中小学生科学素养发展的实证研究——基于江苏省连云港市的监测数据

　　摘要：调查表明：中小学生在科学行为、科学知识与方法、科学兴趣与认同以及科技信息来源渠道等方面表现良好，但其科学素养表现不够均衡、科学探究水平不甚理想、参与科学实践活动的经历有待加强。为此，我们应该建立科学有效的中小学科学教育保障机制，充分发挥各类课程的科学教育整体功能，加强和改进中小学科学实验教学，完善和增强大众媒介科普力度，引导社会、学校、教师和家长树立正确的科学素养评价观。

　　关键词：中小学生；科学素养；调查；分析；连云港市；

　　作者简介：顾长明，江苏省连云港市教育局教研室研究员，特级教师，研究方向为科学教育教学研究。(连云港222000)

　　《全民科学素养行动计划纲要(2006-2010-2020年)》(以下简称《科学素养纲要》)对公民应具备的基本科学素养进行了明确的规定，即“了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力”。提高中小学生科学素养也是实施《科学素养纲要》的重要组成部分。[1]江苏省连云港市中小学参加了由教育部和科技部联合开展的“中国青少年科学素养监测调查”项目，在项目组专家的指导下，省、市教研部门通力合作，顺利完成了连云港市的测试工作。本文基于连云港市中小学生科学素养监测结果的实证数据，尝试对中小学生科学素养发展现状进行分析并提出对策与建议。

　　一、中小学生科学素养问卷调研概况

　　对中小学生科学素养进行监测与分析既能发现科学教育教学中现存的问题与不足，也能帮助教育与科技部门提高决策水平，还有利于科普与教研部门超越个人经验，结合实证数据对中小学科学教育进行针对性的研究与指导，为科学教育的问题诊断提供实证依据，进而营造良好的科学教育氛围，提高中小学生科学素养水平。与此同时，对中小学生科学素养现状进行分析也是建立规范的科学教育教学管理制度，引导社会树立正确科学教育质量观的客观要求。我们应该逐步建立对中小学生科学素养进行分析、反馈与指导的工作机制，探索基于实证数据的科学教育教学研究与提高科学素养的途径和方法。[2]

　　连云港市地处苏北，辖四县三区，其中，新浦区和赣榆县的区域经济发展水平特别是教育发展水平在苏北地区具有一定的代表性。笔者按照项目组抽样要求在市区抽取了新浦区海庆中学和幸福路小学(这两所学校为全国中小学生科学素养监测样本学校)，在县域抽取了赣榆县柘汪第二中学和柘汪第二中心小学，共四所学校。本次问卷主要针对小学五、六年级和初中八、九年级学生，科学素养问卷所选样本具有随机性和全面性，兼顾到不同类型的中学和小学，具有一定的代表意义。笔者对所测中小学相应年级的学生进行了全体抽样，调查前，研究者对参与调查的群体进行了科学回答问卷的宣传与讲解，并与家长进行了沟通与交流。其中，小学十个班518人、中学十二个班766人参加了学生问卷，与此同时，笔者对参与调查相对应的1284位学生的家长也进行了家长问卷。调查共收回1284份学生问卷和1284份家长问卷，回收率100%，有效率100%。研究者用EXCEL对问卷进行逐题统计，统计前笔者对学生与家长问卷进行了统一编号，以求对应，从而呈现学生与家长之间的映射关系。

　　中小学生科学素养调研采用中国青少年科学素养监测课题组设计的三组问卷，即中国青少年科学素养监测调查初中生问卷、小学生问卷和家长问卷。学生问卷结合国际上普遍认同、国内曾经使用过的标准，即科学素养的三个维度：对科学术语和概念的理解、对科学原理和方法的理解、对科技的社会影响的意识和理解。调查问卷的设计以及结果测度皆围绕以上三个维度展开。学生问卷内容分为填空题、单选题和多选题，填空题为学生自身概况性的内容；单选题多为一些客观性比较强的内容，如判断题、连线题、排序题等，其选项采用等距连续设计，以适切不同水平主体的自主选择；多选题用于采集学生主观性的表达和认识，如一果多因的判别、对科技现象的多元解读、个性化的认知体验等。家长问卷主要涉及家庭环境(学历、职业、经济、交往)状况、家庭科技背景因素、家长对科学的兴趣和态度、学生参与科学实践活动情况等。

　　二、中小学生科学素养发展状况

　　(一)主要成效

　　1.中小学生科学行为整体达标情况较为理想

　　科学素养是复合体，包括知识、技能、方法、态度和行为等方面，行为是科学素养的外显标志，是衡量科学素养形成和运用的重要尺度，也是科学素养培养的出发点和落脚点。问卷设计了一些问题来映射学生的科学行为，比如，让中学生判别“如果实验的结果与书本上的结论不一致时所持的行为”，选择“重复实验寻找原因之后如实写入实验报告”的学生比例达88.7%；小学生对“做实验数据和别人不一样时，就改成和大多数人一样的”行为进行选择时，选择“很少”和“从不”的比例为87.1%。问及学生参与过保护环境的行为时，50%的中学生和68.6%的小学生表示“为环保少用一次性筷子”；90.3%的中学生和87.8%的小学生认为“使用新家用电器前一定要先看说明书”。有76.9%的中学生和72.8%的小学生认为“编写病毒程序去破坏他人资料信息库，还把病毒程序卖给别人从中获利”的行为“既违反了网络道德，也违反了法律”。多达78.0%的中学生和69.2%的小学生不相信“求签算命”。以上数据均表明中小学生有着良好的科学行为与认识，并能在学习与日常生活中得以彰显与运用。

　　2.中小学生对科学知识与方法掌握得比较扎实

　　中小学生对科学知识的理解趋向良好，整体水平较高，特别是对一些科学观点的认识上表现出良好的品质，说明在新课程改革的推动下，中小学生科学知识与方法有了较快提升。以小学生为例，在对23个基本科学观点的问卷测试中，平均正确率为74.6%。94.9%的学生知道“吸烟会导致肺癌”，92.3%的学生认为“能量可以相互转化，所以我们不必节约能源”的观点是错误的，92.1%的学生知道“同一时间里，南、北半球的季节是一样的”这种认识是错误的。85.4%的学生知道“地心的温度非常高”“电器短路造成火灾，不可以用水直接熄灭”。79.5%的学生明白“人类是由现代类人猿进化而来的”。当让学生判别“科学家做实验常需要多次重做实验，这样做的最主要目的”时，90.4%的学生认可“正确的科学结论应该是能重复验证的”这个观点。让学生选择“关于科学研究方法的论断”时，70.1%的学生认可“科学方法的核心是形成观察、实验、假设、验证、推理和结论”。中学生相应的科学知识与方法也比较理想。这表明连云港市的中小学生对相应科学知识的理解和科学方法的掌握处于良好状态，科学知识与方法又是其他科学能力进一步形成与发展的前提，这为学生科学素养的进一步提升奠定了良好的基础。[3]

　　3.中小学生对科学的兴趣及学习认同度良好

　　科学兴趣表现为对科学的好奇心和求知欲，以及由此生发的亲近、体验科学的心理倾向。同时，对科学教师教学方式的认同以及对师生关系的良好评价，又使得科学兴趣在学生的科学学习中得以持续，促进了科学兴趣向科学志趣的转化与提升，这种内在动力系统是设计与实施科学活动需要考量的重要因素之一。问卷调查结果表明学生对科学的兴趣浓厚，92.7%的小学生表示“喜欢科学，尤其喜欢参加各种科学实践活动”；90%以上的小学生表示乐意参观科技馆、博物馆、天文馆、动物园，喜欢小发明和小制作。与小学生相比，中学生对科学的间接兴趣更浓一些。中小学生对科学的教与学的方式也有着良好的认同度，认为教师“从不”、“很少有”、“有时”、“常常”、“总是”“把结论告诉我们，然后把大量时间做实验”的比例分别为47.1%、17.8%、13.5%、11.4%、10.2%；认为“从不”、“很少有”、“有时”、“常常”、“总是”“让我们准备一些学具以便课上用”的比例分别为3.6%、9.1%、16.8%、28.9%、41.6%；认为“从不”、“很少有”、“有时”、“常常”、“总是”“鼓励我们猜想并且通过操作、实验、演示验证猜想”的比例分别为6.6%、12.4%、18.8%、23.8%、38.4%。可以看出，学生对教师的科学教学行为给予了积极的评价。学生对师生关系也是比较认同的，62.8%的学生认为“老师鼓励表扬我”，77.6%的学生认为“老师不讽刺挖苦我”，68.9%学生认为“我和老师关系很近”。“亲其师，信其道”，学生的认可彰显出科学教学的魅力。

　　4.中小学生科技信息来源渠道呈现多元态势

　　从传统的印刷媒体、影视媒体、广播媒体到现代的电子媒体，新型信息传播媒介随着社会、经济和文化的发展正发生着深刻变化。调查显示，中小学生在顺应时代发展潮流的同时，能根据自身习惯、条件和环境学习科学知识，学生获取科技信息的渠道正呈现多元态势。问卷设计了报纸、课外图书、教材、广播、电视、杂志、互联网、音像制品、课堂教学、亲友或同学这十种获取科技信息的方式，要求学生选择最经常使用的三种方式，并按重要程度排出第一、第二和第三重要。以重要程度的前三个选项之和为衡量标准，初中生获取科技信息的主要渠道从高到低依次排列为：课堂教学53.7%，电视43.9%，互联网39.1%，报纸34.2%，课外图书34.1%，教材31.8%，杂志31.7%，亲友或同学12.4%，影碟、磁带等音像制品12.2%，广播4.9%；小学生获取科技信息的主要渠道从高到低依次为：课外图书56.4%，互联网41.0%，亲友或同学48.7%，课堂教学38.5%，报纸33.4%，电视25.6%，教材23.1%，杂志20.5%，影碟、磁带等音像制品5.2%，广播5.1%。由此可见，中小学生获取科技信息与知识来源的渠道正呈现多元态势，学校与家庭应该因势利导，合理用好这些媒介，以达到提升学生科学素养的积极作用。数据还表明，互联网正以其传播科技信息的快速、迅捷与方便的优势，越来越成为中小学生乐于接受的科技信息源。

　　(二)存在问题

　　1.中小学生科学素养的表现不够均衡

　　学生科学素养的不均衡主要表现在三个方面：一是科学知识方面，学生对贴近生活实际的科学观点的认识比较清晰，而对与日常生活较远的领域或抽象的内容认识不足，这说明学生在不同领域或不同抽象程度的知识获取上的难易程度有所不同。以小学生为例，33.3%的学生认为“数百万年来，我们生活的大陆一直在缓慢地漂移并将继续漂移”和“地球围绕太阳转一圈的时间为一年”是正确的常识；22.0%的学生回答“电子比原子小”是正确的；43.6%的学生认为“人到高原后出现头痛、恶心等‘高原反应’的原因是气压过高”；还有39.0%的学生认为“抗生素既能杀死细菌也能杀死病毒”这个观点是不正确的。以上问题的正确率都未超过50%，说明小学生的科学认识程度还是不高的。二是知行方面，当问及对“求签算命”的态度时，有78.0%、69.2%的中学生和小学生表示“不相信”；而当问及对“如果有人根据‘求签算命’的结果说你最近将有灾难”的态度时，只有34.1%、43.8%的中学生和小学生认为“根本不管它”，有65.9%、35.9%的中学生和小学生认为应该“多加小心”，15.4%的小学生认为应该“赶快寻找消灾方法”，没有中学生认为应该寻求解决的办法。当假设的情境映射学生的行为时，其态度容易出现摇摆，知行会发生悖离。三是城乡方面，数据表明农村学生的科技知识、信息来源渠道、科技活动、家庭环境与氛围等均弱于城区学生，这与农村学校科学教育装备的落后以及教师科学专业素养较低等原因密不可分。

　　2.中小学生科学探究的水平不甚理想

　　科学探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式，亲身经历以探究为主的学习活动是学生科学学习的主要途径。问卷设置了变量控制试题来映射学生对科学探究的理解水平，以“科学家想知道一种治疗高血压的新药是否有疗效”一题为例，该问提供了四个选项供学生选择：17.1%的学生选择“给1000个高血压病人服用这种药，然后观察有多少人血压有所下降”，12.2%的学生选择“给500个高血压病人服用这种药，另外500个高血压病人不服用这种药，然后观察两组病人中各有多少人血压有所下降”，9.8%的学生选择“给500个高血压病人服用这种药，另外500个高血压病人服用无效无害、外形相同的安慰剂，然后观察两组病人中各有多少人血压有所下降”，61.0%的学生选择“不知道”。问卷还设置了对比实验来映射学生的探究分析水平如何，例如，有两个敞开的瓶子，一瓶装满食醋，另一瓶装满色拉油，将它们放在有阳光的窗台上，几天后，发现两个瓶子不同了，该问要求学生观察结果，然后在提供的五项内容中做出选择。12.8%的学生选择“色拉油蒸发得要比食醋快速”，15.4%的学生选择“食醋和色拉油两者都蒸发一半”，12.8%的学生选择“只有含水的液体蒸发”，12.8%的学生选择“直接照射阳光是蒸发的必要条件”，46.2%的学生选择“不知道”。以上两题考查了学生对科学探究过程的理解，学生的选项良莠不齐，仅有9.8%和12.8%的学生能正确作答，表明学生对科学探究的理解和开放性思维明显弱于基础知识与基本技能，表现出作为科学学习内容的科学探究的学习与在新的情境下的运用出现分离的倾向。由此可见，对科学探究的理解与运用是学生的弱项，而作为学习方式的科学探究是探求未知世界的主要方法，是科学学科的核心能力，教学中要凸显学科核心能力和在新的情境下综合运用知识解决问题能力的培养，科学教与学方式的转变任重而道远。

　　3.制约科学素养提升的因素依然存在

　　中小学生科学素养的提升需要家庭、学校、社会的共同努力，营造良好的科技教育环境是至关重要的。以家庭藏书为例，小学生家中“没有藏书”的比例为2.6%，“1~10本”的为7.7%，“11~20本”的为10.3%，“21~50本”的为33.3%，“51~100本”的20.4%，“101~200本”的为15.4%，“200本以上”的为7.7%，“不知道”的为2.6%。一个人的精神发育史便是其阅读史，家庭的藏书量与学生的阅读量是呈正相关的，学生科学素养的提高很大程度上是从阅读开始的。在调查中学生家庭成员是否指导或关心孩子学习情况时，就过去一星期内家长“检查过你作业”、“指导过你功课”、“和你谈论过有关学校或学习事情”选项而言，“没有”的比例分别为49.5%、65.7%和41.7%，“有1~2次”的比例分别为24.4%、19.3%和12.2%，“有3~5次”的比例分别为21.3%、10.2%和14.6%，“几乎天天”的比例分别为4.8%、4.8%和31.5%。中小学生上过艺术类和文化类补习班的比例达46.6%，而上过科技类补习班的为0。由此可见，家长对学生科学素养的关注度还有待进一步提高。从学校资源看，“拥有科学实验室和科技图书杂志”的中学比例分别为29.2%和41.5%，小学比例为54.3%和56.9%。中学生“没用过、很少用、有时用专用室上科学课”的占82.8%，“科学课经常使用实验仪器”的占19.6%。学校不具备种植条件的占30.4%，有种植园的占19.7%。可见，课程资源还不能满足科学教学需要，课程资源的挖掘与利用尚有较大空间。从学生体验看，当问及小学生是否得过县区级及以上科技类的奖项时，得过的仅为2.6%，远远低于文艺类奖(12.8%)、综合类奖(10.3%)、其他学习奖(8.6%)、体育奖(5.8%)和其他奖(4.6%)，中学生的科技获奖情况还要低一些，这表明中小学生缺乏科技类获奖的成功体验，也说明社会提供给学生科技类获奖的机会不足。

　　4.参与科学实践活动的经历有待加强

　　科学实践活动是中小学生运用科学知识技能，积累科学活动经验，形成科学能力和行为的重要途径。问卷设计包含了学生参与科学实践活动的内容，调查结果反映出学生对参与科学实践活动有着浓厚的兴趣，但参与度却不高。有92.7%的学生表示“我喜欢科学学习，尤其喜欢参加各种科技活动”；90%以上的学生表示喜欢参观科技馆、博物馆、天文馆、动物园、植物园，喜欢进行小发明、小制作等，而一年中去过“科技馆、博物馆、天文馆、动物园、植物园”的小学生比例为28.2%、25.6%、15.4%、41.0%和64.6%，中学生比例为7.3%、2.4%、9.8%、17.1%和7.3%。过去一年中参加过学校组织的科学社团、参观科技展览、野外科技考察、科技竞赛或科技节的中学生分别为18.6%、14.6%、15.8%和0，小学生分别为27.9%、32.8%、27.7%和30.5%。过去一年中家长曾带过中小学生到外地旅游的比例分别为26.8%和18.8%。目前，城市的科技馆、博物馆等公共场所都免费对外开放，学校可以联合这些社会机构有针对性地组织一些主题性的参观活动；农村地区也可以因地制宜地开展各种种植和养殖等科普活动。尤其是像阅读科普读物这样的活动，简单易行，投入少，组织容易，学生完全可以多参与、多体验，这对于保持和发展学生的科学志趣，掌握科学的知识和方法大有裨益。

　　三、提高中小学生科学素养的建议

　　科学兴趣、科学知识、科学方法和科学精神作为科学素养的四个核心要素和基本内容，科学技术的迅猛发展，为中小学生科学素养的养成提供了可能性和现实性，科学素养的形成和科学人才的培养不能一蹴而就，我们应该为科学教育的展开提供良好的保障条件，完善科学素养培养的各种途径。

　　(一)建立科学有效的中小学科学教育保障机制

　　一是提高对中小学生科学教育意义的认识。在提高全民科学素养行动中，中小学生是重点人群。中小学生养成“爱科学，学科学，用科学”的良好习惯，对于人的一生发展将具有重要影响。提高中小学生科学素养行动是保障“科教兴国”战略顺利实施的基础性工程，对增强国家创新能力和竞争力具有重要的作用。二是市、县(区)、校分别制定科学教育发展规划，教育行政部门的规划应以中长期为主，学校的发展计划应以年度为主，将科学教育纳入整体教育发展规划之中。三是强化学校科学教育的责任意识，明确其在科学教育中的责任主体地位，充分调动学校实施科学教育的积极性，把科学教育质量作为督导学校教育现代化建设、教育质量提升和校长业绩考核的重要内容。四是完善科学教师的岗位管理，规范岗位设置、岗位职责、聘任标准、聘任制度以及职称评定和相关待遇，并加强科学教师的业务培训。五是建立科学教育工作奖励、考核机制，将从事科学教育的教师和参与科学活动的学生均纳入评价系统。科技辅导员如能组织学生参加各类科技竞赛活动并取得良好成绩，应在晋级评先、职称评聘、年度考核等方面进行嘉奖。学生参加科学实践活动取得的成果也应记入其成长档案，作为评定成绩、获奖评优的依据之一；开办科技特长班、科技特色学校，对在科技活动中获奖的学生予以充分表场；在条件具备时将科技活动的成绩纳入学生学业测评指标。

　　(二)充分发挥各类课程的科技教育整体功能

　　新课改倡导课程内容的综合性、课程功能的发展性、学习方式的自主性，决定了中小学科学教育是所有教师的共同责任。科学教师在学生科学素养的培养上责无旁贷，但其他学科的教师同样肩负着传播科学知识、弘扬科学精神、培养科学兴趣、激发探究欲望的使命。强调科学兴趣的培养是十分重要的，兴趣是激发好奇心和灵感的有效手段，是发现的先导。教师应细心呵护青少年与生俱来的好奇心，通过情境创设、媒体运用、动手操作、体验学习等手段激发学生的学习内驱力，并在教学中不断地变换教学方法，唤起学生的探究欲望，鼓励他们积极主动、专心致志、津津有味地探索科学现象的本质和规律。从某种意义上讲，国民科学素养的高低，基本上是由基础教育的普及程度和平均受教育水平决定的，中小学生受教育的状况基本决定了国民科学素养的面貌。务本求实，中小学课堂教学应落实新课程改革的要求，按照课程方案开齐、开足、上好与科学教育密切相关的课程，在选修课中开设科技教育，在活动课中增加科技含量，强化科学实践活动，在相关学科中渗透科技教育，普及信息技术教育。[5]

　　(三)构建立体的科学教学体系，倡导“做中学”、“做科学”

　　调查表明，从小学到初中，学生的科学素养不仅在总体水平上持续提高，而且在科学能力上也获得了较大程度的增长，说明学校教育对学生科学素养的发展发挥着关键作用。然而，科学教育中“面向过去”的现象依然存在，如课外科学活动机会少、效果差，科学教育教学脱离社会，不能充分运用公共科学教育资源等。所以，要进一步提高中小学生科学素养，切实加强和改进学校的科学教育教学工作，我们应该发挥科学教育每一条途径的独特作用，为学生建立一个立体的科学教学系统。科学课程的实施要求学校以多种途径开展科学教育教学，如基础型课程、研究型课程和拓展型课程的开设，组织学生参加各种课外科学实践活动等。当前，科学教育所倡导的“做中学”理念尚未产生其应有的教育作用，学生的探究能力还比较薄弱，学校对学生的课外科学实践活动普遍不够重视，不仅为学生提供参与的机会少，而且他们的学习效果也不理想。由此可见，科学教育迫切需要解决的问题是，如何让学生在“做科学”中学习科学，我们应该帮助更多的学生获得参与各种个性化的课外科学实践活动的机会，从而提高活动参与的质量，使学生“面向未来”的科学素养真正获得提高。

　　(四)完善实验教学，增强大众媒介的科普力度

　　首先，实验教学能培养学生的动手能力，于学生科学方法的掌握有着重要意义，然而，由于实验条件的制约，不少教师用演示实验替代本应由学生自己动手操作的分组实验，加上评价的滞后，其大大降低了实验教学的有效性，也弱化了学生的实验能力。科学教育基础设施的建设也刻不容缓，实验室、图书室、实验仪器、教具等硬件条件应该成为学校建设中的标准配备，且可以面向社会提供科普服务，专职实验员的配备也非常必要。其次，实验教学的目的在于帮助学生掌握一定的科学方法，并有意识地提高他们的实验能力与观察水平。那么，科学教师应该指导学生认识一些简单仪器，掌握设计实验的基本方法，熟悉验证性实验、探索性实验和测定性实验的操作要领，给予学生更多的参与实验的机会，从而有意识地经历“发现问题—提出假设—实验验证—拓展延伸—得出结论”的探究环节。我们还应该教会学生记录与整理、思维与逻辑的有效方法，以及在实验教学中培养学生求真务实、敢于质疑、辩证怀疑的品质。

　　调查表明，电视科技节目是中小学生获取科技资讯的重要途径，也是增长知识、开阔眼界、丰富和完善课堂知识的有效途径。为了更好地发挥科技节目对提高学生科学素养的作用，教育界应该协调外部各方面力量制作和播出“探索奥秘”“科技博览”“科技之光”“科普大篷车”等科技节目，以生动直观的形象、画面和故事宣传科学常识和科学小故事，深化科普知识对中小学生的指导与引导。另外，面向中小学生的科普书籍和报刊应该集科学性、教育性、启发性、艺术性、趣味性于一体，这对中小学生获取科学知识、掌握科学方法、崇尚科学精神、树立正确的世界观具有不可忽视的作用。因此，教育界和出版界应通力合作加强对科普书籍、报刊的内容遴选和质量检测，鼓励优秀科普读物的出版，对那些深受学生喜爱的科普书籍与报刊增加品种和发行量。

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