21世纪科学技术的快速发展与交叉融合的发展态势对培养具备高素质的科技人才提出了新的挑战和要求。科学教育是影响国家科技竞争力和创新型人才培养的重要因素。科学素养是21世纪公民必备的素质，科学教育是实现公民科学素养提升的重要途径。重视全民的科学教育并提升其科学素养是知识经济社会发展的迫切需要，是培养高层次科技创新人才的迫切需要，关系到一个国家的核心竞争力，关系到一个民族的未来。科学教育的重要性越来越受到各国的广泛关注。

然而，自20世纪末尤其是21世纪以来，全球科学教育面临挑战和危机，令世界上许多国家深感忧虑。欧洲的多个国家、美国和日本等国的调查发现，青少年学习科学的兴趣降低^[1]，比较公认的原因是：青少年对科学教育的兴趣与学校的理科教学质量密切相关，学校理科教育缺少足够的吸引力等。欧盟在《欧洲人：科学与技术》研究报告中表示，只有15%的欧洲人对学校的理科教学质量表示满意^[2]；学生科学教育成绩的国际评价结果令人担忧。德国在多种国际权威科学教育比较研究测评(如TIMSS，PISA)中学生的成绩不尽如人意，甚至低于世界平均水平^[3]；学生的科学成绩与学生对科学的兴趣之间呈负相关关系^[4][5]。缺乏足够具有科学、技术、工程和数学(STEM)领域知识和技能的本国公民。美国商务部的报告称美国缺少具有STEM领域知识和技能的美国公民就业者，这些领域的相关职位只能让位于别国的人员。欧洲国家也面临同样的问题。此外，科学教育面临的危机还包括：对科学研究及其相关专业感兴趣的人员减少；缺乏在STEM领域具有深度知识的教师；缺乏对在STEM领域训练有素的博士后研究人员的职业路径规划；女性注册STEM课程的人数和在相关职业的就业人数均较少，等等^[6]。

这些国家深刻意识到，科学教育面临的上述危机会影响它们探索未来知识经济或后工业社会的前沿，会影响他们的创新能力，会影响它们培养高素质的科技人才，进而导致本国在全球的经济和科技竞争力的下降。他们意识到，在科技快速发展的今天，他们需要拥有更多在科学、技术、工程和数学领域训练有素的专业人员，需要培养更多具有STEM领域素质的公民，以驱动创新并保持和提升本国在全球经济与科技发展中的竞争力。

科学教育面临的上述危机促使主要国家的政策制定者和教育研究者对科学教育本身是否存在问题、科学教育改革和发展的方向进行反思。因此，大力促进科学教育(包含STEM教育等)的发展、探索科学教育改革的方向、推动科学教育的改革日益成为主要国家关注的焦点，主要国家应对科学教育面临危机采取了若干政策举措。

一、 依法促进和保障科学教育的发展

美国众议院发布的《保持美国联邦政府对研究、科学技术与跨部门教育计划的投资法案2014》简称《FIRST法案》明确要求美国国家科学基金会，需有公开书面说明每个受资助的项目是否有助于实现一个或多个国家目标，而“提升科学技术与医学劳动力和公众的科学素养”就是其中的一个国家目标。美国2013年颁布《计算机科学教育法案(HR 2536)》，强调加强中小学计算机科学教育，使掌握计算机科学成为学生的一种核心能力。德国2010年颁布《面向2020的高等教育公约》(Pact for Higher Education 2020)，旨在促进数学(M)、信息技术(I)、自然科学与技术(NT)(简称“MINT”)教育的发展，德国需要大量的MINT学科的大学生，联邦政府和州政府都致力于推动MINT教育的发展。“加油MINT--面向女性MINT职业的国家公约”：旨在提升女性对科学和技术相关学位课程的兴趣，吸引更多女大学生从事MINT相关职业，确定了提高MINT学科中女学生比例的具体目标。英国教育部2015年发布了关于《国家科学课程学习计划法令指南》^[7], 规定了具体目标和每个学段的科学课程学习内容，强调学生对科学知识和概念的理解，对科学的本质、过程和方法的理解和掌握。

二、 制定战略规划和计划，从国家战略的高度促进科学教育的发展

美国在20世纪80年代中期实施了面向21世纪改革科学教育的“2061计划”，近几年又纷纷制定促进科学教育发展的战略规划和计划。美国国家科学委员会(NSB)发布的《国家行动计划：美国科学、技术、工程和数学教育系统的关键需求》^[8](2007)报告认为，通过国家的教育系统开发美国的人力资本是未来创新的坚实基础，是培养下一代STEM领域的创新者的坚实基础。2009年，NSB向奥巴马总统提出了关于STEM教育的建议^[9]。美国国家科学与技术委员会所属的STEM教育委员会2013年发布的《联邦科学、技术、工程和数学教育5年战略规划》中提出了培养STEM领域的优秀教师、提高中学STEM课程的比例、增加STEM学历大学毕业生的数量、支持弱势群体学习STEM和培养未来的STEM劳动力等目标。总统奥巴马总统在2013年的《国情咨文》中指出要继续致力于加强STEM教育，奖励与大学和企业建立合作伙伴关系并设置相关课程的学校。

《欧洲科学教育：国家政策、研究与实践》一书^[10]显示，20世纪90年代末以来，德国、英国、西班牙、爱尔兰、荷兰，奥地利和挪威等近20个欧盟国家制定了促进本国科学教育发展的战略和计划，其关键目标是鼓励更多学生学习和研究科学，并实现下述全社会的共同目标：提升科学的正面形象；增强公众对科学的理解；改进学校的科学教学；提升小学生对科学的兴趣，进而增强中学和大学的科学研究；力求在数学、科学与技术(MST)研究及其专业方面的性别平衡；为企业提供所需的技能人员以提升其竞争力等等。德国在《高技术战略》(2006)和《高技术战略2020》(2010)都指出要吸引更多年轻人学习数学、信息技术、自然科学与技术(MINT)学科的课程，提升女性对科学技术的兴趣，增加科学领域女性的数量。“德国素质计划”(2008)，旨在加强MINT学科教育，提升儿童和青少年对数学、信息技术、自然科学与技术等学科的兴趣，应对德国中长期高素质劳动力短缺的挑战；激发更多年轻人对MINT相关职业的兴趣，针对不同年龄段的群体制定行动计划(如增加中小学的MINT课程数量；请MINT领域的代表性人物去中小学当导师)。英国高等教育部发布的“国家高等教育科学技术工程数学计划”，强调提升学生在STEM方面的技能，为雇主提供能满足其需求的技能劳动力，以保持其在全球的竞争力并在研究与发展方面成为世界的领导者。英国皇家学会2007年首次发布了旨在监测和努力提升英国科学与数学教育质量的系列报告《英国的科学与数学劳动力现状报告》^[11]。英国皇家学会2014年发布的《到2030年科学与数学教育远景》^[12]报告，从科学课程、评估、责任和教师专业等4个方面勾画了英国从现在到2030年实现其科学教育远景目标的时间线。

日本虽没有专门针对科学教育的战略规划，但在其《科学技术基本法》和科学技术五年规划中都包含有促进科学教育发展的内容：如日本在《第四期科学技术计划》(2011-2015)提出加强下一代科学技术人才的培养，增强中小学学生对数学与科学的兴趣，识别有这方面天赋的儿童并提升其能力，主要包括：促进中小学与大学、企业的合作，增加学生的实践机会；开展教师培训，提高其观察和实验技能；鼓励科研人员、科学专业学生参与指导中小学观察/实验课程；改善观察和实验基础设施；加强“超级科学高中”的建设；支持学生参与国际科技竞赛。

上述政策举措的共性之处在于：通过持续培养和教育的努力来满足国家对技能劳动力的需求；旨在吸引更多年轻人到数学、信息技术、自然科学与技术领域；提升本国训练有素的专门人才在国际上的竞争力；吸引国外训练有素的专门人才到本国。

三、 调整和变革科学教育标准，促进科学教育向系统化、制度化和标准化的方向发展

美国、英国、德国、法国，欧盟、日本等国家和地区，近十年来都不同程度地对科学教育标准或科学课程标准进行了调整和变革，其调整和变革的理念体现在科学教育的多个方面：科学教育的总目标，科学教育的对象定位，科学教育的内容，科学教育概念化学习过程和学习进阶，科学教育的学科整合性，科学教育的学科交叉性，科学技术和工程实践的结合等。

美国《下一代科学教育标准》是一个颠覆式的革命。2013年4月，美国科学院国家研究理事会(NRC)在《K-12科学教育框架》(2012年)的基础上，在对近十几年科学教育成果及经验教训大量研究的基础上，发布了《下一代科学教育标准》(简称《下一代标准》)。《下一代标准》较之前的标准(如美国1996年首次发布的《科学教育标准》)内容和实践都更丰富，被视为推动美国新一轮科学教育课程改革的蓝图，其变革主要体现在：组织方式从按年级/学段组织向围绕学科核心概念组织科学教育标准的内容变革；主体内容上从相互独立的六方面标准向有机结合的三大纬度(科学与工程实践、跨学科、学科核心概念)标准变革，不仅将K-12年级在科学与工程实践方面最重要的课程内容、教学内容和评测内容联系在一起，还关注与其他标准的相互联系；从传统的课程内容覆盖多，知识间的联系不够紧密向聚焦学科核心概念和知识之间紧密联系的方向发展，更关注学生的知识是如何运用的，而不是如何理解的或者知道些什么。《下一代标准》不仅为美国指明了科学教育未来的发展方向，也为学生的大学学业和职业需求提供了充足的准备。

德国通过制定三维国家科学教育标准，变革科学教育体制，统一各州多样化的课程体系，从传统科学教育对学生的输入控制向更加关注学生自主学习的输出引导转变。德国联邦教育与研究部(BMBF)等在大量研究的基础上，在由“认知过程”、“能力方面”和“复杂性”构成的三维能力模型作为框架的基础上，结合科学科目(物理学、化学和生物学)的特点，系统设计了国家科学教育标准框架的三维能力模型(“能力的方面”、“学科知识内容”和“能力等级”)。该标准在“能力方面”维，强化对术语的理解，具体由4方面能力(了解科学知识，科学探究，交流，评估)构成；在“学科知识内容”维，强调物理、化学和生物等科学学科的基本核心概念；在“能力等级”维，具体分为3个等级(再现事实、方法和技巧，在新的环境下运用事实、方法和技巧，为自主解决问题、反思必要的事实、方法和技巧)衡量学生的熟练水平。自2004年来在该模型的基础上，在进一步实证数据和事实基础上并经过不断修正，结合各学科自身的特点，BMBF等于2011年制定出更为具体的定标比超的物理学、化学和生物学等分科科学教育的标准。

英国从分散的课程标准到制定统一的强调科学探究的《国家科学教育课程标准》，从强调学科详细的知识内容向了解其原理、概念和培养技能的方向转变。2000年，英国教育与就业部(DFEE)和资格与课程委员会(QCA)共同颁布了《国家科学教育课程标准》(简称《标准(新英)》)，取代1989年的《国家科学教育课程标准》，由科学课程概况、学习计划、教学要求和达成目标4大部分组成。2007年对《标准(新英)》进行了调整并于2008-2011年实施，强调对科学原理和概念的理解以及技能的培养。英国教育部发布了“国家科学课程学习计划法令指南”^[7](2015年)，规定了具体目标和每个学段的科学课程学习内容，强调学生对科学知识和概念的理解，对科学的本质、过程和方法的理解和掌握。

法国注重将科学课程进行整合设计，通过设计指导分科科目的共同性指导方针整合科技教育课程。法国的科学教育课程标准按小学、初中和高中分别制定，于2008年颁布了小学和中学的科学教育新课程，并于2009年和2010年全面实施。高中仍沿用2001年版的课程内容。2008年法国实施小学新课程方案(Nouveaux programmes 2008 de l'école primaire)，在小学低年级和高年级科技教育课程内容和标准不同，“科技教育”内涵在低年级学段隶属于“发现世界”课程，后者隶属于“实验科学与科技”课程。法国中学(初中)课程标准中科技教育体现整合设计的理念，将数学，物理，化学，生命与地球科学这四大学科领域与“科技课程”设计为五大领域课程，每个分科课程依据专业实施分科课程内容标准，但必须在共同的课程总目标和六大议题(统计方法、持续性发展、能源、气象与气候学、健康、安全)的范围框架之内。

日本国家课程标准在调整中变化。日本实行不同学段的国家统一的课程标准(如，分别制定小学、中学、大学等课程标准)，每8-10年修订一次^{[13] [14]}，每次修订，日本都要对每个学科的科学内容进行“精选”。日本最近的一次教育改革是在2008年，其中科学教育强调科学探究方法与面向问题的解决方案和实践活动，强调学生加强科学与日常生活的联系。日本小学3年级以上开设科学课程，小学一二年级的科学课程包含在“生活环境研究”之中。日本在课程标准调整中非常注意让教师和学生了解科技发展的内容，以利用更多更好的科学技术来促进国家的发展和提升本国公民的生活质量。

四、 启示

我国科学教育事业经过历史的发展，逐步形成了自己的优势和特色，同样面临着与发达国家相类似的问题和困境。通过上述分析，得到以下启示：

1.科学教育的发展需要提高到国家战略层面，同时还要有法律和政策体系提供指导以保障有效实施。

培养创新型人才离不开科学教育，科学教育关系到国家的核心竞争力，关系到一个民族的未来，因此欧美国等国将科学教育提高到国家战略层面，制定了系列促进科学教育发展的法律、战略规划和政策，使得科学教育政策能有效实施。政府是公共教育服务的主要责任人，因此还需要具备完善的实施规划(包括确定合理的发展水平及重点，与经济发展水平及长期要求相适应)，投入保障(通过有效机制确保科学教育体系的正常运转和提供服务)，监督和管理科学教育的质量提升等。

2.在顶层设计下制定科学教育标准并体现适应时代发展的需要和本国发展的需求的诉求。

没有规矩，不成方圆。从上面的分析可以看出，各国都十分重视在顶层设计下的科学教育标准的研究和制定，并在实际运行过程中不断完善或进行教育理念的变革，力争使标准更加科学：更加关注学科核心概念，并使之前后连贯、由浅入深地贯穿从幼儿园到高中的不同学段；注重科学教育课程的整合和学科交叉；不断丰富和拓展科学教育的内涵，注重科学技术和工程与科学的应用的实践，注重科学技术的发展趋势与科学课程内容的结合。

3.科学教育具有时代性和实践性的特征，需要长期、持续、分学科及综合集成研究。

科学教育的内涵会随经济社会和科技发展、随一个国家的战略需求的变化而发生变化。科学教育中的“科学”的内涵在扩展，从“科学”向着包含“科学、技术、工程、数学”或“科学(自然科学和社会人文科学)、技术、工程和数学”的方向发展。近年来，国际上将科学、技术、工程和数学科学教育从本科阶段向中小学的基础教育阶段，乃至幼儿教育阶段延伸，强调从人的整个生命周期提升科学教育的素质。因此，科学教育研究需要围绕不同学段和不同学科的整合并考虑学科交叉来进行研究。

4.科技工数(STEM)教育主导一些国家的科学教育政策并成为研究热点。

越来越多的国家提出STEM相关的科学教育政策，一方面，许多全球性的自然和社会问题需要借助科学、技术、工程来解决，关键是要汇集具备良好STEM领域科技素养的高素质人才参与其中发挥重要作用；另一方面，这符合社会分工中的实际情况，即从事技术和工程的人数远远高于从事科学和数学的工作人员。该项政策的提出也使理工科领域的教育者，不仅停留于本学科的内容，可从更为广阔的视野，审视不同学科之间、科学技术与工程之间的关系。