培养创新人才，点亮科学梦想

面对未来瞬息万变的世界，掌握了科学的思想与方法就拿到了解决未知问题的“金钥匙”。进入“十四五”，科技和人才竞争日趋激烈，科技界和教育界已经充分认识到，培养拔尖创新人才是科技强国的重要组成部分，进一步提高科技教育水平迫在眉睫。

少年兴则科技兴，少年强则国家强。加强青少年科技能力培养工作，挖掘和培养拔尖创新人才是时代的要求、历史的重托、人民的期望。面向未来，科技教育如何创新形式，丰富内容，以引起学生兴趣？如何强化科技教育师资队伍建设，以提升科技教育教学质量？此次《教育家》线上圆桌论坛，我们邀请多位一线中小学校长就此话题献言建策。

议题一    科技教育如何创新形式，丰富内容，以吸引学生兴趣？

李晨辉：2021年6月3日，国务院出台《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，再次提及基础教育问题，强调提高青少年科技素质。我认为，教育教学方式的改革必须遵循自身发展规律，结合学生发展特点，所有教育内容都必须抓住课程建设这一关键。中国教科院丰台实验学校在课程建设方面便进行了多方探究，走出了一条适合自身发展的教育改革路径。

创新科技课程体系，强化课程育人功能，构建“立人教育”课程体系。学校将弘扬科学精神贯穿于育人全链条，坚持立德树人，实施“科学家精神进校园”行动，将科学精神融入课堂教学和课外实践活动，激励青少年树立投身建设世界科技强国的远大志向，培养学生的爱国情怀，增强其社会责任感、创新精神和实践能力，为学生的终身发展奠基，从而实现“立人教育”。在提高课堂教育水平方面，学校要推动教学方式的变革，倡导启发式、探究式、开放式教学，保护学生好奇心，激发学生的求知欲和想象力。此外，还应完善初高中学段包括科学、数学、物理、化学、生物、通用技术、信息技术等学科在内的学业水平考试和综合素质评价制度，引导有创新潜质的学生实现个性化发展。

改变传统教学方式，实施项目化、问题化教学，激发学生学习兴趣。兴趣是最好的老师，大实验课堂教学就是要充分保护、激发学生学习兴趣。科技创新的教学过程就是发现问题、分析问题、解决问题、反思提升的过程，其以学生为主体，以问题为导向，以研究项目为载体，注重学习过程与成果的科学性、可行性和创新性。从这些特征来看，“基于问题的学习”（Problem-Based Learning，简称PBL）是最适于开展科技创新教育的一种教学方式。理查德·阿兰兹在《学会教学》一书中提到，PBL分为设计问题、组织学习、呈现结果和反思过程四个环节，其中，“问题”作为线索贯穿整个教学过程，将每个学习阶段有机连接起来，从而形成一个完整且有意义的学习过程。

科技创新的教学过程还具有跨学科、重实践、重过程、重反思等特点，因此，在教学过程中还可以融入STEAM教育、活动课程等理念。STEAM教育强调多学科交叉融合，使教学集科学知识学习和动手实践于一体，让学生理论联系实际，学以致用，用以致学，最终实现培养学生创新精神和实践能力的目标。活动课程则是从学生的兴趣和需要出发，以学生的经验为基础，由不同形式的一系列活动组成的课程。

梁仲明：中国教科院荔湾实验学校（以下简称“科校”）与国内人工智能领域的优秀教育企业合作，共同建设人工智能教育实验室，以让学生零距离地体验现代先进科技的魅力，提高学生的科学素质。建校三年来，科校进行了多方尝试与实践——

首先是建立体验式的物联网智慧教育实训室，以人工智能教育应用场景激发学生探索科学的兴趣。第一种是智能家居实训室，其以现实家居智能化概念为依托，真实布景，并集成智能灯光系统、智能音响系统、智能空气调节系统、智能监控系统等，让学生真真切切地感受物联网智能家居。第二种是智能农业实训室，其主要将物联网典型部件运用于植物生长环境的监测和调控，模拟营造出适合植物生长的气候环境，并对种植区进行自动灌溉、自动降温、自动施肥、自动喷药等自动控制。学校还借此丰富了校本劳动教育课程，并取得了良好成效。

其次是推动人工智能课程的开发与应用，并将其作为提升学生科学素质的主渠道。课程是人工智能教育的灵魂，作为广州市中小学人工智能课程实验校，科校通过对实验教材和教学装备的二次开发，制定了“培养符合智能化社会需求、具备良好计算思维和编程能力的创新人才”的目标，设置了以教学机器人、人工智能开源硬件及配套软件为主的教学内容，成为广州市为数不多实现了三至八年级每周一节人工智能进课堂的学校之一。2020年11月27日，科校师生参与了第二届中国教科院激发活力促发展论坛，并进行了“设计我的无人超市”教学示范公开课的展示，引导学生们主动思考，积极操作，创新设计，为科学课程的改进提供借鉴。

最后是创设人工智能教育交流平台，增强影响力。除以课程教学提高学生科学素质之外，科校人工智能教育还走出课堂，连续两年冠名举办荔湾区“科校杯”青少年人工智能交流评选活动。活动中，全区中小学逾百名参赛选手齐聚科校，进行AI创意大比拼。参与者基于对智能教育机器人的学习和实践，拼装机器人小车，并按照自动行驶、路标识别、自动运输等多项任务的要求，编写小车的自动驾驶、智能导航技术等程序。由此，在开展人工智能教育与跨学科学习的基础上，提高青少年的创新创造能力、实践动手能力和解决实际问题的能力。

刘彦：我担任校长的两所学校分处海淀、石景山两地，两个地区教育生态差异很大，发展各有特色。人大附中西山学校关于信息技术与教学深度融合的探索及课程实践在北京甚至全国范围内都走在前列。经过十年的探索，学校基于“1对1”数字化未来学习项目，建构了“信息+”系列特色课程体系，以激发教师团队提升信息媒体素养的积极性，提高教学效率，也为学生创造学习和应用信息技术的机会，让信息技术赋能学生学业发展和未来成长。从课程设置来看，学校将信息技术课程模块化，分为信息素养、编程素养和媒体素养，并开设“信息+数学”“信息+艺术”“信息+体育”“信息+劳技/通技”等课程。此外，学校还为学生链接多方资源，培训和指导学生参加信息技术学奥赛，为其未来的专业选择和职业发展提供支持。

人大附中石景山学校是一所十二年一贯制学校，具有贯通培养的学制优势。学校以培养学生科学素养为目标，建构了“科技+”课程体系。目前，学校在开设Python趣味编程、创意编程设计、化学魔术师的奇幻世界、玩转物理、自动驾驶这五大科技实践类课程的基础上，拓展科技课程所覆盖的学部和课程类型，打造从小学至高中全覆盖、有梯度的科技类课程体系。学校还开展贯穿小、初、高学段的科技节，让学生在沉浸式科技教育中培养科学兴趣，提升科学素养，进而形成科学的世界观和方法论。

为了充分激发学生对科技的好奇心、求知欲，调动学生学习的积极性、主动性，学校在科技教育课程的形式和内容上进行多方探索与创新，成效显著。以教师编写的小学“妙笔生花——3D打印笔立体涂鸦绘画”科技教程为例，其从学生的兴趣和生活经验出发，围绕三维世界体验、认识3D打印笔、纸膜的制作、打印技巧等知识点，设计了探究疯狂动物城、多样化的交通工具、中国传统文化精粹、实用工艺品等探究主题，通过多元化、趣味性活动，培养小学生的动手能力、创新精神、合作精神，张扬学生的个性，激发学生的内在潜能。

PBL（项目式学习）包括问题导入、团队合作与自主学习、教师指导、自我评价与小组评价几个部分。“妙笔生花——3d打印笔立体涂鸦绘画教程”就是与PBL进行融合的典型，学生可以在操作、探究、设计、创作、反思的过程中进行体验、体悟、体认，在全身心参与的活动中发现、分析和解决问题，体验和感受生活，增强实践创新能力。

王旭海：浙江省温州市龙湾区实验中学通过以下四个途径提高学生科技创新能力——

以微项目化学习丰富作业形式。学校倡导的微项目化教学是以问题为基础，以学生为中心，把学习过程置于复杂的、有意义的案例情境，让学生自主合作解决问题的自我导向式教学方式。由此形成的项目性作业是学校的一大特色。学校将课本知识进行有效拓展，并将其按难度分为体验型作业、应用型作业、项目型作业三类。每逢寒暑假，学校便以备课组为单位开展综合实践活动。此外，教师在进行作业评价时，也会挖掘新颖的课题来引领学生进行深度研究。比如，七年级举行“细胞模型设计评比”大赛，八年级组织“自制过滤器”活动，学生全员参与，亲自动手，不仅深化学习了相关知识点，还提高了创新与实践能力。

以项目活动落实校本课程。学校根据现有师资状况、教学设施等发展实际，结合学生成长特点，分年级段开设相应拓展课程，比如“自酿温州米酒”工作坊、“从河水到饮用水”工作坊、“水车狂想曲”工作坊等。项目式工作坊围绕一个实践主题，由学生共同参与，在实践过程中相互沟通，自主思考，提出方案或规划，讨论方案的实施，共同完成项目。

开发跨学科项目促学科融合。学校以STEAM教育为校本教研活动的主题，基于STEAM项目的学习和设计推动学科融合，以学科的概念和原理为中心，通过学生自主探究的过程，获得与现实生活有关且能付诸应用的学习成果，形成新型探究性学习模式。比如，学校以“家庭智能扫地机的设计与制作”为主题组织学生进行实践，学生们结合编程、产品的迭代，从模仿成品到改进功能，既增强了动手能力，又开阔了视野。

借助科技节等形式展示学生成果。科技节是龙湾区实验中学的传统活动，自创办以来，每年举行一次，今年已经是第十六届。科技节内容丰富，主要包括评选学生优秀项目活动成果和小论文、体验现场科技制作挑战赛和百科知识游园竞赛等活动。学校还通过展示学生优秀作品鼓励学生进行科技创新，比如，六名学生费时一年合作设计出太阳能水车，为此，学校于2021年6月25日专门举行水车启动仪式，并进行了全校直播，还将设计水车的学生与指导教师的名字刻在牌子上，作为永久的纪念，极大提高了学生的科技创新积极性。

吴胜军：湖南省长沙市长郡芙蓉中学从校园文化建设、校本课程开发、学科教学融合、科技活动开展四个方面着手，将科技教育真正融入学生的学习生活。

建设积极的校园文化，让学生爱上科技。学校积极营造科技创新氛围，在校园建设院士广场，将“杂交水稻之父”袁隆平题字的“成材先成人”文化石立于广场前，并将毕业于长郡中学的14位院士雕像立于广场两侧，让学生近距离领略院士风采，学习院士勤钻研、善思考的精神。同时，学校利用校内外宣传展板、教学楼走廊等宣传阵地，精心制作以科技创新为主题的宣传物料，不定期举行各类学生科技作品展，让师生在潜移默化的环境中了解科学、尊重科学、崇尚科学。

开发多样的校本课程，丰富科技教育内容。学校在按国家标准开足、开齐物理、化学、生物、地理等科学课程的同时，还设置了不同层次的科技教育校本课程，以满足不同学生的需要。例如，学校为七年级设置科技校本必修课程，教材选用学校自行编写并出版的《青少年科创STEAM实践》，要求七年级全体学生修习。对于科技兴趣浓厚、学习主动性强的学生，学校开设多项校本选修课程，如0度催化剂科技社、DI创新思维、生物科普实践、奇思妙想纸质模型等，学生还可以到学校“未来科学家活动中心”学习，在导师的指导下进行学习与创新。

重构课堂教学生态，实现科技教育与全学科融合。学校创新以激发兴趣、激活思维、自主学习、合作探究、联系实际、创新应用为核心的“激—探—创”教学模式，将科技创新与学科教学进行深入融合。同时，学校增加学生实验课的种类和数量，着力培养学生的创新思维和动手能力。比如，化学教研组以“初中化学疑难实验的创新与改进”为主题开展校内微课题研究，数学教研组利用几何画板、数独开展教学，地理教研组开展制作手工地球仪、手绘校园平面图等活动，帮助学生提高动手能力。此外，学校还积极将知识产权教育与全学科进行融合，如语文学科的著作权、美术学科的商标设计等，开阔学生视野。

开展丰富的科技活动，促进学生全面发展。学校的科技活动具有鲜明的学科特点，如生物学科的生物模型与微景观生态作品制作、物理学科的简单乐器制作、美术学科的手工屋和纸灯笼制作等。另外，许多综合型活动大大丰富了科技活动内容，如一年一度的科技节、知识产权宣传周、科学系列讲座、科技主题班会、纸质模型比赛、气动创意环保小车直线距离赛等。