3位院士領銜主講，8位專家學者做專題報告，3次學術沙龍和案例研討，4次科研院所現場教學……隨著2023年“全國科學教育暑期學校”中小學教師培訓（西安會場）在陜西師范大學開班，連續6天關于科學教育的培訓活動，讓來自河南、山西和陜西的103名科學教師感受到古都西安的熱情，也體驗到科學的無盡魅力。

8月3日晚，100余名科學教師前往西安植物園探索秦嶺昆蟲世界，直至晚11點仍意猶未盡。

8月5日，中國科學院院士、陜西師范大學教授房喻講座剛結束，一群“粉絲”將房院士團團圍住，上演大型“追星現場”。

8月6日，在結業儀式上，多名學員上臺熱情分享6天來豐富的學習成果，以至“拖堂”……

“每一場學習，都是一段開拓視野、啟迪思維、轉換思路的心理歷程。”河南省信陽市淮濱縣實驗學校初中地理教師李臣感慨道。

“規格高、內容多、形式活是本次培訓的主要特色，也受到教師的歡迎。”陜西師大教師干部培訓學院院長李鐵繩介紹，“本次培訓重點就是要幫助中小學科學教師開闊科學視野，了解科技前沿，提升科學素養。”

據了解，從今年6月份開始，陜西師大教師干部培訓學院副院長葛文雙就帶領課程研發團隊趙菁晶、陳康梅等老師，會同中國科學院西安分院的唐惠、李勃老師，為本次培訓共同開發了“科學教育前沿+科學育人、科學思維+科學教育、科學方法+科學教學、科學教育實踐”四個模塊，充分整合西安地區科學教育資源，邀請舒德干、段寶巖、房喻三位院士和科學課程教學論專家共同授課，組織參加重點實驗室、野外臺站和大科學裝置，幫助中小學教師加深對科學課程標準的理解，深刻學習科學家精神，提升科學教育教學能力。

學員在國家授時中心——時間科學館研學

加強基礎研究，破解“錢學森之問”

加強基礎研究，成為當前我國科技發展必須面對的課題，也是本次培訓活動中專家關注的重點話題。

今年2月21日，習近平總書記在中共中央政治局第三次集體學習時指出，加強基礎研究，是實現高水平科技自立自強的迫切要求，是建設世界科技強國的必由之路。

所謂基礎研究，是以自然現象和物質運動形式為研究對象，探索自然界發展規律的科學，主要包括數學、物理學、化學、生物學、天文學、地球科學、邏輯學及其相關邊緣學科。

“科技革命是人類文明發展的根本動力，每一次科技革命都極大改變了人類命運，重塑了世界政治經濟格局——而基礎研究是科技革命的源頭，是所有技術問題的總機關。”中國科學院院士、陜西師范大學教授房喻在講座中一再強調基礎研究的重要性，他以近代歐美國家走向快速發展的背后邏輯時指出，“事實上，大凡重視基礎科學、基礎研究的國家和機構都嘗到了甜頭，走在了前邊”。

房喻院士講座結束后與專家交流

陜西省教育廳教師工作處處長王彬武梳理美國迅速崛起的幾個關鍵要素，包括“國家重視基礎研究、設立基礎研究基金、科研機構設在大學、科學人才培養革新”。

“我們過去采取購買、租用國外核心技術的方式已經不能適應今天的國際競爭，特別是從2018年開始美國對中國在科技領域打壓封鎖，讓我們感受到如果沒有科技的自立自強，沒有做自己的基礎研究，未來中國的發展很難在國際競爭中站穩腳跟。”王彬武說。

王彬武作報告

為了彌補與發達國家的科技短板，當前我國正在奮起直追，在部分科技領域已經處于國際領先水平。中國工程院院士、西安電子科技大學教授段寶巖以“中國天眼”建造為例，從地球在宇宙中的位置開始介紹了人類歷史利用光學望遠鏡探索對宇宙認知的過程，向參訓教師重點講述了中國完成世界上最大單口徑反射面射電望遠鏡FAST的建造過程及其構造原理。

“中國天眼”具有我國自主知識產權，“‘天眼’自落成以來，我國已發現800多顆脈沖星，是同期國際上其他望遠鏡發現總數的3倍多，同時多次捕捉到極罕見的快速射電暴，參與揭示的快速射電暴起源機制入選《自然》十大科學發現，在相關領域達到世界領先水平。”段寶巖說。

段寶巖院士與參訓學員合影

科技強國離不開基礎研究，而在國家能源結構轉型與糧食安全保障等諸多領域，基礎研究的作用也至關重要。

2020年9月22日，中國宣布了“雙碳”目標：力爭2030年前碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和目標。現實情況是，我國經濟社會快速發展需要消耗大量能源，但我國能源結構不盡理想，煤炭占比過高，二氧化碳排放問題突出。

“要實現能源結構轉型，科學家特別是化學家責任重大。要完成‘雙碳’目標，有賴于光電轉化技術與儲能技術的進步，這其中的關鍵在于高效率光電轉化材料和高性能儲能材料的發展，以及相關過程的深入研究和理解。”房喻說。

再以糧食安全為例，當今世界上有三分之一的糧食產量直接來源于施用化學肥料所致的增產。而因為使用化學藥劑，我國每年能從害蟲口中奪回大概6000萬噸糧食，相當于河南省一年的糧食總產量。

“要解決環境問題與糧食危機，關于化學的基礎研究顯得尤為重要。”房喻說，“科技創新對于中國已經不僅僅是發展問題，而是生存問題。”

而在王彬武看來，破解“錢學森之問”，最重要的就是加強基礎研究，培養“能夠改變人類認知方式的人才”。“我們期待著，我們下一代甚至下下一代，會出現那些改變人類認知方式的人才。”王彬武說。

培養學生“勇于實踐、精于思考”的科學精神

“全國科學教育暑期學校”中小學教師培訓（西安會場）開班之后，中國科學院院士、西北大學教授舒德干為參訓教師帶來科學“第一課”。他以“‘第一動物樹’的誕生及廣義人類由來新假說”為題，圍繞《物種起源》作者達爾文的偉業與困惑、寒武紀大爆發創造“第一動物樹”、從 “天下第一魚”到現代人類等內容講述了達爾文的故事與人類進化的歷史。

在舊式學校學習時成績平平，大學期間主修神學的達爾文，何以成為偉大的科學家、思想家？

曾經與達爾文有過5次“交集”的舒德干院士在1998年初夏拜謁達爾文故居，進一步了解達爾文的故事后，他總結達爾文成功的原因在于“勇于實踐、精于思考”。舒德干認為，這是從事科學工作的人必須具備的精神品質。

舒德干院士作報告

事實上，培養學生動手實踐能力、讓學生學會科學思考是科學教育中必須堅持的原則。

陜西師范大學現代教學技術教育部重點實驗室教授李西營指出，當前，批判性思維被列為高等教育中需要培養和評估的一個關鍵領域。而在我國，成年人批判性思維能力欠缺，研究表明只有6% 的大學生精通批判性思維。

“在一般領域，教育的重點已經轉到教授如何‘思考’上。”李西營說。

如何在科學教育中培養學生的批判性思維？李西營尤其強調學生論證能力的培養。“論證可視為一種檢驗論點的歷程，亦是一種傳遞觀點的綜合能力，需要多種思維方法的參與。”李西營表示，“我們需要將論證融入于教學，以循序漸進的方式指導學生了解論證各因子與論證的使用，提供學生更多論證練習機會。”

王彬武同樣認為，在小學階段，科學教育要讓孩子認識更多的科學現象，但是到了中學階段，學生具備了一定的理性思維，就應該讓學生理解這些科學的觀念。

重視培養學生科學思維的同時，動手探究能力的培養也不可或缺。在陜西師范大學物理學與信息技術學院教授郝長春看來，“科學即探究”。

“為了培養學生探究意識與能力，教師可以從課本、生活以及科學前沿中來拓展科學知識課題，給學生無限的可能性，啟發學生的探究思路和想法，從了解、設計、探究等多角度層層遞進的方式培養學生科學素養。”郝長春說。

本次培訓期間，中國科學院西安分院科技處科普業務主管唐惠專門安排了西安植物園科普中心的“夢想之旅”主題研學活動。“以昆蟲自然探索為例，我們引導兒童通過調查園區昆蟲、探索研究昆蟲與植物的關系，親自動手制作昆蟲標本的過程實踐中，培養孩子們的動手能力，促進主動探索欲望，從而掌握理解科學知識。”唐惠說。

參訓學員夜訪西安植物園探索“蟲趣”

中國科學院西安分院六級職員、陜西省生物農業研究所副所長李勃以一門關于二十四節氣的課程設計為例介紹如何進行科學探究——引導學生通過文獻調研、資料檢索、觀察、記錄等途徑描述與節氣有關的氣候、物候等特征，進而在描述現象、歸納分類、建立規律、作出解釋、推論預測的基礎上，提出產生現象背后可能的原理或者原因，最后根據某一理念或者需求設計一款關于節氣的文創產品。

“我們提倡組織學生開展以建構主義理論為基礎、以科學技術與合作為支撐、以學生為主導的科學探究活動。強調學生通過提出研究問題，設計與實施調查研究，收集、分析和解釋信息與數據，得出結論，解決現實生活中真實的問題。”李勃說。

打破學科界限，讓科學融入生活

科學教育需要滲透到日常生活，關注現實問題，注重在真實情境中學習，這是培訓中專家一致強調的觀點。

培訓期間，與會專家以許多生活中常見的場景為例向參訓者進行分享，并鼓勵教師思考：生活中很多人流量大的場所，原本走幾步可以到達的地方，卻用柵欄隔出了一個很長的通道，為什么？其背后的本質原因是，距離加大或是時間拉長可以增加有序性，這一原理還應用在分子檢測儀等許多科技發明上。

如果想把一根竹筷子弄斷，根據生活經驗，拉斷它是很困難的，但將其折斷則是輕而易舉之事，為什么？原因是材料在彎曲時中間部分受力較小，上下兩側受力較大，這也很好地揭示了“好鋼用在刀刃上”的原理……

“專家們的很多的案例都是依據課本知識結合實際生活開發的科創活動案例，每一個案例分析都能引爆全場，能啟發我們去做其他相類似的科學實踐活動。”一名參訓教師說。

西安植物園在助力教育“雙減”過程中，為了鼓勵學生走進自然、關心生活，特別開展了珍稀瀕危植物陜西羽葉報春進校園活動，這項活動讓青少年近距離接觸曾經被植物學界認為消失了100年的珍稀瀕危植物陜西羽葉報春，讓他們在探索中樹立生物多樣性保護意識，通過自己的勞動了解科學研究的不易，也讓青少年參與科學研究活動。

科學教育應以現實中的主題來進行綜合教學，打通學科之間的隔膜，串聯起科學知識間的聯系，以整體性的眼光看待科學學科所應傳授的知識。在面向生活的科學探究過程中，“跨學科”成為一個繞不過去的關鍵詞。清華大學航天航空學院教授高云峰為此專門為參訓教師帶來的“跨學科概念理解及應用”主題講座，在他看來，在科學課程中，每個學科核心概念及其更小的概念，或多或少與跨學科概念有直接的關系。

高云峰以大量的案例啟發參訓教師深度思考：在稱量物體質量時，砝碼和物體是否一定要放置在稱盤的中心位置，或對稱放置？為什么大部分礦泉水瓶的外表都是凹凸不平的，而塑料杯表面很平滑？

“實際上這里面涉及物理、生物、數學、技術工程、歷史、思政等多學科知識，利用跨學科概念，可以更好地指導我們分析、解釋很多生活中的問題或現象。”

高云峰與參訓學員交流

專家引領讓參訓教師茅塞頓開，場館學習讓學員開拓視野……6天時間的“超強度”學習，讓百余名學員收獲滿滿。

“提出一個問題遠比解決一個問題重要。我們是否給了學生提問的機會、思考的時間，實踐探究的空間？我們是否給了孩子們試錯的機會？我們又該如何去調動學生的積極性，探知欲？當我們遇到科學前沿的問題，是簡單粗暴地告訴學生高考不考不要浪費時間，還是鼓勵學生勇于探究并執著求索？”在結業儀式上，山西大學附屬中學校教師宋文霞分享了自己的一段學習感想。

而103名學員，就是103粒科學教育的種子。他們將在自己的學校“生根發芽”，回應全國科學教育暑期學校的開展的初心：通過培訓，我們形成了什么樣的學習成果，又該如何借此發揮輻射引領作用？他們都期待著，“為學生們的夢想插上科技的翅膀，為未來祖國科技人才的培養貢獻自己的力量”。

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