我们可以从现代科学在中国社会扮演角色的转换和科学教育在中国社会发挥功能的变化这两条线，来看我们今天所处的时代，讨论我国未来科技发展态势与科学教育。

从1582年算起，现代科学文化在中国经历了6个阶段的变化^[1]，现代科学在中国的社会角色则大概经历了7个阶段。

第一个阶段从1582年至1840年，科学是传统社会的大一统工具。在这个阶段，我们主要学的是西方的数学、历法，取得的最大成果是绘制了全国地图，科学传播者主要是西方传教士和中国士大夫，传播场域主要在宫廷。第二个阶段从1840年到1895年，科学是抵御外侮的自强长技，以洋务运动为重大事件，主要是贵族在组织传播适用技术以及相应的理化知识，用以强兵、开创实业、引进洋务，翻译了不少科学书籍普及科学和技术知识。第三个阶段从1895年到1927年，科学成为启民智的思想武器，新型知识阶层宣传进化哲学、鼓吹科学方法万能，高扬“赛先生”大旗，批判旧观念，通过戊戌维新运动、辛亥革命、新文化运动尤其是科玄论战，使科学成为改造国人价值观的先进文化。第四个阶段从1927年到1949年，科学可以看成是治理国家的工具，这个时期主要是国民政府主导利用科学治理国家和社会，出现了各种专家委员会如资源委员会等，创办了中央研究院等学术机构，设立了很多技术发明和农产品的奖励条例，科学家们在战乱年代培育科学精英并在数论等基础研究中取得成就，政府还推动了面向全民的“新生活运动”和“中国科学化运动”，延安推动了扫迷信活动和“自然科学运动”。第五个阶段从1949到1978年，这一阶段科学主要是捍卫国家命运的战略力量，为了捍卫我国的独立，政府制定了科学发展规划，配置了科学研究资源，研发了“两弹一星”，把科学技术现代化作为“四个现代化”的关键。第六个阶段从1978年到2003年，科学技术成为经济活动中的第一生产力，作为重要推手，“面向经济建设主战场”，推动了社会的技术化发展，促进了经济增长，增加了我国的GDP。最后一个阶段从2003年到现在，是政府推动增强国家软实力、建设强国阶段，认识到信息时代风险社会的不确定性，注重以人为本、生态文明、生命质量、协调发展，意识到科学在精神层面能够起到举足轻重的作用。

从1840年起，基础科学教育在中国的作用经历了5个阶段的变化。1840年以前，现代科学在宫廷和士大夫阶层传播，还谈不上科学教育。第一个阶段从1840年到1949年，对于民众来说，科学是社会变迁中的谋生手段，而不是像传统的读书人那样为了考取功名，学习的内容主要是西学意义上的基础科学知识。第二阶段从1949年至1978年，科学教育的目的是为国家打造社会机器中的螺丝钉，跟随苏联进行专业化的学习，要让学生成为国家的有用之才，院系调整就是这种功能的建制基础。第三阶段从1978年到1985年，主要目的是培养经济主战场的生力军，从向苏联学习改为向西方学习，掌握科学的方法和知识，也对各层级各类型的应试教育起到了强化作用。第四个阶段是从1985年到2012年，科学教育是以提高民族素质和培养人才为根本，在科学教育中建立和固化了知识、方法、科技与社会的三维模式。从2012年开始进入第五阶段，中共中央提出教育的根本任务是“立德树人”，并出台了一系列新的教育改革措施。包括科学教育在内的学校教育，其目的是为了培养合格公民，而不单纯是培养科学家。

科学的国家软实力角色和科学教育的育人功能对我国科学教育提出了新的要求。这个新要求就是要解决我国科学教育面临的重要问题。

经过多年的教育改革，我国科学教育取得了巨大的成就，不仅为科学研究、技术开发、经济发展、国防建设、公民健康、环境保护提供了基础，而且为人的现代化起到了重要作用。但是，我国的科学教育现在面临着一些突出问题。必须在新一轮教育改革中加以解决。

第一，注重知识，忽视道理。由于不懂科学的道理，只知道一些具体的科学知识，学生在生活中遇到具体问题时，不知道如何理解和对待，甚至接受迷信和伪科学。有些教授把“隔空取物”、“穿壁”之类的把戏看成“科学突破”，甚至为之辩护。某些“民科人士”热衷于发明永动机，某些“媒科人士”鼓吹推翻进化论。据我的学生罗栋统计，2003-2015年我国落马的副部级以上高官、2013年福布斯名人榜前百名影星和华人富豪榜等三类人热衷于“超自然现象”者达24.1%。

第二，学科分隔，知识碎片化。各门自然科学共享的概念，如物质、能量、结构、机制等等，在不同学科中分别处理，不能给学生一个总体的概念，要综合运用多学科知识理解和解决问题时，很多老师和学生一筹莫展。一些老师告诉学生化学元素不是物质，因为他们在化学课上学的是“一切物质都由化学元素组成”。相反，另一些老师分不清“物质”和“物质的”，告诉学生世界上一切现象都是物质。

第三，探究方法程序化，思维僵化。一些教材把某一套早被科学哲学家批判过的毫无道理的所谓“科学探究的程序”当成机械的万无一失的科学方法，以僵化的方式教育学生去“创新”。受过科学训练的人不知道从物质及其结构和变化机制上思考问题，不知道具体的科学方法背后的道理，不知道科学知识多种多样的产生方式。在中国接受完整医学教育训练的李全贞和封莉莉等人曾用所谓酶联免疫吸附实验“证实”，通过练法轮功包括读李洪志的《转法轮》，受试者正常中性粒细胞的寿命延长，而炎性中性粒细胞加速死亡；与芯片数据表现出来的免疫力增强相应，中性粒细胞吞噬功能也显著增强^[2]。

第四，不理解科学事业的运行情况，不懂研究和技术的伦理准则。鲍尔等人设计的英国和保加利亚公民科学素养调查问卷^[3]，全是科学建制知识的内容，就是要把科学的精神气质、科学方法通过科学事业运行的具体方式体现出来，比如“科学家的工作要接受全世界同行的批判”等等。我们的教材中没有任何科学建制的知识，也没有研究伦理和技术伦理的内容。一些科学家和公众不知道研究和技术不能伤害他人、不能侵犯他人隐私。美国的多个信息素养标准，对于信息技术均只有一条要求，就是“掌握即时技术”，其余均是方法、伦理、法律方面的内容，而我国的相关教材内容几乎全是如何利用网络和操作计算机的具体细节。

第五，注重的是过去的知识，忽视当下的知识，没有对未来社会的不确定性给学生面对未来社会留下接口，不注重终身甚至多代起作用的素养，或者把素养仅仅具体化为知识、方法和技能。

第一，设计并实施从幼儿园至大学全学程的综合性科学教育计划。我国现在的基础教育中的综合性科学课程改革已经进行了十多年，设计了小学1-2年级的“自然”课程、小学3-6年级的“科学”课程、初中1-3年级的“科学”课程，取得了一些成绩。但是，且不说这些课程的内容是否很好地体现了综合性和育人的目标，就课程的开设而言，还只是可有可无的初步尝试。多数小学并没有开设“自然”和“科学”课程，除了缺乏师资之外，主要是把这两门课程当作“副课”处理。初中开设“科学”课程的省份目前只剩浙江，其他省份开设的仍然是分科的“物理”、“化学”、“生物”、“地理”。高中则没有综合性的“科学”课程，全都是分科的“理化生地”课程。幼儿园和大学则基本没有综合性的科学教育计划。可见，在我国目前的教育体系中，科学教育还仅仅只是分科知识和僵化了的方法，根本没有当成从思维习惯到行为方式的人的素养。这样的科学教育，完全担负不起培养合格公民、重塑民族精神的重任。再者，从幼儿园到高中开设综合性的科学课程，已经是发达国家的普遍做法，我们没有理由不顺应这个经过论证和实践的很好的做法，只能借鉴人家的经验教训，结合我国的实际，把综合科学教育做得更好。

我国目前的初中教育基本普及，高中教育在很多地方已经普及。在我们设计教育计划时，高等教育的普及也必须前瞻性地纳入视野。我们的科学教育改革，首先需要做的事情就是，为幼儿园小朋友开设科学课程，打破小学和初中两段式“科学”分界标准，取消高中“理化生地”分科教学，制定一个自幼儿园至高中的、统一的、综合性科学课程标准，据此研发多种多样的教材，并在“十三五”期间实施综合性基础科学教育计划。此外，本科生也需要在高中的基础上开设综合性的科学课程。

第二，综合性的科学教育覆盖各类学校各个专业。根据第一条建议，除了普通基础教育之外，从事特长教育、特殊教育和职业教育的中学也应当开设综合性的科学课程，取代分科科学教育。不仅如此，我还建议在我国高等教育中纳入综合性科学教育计划。早在上世纪20年代，我国大学开设“科学概论”、“科学方法论”、“科学发达史”等课程时，一些发达国家就在大学里开设了超越具体科学的综合性的科学课程。目前我国专科和本科学校基本没有开设综合性的科学课程，有些学校开设的“现代科学技术概论”，即便知识本身没有错误，其内容也基本上只是各类常识的简单拼凑，谈不上是综合性的科学教育。而大学理工农医类专业自认为教的都是科学，也没有综合性的科学课程。现在我国大学开设的“科学哲学”、“科学方法论”、“科学社会学”、“科研伦理”、“科学技术与社会”、“科学史”等课程除了具有独立的教育价值之外，还需要结合科学实践的综合性科学课程。艺术、体育、人文、社会科学、管理学、军事学、工学、农学、医学各专业都需要开设这类科学课程。此外，职业高中和高等职业学校不能仅仅是培养学生的技能，更应注重培养的是学生的素养。

第三，研制以科学素养为核心的综合性科学课程标准。综合性的科学课程要有一个魂儿，这个魂儿就是核心科学素养。我们这些年结合中国的情况选择性和创造性地学美国，搞素质教育和科学素养建设，取得了很好的成绩和效果。但是，西方的“科学素养”概念不是我们的核心科学素养概念，不能直接搬来用。西方的“素养”(literacy)的基本含义是具有基本读写能力，只类似于我么所说的“识字识数”的状态。西方的“科学素养”(scientific literacy)就是能读写科技常识，如食品包装上的标签、药品包装上的说明、报纸上科学新闻。就科学素养的组成来说，西方有4类看法^{[3, 4]}：(1)实践科学素养、文化科学素养、公民科学素养三部分；(2)科学概念、科学方法学、科学与社会(科学与迷信的区别)三部分知识(美国科委采纳的米勒框架)；(3)科学建制知识(鲍尔等)；(4)由科学技术与数学的本质、自然界、人类创造或改造了的世界、历史和横断主题与心智4个范畴的12个主题组成的知识(美国科学促进会)。这都不是中国人所说的素养的意思。科学是普遍的，也带有地域文化特点。我们需要自己的科学观^[5]，也需要自己的科学素养概念。

那什么才是我们所说的核心科学素养呢？在我看来，核心科学素养是学生在接受科学教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要，对待自然、人与自然的关系以及处理这种关系所涉及的自我与他人关系的基本态度、思维习惯、价值取向和跨学科观念。核心科学素养常常表现在认识和对待自然以及处理上述两种关系的过程中表现出来的思维方式和行为方式上。掌握科学知识、科学方法、科学技能，认识科学技术与社会的关系，不是核心科学素养，而是培养核心科学素养的主要途径。我们所说的科学素养主要是自然科学方面的，但是，由于人文素养也会反映在处理人与自然的关系以及涉及这种关系的人与人的关系上，科学素养也会与人文素养有一部分交迭。在学校，核心科学素养的养成，主要通过综合性的科学课程来实现。在大学阶段，各门自然科学、工程技术、农业技术、医疗技术课程也可以为学生科学素养的养成起到重要作用，艺术人文、社会科学、管理科学也会涉及到一些科学素养问题。

如何凝练“科学素养”呢？我们需要针对我国基础科学教育的问题，总结并继承已有的科学教育改革成果，整合并超越外国基础科学教育标准和教材中的成果，吸收科学史、科学哲学、科学社会学、科学技术与社会领域基础的和最新的研究成果，反映科学最基本、最重要、最具特征性的特质，落脚到对人的核心素质要求和描述上，提出介于一般素养和学科素养之间、介于哲学和科学之间、表述中没有同义反复的范畴，作为核心科学素养。

具体来说，我们从思维习惯、基本态度、跨学科观念和价值取向4个维度设计核心科学素养内容，可以考虑其内容包括问题意识与探究精神、证据意识与实验精神、规律意识与理性思维、物质和结构观念、能量和演化观念、人文关怀与社会责任。对核心科学素质的具体探讨，需要另文探讨，此处不赘述。单纯的分科教育无法达到培养学生科学素养的理想目标。要做好综合性的科学素养教育改革，需要开展综合性的科学教育研究，建立综合性的高等科学教育人才培养机构，开展综合性的科学教育师资培训。