是决定科技自立自强的关键。这要求科技教育着力点必须从“教学生解题”转向“教学生提问”，从“传授已知”转向“探索未知”。

在小学阶段，为原始创新播下“好奇”的种子，提供“源头活水”。正如爱因斯坦所言：“我没有特别的才能，只是有强烈的好奇心。”好奇心恰是原始创新的起点。要激发学生好奇心，科技教育的核心任务就不是让学生记住“水的沸点是100℃”，而是引导他们思考“为什么水会沸腾”，即引导广大学生透过身边的现象发掘科学问题，在动手实践中培养“提问—假设—验证—反思”的科学思维。例如，让学生设计“校园微气候监测系统”，用温度计、湿度计、风速仪采集数据，再用简易图表分析规律，学会“像科学家一样思考”，内化科学精神。

在中学阶段，深化科学思维和科学方法的系统培养，为原始创新锻造基础能力。初中阶段是学生抽象思维、逻辑推理能力发展的关键期，高中阶段是学生理论型抽象逻辑思维的形成与成熟期，也是批判性思维、创新思维的深化发展期。这一阶段不断深化“观察—测量—记录—分析”的实践，有利于养成实验设计、数据采集、模型建构等重要的科学能力。例如，在初中物理课上，学生通过“探究滑动摩擦力与压力的关系”实验，学习控制变量法；在高中化学课上，通过“酸碱中和滴定”实验，学习定量分析法。这些方法论的训练，比记住“牛顿第三定律”或“元素周期表”更为重要，因为它们是学生未来在量子科技、生物医药、新型材料等前沿科技领域“从0到1”突破的基础能力。

在中小学全程，培育科学家精神，为科技自立自强注入“价值灵魂”。科技自立自强不能脱离精神支撑。追求真理、勇攀高峰、服务国家、造福人类的科学家精神是科技自立自强的“价值基因”。要将科学家精神从抽象概念转化为生动的科学家故事，让学生在小学、初中阶段就接触“钱学森的爱国”“屠呦呦的坚持”“袁隆平的执着”，在他们心中种下“为中华之崛起而科研”的种子。这种精神的熏陶远比知识学习本身更持久、更具动力。它让学生在解题时不仅思考“怎么做”，更思考“为什么做”“为谁做”，从而在未来科研的道路上，不被短期利益所诱惑，不被技术难题所击倒，不被伦理风险所迷失。

第二，科技教育是产业智能化转型的“人才工程”。随着快速驱动全球产业链、创新链与价值链重塑，AI正成为新质生产力的核心引擎。支撑这一引擎，需要大量“懂AI、懂行业、懂创新”的复合型人才。科技教育必须提前布局，为未来产业转型储备想象力与实践力。

一是构建“AI+X”的启蒙框架：从认知AI到融合AI。AI的价值源于其与生产生活的融合。认知AI不应停留在概念层面，理应从身边具体的应用展开：智能音响、人脸识别、自动驾驶等。只有融合到生产生活场景，学生才能真正认知AI，进而成长为产业智能转型所需的复合型人才。学生在科学课程、综合实践活动课程中接触AI启蒙项目，如“用图形化编程控制机器人”“用AI工具识别植物种类”，都有利于在“玩”中理解“AI是什么”，为未来参与“AI+制造”“AI+农业”“AI+医疗”等打下认知基础。

二是强化动手实践与工程思维：从理解技术到改造世界。产业智能化转型需要的是有实践能力的人才。科技教育应提供真实项目的实践平台，如《普通高中通用技术教学装备配置标准》中有“机器人设计与制作”“电子控制技术”“结构模块”等大量实践活动的配置要求。基于实践的能力需要从初中甚至小学阶段开始培养。如小学阶段的“乐高机器人搭建”、初中阶段的“3D打印模型设计”、高中阶段的“智能小车编程”都是在训练学生“从想法到实物”的物化迁移能力，这种基于实践的能力是AI无法替代的人类实践智慧，是未来产业工程师的核心素养。

三是推动校企协同：从课堂学习到真实场景。科技教育不能闭门造车，应鼓励高校和科研院所主动对接中小学，引导企业援建实训基地，让学生在中小学阶段就接触真实产业场景。如参观智能制造工厂、农业科技园区、AI实验室，在企业工程师的指导下完成“小小项目”，在真实问题中学习真实技能，为未来进入产业界做好心理预演与能力储备。

第三，科技教育是缓解智能时代社会分化的“活力工程”。AI应用快速普及，如不合理统筹，必然加剧社会阶层分化。掌握技术者成为受益者，财富聚集速度指数级增长；被技术掌握者沦为“算法囚徒”，面临失业和生活自主性丧失的困境。科技教育是缓解社会分化、平衡社会差距、注入社会发展活力的基础力量。

一是普及科学素养，增强每个人的技术主体性。义务教育阶段的科技教育应该为所有学生—无论地域、贫富、天资—提供平等的科学素养培育，着重扣好学生技术主体性的“第一粒扣子”。加强科技教育资源公益供给，推动科技馆、博物馆、研学基地、科技企业、高校实验室等构建多类型公益性科技教育实践活动基地。

二是构建终身学习支撑，培育持续学习能力。面对AI加速职业更迭、传统技能快速贬值，科技教育应注重培养学生“可迁移的底层能力”，如科学思维、科学方法、科学精神。让学生在中小学就养成自主探究、持续学习的习惯，为未来在智能社会持续发展打下基础。

三是构建教育公平生态，推动更多社会科技资源普惠共享。如国家中小学智慧教育平台提供的科学类课程资源，包括云端科学课、AI实验助手、虚拟实验室等，可以打破地域壁垒，缩小认知鸿沟，惠及全体用户，让学生无论身处城市还是乡村，都能获得“同等质量”的科技教育。在青海玉树、贵州毕节等偏远地区，学生也可以线上同步参与北京、上海名校的实验教学。

第四，科技教育是应对AI伦理挑战的“免疫工程”。应当注意到，在当前技术和社会背景下，人工智能广泛应用的同时不可避免地次生出算法歧视、深度伪造等伦理风险。在青少年价值观形成的关键期，科技教育肩负植入“技术向善伦理基因”的重任。

一是将科技伦理嵌入科学课程，培养价值判断能力。在科学课程、信息科技课程中融入伦理模块，如“AI会歧视吗”“人脸识别合理吗”“深度伪造是犯罪吗”，让学生在中小学阶段就建立“技术不是中立的”“科技必须服务于人类福祉”的价值共识；又如举办AI伦理辩论赛、科技伦理情景剧，训练学生在学习技术中思考伦理。

二是构建科技与人文融合的课程，升级“工具理性”到“价值理性”。打破科学、技术、工程、数学学科与人文学科的壁垒，如在科学课程中引入哲学思考，在信息科技课程中融入社会学调查，在综合实践活动课程中加入艺术设计，在科技教育实践中引导学生思考科学技术的社会影响，积极兼顾人文关怀的渗透与滋养。

三是锚定“负责任的公民”，培养技术使用者兼具技术监督意识与治理能力。推动学生思考“如何向政府提议AI监管”“如何在社区推广AI伦理的认识和理解”“如何用技术帮助弱势群体”等问题。组织科技辅导员、少先队员、共青团员讲述科学家故事，让学生在讲述中理解科学家的责任，在行动中培养大国公民的担当，为未来成为“技术的监督者”而非“工具的奴隶”奠定基础。

科技教育的认知误区

当前对科技教育的认知仍多局限于科学课和实验课，认为“做科学教育加法”就是多上科学课和多做实验。这种学科本位的认知，不仅忽视了科技教育的时代性，限制了科技教育的广度与深度，更割裂了科学与人文、技术与伦理、知识与能力之间的内在联系。科技教育不应被窄化为一门学科，而应融入所有学科与育人场景。

第一，科学思维不只存在于理化地生学科。科学思维不是物理、化学、地理、生物学的专属，同样存在于包括语文、数学、音乐、体育、劳动教育在内所有学科的底层逻辑中。如在广东省深圳市南山区，某小学语文课以古诗《画》为线索，将多学科有机融合。学生在学习“远看山有色”时，结合地理学科了解山体形成原理；在学习“近听水无声”时，结合物理学科探究声音传播与介质的关系；在学习“春去花还在”时，结合生物学科研究植物生长周期。学生在场景化学习中不仅深化了语文理解，锻炼了跨学科整合能力，更感受到科学思维在各领域中的“无处不在”。这种融合式教学，不仅打破了学科界限，更拓宽了学生思维宽度，真正体现了科学思维无处不在。

第二，科学素养理应融入全课程、全场景。科学素养的培养，不应仅限于科学课程，而应融入所有课程。如在语文《琥珀》《时间的脚印》等科普类课文教学中，可引导学生梳理科学证据链、开展模拟实验并撰写科学观察日记，将文本解读与科学实证、表达能力培育相结合；在数学课上，以“校园植物叶片面积对比”为探究情境，指导学生运用测量、统计等数学方法收集分析数据并提出科学假设，在数学工具运用中渗透实证精神与变量思维；在体育“蹲踞式起跑”技能训练中，通过对比实验、力学原理分析优化起跑姿势，实现运动技能提升与科学探究能力培养的同步推进；在劳动教育中以“水分对小葱生长的影响”为主题开展盆栽种植劳动，设置对照实验、持续观察记录并撰写探究报告，在劳动实践中深化变量控制与归纳总结等科学方法的应用和理解；在艺术课程中，通过“美丽生态家园”绘画创作，学生不仅可以深入理解生态系统的构成和相互关系等科学知识，还可以通过艺术创作表达对自然的热爱和对生态保护的思考，艺术元素的融入让科学知识不再枯燥，有助于激发学生的学习兴趣，培养他们的想象力。

第三，科技可为艺术装上时代的引擎，艺术可为科技拓展智慧“涌现”的能力。科技与艺术是人类认知和创造的双翼。科技教育不应是“理性独舞”，而应与艺术教育“携手共舞”。AI时代，科技不仅丰富了艺术创造的工具和载体，也极大拓展了艺术的边界，激发了艺术的活力。同时，艺术修养提升不仅可以增强学生的创新思维能力，也可以显著丰富和提升学生的创新维度。如爱因斯坦、李四光等许多科学家同时具有较高的艺术修养，而这恰恰可能是其智慧“涌现”的关键触媒。科技与艺术的融合，不仅让知识在情感和审美中“活起来”，更让学习在创造和意义中“暖起来”，避免“唯知识论”导致的人文缺失，从而培养出兼具创造力、审美感知与人文关怀的完整人格。

科技教育的实践思考

当前，科技教育在实践中仍面临诸多现实问题，主要包括顶层设计需要由虚入实、学科融合需要由浅入深、实验教学需要由验到探、师资队伍需要由缺到强。解决这些问题、做好科学教育加法，需要从战略角度加强顶层设计，推动科学思维、科学方法、科学精神融入各个学科和育人全过程全场景，强化实验教学，配齐配强师资并提升各学科教师科学素养。

第一，从战略高度加强科技教育的顶层设计。科技教育的改革仅依靠基层学校自发探索难以实现其战略层面目标，必须由国家层面进行系统性规划与制度性保障。其顶层设计的核心任务在于明确科技教育的战略定位、构建政策支持体系、优化资源配置机制、建立评价反馈机制等。首先，应进一步提升科技教育在教育发展中的战略地位，发掘其在“教育强国”“科技强国”“人才强国”战略中的基础性作用，制定专门的中小学科技教育发展规划，设立跨部门协调机制，统筹教育、科技、财政、人社等部门资源，形成政策合力。其次，应完善科技教育的课程标准体系，明确各学段科学素养的核心指标，推动科学课程从知识导向向思维培育转型，强化科学探究、批判思维、提出有价值问题等能力的培养。再次，应建立科技教育的财政投入保障机制，确保实验设备、师资培训、课程开发等关键环节获得稳定支持，尤其要加大对农村和边远地区学校的倾斜力度，缩小区域间科技教育资源差距。最后，应构建科技教育的质量监测与评价体系，不仅关注学生的学业成绩，更应关注其科学素养、实践能力与创新思维的发展，通过过程性评价与增值性评价相结合的方式，全面把握科技教育的实施效果。唯有通过顶层设计的系统构建，才能为科技教育可持续发展提供更完善的制度保障与政策支撑。

第二，夯实科学类学科教育，拓展其他各学科融入科技教育内容。科技教育不应局限于传统科学类学科，而应以科学类学科为轴心，推动科学思维、科学方法、科学精神在人文社会科学等学科中的深度渗透。这种跨学科融合不仅有助于打破学科育人壁垒，更能促进学生形成整体性、系统性的科学世界观。如在语文教学中，可通过科技类阅读文本、科学相关写作任务、科学辩论活动等，引导学生理解科学语言、掌握科学表达、培养科学思辨能力；在数学教学中，通过强化数学建模、数据分析、逻辑推理等科学方法的应用，让学生在解决真实科学问题的过程中体会数学的工具价值；在历史与社会学相关内容教学中，通过融入科技史、科学社会学等内容，让学生理解科学发展的社会背景、伦理争议与文化影响，从而形成更为立体的科学认知；在艺术与设计相关内容教学中，通过引入工程设计、科技美学、数字创作等元素，让学生在动手实践中体验科学与艺术的交融之美。此外，还应鼓励学校开发跨学科主题课程，如“气候变化与社会应对”“人工智能与伦理困境”“生物多样性与可持续发展”等，通过真实情境下的项目式学习，让学生在综合运用多学科知识的过程中深化科学认知。这种以科学类学科为轴心的跨学科融合，不仅能够提升科技教育的广度与深度，更能培养学生应对复杂问题的综合能力。

第三，强化实验教学在科技教育中的基础核心作用。实验教学是科技教育的基础核心载体，是学生理解科学本质、掌握科学方法、培养科学精神的重要途径。然而，当前中小学实验教学仍普遍存在重理论轻实践、重演示轻操作、重结果轻过程等问题，甚至存在只做中考、高考涉及的实验的现象，导致实验教学流于形式，难以发挥其应有的教育功能。因此，必须强化实验教学在科技教育中的基础核心地位，以实验教学为载体提升科技教育的实效性与系统性。首先，应重新认识并构建实验教学的目标体系，从验证知识转向探究未知，强调学生在实验中的自主设计、过程观察、数据分析与结论反思，培养其科学探究能力与批判性思维。其次，应优化实验教学的内容结构，增加开放性、探究性、综合性实验项目，减少重复性、验证性实验，鼓励学生围绕真实科学问题开展长期性、项目式实验探究。再次，应完善实验教学的资源配置，确保每一所学校都配备基本的实验设备与安全设施，运用虚拟仿真实验、数字化实验平台等新型教学工具弥补传统实验资源的不足。此外，还应建立实验教学的评价机制，不仅关注实验结果的正确性，更应关注实验过程的科学性、创新性与合作性，通过过程性评价激励学生深入参与实验探究。最后，应推动实验教学课程的系统化建设，将实验教学贯穿科学课程始终，形成“课前预研—课中探究—课后拓展”的完整链条，使实验教学真正成为科技教育的支柱与灵魂。

第四，配齐配强科学类学科教师，提升各学科教师融合科技教育的意识和能力。教师是科技教育实施的关键，其专业素养与教学能力直接决定科技教育的质量与效果。当前中小学科技教育师资队伍存在结构性矛盾：一方面，科学类学科教师数量不足、专业背景薄弱、培训机会有限；另一方面，非科学类学科教师普遍缺乏科技教育意识与能力，难以在各自学科中有效渗透科学内容。为此，必须从“配齐配强”和“意识能力提升”两个维度入手，全面加强科技教育师资队伍建设。首先，应加大科学类学科教师的招聘与培养力度，确保每一所学校都配备足额、专业的科学教师，优先招聘具有理工科背景、教育学素养和实践能力的复合型人才。其次，应建立科技教育教师的专业发展支持体系，通过定期培训、教研活动、教学竞赛、学术交流等方式，持续提升其课程开发、实验设计、教学评价等核心能力。再次，应推动非科学类学科教师科学素养的提升，将科学素养纳入教师继续教育必修模块，通过专题讲座、工作坊、案例研讨等形式，帮助教师理解科技教育的基本理念、核心内容和教学方法，增强其在各自学科中渗透科学元素的意识与能力。此外，还应建立跨学科教师教研协作机制，鼓励科学教师与语文、数学、历史、艺术等学科教师共同设计跨学科课程，通过团队合作实现科技教育的协同推进。最后，应建立科技教育教师的激励机制，将科技教育成果纳入教师绩效考核、职称评定、评优评先等评价体系，激发教师投身科技教育的积极性与创造性。唯有通过系统性的师资建设，才能为科技教育的高质量发展提供坚实的人才保障。

中小学科技教育实践是一场从知识传授到思维激发、从学科本位到学科融合、从课堂活动到社会工程的深刻变革。这场变革的战略意义，不仅在于培养未来的科技人才，还在于塑造具备科学思维、科学方法、科学精神的社会主义建设者和接班人，更是人工智能时代教育强国建设、实现中国式现代化和中华民族伟大复兴的有力支撑。

参考文献

[1] 习近平在中共中央政治局第三次集体学习时强调  切实加强基础研究 夯实科技自立自强根基[EB/OL].（2023-02-22）[2026-01-10]. https://www.gov.cn/xinwen/2023-02/22/content_5742718.htm.

（作者：李永智，中国教育科学研究院党委书记、院长，研究员）