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刚刚过去不久的二十世纪，是科学大爆炸的世纪。科学所向披靡，一手缔造了工业时代的辉煌。走进二十一世纪，科学的迅猛发展更是日新月异，让人目瞪口呆。一度存在于科幻小说中的种种蓝图，正在这个时代迅速成为现实。互联网、大数据、人工智能、脑科学，正在重塑我们的世界，改变我们的生活。
萌芽于1999年的新教育实验，从诞生之初就置身于科学造就的时代漩涡之中。一方面，科学的巨大力量不由分说地摧毁着既往的秩序，人们的物质生活日复一日越来越深地依赖科学；一方面，科学的迅猛发展在给人们的生活带来更多便利和保障的同时，并未增添更多的幸福感，反而造成压力甚至恐惧；一方面，科学自身也面临挑战，科学与哲学的分离让科学丧失了反思的根本，科学与人文的割裂让科学迷失了前行的方向……
这一切，都让成长在新世纪的新教育实验，格外关注着科学技术及其对于教育的影响，也一直在努力研发适合未来社会的科学教育课程。
新教育课程体系，是以生命教育课程为基础，以公民教育课程（善）、艺术教育课程（美）、智识教育课程（真）作为主干，并以“特色课程”（个性）作为必要补充。其中，智识教育课程分为科学教育课程和人文教育课程两大类。
近年来，新教育年会已经对新教育的卓越课程体系中的新生命教育、新艺术教育课程进行了初步探索。今天，我们将简要介绍新教育在科学教育问题上的思考与探索。
一、科学、科学教育和新科学教育
（一）什么是科学
科学有广义的科学与狭义的科学之分。广义的科学指知识与学问，不特指自然科学，也包括人文科学，可以用德文中的wissenschaft来标志。狭义的科学指现代自然科学，可以用英文中的science來标志。
在中国，“科学”一词是一个舶来品，来源于1874年日本学者西周时懋在翻译法文时生造的science一词。《现代汉语词典》对科学的定义是：“反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系”。所以，中文里“科学”一词实际上就是指自然科学。事实上，德文中的科学概念更接近古希腊文中的科学（episteme）的原意。考察人类对于科学本身的认识历程可以发现，人们对科学的定义本身也是一个不断发展的过程。
1.科学的溯源——古希腊的理性科学
科学的本义是知识，从科学的起源来看，公元前六、七世纪的古希腊哲学家如毕达哥拉斯、柏拉图和亚里士多德等人，把科学视为个人摒除他对现实生活的关怀，采用超然冥想的沉思态度，试图穿透变幻的表象世界，认识外在世界而获得的永恒不变的真理的知识。亚里士多德《形而上学》开篇的第一句就是“求知是人类的本性”，他将“知”与经验和技艺做了区分，认为最高的“知”就是“科学”，因为它是“既不提供快乐也不以满足为必需的科学”，是“为知识自身而求取知识”，是一种纯粹的、非实用知识。它们来自理性，无需外求，均来自于先天观念的演绎。它们去向自由，在自明的前提下，科学用演绎法推论整个世界。其中数学是最纯粹的知识，希腊人开辟了演绎和推理的数学传统。对自由追求的精神使得哲学成为科学最高级和最理想的形态。
2.科学的诞生——现代数理实验科学
现代自然科学诞生于16～17世纪的欧洲。现代科学有两大主要特点，一是以笛卡儿“我思故我在”理念为标志，确立了人类中心，从而使科学转化为满足人们需求、解决实际问题的技术，成为征服自然和改造自然的力量，成为有用的科学。二是数理实验的诞生，即运用数学的方法，通过人为设置的特殊条件对自然过程进行干预，从而发现自然物变化的规律，填平自然物和人工制造物的鸿沟，实现自然物的改造和利用。通过实验取得科学知识的实际效用，通过数学的方法取得科学知识的普遍有效性。如果说古代希腊是求真的科学，是通过推理、论证、演绎等逻辑的方式解释世界，而现代的数理实验科学除了求真，实证成为重要的特征，重视科学的预测力，是求力的，而人类通过科学的力来影响世界，实现自己的意志，从这个意义上看，现代科学又是求利的。培根是这一新兴功利主义科学形象的代言人，他认为科学应该增进人类的物质福利，强调学者要深入实际，实现学者与工匠的结合、知识与力量的统一，以解决思想上的贫困。他把这个转变称之为学问大革新，并响亮地提出“知识就是力量”这个振聋发聩的口号。可见，这一时期的科学是求真和求利的统一。
3.科学的发展——当代社会中的科学
近百年来，科学技术成了人们生活不可或缺的东西，成了国家经济发展的支撑，成了当代社会进步的重要支柱，科学技术被看作是第一生产力。但在社会对科学满是赞叹和颂扬的同时，也出现了强烈的批判声音。这是因为20世纪中叶以来的科学与技术的高速发展，在为我们提供一幅令人兴奋画面的同时，也出现了一种可怕的图景。这是人们对现代科学客观性、确定性、精确性、可靠性、合理性的顶礼膜拜的结果。科学历史主义的创始人图尔敏对这种现象进行了尖锐的批评：“科学或技术……被描绘成一种抽象的、逻辑的、机械的、没有感情色彩的归纳活动；放弃了仅仅依据技术效益而设计的集体主义政策与实践；忽视了它们对于各种各样有血有肉的人的长远影响。由于缺乏个人洞察力、情感、想象力或缺乏一种其特定活动对其他人影响的这种感受，科学家对于他的同胞，采取漠不关心的态度，而把对他们的关心仅仅当作是社会实验与技术实验的额外课题。”
20世纪70年代后，很多学者对这种唯科学主义发出了批判的声音，引发了人们对科学的人文思考。人们质疑科学的客观性，注意到科学是人的实践活动，带有人的主观意识，注意科学家共同体对科学发展的作用；质疑科学研究方法的普适性，要求消除对方法论的崇拜，注意到非逻辑思维如想象、直觉、灵感在科学发现中的重要作用；质疑科学结果的中立性，注意到科学与社会的相互作用，看到科学通过技术的中介，由知识理论形态进入器物和制度之中，成为人类生存背景的重要组成部分。主张把科学理解为一种文化，是“以自然现象为对象的认识在社会生活中所衍生开来的广泛的文化样态”。 直到今天，科学仍是一个多义的名词。
有人认为科学是一种知识体系，是人类对自然世界的认识、理解或解释。
有人认为科学是一种特殊的方法，是人类对自然世界的认识、改造和调控，是对人与世界关系的协调，是一种创造性的实践活动。
也有人把科学作为一种信念追求，是人类对真、善、美追求的表现，是一种追求自由的精神文化。
还有人把科学作为一种社会建制，是科学家的事业，是国家的利器，是社会经济发展的强大力量……
多元的科学定义，说明科学的内涵是丰富的，同时也说明科学的内涵还在发展之中。根据对科学发展历史的反思和当代科学发展的探索，我们认为：
科学是人类文化的组成部分，是人类在特定的时间对自然和物质世界进行系统的认识、解释的尝试。科学知识的获取和得到承认是基于经验证据的，要依靠观察、实验、模型、逻辑以及数学等方法，科学问题、概念、理论的提出和发现需要创造性思维。科学的发展和应用与社会有不可分割的内在联系。
首先，科学是人类文化的组成部分。这是因为科学是人的科学，是一种社会的建制，是科学家共同体社会交往的结果。科学的知识及从这种具体科学知识中凝炼和提升出来的科学观念和科学精神，是人类一般思想的重要组成部分。科学通过技术的中介渗透到人类基本生存方式的所有方面，影响人类的生活方式，影响国家的利益，影响社会的发展。
其次，科学具有求真的属性。科学家为了探索自然及其变化的本质，相信自然是有序和一致的，尝试通过建立科学模型、发现规律与机制、形成相互联系的概念等科学知识解释自然现象。科学研究的目标是寻求真相，追求真理。科学研究强调证据的真实可靠。科学以观察、实验等科学实践活动为基础，通过感官的真实感受或仪器（感官的延伸物）测量获得的素材，形成和验证他们对自然现象所提出的猜想与假设。这些证据只有具备尽可能的精确度和可重复性，才能被科学家信赖。数学是逻辑推理重要的方法，在科学研究中具有重要的作用。因为数学“是研究数量关系与空间形式的一门科学，它源于对现实世界的抽象，基于抽象结构，通过符号运算、形式推理、模型建构等，理解和表达现实世界事物的本质、关系和规律”，基于证据进行严密的逻辑推理，得到可靠的结果，才能得到科学共同体的认可，科学研究讲求思维的严密和方法的严谨。
再次，科学具有创新的精神。科学知识是不断创新的。科学家不把已有的科学知识作为真理，只是作为“尝试”。虽然科学知识大部分是经过无数次的实验与观察基于证据得到的，不容易被“证伪”。但若有 “反常”的新证据出现，原有的科学知识必将被修订或被新的科学知识所取代。科学方法也是不断创新的。科学研究与发现需要创造性思维，需要逻辑思维和非逻辑思维的整合，创新与创造是科学生命力的源泉。
（二）什么是科学教育
与科学的发展一样，科学教育也经历了曲折的发展过程。
1. 古代科学教育——从技艺到知识
人类为了自身的生存和延续，要把世世代代积累起来的经验和知识流传给新的一代，劳动经验的传授，是教育最初的、也是最重要的职能。在自然的生产劳动过程中，包含大量科学知识和技艺，学习与传授的形式也是自然的，言传身教，耳濡目染，子承父业。中国古代很多杰出的技艺就是这样在自然的状态中传承的。随着文字、造纸和印刷术的发明，具体的技艺转化为图或抽象的文字，传播和传承的方式发生了极大的改变，如《九章算术》《齐民要术》《天工开物》《梦溪笔谈》《本草纲目》等至今让我们看到中国古代算学、纺织、制瓷、冶铸、建筑、天文历法、医药学等的巨大成就。最早出现原始的教学机构，如中国古代的大学和私塾、埃及的职官学校、古希腊文法学校等，虽以人文为主，但都有技艺的传承，如中国古代的“六艺”中就有“射”“御”“数”，古希腊的“实质之学”有天文、地理、自然之学。古罗马最有成就的教育家昆体良主张在学校设立自然科学课程时，就是认为物理学能够为演说、雄辩提供证据和素材。可见，知识和技艺的传承，是古代科技教育的最主要目的。
2. 现代科学教育——从知识到能力
16世纪的夸美纽斯作为现代教育学的开创者之一，主张在学校里不仅要教语文，还要教广泛的自然科学课程。但科学真正进入现代的学校教育，与19世纪的工业革命密切相关，“科学在19世纪受到广泛的信任和尊敬，除了自古以来尊重学问的传统以外，还由于科学在工业和医药学上的实用价值以及它是反对宗教和迷信的武器。”斯宾塞和赫胥黎为科学教育合理性的辩护在很大程度上反映了这一时期的科学教育价值取向。斯宾塞认为科学是“为人的完满生活而准备的”，是“作为一种生活工具”。赫胥黎指出：“科学教育并不是指应当把一切科学知识都教给每一个学生。那样去设想是非常荒唐的，那种企图是非常有害的。我指的是，无论男孩还是女孩，在离开学校之前，都应当牢固地掌握科学的一般特点，并且在所有的科学方法上多少受一点训练。”而科学方法最大的特点是“使心智直接与事实联系，并且以最完善的归纳方法来训练心智；也就是说，从对自然界的直接观察而获知的一些个别事实中得出结论”。他建议科学教师在教学中尽可能利用实物，不迷信书本和权威，学会动手和观察等等。
科学教育真正被重视是在20世纪的两次世界大战后，这一方面与科技在世界格局动荡变化中的作用有关，也与科技和教育自身的发展有关。美国实用主义教育家杜威认为“促使世界目前正在经历的巨大而复杂变化的真正动力，是科学方法以及由此而产生的技术的发展”。所以杜威特别重视科学教育，他把“反省思维作为教育的目的”，而这种反省思维几乎等同于科学思维，他提倡“从做中学”，称这是一种“科学的方法”，因为按“科学的方法”处理问题，便可得到某种经验，得到思维的训练。
以儿童为中心、以思维能力训练为重点的探究教学是20世纪世界科学教育改革的一個重点，代表的教学理论是基于皮亚杰、维果斯基、格式塔心理学、巴特雷特、布鲁纳研究而形成的建构主义教学理论。他们强调理解的知识是被建构，“学习者通过个体活动和社会活动对意义和学习所做的贡献”是学生学习的关键，主张以学生为中心设计教学，进行探究和基于问题的学习，引导学生学习科学家发现问题的方法，经历科学探究过程，体验创造发明的艰难和快感，进而训练学生的科学思维。 西方的科学16世纪末随着西学东渐在中国开始传播，但在中国的广泛传播却与西方的殖民主义迅猛扩张有关。鸦片战争后，西方殖民主义者打开中国的大门，除了抢占财富和掠夺土地外，也在中国广泛设立教会学校，传播西方科学文化。以“师夷长技以制夷”为目的，以专门的语言和技术等新式学堂的建立为特征，开启了我国以学习西方科技为主的近代科学教育之先。最早的归国留学生“以振兴学术，取其良法，以阜民生国计”，提出了“科学救国”“教育救国”的理想，把中国的科学教育推进到一个新的发展阶段。二十世纪初的新文化运动和五四运动，把“科学”和“民主”的全面引进中国，实现了我国社会科学和民主的思想启蒙，同时也使科学教育制度化。但这个时期的科学教育基本为舶来品，新中国成立前，主要是受美国杜威实用主义的影响，重视实用，强调生活教育和科学方法的训练。新中国成立后，主要受苏联凯洛夫等教育思想的影响，重视双基，强调基础知识的教学和基本技能训练。这样的传统一直持续到上个世纪的80年代。
3.当代科学教育——从能力到素养
20世纪70～80年代，科学教育的走向再次发生重大改变，提高全体公民的科学素养成为基础教育阶段科学教育的最重要目标。
这一目标明显受到美国科学教育改革的影响。20世纪50年代苏联的卫星上天，使美国朝野大受刺激，认为美国科学教育明显落后，引发了一系列的科学教育改革。1983年，美国联邦教育部成立了“国家教育优异委员会”，发表了《国家处于危急之中：教育改革势在必行》。之后的《2061计划：面向全体美国人的科学》和《国家科学教育标准》也都是科学教育改革的标志性文件。在这些报告之中，提高全体美国人的科学素养成为科学教育的基本宗旨。2013年颁布的《下一代科学标准》，提出科学教育还要加强科技和工程人才的培养，要“为所有人获得现代劳动力奠定基础，具备现代社会必备的科学和技术素养”。这些观念影响了全世界科学教育的改革。
受后现代思潮的影响，英国、美国等发达国家STS研究和STS教育也在80年代应运而生。STS是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）的简称，它探讨和揭示科学、技术和社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产生的正负效应。目的是要改变科学和技术分离及科学、技术和社会脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。而STS教育是科学教育改革中兴起的一种科学教育构想，其宗旨是培养具有科学素养的公民。英国1986年教育改革法案规定5～16岁阶段实施国家课程，科学教育要强调STS内容，认为学生应该， （1）理解科学思想如何随时间而变化，科学的性质、科学知识，理解科学技术成果的利用受社会、道德、精神和文化的影响； （2）学习科学在社会中的应用；（3）用科学的知识和技能做出决策，并能对健康和安全做评价；（4）考虑到科学技术发展对个体、社会和环境的影响。
国际上关于科学素养有不同的定义，但有一些相同点：（1）指向全体学生，是为培养未来公民适应与科学、技术紧密相关的社会现实做准备的；（2）实质性的内容是使科学素养的理念能够贯彻到课程和教学实际中的保障； （3）科学素养涵盖多个学科的内容，即它不仅包括自然科学的知识、技能和过程，还涉及相关的数学、技术学和社会、人文科学的知识（如科学史和科学哲学等）；（4）科学素养的具体内容会因时代的不同和社会文化背景的差异而变化。
我国自2001年开始实施新课程改革，科学教育理念也逐渐跟国际接轨。新课程的科学教育把提高学生的科学素养作为科学教育的宗旨，把探究学习、合作学习、自主学习作为科学教育改革的突破口。十多年的改革实践使我国科学教育面貌发生了一定的变化，但依然存在不少问题。2017年教育部发布的《中国学生发展核心素养》将开启新一轮课程改革，以培养“全面发展的人”为核心，将学生的核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养。科学教育对培养学生的核心素养有非常重要的作用，高中课程中的数学、物理、化学、生物、地理、信息技术、通用技术制定的学科核心素养，以学科观念、学科思维、学科方法和学科价值作为学科核心素养。
（三）什么是新科学教育
通过对科学教育发展历史的考察，结合新教育实验的理念，我们可以对新教育的科学教育概念做这样的界定：
新科学教育是幸福完整的教育生活的重要组成部分，是以求真和创新为宗旨，以培养并提升科学素养为目标，帮助学生树立科学观念、学习科学知识、培养科学思维、掌握科学方法、发展提出问题与解决问题的能力、形成科学精神与社会责任感，以学校教育、家庭教育、社会教育多方合力，通过“做中学”“读中悟”“写中思”等方法进行的教育。
“过一种幸福完整的教育生活”是新教育实验最重要的教育理念。新科学教育作为新教育智识教育的组成部分，是幸福完整教育生活不可缺少的组成部分，新科学教育通过帮助师生享受科学教育的過程，享受科学学习的幸福，拓展生命的长宽高，成为最好的自己。
新科学教育之求真，所指的真并不是一个固定不变的真知，也不是一个独一无二的真理，更不是一个绝对明澈的真相，而是一个不断遮蔽与寻找、不断证明与证伪、不断迷失与发现的循环往复的过程。科学教育之求真，是以最为集中的时间、最为精练的方法，呈现人们不断寻求真知、探索真理、发现真相的过程，从而在传播知识的过程中，学习探索的技能，培养相应的科学素养。
新科学教育因其求真，而必然创新。正如人们常说的，已知是圆，未知是圆外的部分，已知之圆越大，意味着外部越大。浩渺宇宙中，人类所知极其有限，还有太多未解之谜，需要不断的创新，更多的探索。创新是外部世界对科学的要求，也就是对新科学教育的要求。数百年中，科学从边缘走向中心，经由各种群体，缔结出奇异的果实，创造巨大的力量。无论是对外界的探索，还是对内心的叩问，无论是对事物的解析，还是对生命的追索，都是科学的职责，从而也意味着与科学相辅相成的科学教育，必须以创新为自己的灵魂。 新科学教育的科学素养，包括科学知识与观念、科学思维与方法、科学精神和社会责任感、提出问题与解决问题的能力等多个维度。
科学知识与观念：科学知识是指对自然和物质世界的基本认识，包括事实性知识、理论性知识和技能性知识。科学观念是一种组织起来的科学知识，它们能够解释更多的自然现象、甚至跨领域的自然现象。科学观念包括科学的学科核心观念和跨学科概念（Crosscutting Concepts）。科学知识是科学教育的载体，在知识的基础上可形成科学观念，科学观念的形成有助于科学知识的迁移和统整。
科学思维与方法：科学思维是指人脑借助于语言或符号对科学事物（包括科学对象、科学现象、科学过程、科学事实等）作出概括和间接的反应过程。归纳分析、符号运算、形式推理、模型建构等是最基本的理性思维，猜测想象、质疑批判是重要的非理性思维。而科学方法是指科学和工程实践过程中的行为和采用的手段，包括设计和实施调查研究、观察和实验获得和收集证据，分析和运算解释数据、建构解释和设计解决方案、基于证据的论证、获取、评估和交流信息等。科学思维决定科学方法的选择和应用，科学方法的学习可训练科学思维。
科学精神和社会责任感：理解科学本质，特别是求真的态度和创新的意识；理解科学、技术、社会、环境四者之间的关系，理解人类活动对自然环境、生活条件和社会变迁的影响，学会科学的生活方式，具有保护自然、推动人与自然和谐发展的社会责任感。科学精神和社会责任感是现代社会理性公民的基本素养，是追求和实现创新的动力。
提出问题和解决问题的能力：能识别个人、国家和人类社会决定所赖以基础的科学问题，并能提出有科学技术根据的见解；能对健康、安全、环境等做出评价，用科学的知识和技能做出决策，并参与到公共事务和文化事务中。
科学教育需要学校科学教育、家庭科学教育和社会科学教育的共同合作。学校的科学教育是指制度化、强制性的科学教育，规定的课程往往由国家核准、高度结构化、有严格系统的评价机制。家庭、社会的科学教育是在家庭、工作或娱乐相关的日常生活进行的科学教育。就学习对象、学习时间和学习支持而言，不是结构性的。就其目的性而言，可能是有意的，也可能是无意的。家庭、博物馆、科技馆、动物园、科技中心、学生实践活动基地和其他非正式环境已经日益成为学习科学的重要环境，与学校科学教育一起，构成科学教育的合力。
“做中学”“读中悟”“写中思”是新科学教育的实施路径。其中“做中学”是基于科学实践活动的科学学习，是动手和动脑结合的过程。一方面是活动要与师生的生活、社会实践联系，反映科学在真实世界中的活动和经验；另一方面是活动具有科学的探究性，包括多样性的探究活动。“读中悟”是指通过科学阅读，在获得科学知识和形成科学观念的同时，激发科学兴趣，理解科学的思维和方法，领悟科学精神，养成科学态度。“写中思”是指通过科学写作，对科学知识进行自我建构，促进深度学习，历练高层次的心智，学会交流和表达，培养学生学习科学的自主性。
二、科学教育存在的问题
近年来，在国家的大力扶持下，我国的科技有了迅猛的发展，美国国家科学基金会2016年初发布的《美国科学与工程指标》显示，中国已成为世界第二研发大国，中国科技在全球的地位日益突出。航空航天、人工智能、深海探测、生物医药、桥梁高铁等技术在世界上有了一席之地。但是，我国的科学教育仍不尽如人意，比如科学教育被学科化、功利化，科学教育的课程内容与最新科研成果相脱节，科学教育的探究活动以教师为中心，科学教育的教学方式以单向灌输为主，科学教育缺乏与环境教育、人文教育的互动与融合，学生的科学素养呈现出“高成就低兴趣”的倾向等等。世界经济论坛《2017～2018全球竞争力报告》也显示，尽管中国全球竞争力的排名有所上升，但中国的创新水平、技术就绪度、高等教育与培训等仍低于亚洲新兴和发展中国家的平均水平。而在137个国家和地区的数学与科学教育质量排名中，中国大陆仅列50位，这些年呈现下降趋势，更是远落后于排名第1的新加坡以及列第9位的香港。這些现象与数据反映了我们科学教育的差距。反思我们的科学教育，主要存在六大问题：
（一）科学教育目标的功利化
基础教育科学教育的目标是“培养学生的科学素养”，但这个目标在中小学已经被严重窄小化，应试成为科学教育的功利化目标。由于小升初没有应试，且科学不是主课，小学科学教育呈现明显的弱势，表现在课时少，已经少得可怜的课时还时常被占用；专职教师的比例小，有的学校甚至音乐教师上科学课；专用的科学实验室少，仪器药品缺乏。而中学的科学教育以应试为主要目标，考什么，教什么；不考什么，也就不教什么。如2008年江苏的高考方案中，把物理、化学、生物、地理等科学科目作为选考的科目，分数以等级算而不计入总分，导致学校对这些科目的教学很不重视，高考中报考科学的人数急剧下降，各类奥林匹克竞赛中获奖人数也急剧下降。这种情形在今年浙江的高考方案改革中同样存在。而纸笔测试中由于很难考查学生的真实的实验能力和实践能力，在目前中学的科学教育中实验、实践教学功能弱化，视频实验、黑板实验屡见不鲜，导致科学教育中“做”得很少。
（二）科学教育对象的精英化
既然科学教育的目标是“培养科学素养”，面向所有人就显得非常重要。正如温·哈伦说的那样，科学教育不只是培养科学家的教育，“这种教育对所有的学习者都是重要的。不管是对那些今后会成为科技工作者的学习者、将来在他们的职业中需要一定科学知识的学习者，还是不属于这类情况的学习者，都是重要的。”但是，我们的科学教育的不均衡和不充分，在很大程度上表现出精英化倾向，影响了全体公民的科学素养。
2015年的公民科学素养调查显示：位居全国前三位的上海、北京和天津的公民科学素质水平分别为18.71%、17.56%和12.00%，分别达到美国和欧洲世纪之交的水平，但还有14个省份公民科学素质水平低于5%。过去五年中，农民和妇女的科学素质水平提升较慢。农民的科学素质水平仅由1.51%提升至1.70%；妇女的科学素质水平与同期男性公民相比差距进一步拉大。地区的差异、经济的发展以及职业、性别的不同造成科学教育的对象更呈现出精英化的态势，当城市的孩子在学编程、人工智能时，农村的孩子关于自身健康知识的科普教育也远远没有跟上。精英化教育导致地区之间科学教育的不均衡，不能做到“每一个人的科学教育”。 （三）科学教育知识的片面化
知识的片面化是目标功利化的必然结果。考什么学什么，学什么考什么，是导致内容知识化的重要原因。由于在应试的各个环节中，知识是考核的最重要内容，我国基础教育一直存在重视双基（基础知识和基本技能）、忽视学习兴趣和解决问题的能力的不良倾向。国家在上一轮的基础教育课程改革中，明确提出了解决“课程过于注重知识传授”“课程结构过于强调学科本位、科目过多和缺乏整合”“课程内容‘难、繁、偏、旧和过于注重书本知识’”“课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练”“课程评价过分强调甄别与选拔的功能”等问题的发展目标，这些问题虽然目前有所改善，但以知识和技能传授为主的科学教育仍占主导，学习过程强调记忆，学习内容脱离生活，学习结果用于解题，题海战术训练的现象依然普遍，这种见题不见人的高强度、枯燥训练，导致学生最初对世界的好奇、对科学的兴趣在题海中一天天减少，在很多学生的眼里，科学就是记现象、记公式、记方程，就是计算、解题。学习科学只有恐惧，没有快乐。
（四）科学教育方法的形式化
知识的分科与19世纪科学研究方法有极大的关系，带来的好处是学习、研究的简单化和许多学科领域的职业化。但遗憾的是，今天我们遇到的大多数科学问题都是复杂的，往往需要利用工程的思想进行系统设计，在解决问题的过程中不仅需要各学科的科学知识，还需要应用技术、数学、艺术等方法。在教学中创造一种真实复杂情境，让学生在解决问题的过程中综合运用知识、活化能力是当前科学教育所倡导的。
中国科普研究所对我国学生的科学态度调查发现，学生的科学态度有虚高的成分，对于科学学科及一些主题的具体含义认识不够深入。如15～17岁的青少年表示他们对科学探究非常支持，对于科学的社会价值的认可度在90%以上。虽然大部分学生对于科学家比较推崇和认可，但只有9%的中国学生期望他们到30岁的时候，从事与科技有关的职业，而这在经济合作与发展组织成员国中此项的平均值是25%，美国、加拿大等国家此项的平均值超过35%。即使那些乐于在未来的职业发展中从事与科学有关的职业的学生，对于什么是科研工作以及科学家的工作等内容也存在模糊的认识。许多学生表示他们参与了较多的科学活动，但是结果显示深度不够，并没有获取更多有价值的内容，更没有围绕具体问题形成更为深刻的认识。方法的形式化带来的是教学活动的形式化，这直接导致学生难以在真实情境中解决复杂的具体问题。
（五）科学教育资源的分散化
科学研究的对象是物，小至家庭中身边的每一件生活用品和父母的工作对象，大至无垠的自然，科学研究的对象无处不在，科技产品琳琅满目，科学教育的资源极其丰富。特别是科技教育日益被重视的今天，国家、企业甚至个人建了很多博物馆和科技馆，地方和学校也建了不少的综合实践基地，科学教育的社会资源和学校资源都非常丰富。
但是，从实际情况来看，科学教育的家庭资源和社会资源的利用率还是非常之低。以重庆三峡博物馆为例，实行免费开放以后，博物馆年均观众在160万人左右，其中18岁以下的观众只有24万人，占全部观众的15%左右。而作为学校团体预约的观众只有13次，约1万人。这与国外中小学生是博物馆的生力军成为鲜明的对照。上海纺织博物馆的副馆长蒋昌宁介绍说，为了吸引中小学生利用博物馆，“我们一家家像跑业务一样，找学校、找社区，结果闭门羹没少吃。”然而，在很多人的印象中，科学是高深的学问，是科学家在实验室的“神秘”行为，在大学或研究院这种“象牙塔”里苦思冥想的结果。从调查的结果看，学校是学生获取相关科学知识的最主要渠道。当然对于具体的概念，获取知识的渠道略有差别，从媒体上获取新科技的比例明显提升，健康与营养话题从家人和朋友的途径获取比例较高。从参加与科学有关的活动看，学生观看科学类电视节目、看科学书籍/杂志、访问科学类网站等比例都非常高，但对究竟什么是真正合格的科学俱乐部或者有价值的科学节目認识不够充分，多数学生认为没有获取太多有价值的科学内容。这种学校科学教育、家庭教育和社会教育的资源分散和资源割裂，导致大多数人把科学教育的场所限于学校，限于教室。科学教育环境的封闭，导致科学教育资源被浪费，科学资源的价值很难充分体现。
（六）科学教育教师的非专业化
谁站在讲台前，谁就决定着教育的品质。科学教师的素质是决定科学教育品质的关键。目前我国科学教育最短的这块板就是教师。科学教师数量不足、水平不高，专业化程度差，已经成为制约科学教育的重要因素。中国教育学会科学教育分会会长胡卫平教授反映，在他担任主讲教师的全国科学教师“国培计划”的培训班上，“有一部分是兼职教师，有一部分是因为无法胜任语文、数学等课程，而改为教科学课”，一个简单的科学概念，竟然有一半以上的科学教师都理解错误。江苏省科学教育特级教师曾宝俊介绍说，他为昆明教师做科学学科培训，当时语文老师参加的1500人，而科学教师只有96人。在他担任主讲的“国培计划”中，科学教师占全部教师的比例为0.75%。
科学教育是教育中受科技发展影响最大的，教学目标、内容、方法、环境等的巨大变化，对科学教师不断提出挑战。面对挑战，我们看到各种新型的科学教学出现：探究教学、翻转课堂、STEM（科学、技术、工程和数学）教育等。各种技术涌入学校，使学校、教室的形态也发生了很大的变化。“春江水暖鸭先知”，对这一切变化最敏感的应是科学教师。但是实际情况表明，不少科学教师的反应是迟钝的。有不少教师在改革中只重形式，缺乏对科学本质的理解，使得有些科学课堂轰轰烈烈走过场，只有游戏，没有思考，只有形式，没有深入，特别缺乏的是给学生在真实情境中解决复杂问题的机会。这种活动有余、思维不足、缺少思维容量的“虚假探究”，是无法发挥科学教育价值的。而这种情况与教师的科学素养和综合素质有很大的关系。张红霞、郁波的调查结果显示：小学科学教师在科学知识和科学方法上存在很多缺陷，在科学性质的认识方面问题尤其严重，导致在教学中出现了一些不科学甚至伪科学的做法。刘喜盈对中学理科教师的调查显示：中学理科教师科学素养的总体水平良莠不齐，在所测试的科学素养中，教师对科学知识的掌握相对较好，但在科学方法、科学性质这两个维度上较为薄弱，对科学性质的认识不够是科学教师专业发展过程中最为关键问题。 三、新科学教育的价值与意义
科学教育对个人生活的幸福和完整、对国家利益的保护和创造、对人类社会的进步和发展都有十分重要的意义。无论是面对大众的科学普及教育，还是培养科技专门人才的科学精英教育，都是十分必要的。
（一）对于科学来说，新科学教育从源头上促使对科学认识自身进行反思，从行动上把握着对未来科学创造的方向
埃德加·莫兰指出：“科学认识是不能进行自我认识的认识。”科学的这种只能自证真伪、无法自辩善恶的特性，正是科学无法回避的缺陷。因此，科学教育的重大意义，除了科学知识的传播、科学能力的培养外，更要通过教育的文化选编功能对科学认识进行自我反思，进而让正确的科学认识得以传承，让科学之光所照亮的是正确的方向。
马斯洛曾说过：“科学产生于人类的动机，科学是由人类创造、更新以及发展的。它的规律、结构以及表达，取决于它所发现的现实的性质，而且还取决于完成这些发展的人类本性的性质。”科学教育正是通过对发展科学的人类本性最直接的影响，通过个人与科学之间的互动，来实现对科学未来发展方向的直接干预。与其他学科教育不同的是，学生不仅能够在科学教育中体验到接近知识、收获知识的幸福，还能够体验到检验知识、应用知识、发现知识的幸福与合作探究、创新创造的幸福。这种幸福感受会激发个体更为深入地开展科学研究，建立起与科学活动利益契合、追求一致、相互满足的幸福联结。理想的科学教育必然造就理想的科学。
（二）对于个人来说，新科学教育有助于养成科学的生活方式，拓展生命的长宽高，拥有幸福的人生
早在19世纪，英国哲学家、社会学家斯宾塞就认识到科学对于个人生活的积极价值，提出科学是最有价值的知识。在斯宾塞看来，科学知识可以最直接地保全并維护生命的健康、可以为个人谋求最合适的工作、可以帮助父母最正确地履行教养之责、可以使得每个公民最合理地调节自身行为、可以为艺术创作或赏鉴提供最充分的知识准备。虽然斯宾塞这些观点中的“最”字倍受争议，但过去近二百年的科技发展，使人们对科学和科学教育的重要性越来越深信不疑。科学对个人生活中所呈现的诸多优势，越发显示出科学教育在生活中的重要作用。
科学教育之求“真”体现在个人的价值中，首先体现在科学教育的内容建立于人类对外在世界的经验反思与批判反思之上。在人类对外在世界的反思过程中，个人也将学会对自身的反思，从而不断成长。
当然，真、善、美三者之间，并非截然分开，三者本身就其本质上就彼此关联：在真之中，本就包含着善与美的种子，无真之善不过是伪善，无法生根，无真之美会流于形式，无法长存。
与此对应的任何种类的教育，其本质也都殊途同归。在新教育理论体系中也是如此。因此，新科学教育是智识教育的分支，以追求真为要务。同时新科学教育之真理，倡导师生以艺术的眼光看待我们所处的世界，从而以美好的形式呈现出科学的成果；倡导师生以积极的心态追求美好的明天，从而满怀善意地开展科学教育的学习与探索。
新教育实验认为，生命包含了自然生命之长、社会生命之宽和精神生命之高三个维度。从这三个方面，新科学教育也将呈现出无可替代的价值。
自然生命是人的生命质量的物质基础，科学技术对自然生命的影响最为直接、价值最为明显，科学教育帮助人们更好地认识自己，更好地用健康、安全的知识和技能武装自己，更好地合理安排日常生活和人生。因此，科学是一种“让每一个生命在有限的历程中成为最好的自己” 的人类文化组成。新科学教育能够帮助个体获得超越自我的合理途径，最终使人的生命成长的各个方面处于高质量的发展水平。
生活在当今社会，“科学的进步已在相当大的程度上改变了人们关于生活目的和生活幸福的思想”，一个人如果没有具备必要的科学知识或一定的技术能力，他将寸步难行，更不能享有健康的生活、成功的事业。新科学教育所培养的科学观念、科学思维等对具体的生活问题进行判断，运用科学的方法进行解决，正是美好生活的前提。
科学精神，本身就是精神生命的一种崇高追求。科学教育则是最为直接地呈现科学精神的形成过程，最为有效地传播精神并潜移默化地濡染大众的育人过程。一个人在这样的追求过程中，不仅必然呈现出能力与素养的提高，更会淬炼出精神领域的高远，从而让一个人的精神生命更有高度。
总而言之，新科学教育提高了个人创造幸福的能力，让人们得以创造幸福完整的人生。
（三）对于国家来说，新科学教育有助于建设现代化强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦
从第一次世界大战开始，人们越来越关注科学教育与国家发展的关系，越来越密切地把发展科技与国家民族利益联系在一起。正因为科学巨大的力量、科技强有力的作用，世界上发达国家纷纷把科学教育改革作为国家的重要战略策略。
英国教育大臣曾经向议会提出《科学与工业研究的组织和发展计划》。其中明确指出：“如果我们要提高或维持我国的工业地位，就必须将科学与工业研究的发展立为国家目标。”这是一个“历史性文件”的白皮书，世界上第一次以政府文件的形式把发展科技确定为“国家目标”。
美国在近几十年来，几乎每过十年就会推出科学教育改革的新举措，这也成为世界科学教育改革的风向标。美国科学界和教育界达成共识：“国家创新力是经济增长的基础。美国劳动者的现代劳动能力依赖于基础的数学和科学学习，这是保持有生气的民主和激发社会动力的源泉，这是美国梦的中心。”据介绍，2008年至2013年，美国国家年度教师奖的6位获奖者中，有一半是科学教师。奥巴马总统在2013年的国情咨文中提出两个教育目标，重点就是“培养新一代的STEM人才”。
日本在明治维新以来，发达的教育事业和卓有成效的智力开发，保证了它对西方先进科学技术的引进、消化和吸收，使其仅用40年的时间就完成了西方主要资本主义国家二百年时间才完成的近代化任务。到20世纪70年代，已成为世界经济强国的日本为了顺应世界新科技发展，又将科学教育推进一个崭新发展的阶段，提出“科技兴国”的战略方针，强调科学教育必须重视人的创造才能的培育与个性化发展，必须坚持信息化、国际化、终身化和个性化的原则。科学教育成了推动日本社会经济发展的强大动力。2002年文部科学省接受“疏远科学技术、理科的对策委员会”的建议，拨出预算，实施“顶喜欢科学技术、理科计划”。2009年形成“科学和数学教育促进计划”，目的是提高学生对科学技术、理科的关心，培养学习积极性、创造性、对知识的好奇心和探究心，培养具有国际竞争力的科技人才。优质的科学教育使日本国民的科学素养也保持在一个较高的水平，因此日本的科学技术发展也取得了世人瞩目的成绩。 世界各国如此，中国也不例外。
中国古代的科技水平在世界有一席之地，我们的先人们发明了造纸术、火药、印刷术、指南针，在天文、算学、医学、农学等多个领域创造了累累硕果，为世界贡献了无数科技创新成果，对世界文明进步影响深远、贡献巨大。但在明代闭关锁国之后，我国很多优秀的传统技艺未能得到继承和发展，科学技术逐步落后于西方。
新中国建立以后，特别是改革开放以来，中国人民在社会主义道路上实现了一个又一个伟大飞跃，取得举世瞩目的科学成就。但总的来说，我们的科学技术与先进国家相比仍然有明显的差距。
2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上指出：“中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。我们比历史上任何时期都更接近中华民族伟大复兴的目标，我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国！”他还指出，应该“牢固确立人才引领发展的战略地位，全面聚集人才，着力夯实创新发展人才基础”。
纵观世界格局，当下的国际科技竞争比以往任何时候都更加激烈，我国对战略科技支撑的需求比以往任何时期都更加迫切，发展科学教育是将我国建设为科技强国的必然选择，也是将我国建设为富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国的必然选择，更是新时代实现中华民族伟大复兴中国梦的必然选择。
如果说科学技术是第一生产力，那么科学教育则是第一助推力。
先进的科学技术是促进国家富强的重要保障，为国家经济实力的增强提供坚实的支撑，提高国家的国际影响力与竞争力。尤其在20世纪90年代之后，科学技术在经济社会发展中的作用更加显著。
科学教育则通过培育高素质科技人才、向全民普及科学知识，让科学技术的进步与创新被极大地推动，科技成果惠及亿万人民，有力地改善民生福祉，实现国家的繁荣与富强。
物质文明与精神文明的发展，实际上是物质生活与精神世界的发展。科学技术能够引起国民生活、国家经济、国际关系的广泛变革，推动物质生活的腾飞，科学教育则发挥着对精神世界重新建构的作用，推动人类物质生活和精神世界协调统一，并且再一次推动科学技术的发展，形成良性互动。
（四）对于社会来说，新科学教育有助于整体团结安定，人民安家乐业，和谐相处
新科学教育紧密围绕人的需求而开展，能够有效实现学有所教、教有所用的良好局面，培育大量高素质人才。新科学教育能够激发人们的探究学习能力，提高人们的道德品质与智力水平，人民的科学素养被极大提高，精神文化生活日益豐富，在全方位的精神滋养和文化熏陶下，人们树立起对物质、政治、精神、社会的责任，引导其参与到国家经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，促进了社会各层面的高效合作。
新科学教育不仅为大众掀开科学的神秘面纱，而且扎根在人的“生活世界”之中，能够让科学发展的每个重大环节都闪烁着人性的光辉，更渗透着求实创新、自我发展、和谐统一等有助于创造幸福生活的精神期许。这样有助于全社会形成了讲科学、学科学、爱科学、用科学的良好风气，促进全社会各行业的高速发展。
（五）对于人类来说，新科学教育有助于推动人类进步，构建人类命运共同体，促进与自然共生，维护世界和平
人类只有一个地球，各国同处一个世界，人类对于自然界的探讨，远非为了满足个人或国家的需要，而是为了谋求世界各国的共同发展，构建“同舟共济，权责共担，增进人类共同利益”的“人类命运共同体”。
迅猛发展的现代科技，与人类的生产实践、社会实践紧密结合，正在改变着世界的产业结构和就业结构，改变着科技、教育、文化事业的形态，极大地促进着现代社会变革和人类的思想解放，迅速而深刻地改变着人类社会的面貌。正如英国学者贝纳尔所说：“科学像语言、艺术、宗教、法律和政治等人类所有其他的建制一样，已造成了一种内容和一种力量，这一内容和力量超越了那些逐步帮助造起科学而用的手段或动机。相比其他一些更具社会性的建制，自然科学显示出更大的自立力，它稳固地附着在物质世界里，在有生物和无生物的属性上。”作为一种自立性的人类建制，科学技术是世界性的、时代性的，科学技术的发展应怀有全球视野，聚四海之气、借八方之力。
相应的，以推动人类科学素养为目的的新科学教育，参与到未来发展、粮食安全、能源安全、人类健康、气候变化等人类挑战之中，推动国际间的合作共赢，构建人类命运共同体，让科学技术惠及其他更多国家和人民，为全世界的和平稳定而努力。
从荆钗布裙到绫罗绸缎，从食不果腹到山珍海味，从风餐露宿到高楼大厦，从车水马龙到高铁飞机，从“人到七十古来稀”到联合国人口署把老年人的年龄界限定为“85岁以上”，人类的衣食住行、生老病死发生了翻天覆地的变化。科学技术的发展正在推动人类进步。2018年全国科技工作会议公布的数据显示，我国2017年的科技进步贡献率达57.5%，而世界上创新型国家科技进步对经济发展的贡献率在70%以上，美国和德国等甚至高达80%。这表明，我国的科技发展离世界先进水平还有不少距离，我们需要通过新科学教育，让科学技术成为民生发展、乃至于全人类幸福生活的重要支撑和引擎。日益革新的科学技术也缓解了人类的生存困境。面对将来，我们相信，能够避免祸害、制服灾难性疾病、消灭贫困的一定是科学，而能够全面推动科技进步、科技创新的必定是科学教育。
19世纪的赫胥黎曾经论述过科学教育对于人类的意义。他认为，“如果不是从大量的科学中得到共同的精神素质，民族和个人就不能真正地得到发展，”“受过教育的人早就考虑到自然界的探讨，远非为了满足每日的需要，应当对人类生命肩负重任。”近年来，科学技术令人类社会进入了一个前所未有的创新群体集聚时代。借助科学技术，人民群众更加深刻地融入社会生活，获得了更多的交流、合作、发展的机会。科学技术的发展也为国家提供了融入全球科技创新网络、参与全球科技创新治理的契机，让国家承担起树立人类命运共同体意识、推动构建人类命运共同体的责任。 人类既是大自然的开发者，也是大自然的建设者，两者息息相通、命脉相系、融为一体。但近百年来，人类对自然资源和社会财富的需求成倍增长，空气、土壤、水资源等环境问题日益恶化，自然资源的分布时刻影响着国际格局和世界稳定，整个生物圈的健康与和谐面临着严峻的考验。1972年，联合国在其发表的《人类环境宣言》中明确指出了人类保护和改善生存环境的基本责任，要求必须“应用科学和技术以鉴定、避免和控制环境恶化并解决环境问题”，必须“发展环境科学、技术和教育”，必须通过科学教育扩大人类环境保护的舆论基础和行为基础，以此促进经济和社会的发展。值得欣慰的是，随着科学技术的转化与应用，随着科学教育的推进与深化，人类已通过提高资源利用率、开辟新型可代替资源等方式改变了传统的劳动生产方式。
通过新科学教育，建立起人与自然、国家之间的协调共生机制，为人与自然的和谐共生、为世界的和平与稳定提供有效的路径，是当代科学教育工作者的使命。
四、新科学教育的原则与路径
新教育实验的开展已有18年，在很多方面取得了丰硕的成果。虽然我们第一次在年会上以科学教育为主题对科学教育进行专题研究，但作为新教育实验卓越课程体系的重要组成部分，我们对于科学教育理论与实践的探索从未停止过。
在2017年11月海门科学教育国际论坛期间，新教育研究院举行了科学教育生命叙事的征文比赛。我们利用Nvivo软件对实验区或学校参赛获奖的有关科学教育的99篇文章进行质化分析，发现有一些共同的特征。
一是体现新教育理念。幸福完整的教育生活是新教育实验的追求，在99篇文章中，含有新教育、幸福、开心、快乐、愉快等表达新教育追求字眼的文章达76篇，占77%。可见，大多数的科学教师接受了新教育的理念，努力使科学教育成为学生幸福完整教育生活的一部分。具体这些词出现的频次如下图所示。
二是注意科学阅读。99篇文章中有31篇涉及了科学阅读。其中13篇文章仅提及培养学生的阅读习惯，推荐学生阅读科学作品，或在学校建立了阅读角，由于没有具体说明如何进行科学阅读，我们把它归为初级阅读；还有18篇文章在介绍科学阅读时，同时会提到让学生查阅资料、交流讨论、分享感受、发表观点等，我们把它归为深度阅读。总体而言，科学阅读在新教育实验中是被注意到的科学教育方式。
三是重视科学写作。文中涉及科学写作的文章有65篇，有的是教师在教学中让学生“记录”“写出”观察的自然现象或实验现象，而低年级会用“绘一绘”和“画出”的方式，也有不少老师会让学生写出阅读科学的“感想”，写出科学探究的“小论文”。当然一般的“记录”所占的比重较大，但也有不少文章提到讓学生进行科学写作和写科学小论文。
以上表明，新教育实验关于科学教育理论与实践的探索已经有了一定的基础。海门国际论坛上许多新教育科学教师和其他学科教师讲述的科学教育课程叙事，充分证明了这一点。这些探索为新科学教育的提出奠定了良好的基础。新科学教育还应该有更高远、更全面的追求。
（一）新科学教育的原则
在科学教育中，不同的学者有不同的原则主张。如温·哈伦和诸位世界优秀科学家、教育家在《科学教育的原则和大概念》中就提出过支撑科学教育的10项基本原则。如在义务教育的所有阶段，学校都应该设置科学项目；应该从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，逐步进展到掌握大概念；应该促进教师之间的合作，并需要社会力量包括科学家的参与，等等。
由于中文中“科学”概念一开始就是指自然科学，“既不包括西方的人文科学，也不必然指涉希腊的纯粹理性科学” ，所以天然地容易导致工具化、功利化的弊端。梁启超先生早就指出其弊端在于一是“把科学看太低了，太粗了”，二是“把科学看得太呆了，太窄了”。他提出，“那些绝对的鄙厌科学的人且不必责备，就是相对的尊重科学的人，还是十个有九个不了解科学性质。他们只知道科学研究所产结果的价值，而不知道科学本身的价值；他们只有数学、几何学、物理学、化学……等等概念，而没有科学的概念。他们以为学化学便懂化学，学几何便懂几何；殊不知并非化学能教人懂化学，几何能教人懂几何，实在是科学能教人懂化学和几何。他们以为只有化学、数学、物理、几何……等等才算科学，以为只有学化学、数学、物理、几何……才用得着科学；殊不知所有政治学、经济学、社会……等等，只要够得上一门学问的，没有不是科学。我们若不拿科学精神去研究，便做那一门子学问也做不成。中国人因为始终没有懂得‘科学’这个字的意义，所以五十年很有人奖励学制船、学制炮，却没有人奖励科学；近十几年学校里都教的数学、几何、化学、物理，但总不见教会人做科学。或者说：只有理科、工科的人们才要科学，我不打算当工程师，不打算当理化教习，何必要科学？中国人对于科学的看法大率如此。我大胆说一句话：中国人对于科学这两种态度倘若长此不变，中国人在世界上便永远没有学问的独立，中国人不久必要成为现代被淘汰的国民。”
从新教育理念出发，在遵循新教育课程体系的普遍原则基础之上，新科学教育特别强调以下六大原则。
1.新科学教育注重科学与人文相结合，让科学教育更有温度
新科学教育的目的不是为了实现科学在知识上的复现，而是实现科学在探索过程中的复活。这不仅因为科学知识总是在不断变化中，还因为纯粹的知识以结果呈现时，就会无血无肉，枯燥无味，无法激发学生的学习兴趣和热情。科学教育的温度是指科学教育在奠定学生未来生活需求的同时，满足和保持儿童天生的好奇心，并为科学指明善的方向，从而让每一个人成为更好的人，也让每一种科学能够更好地造福人类，而不是相反。
德国哲学家胡塞尔指出：“科学的‘危机’表现为丧失其对生活的意义。因此，从文化的意义上看，走出科学危机乃至社会危机的出路是让科学回归生活世界。”教育中要使科学知识复活，赋予它温度，同样是通过科学知识与人的生活的对话实现。特别是在今天这个到处充满科技的世界，没有科学知识，一个人几乎很难生存，也无法有合适的工作机会。而当科学知识与儿童现实生活相通，与社会生活相通，与人类命运相通时，很容易引发学生学习的好奇心，引导学生探索知识的奥秘，引起学生对知识学习的渴望。 19世纪美国著名教育家、被誉为“美国公立学校之父”的霍勒斯·曼曾经说过：“美德是一位失明的天使，唯有知识为其带路，方可抵达最终目标。”其实，科学知识也只是一位单翼天使，唯有善良为其增添一翼，才能引领人类飞翔。因此，追寻“有人性的科学”，具体地说，是追寻“有人性之善的科学”，正是信息时代到来之际，正是科学发展的日新月异让人类心惊肉跳之际，我们开展科学教育所应该遵循的宗旨所系。
新科學教育与新人文教育组成了新教育智识教育，两者本身就是鸟之两翼，车之双轮。新科学教育让人通过各种科学技术知识、方法和观念的学习，提升人认知自然世界、改造物质世界的能力，进而改变人在社会中建立恰当的人际关系，这是一种“由表及里”的人的发展活动。新人文教育则努力让人通过各种人文科学知识、信念、理想和态度的学习，改变人的主观世界，进而指导人对物质世界和人类社会的改造，这是一种“发乎中而形于外”的人的陶冶活动。
新科学教育与新人文教育可以互相借鉴、共同发展、融合创新。比如科学精神的养成，其本身也是一种人文教育的过程，在其中，学生可以通过一步一步地解决各种复杂问题的过程获得科学知识，提高自身善于发现与解决问题的能力，形成责任担当意识、审美情趣和合作精神。
“科学的对象是物，而教育的目标是人。当以物为对象的科学服务于以人为目标的教育时，科学的身份就要发生相应的转移：从物转移到人， 从自然界转移到精神世界， 使科学成为一种富有人性的、 有助于人发展的文化材料和形式。”
我们倡导的新科学教育应该更加人性化，不能把科学教育演变为单一的知识传递或蜕化为单纯的游戏， 更不能把科学教学变质为机械的标准程序。要在自然与社会的生动情境中、在学生积极主动的探究体验中、在与历史上科学大师的思想及精神对话中进行科学教学，在知识、生活和生命的共鸣中提升科学素养。
2.新科学教育注重动手与动脑相结合，让科学教育更有力度
赫胥黎认为：“科学教育的最大特点，就是使心智直接与事实联系，并且以最完善的归纳方法来训练心智；也就是说，从对自然界的直接观察而获知的一些个别事实中得出结论。”无疑，归纳法是科学逻辑思维中的一种方法。正是科学的思维方法，使得科学具有强大的解释力、预测力、批判力。科学教育的力度一方面表现在科学教育能帮助学生养成理性思维的习惯，提高学生辨别是非、判断和评估事物的能力，提高批判性思维能力；同时科学教育对学生的思维训练也是对学生智能进行开发，可以让孩子们的思维能力、想象能力和创造能力得到发展，也为终身学习奠定坚实的智力基础。
这种智能的训练，也会带给人探索世界的理智感或者智慧的享受。理查德·费曼在《科学的价值》中从科学家的角度阐明了这种感受：“科学的另一个价值是提供智慧与思辨的享受。这种享受在一些人可以从阅读、学习、思考中得到，而在另一些人则要从真正的深入研究中方能满足。这种智慧思辨享受的重要性往往被人们忽视，特别是那些喋喋不休地教导我们科学家要承担社会责任的先生们。”很多科学家在回忆自己成长的过程时，都强调了自己因少年时的科学探究经历体验的快乐，由科学的兴趣发展为志趣，把科学作为终身的事业。
从感性认识到理性认知，从理性认知到具体实践，是科学的认知过程，在这个过程中科学的实践活动和科学的思维相得益彰，促进发现和创新。科学教育活动中并没有真正意义的科学实践活动，所谓的实践活动多体现为动手做的科学活动。在科学的教学过程中，动手与动脑如同一个硬币的两面，只有互相结合，才能使学生体验完整科学的认知过程，在提高科学实践能力的基础上，训练科学的思维，使科学教学过程充满生命活力。
首先，科学活动是科学思维的起点，人通常是通过活动认识事物、认识环境的，活动产生对物的好奇，活动产生要分析的问题，活动产生解决问题的愿望，活动中努力控制行为适应环境，这都是带有理智的思维过程，可见科学的思维从活动开始。不带思维的活动只是游戏，或是操练。
其次，科学活动是思维的依据，只有通过各种感官的活动科学地了解事物的存在、性质、结构、功能，才能进行科学的分析、分类、概括、推理，构建科学模型。活动受思维的控制越强，活动的目的性越强，活动也越有利于科学思维的发生。当然，惯有的思维定势有时也会使学生在活动中错失发现的机会，这时引导合理地质疑、猜测、想象，可激发创新的灵感。“观察没有产生理智的结果，是因为在观察过程中没有带着需要加以确定和解决有意义的问题”。即没有思维的活动不会有科学的结果。
再次，科学活动也是思维的目的，科学转化为技术，应用于工程，解决生活实际问题，都是以活动的形式开展的。“当思维被用来作为一种手段，去达到超乎它本身之外的某些美好的或有价值的目的时，它就是具体的。” 就是解答理论问题，也会推进活动的深入，也就是说，思维是能够帮助活动达到成功的目的的。无论是科研还是在教学中，达不到目的的活动也是很有价值的，“失败乃成功之母”，引导学生反思活动过程，分析失败的原因，同样是对思维的训练。
在这方面，日本教育界盛行的“自由研究”就是把动手与动脑，科学实践活动与科学思维结合的典型。
“自由研究”的类型可分为科学实验型、社会调查型、环境观测型、美工劳作型。例如，科学实验型的研究有“香蕉也会被晒伤”，把香蕉用铝箔纸包起来，涂上防晒霜后观察香蕉日晒后的情况。社会调查型的研究有“调查自动贩卖机”，归纳出近年来自动贩卖机的省电功能，以及附加的社会贡献功能。例如，地震发生时，自动贩卖机会打出警示；发生公共灾害时，可以设定贩卖机里的饮料或饼干不用投钱就让灾民取用等。环境观测型的研究有“扬羽蝶的秘密”，将扬羽蝶虫蛹如何羽化成蝶的过程与时间进行详细的观测记录。而美工劳作型的自由研究则为工艺制作，例如制作水车、简易的雨伞搁置架、陶艺厨具等等。
很多学生都会从上述的领域类型中选择一种，进行一个月左右的研究活动。“自由研究”必须提交报告书，报告书的内容包括：研究的动机、调查的事项以及自己的假设；准备了哪些东西，用什么方法观察，得到了什么结果；最后说明学习到的事情和需要反思的部分。报告尽可能用文字、图表、照片和数据来解释说明，同时提供参考数据和书籍的出处。假期中进行的“自由研究”在开学后要在班级或在全校举办的展览中进行展示。 3.新科学教育注重校内与校外相结合，让科学教育更有长度
课堂的时间总是有限的，一旦学习有了自主性，学习的时间便是无限的。我们认为，新科学教育不能止步于课上45分钟，更不应该止于考试结束之时，应该延伸至课堂后，延伸至日常生活、社会生活的方方面面，或解释更多未教过的自然现象，或解决更多未教过的真实问题。
为此，新科学教育应该为学生提供拓展、活化、应用课内所学知识的机会。包括將课内所学拓展为研究课题，或者为学生提供可关注和讨论的与科技有关的社会问题等等。
如浙江一所初中的科学教师在课堂让学生探究出电子秤的电路图后，要求学生课后继续探究电子秤的电路图还能用到什么地方。学生在教师引导下打开思路，专题研究，于是利用这个电路图设计的拳击测力计、身高测量仪、风力计、加油枪等应运而生。又如为学生提供三聚氰胺、地沟油、转基因等新闻为话题，让学生展开辩论，不仅能提高思辨能力，也能提高团队合作、交流表达的能力。
在新科学教育中，要特别重视“家校合作共育”的行动。真正的新科学教育应该是全方位、全过程的。除了学校，家庭和社会都有丰富的科学教育资源，应该努力开发各类科学教育资源，使学校的科学教育与家庭、社会的科学教育结合，形成科学教育的合力。
现在很多学校建了博物馆、标本室、生态园、气象或天文观测站等，为科学教育提供了丰富的教育资源。如新教育实验学校温州翔宇中学就建立了蝴蝶博物馆、昆虫博物馆、谜语博物馆、生命教育馆等。其实，即使没有这些高大上的设施，学校的一草一木、一山一水、一砖一瓦都可以成为科学教育的资源，关键是如何发现和利用好这些资源。
4.新科学教育注重分科与融合相结合，让科学教育更有深度
新科学教育对于发展学生对物的创造力具有特殊的价值。借助于科学的慧眼，学生能把世界看得更清楚，更明白，发现更多美好的事物，包括自然的美丽和奥秘。而科学发现和发明的创造力，是激发学生创造的重要动力。在过去的几百年里，科学对物质世界的改造和创造是科学的立身之本。科学的实践活动不仅改造着自然的物质世界，还创造出自然世界不存在的物质，使得今天的世界已完全不同于过去的莽荒之地。科学的这种创造力，决定了它必将是人们未来解决环境、能源、材料、生命等复杂问题的首选方法。
科学教育对人自身的生命创造也有重要价值。赫胥黎在把科学引进教育时，就认识到科学教育不应仅满足于日常生活的实用需要，还可以影响人的精神生活。杜威也认为“倾向于信仰”“轻信”是人性固有的弱点，要克服人性的这些弱点必须要依靠科学教育。科学是防止这些“自然倾向”以及由此而产生的恶果的工具。
厚积而薄发。所有创造的火花都离不开平日的积累。新科学教育则采用分科和融合两种课程形式，让积累更有深度。
科学分成不同学科，这是近现代科学研究对象和方法分化的结果。法国物理学家普朗克曾经说过：“科学是内在的统一体，它被分解为单独的部门不是由于事物的本质，而是由于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理学到化学、生物学、人类学到社会科学的连续链条。”现代科学的发展趋势越来越证明了普朗克的判定是正确的。包括文理学科在内的各门科学正以相互交叉、相互渗透、纵横交错而构成科学的“连续链条”，很多科学本身已经是综合学科。且今天任何一个社会问题的解决都不是单一学科所能做到的，不仅要将自然科学、技术、工程、数学等结合在一起，还要将艺术、哲学、历史等人文学科融合。而科学的发展和应用还涉及它的社会条件（不同时期的社会、经济、政治与文化）和技术的发展，科学与科学知识本身、技术、社会、经济、政治与文化等各方面密切相关。
分科课程与融合课程是两种不同的课程组织方式。这里的融合既指不同学科的融合，也指学术性课程（学科科学）和经验性课程（活动课程）的融合。分科课程有序、系统、深入，有利于学生学习知识。缺点是把完整的世界肢解和割裂，缺乏社会的适切性。融合课程的提出旨在克服上述弊端，有着多种组织方式，有松散、拼盘式的，也有深度交织、融合式的。新教育倡导多学科融合的科学融合课程，由于以项目学习的方式开展学习，也称科技类项目课程。
万事万物皆为学问，新科学教育和一般科学教育不同，它可以蕴藏在一切学科之中。语文、历史、地理等这一类的人文教育中，蕴藏着科学精神，可以成为新科学教育的源泉之一，数学、物理、化学、生物等这一类的科学教育中，更彰显着最为直接的科学，更是新科学教育的主战场，人文与科学的融合也是新科学教育的特点之一。三者叠加，意味着只要有着科学之眼光，就可以从各种教育中发现新科学教育无处不在。
新科学教育打破传统的学科界限，实现多学科的融合，不仅是因为科学本身发展的缘故，还与多学科整合后的教育特点有很大的关系。多学科融合的科学教育不是简单地把不同学科加在一起，而是围绕某个特定的主题展开，该主题会衍生出一系列问题，而问题的解决涉及多个学科，它要求学习者超越学科界限理解和识别问题的本质，进行批判性思考和创新性思考，并综合运用科学、技术、工程或数学等学科的知识，做出科学决策。在这个过程中，其目的不是学习不同学科的知识，而是要以整体、联系的思维解决各种现实问题的挑战，这是一种深度的学习，也是对高阶思维的训练。
多学科融合的新科学教育的教学场所不再局限于课堂和学校，而是强调学习者的主体功能和学习环境的真实性，通过与学习情境互动建构知识体系。课程实施方式的开放与动态，可使学生有了更多接触与科学相关的各种职业场所的机会，获得将科学探究转化为实践以及进行科学创新的机会。
多学科融合的新科学教育不是让学生被动地学习，而是从现实世界中寻找题材，设计的学习项目更加贴近学生的实际生活，更富意义性和趣味性，从而调动学习者学习的自主性；丰富的题材也能使学生理解和辨识不同情境下的知识表现，进而灵活地运用知识和技能。
多学科融合的新科学教育不再是知识和技能的传授，也不只是方法的学习，融合为STEM[科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）]或STEAM[科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）]，把技术、工程置于科学、数学教育同等重要的地位，这是对过程与实践的凸显，因为工程和技术的目的都是解决问题，涉及的工程设计、工程制作和技术应用都是以活动为基础的，创造一种探究体验式学习方式。 科技类项目课程有两类，一类是科学研究项目，一类是工程制造项目。目前我们正在与上海远播集团一起研发新教育的科技类项目课程，这是一门在制造、建筑、交通、生化、能源、通讯等领域选择项目主题，依托科学大概念，融合新教育理念和STEAM教育特色的课程。课程设计的核心是选择一个有意义的问题，围绕着工程设计流程和工程项目管理中常用的工作分解展开教学。开发的课程具有四个深度学习的特点：（1）学习方式是基于项目的；（2）学习环境是探究式的；（3）教学方法是支架式的；（4）学习方式是做、读、写融合。在这样的项目式学习中，需要一个真实情景中的问题，并且往往没有确定的解决路径，要求学生灵活应用各学科的知识和各种思维技能来解释问题，提供多种多样的想法和解决方案，通过师生的共同协作，创造性地完成目标。在这个过程中，教师不是知识的传授者，而是合作探究的伙伴和帮助者。
5.新科学教育注重传统与现代相结合，让科学教育更有高度
科学精神的培养是科学教育的重要目标。这是因为真正的科学不仅追求物质上的真和创新，现代科学还非常注重精神上的自我反思与不断自省。正是这种科学的信念，不断规范着科学家的行为，让科学家保持了对自然和生命的敬畏和崇拜，努力规避着科学对社会的负面影响，最终调整着科学对社会的作用，使得科学在人类文明的进程中，发挥着越来越重要的作用。科学精神也由此成为人类精神财富的重要组成部分。
让师生主动追寻科学精神的高度，提高学生对于科学与人类文明、科学与可持续发展关系的认识，理解科学的价值，合理地利用科学，具有现代公民对于社会和谐、生态环境、人类和平的高度责任感，是新科学教育的职责。
传统与现代相结合的原则，一方面主要是指对传统科学精神的继承和对现代科学精神的发展。另一方面还指传统教学手段与现代教学手段的结合。
从教学手段上，目前，“新技术带来了教育的第二次革命正在全球推进，这是200年前我们从学徒制带入普遍学校教育后的又一次革命，是由最近这些年发明的所有新技术引起的。”“技术全面地改变了学生的学习方式，这种改变在科学、技术、工程和数学学科有更深刻的意义。”新科学教育提倡充分运用当下的互联网技术，以新教育十大行动之“建设数码社区”的行动，以学生、教师、父母、科学专业人员等不同群体，通过网上和线下、阅读和实践等多角度、全方位的立体交流，促使师生浸润在学习过程里，全身心地投入新科学教育的教与学之中。
6.新科学教育注重全体与个体相结合，让科学教育更有广度
“面向全体学生的科学教育”，是世界各国科学教育改革最重要的原则。人人都需要科学素养，无论是那些在今后可能成为科学技术工作者的学习者，还是那些在未来的职业中需要一定科学知识的学习者，或者不属于这两种情况的学习者，都需要科学教育。新科学教育和一般科学教育不同，它应该兼顾全体的普及与精英的提高。应试教育的桎梏下，科学教育常常成为选优、培优的教育，只有一少部分有着强大的科学天赋和良好家庭条件的孩子，能够成为科学教育的宠儿，成为各类比赛的佼佼者。新科学教育则以全体学生为对象，以普及科学、提升全员科学素养为目标，在此基础上，新科学教育也倡导尊重学生的个体差异和个性特点，以特色课程的方式，兼顾不同学生的不同兴趣和个别需求。
如此一来，既让所有的学生享受科学之光的照耀，又让有特殊科学禀赋和特别科学兴趣的学生有科学学习的资源，新科学教育自然就更有广度，科学根基也就在人民群众之中扎得更为稳固。
（二）新科学教育的实施路径
在新教育理念和新科学教育原则的基础上，新教育提出科学教育的实施路径是“做中学、读中悟、写中思”，目的是让学生在科学教育中领悟科学的魅力，体验到科学实践的完整性，更深刻地理解科学的本质，使科学教育在师生的幸福完整教育生活中发挥积极的作用。
1.做中学：科学教育的核心
从杜威的“教育即生活”到陶行知的生活教育理论，“从做中学”是一个基本的教育原则，这里的“做”指的是生活社会实践。
中国的“做中学”项目是由韦钰院士积极倡导、教育部和科学技术协会共同发起的一项幼儿科学教育改革计划，它是在传统探究式学习的基础上发展起来的，字面的翻译是“基于动手的探究学习”，因此这里的“做”，指的是基于动脑、动手的科学探究，强调的是在动手做学习中让学生建构自己的科学概念和认知模型。
“做中学”针对了我国科学教育长期存在的重知识轻能力、重结果轻过程、重教师传授轻学生探究、重实用价值轻科学精神等弊端，成为我国科学教育改革的一大亮点，特别在小学、幼儿园产生了广泛影响。
新科学教育中的“做中学”是基于科学实践的科学学习，它是科学教育的核心。因为科学最重要的两大价值在于认识自然和创造世界，在这种认识和创造活动中，科学实践活动与其他活动最本质不同在于物质性，科学实践使用的工具、仪器、设备等手段是物质的，科学实践的对象是物质性的自然，科学实践的结果虽有精神的，但最重要的也是物质的。我们把人与物质打交道的过程称之为“做”。当然，科学实践的主体是人，这种“做”的活动不仅涉及双手、感官、肌肉、骨骼等的活动，还会涉及大脑，因为人进行活动都是有目的、有意识的。
今天的科学实践活动与人类的生活有着越来越密切的关系，科学改变着今天的世界，人类的生活已离不开科学和技术。基于科学实践的新教育的“做中学”，一方面是活动要与师生的生活、社会实践联系，反映科学在真实世界中的活动和经验；另一方面是活动具有科学的探究性。多样性探究活动包括：
走进自然观察。自然是无字的课本，无边的课堂，精彩纷呈，又深藏无穷奥秘，是许多科学研究的源头。达尔文就是从自然观察开始，历时5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集，出版《物种起源》，提出了生物进化论。蕾切尔·卡逊用自己敏锐的观察，在《寂静的春天》中向我们描绘了一个美丽村庄的突变，并从陆地到海洋，从海洋到天空，全方位地揭示了化学农药的危害，开启了世界环境保护运动，擦亮孩子的眼睛，让他们学会用科学的方法觀察自然，探究自然的神奇和变化的奥秘。这里特别要注意的是科学的观察不同于欣赏，在波普尔看来“经验观察必须以一定理论为指导”，明确观察的目的和指导科学观察的方法非常重要。只有方法正确，学生才能细致地观察和准确地测量，可靠地描述和详尽地记录；只有目的明确，学生才能比较分析事物的特征和变化趋势，深入探索物质存在的依据和变化的原因；只有指导得当，学生才能深刻了解自然的美丽和魅力。
萌芽于1999年的新教育实验，从诞生之初就置身于科学造就的时代漩涡之中。一方面，科学的巨大力量不由分说地摧毁着既往的秩序，人们的物质生活日复一日越来越深地依赖科学；一方面，科学的迅猛发展在给人们的生活带来更多便利和保障的同时，并未增添更多的幸福感，反而造成压力甚至恐惧；一方面，科学自身也面临挑战，科学与哲学的分离让科学丧失了反思的根本，科学与人文的割裂让科学迷失了前行的方向……
这一切，都让成长在新世纪的新教育实验，格外关注着科学技术及其对于教育的影响，也一直在努力研发适合未来社会的科学教育课程。
新教育课程体系，是以生命教育课程为基础，以公民教育课程（善）、艺术教育课程（美）、智识教育课程（真）作为主干，并以“特色课程”（个性）作为必要补充。其中，智识教育课程分为科学教育课程和人文教育课程两大类。
近年来，新教育年会已经对新教育的卓越课程体系中的新生命教育、新艺术教育课程进行了初步探索。今天，我们将简要介绍新教育在科学教育问题上的思考与探索。
一、科学、科学教育和新科学教育
（一）什么是科学
科学有广义的科学与狭义的科学之分。广义的科学指知识与学问，不特指自然科学，也包括人文科学，可以用德文中的wissenschaft来标志。狭义的科学指现代自然科学，可以用英文中的science來标志。
在中国，“科学”一词是一个舶来品，来源于1874年日本学者西周时懋在翻译法文时生造的science一词。《现代汉语词典》对科学的定义是：“反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系”。所以，中文里“科学”一词实际上就是指自然科学。事实上，德文中的科学概念更接近古希腊文中的科学（episteme）的原意。考察人类对于科学本身的认识历程可以发现，人们对科学的定义本身也是一个不断发展的过程。
1.科学的溯源——古希腊的理性科学
科学的本义是知识，从科学的起源来看，公元前六、七世纪的古希腊哲学家如毕达哥拉斯、柏拉图和亚里士多德等人，把科学视为个人摒除他对现实生活的关怀，采用超然冥想的沉思态度，试图穿透变幻的表象世界，认识外在世界而获得的永恒不变的真理的知识。亚里士多德《形而上学》开篇的第一句就是“求知是人类的本性”，他将“知”与经验和技艺做了区分，认为最高的“知”就是“科学”，因为它是“既不提供快乐也不以满足为必需的科学”，是“为知识自身而求取知识”，是一种纯粹的、非实用知识。它们来自理性，无需外求，均来自于先天观念的演绎。它们去向自由，在自明的前提下，科学用演绎法推论整个世界。其中数学是最纯粹的知识，希腊人开辟了演绎和推理的数学传统。对自由追求的精神使得哲学成为科学最高级和最理想的形态。
2.科学的诞生——现代数理实验科学
现代自然科学诞生于16～17世纪的欧洲。现代科学有两大主要特点，一是以笛卡儿“我思故我在”理念为标志，确立了人类中心，从而使科学转化为满足人们需求、解决实际问题的技术，成为征服自然和改造自然的力量，成为有用的科学。二是数理实验的诞生，即运用数学的方法，通过人为设置的特殊条件对自然过程进行干预，从而发现自然物变化的规律，填平自然物和人工制造物的鸿沟，实现自然物的改造和利用。通过实验取得科学知识的实际效用，通过数学的方法取得科学知识的普遍有效性。如果说古代希腊是求真的科学，是通过推理、论证、演绎等逻辑的方式解释世界，而现代的数理实验科学除了求真，实证成为重要的特征，重视科学的预测力，是求力的，而人类通过科学的力来影响世界，实现自己的意志，从这个意义上看，现代科学又是求利的。培根是这一新兴功利主义科学形象的代言人，他认为科学应该增进人类的物质福利，强调学者要深入实际，实现学者与工匠的结合、知识与力量的统一，以解决思想上的贫困。他把这个转变称之为学问大革新，并响亮地提出“知识就是力量”这个振聋发聩的口号。可见，这一时期的科学是求真和求利的统一。
3.科学的发展——当代社会中的科学
近百年来，科学技术成了人们生活不可或缺的东西，成了国家经济发展的支撑，成了当代社会进步的重要支柱，科学技术被看作是第一生产力。但在社会对科学满是赞叹和颂扬的同时，也出现了强烈的批判声音。这是因为20世纪中叶以来的科学与技术的高速发展，在为我们提供一幅令人兴奋画面的同时，也出现了一种可怕的图景。这是人们对现代科学客观性、确定性、精确性、可靠性、合理性的顶礼膜拜的结果。科学历史主义的创始人图尔敏对这种现象进行了尖锐的批评：“科学或技术……被描绘成一种抽象的、逻辑的、机械的、没有感情色彩的归纳活动；放弃了仅仅依据技术效益而设计的集体主义政策与实践；忽视了它们对于各种各样有血有肉的人的长远影响。由于缺乏个人洞察力、情感、想象力或缺乏一种其特定活动对其他人影响的这种感受，科学家对于他的同胞，采取漠不关心的态度，而把对他们的关心仅仅当作是社会实验与技术实验的额外课题。”
20世纪70年代后，很多学者对这种唯科学主义发出了批判的声音，引发了人们对科学的人文思考。人们质疑科学的客观性，注意到科学是人的实践活动，带有人的主观意识，注意科学家共同体对科学发展的作用；质疑科学研究方法的普适性，要求消除对方法论的崇拜，注意到非逻辑思维如想象、直觉、灵感在科学发现中的重要作用；质疑科学结果的中立性，注意到科学与社会的相互作用，看到科学通过技术的中介，由知识理论形态进入器物和制度之中，成为人类生存背景的重要组成部分。主张把科学理解为一种文化，是“以自然现象为对象的认识在社会生活中所衍生开来的广泛的文化样态”。 直到今天，科学仍是一个多义的名词。
有人认为科学是一种知识体系，是人类对自然世界的认识、理解或解释。
有人认为科学是一种特殊的方法，是人类对自然世界的认识、改造和调控，是对人与世界关系的协调，是一种创造性的实践活动。
也有人把科学作为一种信念追求，是人类对真、善、美追求的表现，是一种追求自由的精神文化。
还有人把科学作为一种社会建制，是科学家的事业，是国家的利器，是社会经济发展的强大力量……
多元的科学定义，说明科学的内涵是丰富的，同时也说明科学的内涵还在发展之中。根据对科学发展历史的反思和当代科学发展的探索，我们认为：
科学是人类文化的组成部分，是人类在特定的时间对自然和物质世界进行系统的认识、解释的尝试。科学知识的获取和得到承认是基于经验证据的，要依靠观察、实验、模型、逻辑以及数学等方法，科学问题、概念、理论的提出和发现需要创造性思维。科学的发展和应用与社会有不可分割的内在联系。
首先，科学是人类文化的组成部分。这是因为科学是人的科学，是一种社会的建制，是科学家共同体社会交往的结果。科学的知识及从这种具体科学知识中凝炼和提升出来的科学观念和科学精神，是人类一般思想的重要组成部分。科学通过技术的中介渗透到人类基本生存方式的所有方面，影响人类的生活方式，影响国家的利益，影响社会的发展。
其次，科学具有求真的属性。科学家为了探索自然及其变化的本质，相信自然是有序和一致的，尝试通过建立科学模型、发现规律与机制、形成相互联系的概念等科学知识解释自然现象。科学研究的目标是寻求真相，追求真理。科学研究强调证据的真实可靠。科学以观察、实验等科学实践活动为基础，通过感官的真实感受或仪器（感官的延伸物）测量获得的素材，形成和验证他们对自然现象所提出的猜想与假设。这些证据只有具备尽可能的精确度和可重复性，才能被科学家信赖。数学是逻辑推理重要的方法，在科学研究中具有重要的作用。因为数学“是研究数量关系与空间形式的一门科学，它源于对现实世界的抽象，基于抽象结构，通过符号运算、形式推理、模型建构等，理解和表达现实世界事物的本质、关系和规律”，基于证据进行严密的逻辑推理，得到可靠的结果，才能得到科学共同体的认可，科学研究讲求思维的严密和方法的严谨。
再次，科学具有创新的精神。科学知识是不断创新的。科学家不把已有的科学知识作为真理，只是作为“尝试”。虽然科学知识大部分是经过无数次的实验与观察基于证据得到的，不容易被“证伪”。但若有 “反常”的新证据出现，原有的科学知识必将被修订或被新的科学知识所取代。科学方法也是不断创新的。科学研究与发现需要创造性思维，需要逻辑思维和非逻辑思维的整合，创新与创造是科学生命力的源泉。
（二）什么是科学教育
与科学的发展一样，科学教育也经历了曲折的发展过程。
1. 古代科学教育——从技艺到知识
人类为了自身的生存和延续，要把世世代代积累起来的经验和知识流传给新的一代，劳动经验的传授，是教育最初的、也是最重要的职能。在自然的生产劳动过程中，包含大量科学知识和技艺，学习与传授的形式也是自然的，言传身教，耳濡目染，子承父业。中国古代很多杰出的技艺就是这样在自然的状态中传承的。随着文字、造纸和印刷术的发明，具体的技艺转化为图或抽象的文字，传播和传承的方式发生了极大的改变，如《九章算术》《齐民要术》《天工开物》《梦溪笔谈》《本草纲目》等至今让我们看到中国古代算学、纺织、制瓷、冶铸、建筑、天文历法、医药学等的巨大成就。最早出现原始的教学机构，如中国古代的大学和私塾、埃及的职官学校、古希腊文法学校等，虽以人文为主，但都有技艺的传承，如中国古代的“六艺”中就有“射”“御”“数”，古希腊的“实质之学”有天文、地理、自然之学。古罗马最有成就的教育家昆体良主张在学校设立自然科学课程时，就是认为物理学能够为演说、雄辩提供证据和素材。可见，知识和技艺的传承，是古代科技教育的最主要目的。
2. 现代科学教育——从知识到能力
16世纪的夸美纽斯作为现代教育学的开创者之一，主张在学校里不仅要教语文，还要教广泛的自然科学课程。但科学真正进入现代的学校教育，与19世纪的工业革命密切相关，“科学在19世纪受到广泛的信任和尊敬，除了自古以来尊重学问的传统以外，还由于科学在工业和医药学上的实用价值以及它是反对宗教和迷信的武器。”斯宾塞和赫胥黎为科学教育合理性的辩护在很大程度上反映了这一时期的科学教育价值取向。斯宾塞认为科学是“为人的完满生活而准备的”，是“作为一种生活工具”。赫胥黎指出：“科学教育并不是指应当把一切科学知识都教给每一个学生。那样去设想是非常荒唐的，那种企图是非常有害的。我指的是，无论男孩还是女孩，在离开学校之前，都应当牢固地掌握科学的一般特点，并且在所有的科学方法上多少受一点训练。”而科学方法最大的特点是“使心智直接与事实联系，并且以最完善的归纳方法来训练心智；也就是说，从对自然界的直接观察而获知的一些个别事实中得出结论”。他建议科学教师在教学中尽可能利用实物，不迷信书本和权威，学会动手和观察等等。
科学教育真正被重视是在20世纪的两次世界大战后，这一方面与科技在世界格局动荡变化中的作用有关，也与科技和教育自身的发展有关。美国实用主义教育家杜威认为“促使世界目前正在经历的巨大而复杂变化的真正动力，是科学方法以及由此而产生的技术的发展”。所以杜威特别重视科学教育，他把“反省思维作为教育的目的”，而这种反省思维几乎等同于科学思维，他提倡“从做中学”，称这是一种“科学的方法”，因为按“科学的方法”处理问题，便可得到某种经验，得到思维的训练。
以儿童为中心、以思维能力训练为重点的探究教学是20世纪世界科学教育改革的一個重点，代表的教学理论是基于皮亚杰、维果斯基、格式塔心理学、巴特雷特、布鲁纳研究而形成的建构主义教学理论。他们强调理解的知识是被建构，“学习者通过个体活动和社会活动对意义和学习所做的贡献”是学生学习的关键，主张以学生为中心设计教学，进行探究和基于问题的学习，引导学生学习科学家发现问题的方法，经历科学探究过程，体验创造发明的艰难和快感，进而训练学生的科学思维。 西方的科学16世纪末随着西学东渐在中国开始传播，但在中国的广泛传播却与西方的殖民主义迅猛扩张有关。鸦片战争后，西方殖民主义者打开中国的大门，除了抢占财富和掠夺土地外，也在中国广泛设立教会学校，传播西方科学文化。以“师夷长技以制夷”为目的，以专门的语言和技术等新式学堂的建立为特征，开启了我国以学习西方科技为主的近代科学教育之先。最早的归国留学生“以振兴学术，取其良法，以阜民生国计”，提出了“科学救国”“教育救国”的理想，把中国的科学教育推进到一个新的发展阶段。二十世纪初的新文化运动和五四运动，把“科学”和“民主”的全面引进中国，实现了我国社会科学和民主的思想启蒙，同时也使科学教育制度化。但这个时期的科学教育基本为舶来品，新中国成立前，主要是受美国杜威实用主义的影响，重视实用，强调生活教育和科学方法的训练。新中国成立后，主要受苏联凯洛夫等教育思想的影响，重视双基，强调基础知识的教学和基本技能训练。这样的传统一直持续到上个世纪的80年代。
3.当代科学教育——从能力到素养
20世纪70～80年代，科学教育的走向再次发生重大改变，提高全体公民的科学素养成为基础教育阶段科学教育的最重要目标。
这一目标明显受到美国科学教育改革的影响。20世纪50年代苏联的卫星上天，使美国朝野大受刺激，认为美国科学教育明显落后，引发了一系列的科学教育改革。1983年，美国联邦教育部成立了“国家教育优异委员会”，发表了《国家处于危急之中：教育改革势在必行》。之后的《2061计划：面向全体美国人的科学》和《国家科学教育标准》也都是科学教育改革的标志性文件。在这些报告之中，提高全体美国人的科学素养成为科学教育的基本宗旨。2013年颁布的《下一代科学标准》，提出科学教育还要加强科技和工程人才的培养，要“为所有人获得现代劳动力奠定基础，具备现代社会必备的科学和技术素养”。这些观念影响了全世界科学教育的改革。
受后现代思潮的影响，英国、美国等发达国家STS研究和STS教育也在80年代应运而生。STS是科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）的简称，它探讨和揭示科学、技术和社会三者之间的复杂关系，研究科学、技术对社会产生的正负效应。目的是要改变科学和技术分离及科学、技术和社会脱节的状态，使科学、技术更好地造福于人类。而STS教育是科学教育改革中兴起的一种科学教育构想，其宗旨是培养具有科学素养的公民。英国1986年教育改革法案规定5～16岁阶段实施国家课程，科学教育要强调STS内容，认为学生应该， （1）理解科学思想如何随时间而变化，科学的性质、科学知识，理解科学技术成果的利用受社会、道德、精神和文化的影响； （2）学习科学在社会中的应用；（3）用科学的知识和技能做出决策，并能对健康和安全做评价；（4）考虑到科学技术发展对个体、社会和环境的影响。
国际上关于科学素养有不同的定义，但有一些相同点：（1）指向全体学生，是为培养未来公民适应与科学、技术紧密相关的社会现实做准备的；（2）实质性的内容是使科学素养的理念能够贯彻到课程和教学实际中的保障； （3）科学素养涵盖多个学科的内容，即它不仅包括自然科学的知识、技能和过程，还涉及相关的数学、技术学和社会、人文科学的知识（如科学史和科学哲学等）；（4）科学素养的具体内容会因时代的不同和社会文化背景的差异而变化。
我国自2001年开始实施新课程改革，科学教育理念也逐渐跟国际接轨。新课程的科学教育把提高学生的科学素养作为科学教育的宗旨，把探究学习、合作学习、自主学习作为科学教育改革的突破口。十多年的改革实践使我国科学教育面貌发生了一定的变化，但依然存在不少问题。2017年教育部发布的《中国学生发展核心素养》将开启新一轮课程改革，以培养“全面发展的人”为核心，将学生的核心素养分为文化基础、自主发展、社会参与三个方面，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养。科学教育对培养学生的核心素养有非常重要的作用，高中课程中的数学、物理、化学、生物、地理、信息技术、通用技术制定的学科核心素养，以学科观念、学科思维、学科方法和学科价值作为学科核心素养。
（三）什么是新科学教育
通过对科学教育发展历史的考察，结合新教育实验的理念，我们可以对新教育的科学教育概念做这样的界定：
新科学教育是幸福完整的教育生活的重要组成部分，是以求真和创新为宗旨，以培养并提升科学素养为目标，帮助学生树立科学观念、学习科学知识、培养科学思维、掌握科学方法、发展提出问题与解决问题的能力、形成科学精神与社会责任感，以学校教育、家庭教育、社会教育多方合力，通过“做中学”“读中悟”“写中思”等方法进行的教育。
“过一种幸福完整的教育生活”是新教育实验最重要的教育理念。新科学教育作为新教育智识教育的组成部分，是幸福完整教育生活不可缺少的组成部分，新科学教育通过帮助师生享受科学教育的過程，享受科学学习的幸福，拓展生命的长宽高，成为最好的自己。
新科学教育之求真，所指的真并不是一个固定不变的真知，也不是一个独一无二的真理，更不是一个绝对明澈的真相，而是一个不断遮蔽与寻找、不断证明与证伪、不断迷失与发现的循环往复的过程。科学教育之求真，是以最为集中的时间、最为精练的方法，呈现人们不断寻求真知、探索真理、发现真相的过程，从而在传播知识的过程中，学习探索的技能，培养相应的科学素养。
新科学教育因其求真，而必然创新。正如人们常说的，已知是圆，未知是圆外的部分，已知之圆越大，意味着外部越大。浩渺宇宙中，人类所知极其有限，还有太多未解之谜，需要不断的创新，更多的探索。创新是外部世界对科学的要求，也就是对新科学教育的要求。数百年中，科学从边缘走向中心，经由各种群体，缔结出奇异的果实，创造巨大的力量。无论是对外界的探索，还是对内心的叩问，无论是对事物的解析，还是对生命的追索，都是科学的职责，从而也意味着与科学相辅相成的科学教育，必须以创新为自己的灵魂。 新科学教育的科学素养，包括科学知识与观念、科学思维与方法、科学精神和社会责任感、提出问题与解决问题的能力等多个维度。
科学知识与观念：科学知识是指对自然和物质世界的基本认识，包括事实性知识、理论性知识和技能性知识。科学观念是一种组织起来的科学知识，它们能够解释更多的自然现象、甚至跨领域的自然现象。科学观念包括科学的学科核心观念和跨学科概念（Crosscutting Concepts）。科学知识是科学教育的载体，在知识的基础上可形成科学观念，科学观念的形成有助于科学知识的迁移和统整。
科学思维与方法：科学思维是指人脑借助于语言或符号对科学事物（包括科学对象、科学现象、科学过程、科学事实等）作出概括和间接的反应过程。归纳分析、符号运算、形式推理、模型建构等是最基本的理性思维，猜测想象、质疑批判是重要的非理性思维。而科学方法是指科学和工程实践过程中的行为和采用的手段，包括设计和实施调查研究、观察和实验获得和收集证据，分析和运算解释数据、建构解释和设计解决方案、基于证据的论证、获取、评估和交流信息等。科学思维决定科学方法的选择和应用，科学方法的学习可训练科学思维。
科学精神和社会责任感：理解科学本质，特别是求真的态度和创新的意识；理解科学、技术、社会、环境四者之间的关系，理解人类活动对自然环境、生活条件和社会变迁的影响，学会科学的生活方式，具有保护自然、推动人与自然和谐发展的社会责任感。科学精神和社会责任感是现代社会理性公民的基本素养，是追求和实现创新的动力。
提出问题和解决问题的能力：能识别个人、国家和人类社会决定所赖以基础的科学问题，并能提出有科学技术根据的见解；能对健康、安全、环境等做出评价，用科学的知识和技能做出决策，并参与到公共事务和文化事务中。
科学教育需要学校科学教育、家庭科学教育和社会科学教育的共同合作。学校的科学教育是指制度化、强制性的科学教育，规定的课程往往由国家核准、高度结构化、有严格系统的评价机制。家庭、社会的科学教育是在家庭、工作或娱乐相关的日常生活进行的科学教育。就学习对象、学习时间和学习支持而言，不是结构性的。就其目的性而言，可能是有意的，也可能是无意的。家庭、博物馆、科技馆、动物园、科技中心、学生实践活动基地和其他非正式环境已经日益成为学习科学的重要环境，与学校科学教育一起，构成科学教育的合力。
“做中学”“读中悟”“写中思”是新科学教育的实施路径。其中“做中学”是基于科学实践活动的科学学习，是动手和动脑结合的过程。一方面是活动要与师生的生活、社会实践联系，反映科学在真实世界中的活动和经验；另一方面是活动具有科学的探究性，包括多样性的探究活动。“读中悟”是指通过科学阅读，在获得科学知识和形成科学观念的同时，激发科学兴趣，理解科学的思维和方法，领悟科学精神，养成科学态度。“写中思”是指通过科学写作，对科学知识进行自我建构，促进深度学习，历练高层次的心智，学会交流和表达，培养学生学习科学的自主性。
二、科学教育存在的问题
近年来，在国家的大力扶持下，我国的科技有了迅猛的发展，美国国家科学基金会2016年初发布的《美国科学与工程指标》显示，中国已成为世界第二研发大国，中国科技在全球的地位日益突出。航空航天、人工智能、深海探测、生物医药、桥梁高铁等技术在世界上有了一席之地。但是，我国的科学教育仍不尽如人意，比如科学教育被学科化、功利化，科学教育的课程内容与最新科研成果相脱节，科学教育的探究活动以教师为中心，科学教育的教学方式以单向灌输为主，科学教育缺乏与环境教育、人文教育的互动与融合，学生的科学素养呈现出“高成就低兴趣”的倾向等等。世界经济论坛《2017～2018全球竞争力报告》也显示，尽管中国全球竞争力的排名有所上升，但中国的创新水平、技术就绪度、高等教育与培训等仍低于亚洲新兴和发展中国家的平均水平。而在137个国家和地区的数学与科学教育质量排名中，中国大陆仅列50位，这些年呈现下降趋势，更是远落后于排名第1的新加坡以及列第9位的香港。這些现象与数据反映了我们科学教育的差距。反思我们的科学教育，主要存在六大问题：
（一）科学教育目标的功利化
基础教育科学教育的目标是“培养学生的科学素养”，但这个目标在中小学已经被严重窄小化，应试成为科学教育的功利化目标。由于小升初没有应试，且科学不是主课，小学科学教育呈现明显的弱势，表现在课时少，已经少得可怜的课时还时常被占用；专职教师的比例小，有的学校甚至音乐教师上科学课；专用的科学实验室少，仪器药品缺乏。而中学的科学教育以应试为主要目标，考什么，教什么；不考什么，也就不教什么。如2008年江苏的高考方案中，把物理、化学、生物、地理等科学科目作为选考的科目，分数以等级算而不计入总分，导致学校对这些科目的教学很不重视，高考中报考科学的人数急剧下降，各类奥林匹克竞赛中获奖人数也急剧下降。这种情形在今年浙江的高考方案改革中同样存在。而纸笔测试中由于很难考查学生的真实的实验能力和实践能力，在目前中学的科学教育中实验、实践教学功能弱化，视频实验、黑板实验屡见不鲜，导致科学教育中“做”得很少。
（二）科学教育对象的精英化
既然科学教育的目标是“培养科学素养”，面向所有人就显得非常重要。正如温·哈伦说的那样，科学教育不只是培养科学家的教育，“这种教育对所有的学习者都是重要的。不管是对那些今后会成为科技工作者的学习者、将来在他们的职业中需要一定科学知识的学习者，还是不属于这类情况的学习者，都是重要的。”但是，我们的科学教育的不均衡和不充分，在很大程度上表现出精英化倾向，影响了全体公民的科学素养。
2015年的公民科学素养调查显示：位居全国前三位的上海、北京和天津的公民科学素质水平分别为18.71%、17.56%和12.00%，分别达到美国和欧洲世纪之交的水平，但还有14个省份公民科学素质水平低于5%。过去五年中，农民和妇女的科学素质水平提升较慢。农民的科学素质水平仅由1.51%提升至1.70%；妇女的科学素质水平与同期男性公民相比差距进一步拉大。地区的差异、经济的发展以及职业、性别的不同造成科学教育的对象更呈现出精英化的态势，当城市的孩子在学编程、人工智能时，农村的孩子关于自身健康知识的科普教育也远远没有跟上。精英化教育导致地区之间科学教育的不均衡，不能做到“每一个人的科学教育”。 （三）科学教育知识的片面化
知识的片面化是目标功利化的必然结果。考什么学什么，学什么考什么，是导致内容知识化的重要原因。由于在应试的各个环节中，知识是考核的最重要内容，我国基础教育一直存在重视双基（基础知识和基本技能）、忽视学习兴趣和解决问题的能力的不良倾向。国家在上一轮的基础教育课程改革中，明确提出了解决“课程过于注重知识传授”“课程结构过于强调学科本位、科目过多和缺乏整合”“课程内容‘难、繁、偏、旧和过于注重书本知识’”“课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练”“课程评价过分强调甄别与选拔的功能”等问题的发展目标，这些问题虽然目前有所改善，但以知识和技能传授为主的科学教育仍占主导，学习过程强调记忆，学习内容脱离生活，学习结果用于解题，题海战术训练的现象依然普遍，这种见题不见人的高强度、枯燥训练，导致学生最初对世界的好奇、对科学的兴趣在题海中一天天减少，在很多学生的眼里，科学就是记现象、记公式、记方程，就是计算、解题。学习科学只有恐惧，没有快乐。
（四）科学教育方法的形式化
知识的分科与19世纪科学研究方法有极大的关系，带来的好处是学习、研究的简单化和许多学科领域的职业化。但遗憾的是，今天我们遇到的大多数科学问题都是复杂的，往往需要利用工程的思想进行系统设计，在解决问题的过程中不仅需要各学科的科学知识，还需要应用技术、数学、艺术等方法。在教学中创造一种真实复杂情境，让学生在解决问题的过程中综合运用知识、活化能力是当前科学教育所倡导的。
中国科普研究所对我国学生的科学态度调查发现，学生的科学态度有虚高的成分，对于科学学科及一些主题的具体含义认识不够深入。如15～17岁的青少年表示他们对科学探究非常支持，对于科学的社会价值的认可度在90%以上。虽然大部分学生对于科学家比较推崇和认可，但只有9%的中国学生期望他们到30岁的时候，从事与科技有关的职业，而这在经济合作与发展组织成员国中此项的平均值是25%，美国、加拿大等国家此项的平均值超过35%。即使那些乐于在未来的职业发展中从事与科学有关的职业的学生，对于什么是科研工作以及科学家的工作等内容也存在模糊的认识。许多学生表示他们参与了较多的科学活动，但是结果显示深度不够，并没有获取更多有价值的内容，更没有围绕具体问题形成更为深刻的认识。方法的形式化带来的是教学活动的形式化，这直接导致学生难以在真实情境中解决复杂的具体问题。
（五）科学教育资源的分散化
科学研究的对象是物，小至家庭中身边的每一件生活用品和父母的工作对象，大至无垠的自然，科学研究的对象无处不在，科技产品琳琅满目，科学教育的资源极其丰富。特别是科技教育日益被重视的今天，国家、企业甚至个人建了很多博物馆和科技馆，地方和学校也建了不少的综合实践基地，科学教育的社会资源和学校资源都非常丰富。
但是，从实际情况来看，科学教育的家庭资源和社会资源的利用率还是非常之低。以重庆三峡博物馆为例，实行免费开放以后，博物馆年均观众在160万人左右，其中18岁以下的观众只有24万人，占全部观众的15%左右。而作为学校团体预约的观众只有13次，约1万人。这与国外中小学生是博物馆的生力军成为鲜明的对照。上海纺织博物馆的副馆长蒋昌宁介绍说，为了吸引中小学生利用博物馆，“我们一家家像跑业务一样，找学校、找社区，结果闭门羹没少吃。”然而，在很多人的印象中，科学是高深的学问，是科学家在实验室的“神秘”行为，在大学或研究院这种“象牙塔”里苦思冥想的结果。从调查的结果看，学校是学生获取相关科学知识的最主要渠道。当然对于具体的概念，获取知识的渠道略有差别，从媒体上获取新科技的比例明显提升，健康与营养话题从家人和朋友的途径获取比例较高。从参加与科学有关的活动看，学生观看科学类电视节目、看科学书籍/杂志、访问科学类网站等比例都非常高，但对究竟什么是真正合格的科学俱乐部或者有价值的科学节目認识不够充分，多数学生认为没有获取太多有价值的科学内容。这种学校科学教育、家庭教育和社会教育的资源分散和资源割裂，导致大多数人把科学教育的场所限于学校，限于教室。科学教育环境的封闭，导致科学教育资源被浪费，科学资源的价值很难充分体现。
（六）科学教育教师的非专业化
谁站在讲台前，谁就决定着教育的品质。科学教师的素质是决定科学教育品质的关键。目前我国科学教育最短的这块板就是教师。科学教师数量不足、水平不高，专业化程度差，已经成为制约科学教育的重要因素。中国教育学会科学教育分会会长胡卫平教授反映，在他担任主讲教师的全国科学教师“国培计划”的培训班上，“有一部分是兼职教师，有一部分是因为无法胜任语文、数学等课程，而改为教科学课”，一个简单的科学概念，竟然有一半以上的科学教师都理解错误。江苏省科学教育特级教师曾宝俊介绍说，他为昆明教师做科学学科培训，当时语文老师参加的1500人，而科学教师只有96人。在他担任主讲的“国培计划”中，科学教师占全部教师的比例为0.75%。
科学教育是教育中受科技发展影响最大的，教学目标、内容、方法、环境等的巨大变化，对科学教师不断提出挑战。面对挑战，我们看到各种新型的科学教学出现：探究教学、翻转课堂、STEM（科学、技术、工程和数学）教育等。各种技术涌入学校，使学校、教室的形态也发生了很大的变化。“春江水暖鸭先知”，对这一切变化最敏感的应是科学教师。但是实际情况表明，不少科学教师的反应是迟钝的。有不少教师在改革中只重形式，缺乏对科学本质的理解，使得有些科学课堂轰轰烈烈走过场，只有游戏，没有思考，只有形式，没有深入，特别缺乏的是给学生在真实情境中解决复杂问题的机会。这种活动有余、思维不足、缺少思维容量的“虚假探究”，是无法发挥科学教育价值的。而这种情况与教师的科学素养和综合素质有很大的关系。张红霞、郁波的调查结果显示：小学科学教师在科学知识和科学方法上存在很多缺陷，在科学性质的认识方面问题尤其严重，导致在教学中出现了一些不科学甚至伪科学的做法。刘喜盈对中学理科教师的调查显示：中学理科教师科学素养的总体水平良莠不齐，在所测试的科学素养中，教师对科学知识的掌握相对较好，但在科学方法、科学性质这两个维度上较为薄弱，对科学性质的认识不够是科学教师专业发展过程中最为关键问题。 三、新科学教育的价值与意义
科学教育对个人生活的幸福和完整、对国家利益的保护和创造、对人类社会的进步和发展都有十分重要的意义。无论是面对大众的科学普及教育，还是培养科技专门人才的科学精英教育，都是十分必要的。
（一）对于科学来说，新科学教育从源头上促使对科学认识自身进行反思，从行动上把握着对未来科学创造的方向
埃德加·莫兰指出：“科学认识是不能进行自我认识的认识。”科学的这种只能自证真伪、无法自辩善恶的特性，正是科学无法回避的缺陷。因此，科学教育的重大意义，除了科学知识的传播、科学能力的培养外，更要通过教育的文化选编功能对科学认识进行自我反思，进而让正确的科学认识得以传承，让科学之光所照亮的是正确的方向。
马斯洛曾说过：“科学产生于人类的动机，科学是由人类创造、更新以及发展的。它的规律、结构以及表达，取决于它所发现的现实的性质，而且还取决于完成这些发展的人类本性的性质。”科学教育正是通过对发展科学的人类本性最直接的影响，通过个人与科学之间的互动，来实现对科学未来发展方向的直接干预。与其他学科教育不同的是，学生不仅能够在科学教育中体验到接近知识、收获知识的幸福，还能够体验到检验知识、应用知识、发现知识的幸福与合作探究、创新创造的幸福。这种幸福感受会激发个体更为深入地开展科学研究，建立起与科学活动利益契合、追求一致、相互满足的幸福联结。理想的科学教育必然造就理想的科学。
（二）对于个人来说，新科学教育有助于养成科学的生活方式，拓展生命的长宽高，拥有幸福的人生
早在19世纪，英国哲学家、社会学家斯宾塞就认识到科学对于个人生活的积极价值，提出科学是最有价值的知识。在斯宾塞看来，科学知识可以最直接地保全并維护生命的健康、可以为个人谋求最合适的工作、可以帮助父母最正确地履行教养之责、可以使得每个公民最合理地调节自身行为、可以为艺术创作或赏鉴提供最充分的知识准备。虽然斯宾塞这些观点中的“最”字倍受争议，但过去近二百年的科技发展，使人们对科学和科学教育的重要性越来越深信不疑。科学对个人生活中所呈现的诸多优势，越发显示出科学教育在生活中的重要作用。
科学教育之求“真”体现在个人的价值中，首先体现在科学教育的内容建立于人类对外在世界的经验反思与批判反思之上。在人类对外在世界的反思过程中，个人也将学会对自身的反思，从而不断成长。
当然，真、善、美三者之间，并非截然分开，三者本身就其本质上就彼此关联：在真之中，本就包含着善与美的种子，无真之善不过是伪善，无法生根，无真之美会流于形式，无法长存。
与此对应的任何种类的教育，其本质也都殊途同归。在新教育理论体系中也是如此。因此，新科学教育是智识教育的分支，以追求真为要务。同时新科学教育之真理，倡导师生以艺术的眼光看待我们所处的世界，从而以美好的形式呈现出科学的成果；倡导师生以积极的心态追求美好的明天，从而满怀善意地开展科学教育的学习与探索。
新教育实验认为，生命包含了自然生命之长、社会生命之宽和精神生命之高三个维度。从这三个方面，新科学教育也将呈现出无可替代的价值。
自然生命是人的生命质量的物质基础，科学技术对自然生命的影响最为直接、价值最为明显，科学教育帮助人们更好地认识自己，更好地用健康、安全的知识和技能武装自己，更好地合理安排日常生活和人生。因此，科学是一种“让每一个生命在有限的历程中成为最好的自己” 的人类文化组成。新科学教育能够帮助个体获得超越自我的合理途径，最终使人的生命成长的各个方面处于高质量的发展水平。
生活在当今社会，“科学的进步已在相当大的程度上改变了人们关于生活目的和生活幸福的思想”，一个人如果没有具备必要的科学知识或一定的技术能力，他将寸步难行，更不能享有健康的生活、成功的事业。新科学教育所培养的科学观念、科学思维等对具体的生活问题进行判断，运用科学的方法进行解决，正是美好生活的前提。
科学精神，本身就是精神生命的一种崇高追求。科学教育则是最为直接地呈现科学精神的形成过程，最为有效地传播精神并潜移默化地濡染大众的育人过程。一个人在这样的追求过程中，不仅必然呈现出能力与素养的提高，更会淬炼出精神领域的高远，从而让一个人的精神生命更有高度。
总而言之，新科学教育提高了个人创造幸福的能力，让人们得以创造幸福完整的人生。
（三）对于国家来说，新科学教育有助于建设现代化强国，实现中华民族伟大复兴的中国梦
从第一次世界大战开始，人们越来越关注科学教育与国家发展的关系，越来越密切地把发展科技与国家民族利益联系在一起。正因为科学巨大的力量、科技强有力的作用，世界上发达国家纷纷把科学教育改革作为国家的重要战略策略。
英国教育大臣曾经向议会提出《科学与工业研究的组织和发展计划》。其中明确指出：“如果我们要提高或维持我国的工业地位，就必须将科学与工业研究的发展立为国家目标。”这是一个“历史性文件”的白皮书，世界上第一次以政府文件的形式把发展科技确定为“国家目标”。
美国在近几十年来，几乎每过十年就会推出科学教育改革的新举措，这也成为世界科学教育改革的风向标。美国科学界和教育界达成共识：“国家创新力是经济增长的基础。美国劳动者的现代劳动能力依赖于基础的数学和科学学习，这是保持有生气的民主和激发社会动力的源泉，这是美国梦的中心。”据介绍，2008年至2013年，美国国家年度教师奖的6位获奖者中，有一半是科学教师。奥巴马总统在2013年的国情咨文中提出两个教育目标，重点就是“培养新一代的STEM人才”。
日本在明治维新以来，发达的教育事业和卓有成效的智力开发，保证了它对西方先进科学技术的引进、消化和吸收，使其仅用40年的时间就完成了西方主要资本主义国家二百年时间才完成的近代化任务。到20世纪70年代，已成为世界经济强国的日本为了顺应世界新科技发展，又将科学教育推进一个崭新发展的阶段，提出“科技兴国”的战略方针，强调科学教育必须重视人的创造才能的培育与个性化发展，必须坚持信息化、国际化、终身化和个性化的原则。科学教育成了推动日本社会经济发展的强大动力。2002年文部科学省接受“疏远科学技术、理科的对策委员会”的建议，拨出预算，实施“顶喜欢科学技术、理科计划”。2009年形成“科学和数学教育促进计划”，目的是提高学生对科学技术、理科的关心，培养学习积极性、创造性、对知识的好奇心和探究心，培养具有国际竞争力的科技人才。优质的科学教育使日本国民的科学素养也保持在一个较高的水平，因此日本的科学技术发展也取得了世人瞩目的成绩。 世界各国如此，中国也不例外。
中国古代的科技水平在世界有一席之地，我们的先人们发明了造纸术、火药、印刷术、指南针，在天文、算学、医学、农学等多个领域创造了累累硕果，为世界贡献了无数科技创新成果，对世界文明进步影响深远、贡献巨大。但在明代闭关锁国之后，我国很多优秀的传统技艺未能得到继承和发展，科学技术逐步落后于西方。
新中国建立以后，特别是改革开放以来，中国人民在社会主义道路上实现了一个又一个伟大飞跃，取得举世瞩目的科学成就。但总的来说，我们的科学技术与先进国家相比仍然有明显的差距。
2018年5月28日，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上指出：“中国要强盛、要复兴，就一定要大力发展科学技术，努力成为世界主要科学中心和创新高地。我们比历史上任何时期都更接近中华民族伟大复兴的目标，我们比历史上任何时期都更需要建设世界科技强国！”他还指出，应该“牢固确立人才引领发展的战略地位，全面聚集人才，着力夯实创新发展人才基础”。
纵观世界格局，当下的国际科技竞争比以往任何时候都更加激烈，我国对战略科技支撑的需求比以往任何时期都更加迫切，发展科学教育是将我国建设为科技强国的必然选择，也是将我国建设为富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国的必然选择，更是新时代实现中华民族伟大复兴中国梦的必然选择。
如果说科学技术是第一生产力，那么科学教育则是第一助推力。
先进的科学技术是促进国家富强的重要保障，为国家经济实力的增强提供坚实的支撑，提高国家的国际影响力与竞争力。尤其在20世纪90年代之后，科学技术在经济社会发展中的作用更加显著。
科学教育则通过培育高素质科技人才、向全民普及科学知识，让科学技术的进步与创新被极大地推动，科技成果惠及亿万人民，有力地改善民生福祉，实现国家的繁荣与富强。
物质文明与精神文明的发展，实际上是物质生活与精神世界的发展。科学技术能够引起国民生活、国家经济、国际关系的广泛变革，推动物质生活的腾飞，科学教育则发挥着对精神世界重新建构的作用，推动人类物质生活和精神世界协调统一，并且再一次推动科学技术的发展，形成良性互动。
（四）对于社会来说，新科学教育有助于整体团结安定，人民安家乐业，和谐相处
新科学教育紧密围绕人的需求而开展，能够有效实现学有所教、教有所用的良好局面，培育大量高素质人才。新科学教育能够激发人们的探究学习能力，提高人们的道德品质与智力水平，人民的科学素养被极大提高，精神文化生活日益豐富，在全方位的精神滋养和文化熏陶下，人们树立起对物质、政治、精神、社会的责任，引导其参与到国家经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，促进了社会各层面的高效合作。
新科学教育不仅为大众掀开科学的神秘面纱，而且扎根在人的“生活世界”之中，能够让科学发展的每个重大环节都闪烁着人性的光辉，更渗透着求实创新、自我发展、和谐统一等有助于创造幸福生活的精神期许。这样有助于全社会形成了讲科学、学科学、爱科学、用科学的良好风气，促进全社会各行业的高速发展。
（五）对于人类来说，新科学教育有助于推动人类进步，构建人类命运共同体，促进与自然共生，维护世界和平
人类只有一个地球，各国同处一个世界，人类对于自然界的探讨，远非为了满足个人或国家的需要，而是为了谋求世界各国的共同发展，构建“同舟共济，权责共担，增进人类共同利益”的“人类命运共同体”。
迅猛发展的现代科技，与人类的生产实践、社会实践紧密结合，正在改变着世界的产业结构和就业结构，改变着科技、教育、文化事业的形态，极大地促进着现代社会变革和人类的思想解放，迅速而深刻地改变着人类社会的面貌。正如英国学者贝纳尔所说：“科学像语言、艺术、宗教、法律和政治等人类所有其他的建制一样，已造成了一种内容和一种力量，这一内容和力量超越了那些逐步帮助造起科学而用的手段或动机。相比其他一些更具社会性的建制，自然科学显示出更大的自立力，它稳固地附着在物质世界里，在有生物和无生物的属性上。”作为一种自立性的人类建制，科学技术是世界性的、时代性的，科学技术的发展应怀有全球视野，聚四海之气、借八方之力。
相应的，以推动人类科学素养为目的的新科学教育，参与到未来发展、粮食安全、能源安全、人类健康、气候变化等人类挑战之中，推动国际间的合作共赢，构建人类命运共同体，让科学技术惠及其他更多国家和人民，为全世界的和平稳定而努力。
从荆钗布裙到绫罗绸缎，从食不果腹到山珍海味，从风餐露宿到高楼大厦，从车水马龙到高铁飞机，从“人到七十古来稀”到联合国人口署把老年人的年龄界限定为“85岁以上”，人类的衣食住行、生老病死发生了翻天覆地的变化。科学技术的发展正在推动人类进步。2018年全国科技工作会议公布的数据显示，我国2017年的科技进步贡献率达57.5%，而世界上创新型国家科技进步对经济发展的贡献率在70%以上，美国和德国等甚至高达80%。这表明，我国的科技发展离世界先进水平还有不少距离，我们需要通过新科学教育，让科学技术成为民生发展、乃至于全人类幸福生活的重要支撑和引擎。日益革新的科学技术也缓解了人类的生存困境。面对将来，我们相信，能够避免祸害、制服灾难性疾病、消灭贫困的一定是科学，而能够全面推动科技进步、科技创新的必定是科学教育。
19世纪的赫胥黎曾经论述过科学教育对于人类的意义。他认为，“如果不是从大量的科学中得到共同的精神素质，民族和个人就不能真正地得到发展，”“受过教育的人早就考虑到自然界的探讨，远非为了满足每日的需要，应当对人类生命肩负重任。”近年来，科学技术令人类社会进入了一个前所未有的创新群体集聚时代。借助科学技术，人民群众更加深刻地融入社会生活，获得了更多的交流、合作、发展的机会。科学技术的发展也为国家提供了融入全球科技创新网络、参与全球科技创新治理的契机，让国家承担起树立人类命运共同体意识、推动构建人类命运共同体的责任。 人类既是大自然的开发者，也是大自然的建设者，两者息息相通、命脉相系、融为一体。但近百年来，人类对自然资源和社会财富的需求成倍增长，空气、土壤、水资源等环境问题日益恶化，自然资源的分布时刻影响着国际格局和世界稳定，整个生物圈的健康与和谐面临着严峻的考验。1972年，联合国在其发表的《人类环境宣言》中明确指出了人类保护和改善生存环境的基本责任，要求必须“应用科学和技术以鉴定、避免和控制环境恶化并解决环境问题”，必须“发展环境科学、技术和教育”，必须通过科学教育扩大人类环境保护的舆论基础和行为基础，以此促进经济和社会的发展。值得欣慰的是，随着科学技术的转化与应用，随着科学教育的推进与深化，人类已通过提高资源利用率、开辟新型可代替资源等方式改变了传统的劳动生产方式。
通过新科学教育，建立起人与自然、国家之间的协调共生机制，为人与自然的和谐共生、为世界的和平与稳定提供有效的路径，是当代科学教育工作者的使命。
四、新科学教育的原则与路径
新教育实验的开展已有18年，在很多方面取得了丰硕的成果。虽然我们第一次在年会上以科学教育为主题对科学教育进行专题研究，但作为新教育实验卓越课程体系的重要组成部分，我们对于科学教育理论与实践的探索从未停止过。
在2017年11月海门科学教育国际论坛期间，新教育研究院举行了科学教育生命叙事的征文比赛。我们利用Nvivo软件对实验区或学校参赛获奖的有关科学教育的99篇文章进行质化分析，发现有一些共同的特征。
一是体现新教育理念。幸福完整的教育生活是新教育实验的追求，在99篇文章中，含有新教育、幸福、开心、快乐、愉快等表达新教育追求字眼的文章达76篇，占77%。可见，大多数的科学教师接受了新教育的理念，努力使科学教育成为学生幸福完整教育生活的一部分。具体这些词出现的频次如下图所示。
二是注意科学阅读。99篇文章中有31篇涉及了科学阅读。其中13篇文章仅提及培养学生的阅读习惯，推荐学生阅读科学作品，或在学校建立了阅读角，由于没有具体说明如何进行科学阅读，我们把它归为初级阅读；还有18篇文章在介绍科学阅读时，同时会提到让学生查阅资料、交流讨论、分享感受、发表观点等，我们把它归为深度阅读。总体而言，科学阅读在新教育实验中是被注意到的科学教育方式。
三是重视科学写作。文中涉及科学写作的文章有65篇，有的是教师在教学中让学生“记录”“写出”观察的自然现象或实验现象，而低年级会用“绘一绘”和“画出”的方式，也有不少老师会让学生写出阅读科学的“感想”，写出科学探究的“小论文”。当然一般的“记录”所占的比重较大，但也有不少文章提到讓学生进行科学写作和写科学小论文。
以上表明，新教育实验关于科学教育理论与实践的探索已经有了一定的基础。海门国际论坛上许多新教育科学教师和其他学科教师讲述的科学教育课程叙事，充分证明了这一点。这些探索为新科学教育的提出奠定了良好的基础。新科学教育还应该有更高远、更全面的追求。
（一）新科学教育的原则
在科学教育中，不同的学者有不同的原则主张。如温·哈伦和诸位世界优秀科学家、教育家在《科学教育的原则和大概念》中就提出过支撑科学教育的10项基本原则。如在义务教育的所有阶段，学校都应该设置科学项目；应该从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，逐步进展到掌握大概念；应该促进教师之间的合作，并需要社会力量包括科学家的参与，等等。
由于中文中“科学”概念一开始就是指自然科学，“既不包括西方的人文科学，也不必然指涉希腊的纯粹理性科学” ，所以天然地容易导致工具化、功利化的弊端。梁启超先生早就指出其弊端在于一是“把科学看太低了，太粗了”，二是“把科学看得太呆了，太窄了”。他提出，“那些绝对的鄙厌科学的人且不必责备，就是相对的尊重科学的人，还是十个有九个不了解科学性质。他们只知道科学研究所产结果的价值，而不知道科学本身的价值；他们只有数学、几何学、物理学、化学……等等概念，而没有科学的概念。他们以为学化学便懂化学，学几何便懂几何；殊不知并非化学能教人懂化学，几何能教人懂几何，实在是科学能教人懂化学和几何。他们以为只有化学、数学、物理、几何……等等才算科学，以为只有学化学、数学、物理、几何……才用得着科学；殊不知所有政治学、经济学、社会……等等，只要够得上一门学问的，没有不是科学。我们若不拿科学精神去研究，便做那一门子学问也做不成。中国人因为始终没有懂得‘科学’这个字的意义，所以五十年很有人奖励学制船、学制炮，却没有人奖励科学；近十几年学校里都教的数学、几何、化学、物理，但总不见教会人做科学。或者说：只有理科、工科的人们才要科学，我不打算当工程师，不打算当理化教习，何必要科学？中国人对于科学的看法大率如此。我大胆说一句话：中国人对于科学这两种态度倘若长此不变，中国人在世界上便永远没有学问的独立，中国人不久必要成为现代被淘汰的国民。”
从新教育理念出发，在遵循新教育课程体系的普遍原则基础之上，新科学教育特别强调以下六大原则。
1.新科学教育注重科学与人文相结合，让科学教育更有温度
新科学教育的目的不是为了实现科学在知识上的复现，而是实现科学在探索过程中的复活。这不仅因为科学知识总是在不断变化中，还因为纯粹的知识以结果呈现时，就会无血无肉，枯燥无味，无法激发学生的学习兴趣和热情。科学教育的温度是指科学教育在奠定学生未来生活需求的同时，满足和保持儿童天生的好奇心，并为科学指明善的方向，从而让每一个人成为更好的人，也让每一种科学能够更好地造福人类，而不是相反。
德国哲学家胡塞尔指出：“科学的‘危机’表现为丧失其对生活的意义。因此，从文化的意义上看，走出科学危机乃至社会危机的出路是让科学回归生活世界。”教育中要使科学知识复活，赋予它温度，同样是通过科学知识与人的生活的对话实现。特别是在今天这个到处充满科技的世界，没有科学知识，一个人几乎很难生存，也无法有合适的工作机会。而当科学知识与儿童现实生活相通，与社会生活相通，与人类命运相通时，很容易引发学生学习的好奇心，引导学生探索知识的奥秘，引起学生对知识学习的渴望。 19世纪美国著名教育家、被誉为“美国公立学校之父”的霍勒斯·曼曾经说过：“美德是一位失明的天使，唯有知识为其带路，方可抵达最终目标。”其实，科学知识也只是一位单翼天使，唯有善良为其增添一翼，才能引领人类飞翔。因此，追寻“有人性的科学”，具体地说，是追寻“有人性之善的科学”，正是信息时代到来之际，正是科学发展的日新月异让人类心惊肉跳之际，我们开展科学教育所应该遵循的宗旨所系。
新科學教育与新人文教育组成了新教育智识教育，两者本身就是鸟之两翼，车之双轮。新科学教育让人通过各种科学技术知识、方法和观念的学习，提升人认知自然世界、改造物质世界的能力，进而改变人在社会中建立恰当的人际关系，这是一种“由表及里”的人的发展活动。新人文教育则努力让人通过各种人文科学知识、信念、理想和态度的学习，改变人的主观世界，进而指导人对物质世界和人类社会的改造，这是一种“发乎中而形于外”的人的陶冶活动。
新科学教育与新人文教育可以互相借鉴、共同发展、融合创新。比如科学精神的养成，其本身也是一种人文教育的过程，在其中，学生可以通过一步一步地解决各种复杂问题的过程获得科学知识，提高自身善于发现与解决问题的能力，形成责任担当意识、审美情趣和合作精神。
“科学的对象是物，而教育的目标是人。当以物为对象的科学服务于以人为目标的教育时，科学的身份就要发生相应的转移：从物转移到人， 从自然界转移到精神世界， 使科学成为一种富有人性的、 有助于人发展的文化材料和形式。”
我们倡导的新科学教育应该更加人性化，不能把科学教育演变为单一的知识传递或蜕化为单纯的游戏， 更不能把科学教学变质为机械的标准程序。要在自然与社会的生动情境中、在学生积极主动的探究体验中、在与历史上科学大师的思想及精神对话中进行科学教学，在知识、生活和生命的共鸣中提升科学素养。
2.新科学教育注重动手与动脑相结合，让科学教育更有力度
赫胥黎认为：“科学教育的最大特点，就是使心智直接与事实联系，并且以最完善的归纳方法来训练心智；也就是说，从对自然界的直接观察而获知的一些个别事实中得出结论。”无疑，归纳法是科学逻辑思维中的一种方法。正是科学的思维方法，使得科学具有强大的解释力、预测力、批判力。科学教育的力度一方面表现在科学教育能帮助学生养成理性思维的习惯，提高学生辨别是非、判断和评估事物的能力，提高批判性思维能力；同时科学教育对学生的思维训练也是对学生智能进行开发，可以让孩子们的思维能力、想象能力和创造能力得到发展，也为终身学习奠定坚实的智力基础。
这种智能的训练，也会带给人探索世界的理智感或者智慧的享受。理查德·费曼在《科学的价值》中从科学家的角度阐明了这种感受：“科学的另一个价值是提供智慧与思辨的享受。这种享受在一些人可以从阅读、学习、思考中得到，而在另一些人则要从真正的深入研究中方能满足。这种智慧思辨享受的重要性往往被人们忽视，特别是那些喋喋不休地教导我们科学家要承担社会责任的先生们。”很多科学家在回忆自己成长的过程时，都强调了自己因少年时的科学探究经历体验的快乐，由科学的兴趣发展为志趣，把科学作为终身的事业。
从感性认识到理性认知，从理性认知到具体实践，是科学的认知过程，在这个过程中科学的实践活动和科学的思维相得益彰，促进发现和创新。科学教育活动中并没有真正意义的科学实践活动，所谓的实践活动多体现为动手做的科学活动。在科学的教学过程中，动手与动脑如同一个硬币的两面，只有互相结合，才能使学生体验完整科学的认知过程，在提高科学实践能力的基础上，训练科学的思维，使科学教学过程充满生命活力。
首先，科学活动是科学思维的起点，人通常是通过活动认识事物、认识环境的，活动产生对物的好奇，活动产生要分析的问题，活动产生解决问题的愿望，活动中努力控制行为适应环境，这都是带有理智的思维过程，可见科学的思维从活动开始。不带思维的活动只是游戏，或是操练。
其次，科学活动是思维的依据，只有通过各种感官的活动科学地了解事物的存在、性质、结构、功能，才能进行科学的分析、分类、概括、推理，构建科学模型。活动受思维的控制越强，活动的目的性越强，活动也越有利于科学思维的发生。当然，惯有的思维定势有时也会使学生在活动中错失发现的机会，这时引导合理地质疑、猜测、想象，可激发创新的灵感。“观察没有产生理智的结果，是因为在观察过程中没有带着需要加以确定和解决有意义的问题”。即没有思维的活动不会有科学的结果。
再次，科学活动也是思维的目的，科学转化为技术，应用于工程，解决生活实际问题，都是以活动的形式开展的。“当思维被用来作为一种手段，去达到超乎它本身之外的某些美好的或有价值的目的时，它就是具体的。” 就是解答理论问题，也会推进活动的深入，也就是说，思维是能够帮助活动达到成功的目的的。无论是科研还是在教学中，达不到目的的活动也是很有价值的，“失败乃成功之母”，引导学生反思活动过程，分析失败的原因，同样是对思维的训练。
在这方面，日本教育界盛行的“自由研究”就是把动手与动脑，科学实践活动与科学思维结合的典型。
“自由研究”的类型可分为科学实验型、社会调查型、环境观测型、美工劳作型。例如，科学实验型的研究有“香蕉也会被晒伤”，把香蕉用铝箔纸包起来，涂上防晒霜后观察香蕉日晒后的情况。社会调查型的研究有“调查自动贩卖机”，归纳出近年来自动贩卖机的省电功能，以及附加的社会贡献功能。例如，地震发生时，自动贩卖机会打出警示；发生公共灾害时，可以设定贩卖机里的饮料或饼干不用投钱就让灾民取用等。环境观测型的研究有“扬羽蝶的秘密”，将扬羽蝶虫蛹如何羽化成蝶的过程与时间进行详细的观测记录。而美工劳作型的自由研究则为工艺制作，例如制作水车、简易的雨伞搁置架、陶艺厨具等等。
很多学生都会从上述的领域类型中选择一种，进行一个月左右的研究活动。“自由研究”必须提交报告书，报告书的内容包括：研究的动机、调查的事项以及自己的假设；准备了哪些东西，用什么方法观察，得到了什么结果；最后说明学习到的事情和需要反思的部分。报告尽可能用文字、图表、照片和数据来解释说明，同时提供参考数据和书籍的出处。假期中进行的“自由研究”在开学后要在班级或在全校举办的展览中进行展示。 3.新科学教育注重校内与校外相结合，让科学教育更有长度
课堂的时间总是有限的，一旦学习有了自主性，学习的时间便是无限的。我们认为，新科学教育不能止步于课上45分钟，更不应该止于考试结束之时，应该延伸至课堂后，延伸至日常生活、社会生活的方方面面，或解释更多未教过的自然现象，或解决更多未教过的真实问题。
为此，新科学教育应该为学生提供拓展、活化、应用课内所学知识的机会。包括將课内所学拓展为研究课题，或者为学生提供可关注和讨论的与科技有关的社会问题等等。
如浙江一所初中的科学教师在课堂让学生探究出电子秤的电路图后，要求学生课后继续探究电子秤的电路图还能用到什么地方。学生在教师引导下打开思路，专题研究，于是利用这个电路图设计的拳击测力计、身高测量仪、风力计、加油枪等应运而生。又如为学生提供三聚氰胺、地沟油、转基因等新闻为话题，让学生展开辩论，不仅能提高思辨能力，也能提高团队合作、交流表达的能力。
在新科学教育中，要特别重视“家校合作共育”的行动。真正的新科学教育应该是全方位、全过程的。除了学校，家庭和社会都有丰富的科学教育资源，应该努力开发各类科学教育资源，使学校的科学教育与家庭、社会的科学教育结合，形成科学教育的合力。
现在很多学校建了博物馆、标本室、生态园、气象或天文观测站等，为科学教育提供了丰富的教育资源。如新教育实验学校温州翔宇中学就建立了蝴蝶博物馆、昆虫博物馆、谜语博物馆、生命教育馆等。其实，即使没有这些高大上的设施，学校的一草一木、一山一水、一砖一瓦都可以成为科学教育的资源，关键是如何发现和利用好这些资源。
4.新科学教育注重分科与融合相结合，让科学教育更有深度
新科学教育对于发展学生对物的创造力具有特殊的价值。借助于科学的慧眼，学生能把世界看得更清楚，更明白，发现更多美好的事物，包括自然的美丽和奥秘。而科学发现和发明的创造力，是激发学生创造的重要动力。在过去的几百年里，科学对物质世界的改造和创造是科学的立身之本。科学的实践活动不仅改造着自然的物质世界，还创造出自然世界不存在的物质，使得今天的世界已完全不同于过去的莽荒之地。科学的这种创造力，决定了它必将是人们未来解决环境、能源、材料、生命等复杂问题的首选方法。
科学教育对人自身的生命创造也有重要价值。赫胥黎在把科学引进教育时，就认识到科学教育不应仅满足于日常生活的实用需要，还可以影响人的精神生活。杜威也认为“倾向于信仰”“轻信”是人性固有的弱点，要克服人性的这些弱点必须要依靠科学教育。科学是防止这些“自然倾向”以及由此而产生的恶果的工具。
厚积而薄发。所有创造的火花都离不开平日的积累。新科学教育则采用分科和融合两种课程形式，让积累更有深度。
科学分成不同学科，这是近现代科学研究对象和方法分化的结果。法国物理学家普朗克曾经说过：“科学是内在的统一体，它被分解为单独的部门不是由于事物的本质，而是由于人类认识能力的局限性。实际上存在着从物理学到化学、生物学、人类学到社会科学的连续链条。”现代科学的发展趋势越来越证明了普朗克的判定是正确的。包括文理学科在内的各门科学正以相互交叉、相互渗透、纵横交错而构成科学的“连续链条”，很多科学本身已经是综合学科。且今天任何一个社会问题的解决都不是单一学科所能做到的，不仅要将自然科学、技术、工程、数学等结合在一起，还要将艺术、哲学、历史等人文学科融合。而科学的发展和应用还涉及它的社会条件（不同时期的社会、经济、政治与文化）和技术的发展，科学与科学知识本身、技术、社会、经济、政治与文化等各方面密切相关。
分科课程与融合课程是两种不同的课程组织方式。这里的融合既指不同学科的融合，也指学术性课程（学科科学）和经验性课程（活动课程）的融合。分科课程有序、系统、深入，有利于学生学习知识。缺点是把完整的世界肢解和割裂，缺乏社会的适切性。融合课程的提出旨在克服上述弊端，有着多种组织方式，有松散、拼盘式的，也有深度交织、融合式的。新教育倡导多学科融合的科学融合课程，由于以项目学习的方式开展学习，也称科技类项目课程。
万事万物皆为学问，新科学教育和一般科学教育不同，它可以蕴藏在一切学科之中。语文、历史、地理等这一类的人文教育中，蕴藏着科学精神，可以成为新科学教育的源泉之一，数学、物理、化学、生物等这一类的科学教育中，更彰显着最为直接的科学，更是新科学教育的主战场，人文与科学的融合也是新科学教育的特点之一。三者叠加，意味着只要有着科学之眼光，就可以从各种教育中发现新科学教育无处不在。
新科学教育打破传统的学科界限，实现多学科的融合，不仅是因为科学本身发展的缘故，还与多学科整合后的教育特点有很大的关系。多学科融合的科学教育不是简单地把不同学科加在一起，而是围绕某个特定的主题展开，该主题会衍生出一系列问题，而问题的解决涉及多个学科，它要求学习者超越学科界限理解和识别问题的本质，进行批判性思考和创新性思考，并综合运用科学、技术、工程或数学等学科的知识，做出科学决策。在这个过程中，其目的不是学习不同学科的知识，而是要以整体、联系的思维解决各种现实问题的挑战，这是一种深度的学习，也是对高阶思维的训练。
多学科融合的新科学教育的教学场所不再局限于课堂和学校，而是强调学习者的主体功能和学习环境的真实性，通过与学习情境互动建构知识体系。课程实施方式的开放与动态，可使学生有了更多接触与科学相关的各种职业场所的机会，获得将科学探究转化为实践以及进行科学创新的机会。
多学科融合的新科学教育不是让学生被动地学习，而是从现实世界中寻找题材，设计的学习项目更加贴近学生的实际生活，更富意义性和趣味性，从而调动学习者学习的自主性；丰富的题材也能使学生理解和辨识不同情境下的知识表现，进而灵活地运用知识和技能。
多学科融合的新科学教育不再是知识和技能的传授，也不只是方法的学习，融合为STEM[科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）]或STEAM[科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）、数学（Mathematics）]，把技术、工程置于科学、数学教育同等重要的地位，这是对过程与实践的凸显，因为工程和技术的目的都是解决问题，涉及的工程设计、工程制作和技术应用都是以活动为基础的，创造一种探究体验式学习方式。 科技类项目课程有两类，一类是科学研究项目，一类是工程制造项目。目前我们正在与上海远播集团一起研发新教育的科技类项目课程，这是一门在制造、建筑、交通、生化、能源、通讯等领域选择项目主题，依托科学大概念，融合新教育理念和STEAM教育特色的课程。课程设计的核心是选择一个有意义的问题，围绕着工程设计流程和工程项目管理中常用的工作分解展开教学。开发的课程具有四个深度学习的特点：（1）学习方式是基于项目的；（2）学习环境是探究式的；（3）教学方法是支架式的；（4）学习方式是做、读、写融合。在这样的项目式学习中，需要一个真实情景中的问题，并且往往没有确定的解决路径，要求学生灵活应用各学科的知识和各种思维技能来解释问题，提供多种多样的想法和解决方案，通过师生的共同协作，创造性地完成目标。在这个过程中，教师不是知识的传授者，而是合作探究的伙伴和帮助者。
5.新科学教育注重传统与现代相结合，让科学教育更有高度
科学精神的培养是科学教育的重要目标。这是因为真正的科学不仅追求物质上的真和创新，现代科学还非常注重精神上的自我反思与不断自省。正是这种科学的信念，不断规范着科学家的行为，让科学家保持了对自然和生命的敬畏和崇拜，努力规避着科学对社会的负面影响，最终调整着科学对社会的作用，使得科学在人类文明的进程中，发挥着越来越重要的作用。科学精神也由此成为人类精神财富的重要组成部分。
让师生主动追寻科学精神的高度，提高学生对于科学与人类文明、科学与可持续发展关系的认识，理解科学的价值，合理地利用科学，具有现代公民对于社会和谐、生态环境、人类和平的高度责任感，是新科学教育的职责。
传统与现代相结合的原则，一方面主要是指对传统科学精神的继承和对现代科学精神的发展。另一方面还指传统教学手段与现代教学手段的结合。
从教学手段上，目前，“新技术带来了教育的第二次革命正在全球推进，这是200年前我们从学徒制带入普遍学校教育后的又一次革命，是由最近这些年发明的所有新技术引起的。”“技术全面地改变了学生的学习方式，这种改变在科学、技术、工程和数学学科有更深刻的意义。”新科学教育提倡充分运用当下的互联网技术，以新教育十大行动之“建设数码社区”的行动，以学生、教师、父母、科学专业人员等不同群体，通过网上和线下、阅读和实践等多角度、全方位的立体交流，促使师生浸润在学习过程里，全身心地投入新科学教育的教与学之中。
6.新科学教育注重全体与个体相结合，让科学教育更有广度
“面向全体学生的科学教育”，是世界各国科学教育改革最重要的原则。人人都需要科学素养，无论是那些在今后可能成为科学技术工作者的学习者，还是那些在未来的职业中需要一定科学知识的学习者，或者不属于这两种情况的学习者，都需要科学教育。新科学教育和一般科学教育不同，它应该兼顾全体的普及与精英的提高。应试教育的桎梏下，科学教育常常成为选优、培优的教育，只有一少部分有着强大的科学天赋和良好家庭条件的孩子，能够成为科学教育的宠儿，成为各类比赛的佼佼者。新科学教育则以全体学生为对象，以普及科学、提升全员科学素养为目标，在此基础上，新科学教育也倡导尊重学生的个体差异和个性特点，以特色课程的方式，兼顾不同学生的不同兴趣和个别需求。
如此一来，既让所有的学生享受科学之光的照耀，又让有特殊科学禀赋和特别科学兴趣的学生有科学学习的资源，新科学教育自然就更有广度，科学根基也就在人民群众之中扎得更为稳固。
（二）新科学教育的实施路径
在新教育理念和新科学教育原则的基础上，新教育提出科学教育的实施路径是“做中学、读中悟、写中思”，目的是让学生在科学教育中领悟科学的魅力，体验到科学实践的完整性，更深刻地理解科学的本质，使科学教育在师生的幸福完整教育生活中发挥积极的作用。
1.做中学：科学教育的核心
从杜威的“教育即生活”到陶行知的生活教育理论，“从做中学”是一个基本的教育原则，这里的“做”指的是生活社会实践。
中国的“做中学”项目是由韦钰院士积极倡导、教育部和科学技术协会共同发起的一项幼儿科学教育改革计划，它是在传统探究式学习的基础上发展起来的，字面的翻译是“基于动手的探究学习”，因此这里的“做”，指的是基于动脑、动手的科学探究，强调的是在动手做学习中让学生建构自己的科学概念和认知模型。
“做中学”针对了我国科学教育长期存在的重知识轻能力、重结果轻过程、重教师传授轻学生探究、重实用价值轻科学精神等弊端，成为我国科学教育改革的一大亮点，特别在小学、幼儿园产生了广泛影响。
新科学教育中的“做中学”是基于科学实践的科学学习，它是科学教育的核心。因为科学最重要的两大价值在于认识自然和创造世界，在这种认识和创造活动中，科学实践活动与其他活动最本质不同在于物质性，科学实践使用的工具、仪器、设备等手段是物质的，科学实践的对象是物质性的自然，科学实践的结果虽有精神的，但最重要的也是物质的。我们把人与物质打交道的过程称之为“做”。当然，科学实践的主体是人，这种“做”的活动不仅涉及双手、感官、肌肉、骨骼等的活动，还会涉及大脑，因为人进行活动都是有目的、有意识的。
今天的科学实践活动与人类的生活有着越来越密切的关系，科学改变着今天的世界，人类的生活已离不开科学和技术。基于科学实践的新教育的“做中学”，一方面是活动要与师生的生活、社会实践联系，反映科学在真实世界中的活动和经验；另一方面是活动具有科学的探究性。多样性探究活动包括：
走进自然观察。自然是无字的课本，无边的课堂，精彩纷呈，又深藏无穷奥秘，是许多科学研究的源头。达尔文就是从自然观察开始，历时5年的环球航行，对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集，出版《物种起源》，提出了生物进化论。蕾切尔·卡逊用自己敏锐的观察，在《寂静的春天》中向我们描绘了一个美丽村庄的突变，并从陆地到海洋，从海洋到天空，全方位地揭示了化学农药的危害，开启了世界环境保护运动，擦亮孩子的眼睛，让他们学会用科学的方法觀察自然，探究自然的神奇和变化的奥秘。这里特别要注意的是科学的观察不同于欣赏，在波普尔看来“经验观察必须以一定理论为指导”，明确观察的目的和指导科学观察的方法非常重要。只有方法正确，学生才能细致地观察和准确地测量，可靠地描述和详尽地记录；只有目的明确，学生才能比较分析事物的特征和变化趋势，深入探索物质存在的依据和变化的原因；只有指导得当，学生才能深刻了解自然的美丽和魅力。