順應科技創新趨勢構去九宮格建科學教育生態系統_中國網
中國網/中國發展門戶網訊 近年來，習近平總書記多次強調加強人才自主培養，重視培育人的科學思維、科學精神。2023年5月，習近平總書記在二十屆中央政治局第五次集體學習時再次強調，進一步加強科學教育、工程教育，加強拔尖創新人才自主培養，為解決我國關鍵核心技術攻關提供人才支撐。2024年我國公民中具備科學素養的比例為14.14%，與美國（28%）、瑞典（35%）等發達國家相比，以及與2035年實現25%的公民具備科學素養的目標相比，仍有較大差距。推動我國科學教育事業的進步與改革，全面提升公民的科學素養，培養具備科學精神的創新型人才，是實現中華民族偉大復興的重要基礎和戰略任務。
世界新一輪科技革命和產業變革迅猛發展，全球教育正從工業時代以知識傳授為核心，向以培養人的創新能力為核心的教育范式轉變。隨著ChatGPT、Sora等人工智能技術的發展和廣泛應用，對基于工業時代建立的教育底層邏輯將帶來范式革命性轉變。面向未來的科技創新人才，需要豐富的科技教育資源和實踐場景作為支撐，以及更加注重科學方法、科學精神、批判性思維和創造性思考等創新能力的培養。因此，僅靠傳統教育主體已無法完成科學教育的使命任務，構建跨部門協作、多類科技創新主體協同育人的科學教育生態系統勢在必行。此外，根據教育部、人力資源和社會保障部、工業和信息化部聯合發布的《制造業人才發展規劃指南》，預計2025年，我國新一代信息技術產業將出現950萬人才缺口，會議室出租高檔數控機床和機器人領域人才缺口將達450萬人，航天航空裝備領域人才缺口將達47.5萬人。通過構建科學教育生態，聯合相關行業企業建立一個強大的早期學習系統，既能幫助公民提升基本科學素養，也有利于各關鍵領域科技創新人才的自主培養。
世界各國積極布局科學教育生態系統
當前，主要發達國家均將構建小樹屋科學教育生態系統視為實現國家科學教育戰略目標的關鍵舉措，主要包括制定長期規劃并優化組織機制、建立和完善科學教育標準、促進伙伴關系和跨機構合作。
制定長期規劃并優化組織機制，推動構建科學教育生態系統。美國在2018年發布的國家科學教育戰略規劃中，明確提出要構建科學教育生態系統；2022年美國總統科技政策辦公室進一步提出了改革和增強美國的科學（science）、技術（technology）、工程（engineering）、數學（mathematics）和醫學（medicine）的STEMM生態系統的愿景。從2011年起，美國在其國家科學技術委員會下，成立聯邦科學、技術、工程與數學（STEM）教育協調委員會和6個跨機構工作組，明確了其國防部、能源部、衛生與公眾服務部等14個成員單位在科學教育中的使命定位。英國通過“科學與創新投資框架”和STEM教師的培訓，建立國家科學學習網絡，整合教育資源并促進學生、教師和研究人員的交流合作。德國針對“工業4.0”的需求，構建了科學教育戰略框架，培養適應新時代工業需求的技能人才。澳大利亞頒布《國家STEM學校教育戰略（2016—2026）》，明確協調各方資源、構建科學教育生態系統。韓國和日本均先后制定科學教育戰略計劃，推動科學教育生態化發展。
建立和完善科學教育標準，促進學科融合，適應科學發展需求和挑戰。美國、英國、德國、日本和新加坡等國家已經采取了具體措施來確立科學教育的國家標準和框架。美國在科學教育領域的發展尤為顯著，其2012年制定的《K-12九宮格科學教育框架》為2013年發布的《新一代科學標準》奠定了基礎。《新一代科學標準》強調了3個關鍵維度——學科核心概念、科學與工程實踐，以及跨學科概念，這一標準已成為指導美國科學教育的重要文件。在美國，各州大約每5年就會修訂課程標準。英國教育與科學部于1989年發布了《國家科學教育課程標準》，確立了全國統一的科學課程標準，為中小學科學教育提供了官方指導。目前，英國1—9年級的科學課程標準依據的是2013年修訂的《英國國家課程：科學課程學習計劃：第一和第二階段》和《英國國家課程：科學課程學習計劃：第三階段》；10—11年級使用的是2014年修訂的《英國國家課程：科學課程學習計劃：第四階段》。德國自21世紀初起，專注于建立全國性教育標準。日本和新加坡同樣制定了符合各自國家發展戰略的科學教育標準，以確保教育體系能夠滿足未來科技和社會發展的需求。制定這些標準的參與者，不僅涉及教育部門專家，更有科學家、企業專家等不同類型。
促進伙伴關系和跨機構合作，加強全學段的科學教育有機銜接。各國從地方自下而上的實踐探索出發，逐漸形成國家層面的多主體協同參與科學教育格局。澳大利亞和德國通過建設有效的伙伴關系和實驗室合作，加強了STEM領域的教育和實踐。日本則注重學科整合和社區協作，強化跨學科的科學、技術工程、藝術和數學（STEAM）教育，促進了科學教育生態空間的延伸。美國和澳大利亞在國家科學教育政策中明確提出構建科學教育生態系統，采取多樣化舉措在科學教育體系中提升學習者的科學素養和技能，構建起涵蓋各教育階段、有機銜接的科學教育生態。
科學教育生態系統的內涵和特征
科學教育生態系統的內涵
科學教育是與傳授科學知識、提升科學素養、培育科學精神、培養科技人才有關的教育活動，其目的是通過理解自然界的規律和原理來培養學生的科學知識、科學思維、實驗技能和科學態度。傳統的科學教育主要指在中小學階段開展的以自然科學內容為主，發展個體及群體科學素養的教育教學活動。隨著社會需求的演變，科學教育的范疇不斷擴大，演變為覆蓋基礎教育到高等教育，以及職業教育階段，包括校內正式科學教育和校外非正式學習環境（如家庭、工作場所、博物館、社區等）中進行的科學教育，以美國的STEM教育為代表的國際科學教育多指后者，其內容也從基本的科學、技術、工程和數學逐步擴展到包含藝術、醫學、信息技術等與社會生產和應用聯系緊密的領域。本文更加關注廣義的科學教育，即面向基礎教育至高等教育、繼續教育、職業教育，既包括學校正式學習環境中的科學教育，也包括校外非正式學習環境（如家庭、工作場所、博物館/圖書館/天文館、社區、科技社團等）中的科學、技術、工程、數學、醫學、藝術和信息技術及其相互交叉、融合的學科領域。
科學教育生態系統的概念最早由美國提出，其強調一個國家的科學教育涉及學校、社區和區域等多個不同層面之間的互動與依存，整個系統的健康和可持續性依賴于資源的有效配置和各要素間的有效聯動。科學教育生態系統作為一種新的教育理念和管理模式逐步被各國采納和探索，也正在重塑人們對于科學教育的認知和實施方式。早在2000年，中國科學院學部就強調，科學教育應將科學知識、科學思想、科學方法和科學精神作為一個整體來發展，使學習者將這些能力內化，轉化為他們信念和行為準則。2022年中國科學院和教育部九宮格聯合部署了“我國科學教育改革戰略研究”，組織100余位院士專家開展研究，提出面向全球科技競爭日趨激烈的重大挑戰，指出我國亟待系統搭建科學教育體系。
基于歐美及我國科學教育生態系統實踐的觀察和相關研究，本文認為：科學教育生態系統是由政府引導，促進學校、科研機構、科技企業（以下簡稱“企業”）及社會各界等相互作用、相互依存、緊密聯系的復雜系統；通過資源有效統籌、體制機制協同及政策法規支持，科學教育生態系統為學習者提供正式和非正式的科學教育機會，實現全學段覆蓋、跨學科融合和多場景實踐的科學教育，培養創新人才和提升公民科學素養。科學教育生態系統學習者包含中小學學生、中小學教師、本科生、研究生、博士后、大學教師和繼續教育學習者等。
科學教育生態系統的特征
主體多樣性。在科學教育過程中，不同類型的參與者和機構共同協作，形成一個多元化的生態系統。科學教育生態系統中的參與主體包括政府、學校、科研機構、企業、社會組織和學習者等。這些主體通過協同開發和利用教育資源，構建一個共育的生態環境。
政府引導性。政府的引導對構建資源互補、協同發展的良性循環至關重要。政府通過建立健全政策法規體系、完善體制機制、開放多樣化的合作渠道發揮其引導作用。政府不僅統籌配置必要的資源支持，更重要的是通過體制機制強化各主體參與的內在動力，確保科學教育資源高效流轉和整體目標的實現。
利益共生性。各參與主體之間具有互利共生、共同發展的關系。教育主體培養人才，科研主體進行科技創新，用人主體提供實踐場景，各方通過合作和資源共享，推動科技創新、教育改革和人才培養的良性循環。通過這種利益共生關系，生態系統中的各主體可以更好地應對科技創新環境的變化，提升科技人才培養質量，實現持續的創新驅動和高質量發展。
動態適應性。動態適九宮格應性特征使得科學教育生態系統能夠在復雜多變的環境中持續演進，確保系統的長期活力和競爭力。各參與主體及其協同機制能夠根據外部環境的變化，靈活調整與優化系統內部的資源配置、合作方式和發展策略，從而保持系統的穩定、創新和高效發展。
科學教育生態系統的分析框架
國內外科學界和學術界普遍認為，構建多渠道、多途徑和多元主體協同參與的科學教育和培養創新人才的體系是科學教育未來的發展方向。縱觀各國構建科學教育生態系統的政策與實踐，對科學教育生態系統的機理認知、理論框架的深入分析仍然較少，本文提出科學教育生態系統多主體協同育人的分析框架——“4P+1A”五維分析框架。
科學教育生態系統“4P+1A”分析框架
“4P+1A”五維分析框架包含參與主體（participants）、角色定位（position）、育人舉措（practices）、協同機制（partnerships）和評估引導（assessment）（圖1）。科學教育生態系統中，參與主體，包括政府、學校、科研機構、企業、社會組織和學習者等；角色定位，指不同主體在整個生態系統中的職能與作用分工；育人舉措，包括各主體根據其角色和職能，提供的正式和非正式的多樣學習機會；協同機制，指系統內不同主體通過有效的合作與互動，形成相互依存、共同發展的協作模式；評估引導，確保各主體之間的資源整合、信息共享、目標統小班教學一，從而推動整個科學教育生態系統的健康發展與持續改進。
“4P+1A”分析框架的構成要素與內涵闡釋
科學教育生態系統中參與主體是系統的基本構成單元，角色定位是立足不同主體戰略定位的價值引領和內驅動力，二者緊密聯系、內在統一。在科學教育生態系統中，各參與主體角色定位、主要功能和所開展的科學教育活動有差異，但都是以學習者個體為核心的。各級政府。主要角色是制定戰略規劃、統籌資源、建立科學教育標準體系和法律保障體系，以及優化體制機制，提升跨機構合作效率，引導和促進各方合作，打破傳統教育模式的限制，并進行必要的監督保障舉措，保證整個生態系統高效運行。中、小學學校。目的是培養學生對科學的興趣，激發學生的創新思維。其中，中、小學教育工作者是知識傳遞者和創新思維的培養者，同時也是教育改革的執行者。大學和科研機構。其角色定位是提供高等教育，培養創新人才，通過科學研究創造知識并推動科學前沿的拓展，為社會提供科學教育的公共服務。企業。產品和服務創新的主體，科研成果轉化的平臺，以及經濟價值的創造者；對科技創新人才的需求是科學教育體系發展的風向標，也是推動科學教育生態系統發展的根本動力。在科學教育生態系統中，企業“育人”和“用人”功能相結合，充分賦予其人才培養的自主權。社會組織。扮演著連接學術界與公眾、支持非正式教育和終身教育、促進科學知識普及與應用的關鍵角色。
育人舉措是科學教育生態系統實現育人功能的行動路線。舉措類型包括：統籌規劃型——戰略規劃、體制機制建設、法律體系完善和資金保障體系構建。政府主要采取統籌規劃型舉措，設計并持續優化科學教育生態系統整體框架。知識傳授型——教授課程和科學教育講座。這一類別涵蓋中小學、大學、科研機構、企業和社會教育機構和社會組織等主體，它們共同承擔科學教育生態系統傳播科學知識的基礎任務。基礎能力培養型——科研項目、實踐活動、共享科研儀器和數據、培訓教師等。這些舉措主要由大學、科研機構和企業等科技創新主體實施，以培養具備科研能力與創新精神的科技人才，促進前沿研究和技術創新的緊密結合，加速科研成果的轉化與應用。產業實踐型——主要由企業提供實習機會、實踐平臺。企業作為科技發展的前地和人才需求的主要來源，面向產業發展需求，為本科和研究生畢業生提供科研場地，不僅有助于學生將理論知識轉化為實踐能力，更是構建人才與市場無縫對接的關鍵橋梁。
協同機制促進各參與主體之間的有機互動和資源整合，是科學教育生態系統發揮系統效能的紐帶和橋梁。機制類型包括：資源互補型——政策/資金支持和科研資源共享。政府在此機制中扮演核心角色，通過制定有利政策和提供必要資金，為整個生態系統注入強勁動力。同時，企業通過向高校和科研機構提供資金支持或建立科研資源共享平臺，不僅助力基礎研究，也獲得了自身發展所需的技術與知識支撐，形成了互利共贏、雙向驅動的協同關系。合作參與型——科研項目合作、科學教育合作和科學普及合作等。它鼓勵企業、大學、科研機構、中小學校、社會教學機構及社會組織等多方主體，共同參與育人活動，以加速科技人才培養，滿足科技產業對高素質人才的需求。這一機制不僅促進了知識、技術與資源的有效流動，還確保了人才鏈上各主體利益的深度融合與共贏，發揮了科學教育生態系統培養人才、服務經濟社會發展的重要作用。
評估機制是科學教育生態系統的關鍵保障，為系統的持續優化和發展提供反饋與支持。評估主體及對象。政府及教育行政部門、學校及教育機構或專業評估機構對學習者個體、育人主體、育人舉措和協同機制進行評估。評價考核目標。以是否實現科學教育的發展目標作為考核標準，通過前瞻性的評估框架引導系統的持續優化。評價體系構建。確立多維度、可量化的評價標準與指標，確保評估的科學性和公正性。動態跟蹤評價與反饋機制。通過實時監測、定期評估與即時反饋，確保教育過程中的問題得到及時發現與解決。
培育我國科學教育生態系統的實踐思考
科學教育是落實黨的二十大報告提出的教育、科技、人才三位一體發展的最佳結合點，是提升全民科學素養的重要基礎，關乎國家未來的發展戰略。新中國成立70余年來，我國在科學教育領域穩步發展，體制建設不斷優化，為我國科技人才培養與公民科學素養提升奠定了堅實的基礎。近年來，我國又修訂了《義務教育科學課程標準（2022年版）》，將1—9年的科學教育標準進行一體設計，提出了“核心素養”導向。2023年5月，教育部等18個部門聯合印發了《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，形成社會協同支持機制，盤活各方科學教育資源。我國科學教育發展至今，已具備科學教育生態系統的基本要素，但是科學教育主體的多樣性和自主性不足，各要素之間協同機制尚不健全。面向未來，亟待加強科學教育生態系統建設，為我國高質量發展提供高水平的科技人才供給。
建議將構建科學教育生態系統，作為我國科學教育改革的主線，建立健全除學校以外的其他社會多主體參與科學教育的協調機制，制度化、體系化推進科學教育生態系統建設。建立科學教育協調機制。統籌協調教育部門、科研機構、科技企業等開展科學教育活動、開發科學教育資源，促進各方在校內外融合的科學教育中發揮各自的優勢和作用，加快形成面向未來的科學教育生態系統。 研究制定我國科學教育改革與發展的戰略規劃。明確科學教育是我國面向未來實現高質量發展的基礎性和戰略性工作，對實現高水平科技自立自強的奮斗目標具有核心支撐作用；要總體統籌科技資源和教育要素的精準對接、有效配置，激發形成科學教育生態系統的內生動力家教場地，構建高效、持久和有彈性的科學教育生態系統；為培養具有科學素養和創新能力的人才提供制度性保障。
加快建立國家科學教育標準體系和評價體系，為多元主體參與科學教育提供基本遵循。打破現有學科界限。根據大科學時代科技創新的范式與特征，重新梳理知識基本結構、重新建立知識的總體框架，特別要關注科學發現、技術發明與產業實踐的結合，要體現中國學術思想精華，將西方科學的還原論思維與東方系統論思想有機融合。構建全學段貫通式科學教育體系。制定不同學段的科學教育培養目標，以及相應的課程標準和教育方式。同時，要重視從小學到大學的各個教育階段之間的銜接和貫通，構建符合中國國情的科學教育體系。建立以科學素養為核心的多維度評價標準。要將評價重點從學業成績和知識掌握，轉向重視學生的創新能力和綜合素質表現；評價時效也要從結果性評價，轉向建立過程性監測與指導。
健全激勵機制，激勵社會多元主體積極參與構建科學教育生態系統，增強財政部門和科技部門對科學教育的投入和支持。引導多渠道資金投入。在教育經費和科技經費中安排必要經費，統籌支持科學教育的開展，通過社會責任、給予稅收優惠、專項資金支持等多種手段有效激勵，鼓勵相關企業、社會機構等多方力量參與科學教育事業。推動社會多元主體參與科學教育。鼓勵科技界和各類校外場所，如博物館、科技館等，積極參與科學教育的推廣。支持他們研究開發多樣化的優質科學教育資源與產品，如視頻、音頻、動手實踐等形式。建立科研資源的教育轉化機制。研究建立國家科技計劃項目成果與科學教育之間的有效銜接機制；持續優化國家重大科技基礎設施等向各類學校提供開放和支持服務的制度。
（作者：范佳萍、李倩倩、王穎，中國科學院科技戰略咨詢研究院 中國科學院大學公共政策與管理學院。《中國科學院院刊》供稿）
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