我国中小学科学教育负载有特定的价值，包括提高公众科学素养、树立科学世界观、养成科学观念、激发儿童强烈的科学好奇心与科学学习动机、训练科学思维品质与提高智力能力，以及培养大批科学技术后备力量与未来的科学精英等，达成这些价值是科学教育肩负的历史使命。但当前我国中小学科学教育尚有诸多不尽人意之处，如对科学本质观的淡漠、对科学观念理解的偏颇、科学探究的实施注重环节而忽视本质、对科学思维做简单化狭隘的理解等，而这正是变革的动力、变革的途径。
我国的中小学科学教育已有百年之久的历史。20世纪80年代以来，随着基础教育课程改革的推行，科学教育的改革取得了令人瞩目的成绩，尤其是21世纪初和当前正在进行的课程改革落实立德树人、发展素质教育、反映时代特征、构建中国特色，既具国际视野，又有本土行动，将我国的中小学科学教育推进到一个新的阶段。
近代科学的兴起，使世界逐步迈入了工业化时代。在当今科学技术高度发达又突飞猛进的背景下，中小学科学教育承载着特殊的教育价值，或者可以说负有特殊的历史使命。但我国中小学科学教育由于多方面的原因，存在着种种不能令人满意的地方。欲使我国中小学科学教育实现面目一新，达到改革的目标，进入国际先进行列，尚有一段艰难的历程。为此，针对诸多方面的不足，本文提出变革的建议，攻坚克难，以实现中小学科学教育发展的愿景。
中小学科学教育具有特定的价值，而这种价值决定了中小学科学教育在现实中所担负的特殊使命。
中小学科学教育是提高公众科学素养的关键。公众科学素养已成为一个国家兴旺发达的根本，成为一个国家可持续发展的根基。在当代社会，科学技术已经成为人们生活不可分割的组成部分，现代科学技术日益变成一种大众文化，这种潮流提倡每个现代公民必须具备科学技术的素养。但根据从20世纪90年代至今对我国公众科学素养的测试结果来看，我国公众科学素养现状不容乐观，与建设一个现代化的社会主义强国的目标差距较大。而中小学科学教育被公认为对公众科学素养具有基础性、根本性、决定性的作用，中小学科学课堂是提高公众科学素养的主阵地，我国中小学科学教育理应承担这一责任。科学世界观是指学生在与所生活的社会文化及外在环境的互动交往中，对周围事物及自然现象的认识、解释与反应所形成的一套自成逻辑的思维方式。科学世界观不是由对科学知识的学习而直接形成的，而是超乎人关于自然现象的特定观念之前。那种认为学生掌握正确的科学知识是学校教育的第一要务，科学知识和科学方法是绝对价值中立的看法，忽视了学生所处的社会文化环境所带来的影响。在科学教育中注重培养学生认识并尊重不同种族文化，了解与欣赏本国及世界各地历史文化，养成相互信赖、相互帮助的科学世界观已成为一种国际趋势。科学观念是指存在于某一自然研究领域的某种形而上的信念，是对特定自然领域中的物质实体及其属性、研究方法、研究目的提出的独特的看法。同时，科学观念代表了其所在领域内科学思想的精华，为科学共同体的理论活动和实践活动提供了思想框架和行动准则，是科学知识体系中最深层的内容、更本质的认识。今天，更重要的是我们要养成现代科学观，如演化的观念、自组织复杂性观念、时空相对性观念、第二次量子革命所引发的新颖量子观念、以“一黑二暗三起源”为核心的现代宇宙观念，等等。科学好奇心是个体对于科学领域的知识和信息表现出强烈的兴趣，并予以关注和探究的行为倾向。对于儿童，科学好奇心表现为一种与生俱来的探索精神，对新奇事物的偏好，对复杂或未知性、不确定性与模糊性的偏好，对探寻信息的偏好。而具备科学好奇心的儿童，未来才更有可能成为创新型人才，才更有可能成为真正的科学家。中小学科学教育期间，是培养儿童具备科学好奇心从而具有科学学习动机的最佳时期。科学思维是人脑有意识地对自然界中事物的本质属性、内在规律，以及自然界中事物间的联系和相互关系的间接的、概括的、能动的反应。当代科学思维具有综合性、动态性、开放性、批判性、创新性等特点，同时还表现出涌现性、不确定性、复杂性及量子思维模式等现代科学思维的特征。中小学科学教育，训练科学思维品质与提高智力能力是关键，科学教育中模型的构建、推理及论证的掌握、批判性思维的养成、创造性思维的培养，既直接影响科学教育的质量，也关系到儿童的终身发展。实现科教兴国，达到强国富民、建设伟大的社会主义强国的目标，我国需要大批基础扎实、思维活跃、富有探究实践能力、具备创新活力与创业精神、能有效应对急剧发展与变化的时代要求的青年，需要大批能站在科学发展前沿、具有世界一流水平的精英科学家。中小学是基础教育，学生的知识、能力、态度、志向都处于形成的基础阶段，中小学科学教育理应承担起这个责任。中小学科学教育，为改变我国从明代末期就走向低谷的科学技术状态，为我国从落后的农业国转变成一个工业大国做出了不可磨灭的贡献，取得了不可小觑的成绩。时至今日，纵览世界发达国家的科学教育水平、理念和科学教师专业化成长等，我们需要正视现实，做出冷静的思考，发现目前存在于中小学科学教育中的问题与不足，认清方向，谋求适切的实践策略，以推进中小学科学教育的发展与改革。科学本质观最早可以追溯到1907年，此后，科学本质观的研究和在科学教育中的价值确认成为国际科学教育中的热门议题，而且流派纷呈，内容十分丰富。理解科学本质是现代社会公民不可缺少的科学素养。科学本质教育是科学教育的基本任务，这在国际科学教育界已成为一种共识。从调研和国培中我们发现，科学教师对科学本质的了解甚少，对科学本质观的教育价值表示出不屑，态度淡漠。没有对于科学本质观的深刻理解，如何明晰学科核心素养的内涵？如何能取得科学教学的高质量？又怎能推进科学教育的改革？对于科学本质观，一方面，科学教育研究者需要做深入的研究，积累更多的理论成果；另一方面，一线教师要高度关注、认真学习、深刻理解、积极实践。科学观念是科学学科核心素养的中心，统领其他核心素养。由于科学观念具有复杂的层次和长期的历史演变过程，科学教师对科学观念的理解会片面、僵化或简单化。科学观念在层次上可以划分为对一种科学规律的表述，对一种科学现象的解释，对科学及其自身形而上的概括的认识，因特定的思维方式形成对科学本质的认识而构成世界的科学图景，对科学宏观的、理性的观点而指向科学本质和科学规律的认识。混淆了层次，会构成对科学观念理解和区分的混乱，造成应用时的偏差甚至误用。各个层次的科学观念都有历史的演进过程，不同学段的儿童与某个具体的科学观念的一定历史发展阶段相对应，但又不能凝固化，特别是我们不能无视当代科学观念的最新发展及其育人价值。很多科学教师将科学探究的要素理解成科学探究的环节，认为按这样几个步骤去实施就是探究学习，就是真探究，把科学探究教学聚焦于操作技能训练。探究学习的核心是思维活动，没有促进高阶思维能力的发展，就无法真正理解探究的本质，无法灵活解决现实情境中的真实问题。科学本质观的理论表明探究中应遵从的原则有：科学知识的产生要经过观察和实验的证实；观察渗透理论、想象力和创造力在探究中扮演重要角色；科学方法与过程是非独特性的，科学方法是多元化的；探究的方式可以是多种多样的。探究学习最终是为了实现知识与能力、理论与实践的融合，实现不同发展阶段、不同学科之间的整合，培养学生独立思考与自主精神，破除结果与结论的唯一性与标准化，促进学生核心素养的协调发展。科学思维应包括数理逻辑思维、形象思维、抽象思维、批判性思维、创造性思维，也包括直觉、灵感与顿悟等。由于课标主要列举了几种有代表性的思维，教师便误认为思维就只有这几种或只需要培养这几种。为落实培养科学思维素养的目标，构建思维型课堂教学是一条可取的路径：教学导入引入课题，创设情境，提出问题，引起认知冲突激发思维；教学过程使学生掌握知识与技能，强调思维互动，加强方法教学，注重探究；教学反思掌握知识、方法，反思经验教训，形成认知结构；应用迁移注重实践，学习在真实的情境中解决具体问题，突破学科的束缚，跨学科综合运用，培养创造力。5.科学教育的内容没有足够体现当代科学成就，远离前沿
中小学科学教育的内容基本上是16—19世纪之间的经典科学知识，很少涉及20世纪以后兴起的现代科学，课标和教科书的少量内容到课堂教学实施时，又会被“腰斩”。近年来，获得飞速发展的量子科学、粒子物理、宇宙学等，我国科学家做出了杰出的贡献，有些领域已处于世界前列。这些成就不断改变人类对物质世界、对自然界的认识，改变人类的思维方式，甚至将改变人类的生存方式、生活方式、生产方式。目前不是这些知识不能纳入中小学科学教育的问题，而是如何进入教学、如何进行教学的问题，是转变理念、改变态度的问题。在中小学科学教育中，教师对态度责任素养内涵认识不足，对几个核心素养之间的内在关系没有充分理解，对态度责任素养构建的理论基础不了解，对它的教育价值认知片面。因此，在教学设计时，教师对态度责任素养目标常常以套话、大话表述，在具体的教学过程中流于形式、走过场。要充分认识态度责任素养的科学教育价值，培养有道德情操的一代新人，养成有科学素养的现代公民，凸显科学精神与科学思想，消弭科学与人文的隔阂，培养非智力因素以促进智力的全面发展，树立强国富民的责任担当等，使态度责任素养的内涵得到充实，在科学教育中的价值得到彰显，在教学过程中得到落实。中小学的科学教育，尤其是义务教育阶段的科学教育，实行分科教育的优势在于分科培养的教师容易适应，能最大化地巩固学科知识。但自然界是一个整体，对学科的分类是人为的。义务教育阶段科学的分科教育不利于学生从相互联系的整体的视角理解和认识科学、认识自然、认识世界，限制了学生用多学科知识解决具体实际问题的能力。由于种种原因，初中科学实行综合课程只有浙江省坚持了三十多年不动摇，而在全国的影响和辐射却不明显。部分省市也推行过初中综合课程，但多年来没有扩展施行，或又中途退回。这是一个很值得研究的理论与实践问题。科学实践鼓励学生亲自动手，将身边的事物作为对象和内容，包括科学实验、发明制作、生产实践等，是科学教育的重要内容。特别是跨学科、多学科的实践活动，如STSE（科学、技术、社会、环境）、SSI（社会性科学议题）、STEAM（科学、技术、工程、艺术、数学）等，更是不可缺省。科学技术发展到当代，工程科学、社会科学、人文学科已经越来越相互交融、紧密结合。我们应以学科观念、知识和方法为基础，以跨学科理解和核心素养为目标，实现不同学科之间的整合，形成综合性、项目制的科学创新实践课程。9.与中小学科学教育紧密相关的社会资源不足，科学传播和科学普及有待加强
中小学科学教育的改革与发展需要相应的社会环境和丰富的教育资源的支持，如博物馆、展览馆、青少年科技活动中心、自然生态保护区等，新闻、广播、电视、电影、报纸、杂志以及丰富多彩的适合各个学段儿童阅读的优秀的科学普及读物，还包括学校工场、农场公用基地，学校STSE、SSI、STEAM相应设施设备的共享工坊，为科学教育的实践应用创造必要的条件，为中小学科学教育营造良好的社会氛围，提供各方面的资源。我国中小学科学教师在科学本质观、学科教学知识、跨学科实践教育的能力、个体参与科学研究与教育科学研究的经历、社会科学与人文学科相关知识的了解等方面都存在不同程度的欠缺，这直接阻碍了中小学科学教师有效实施教育和教学，妨碍了科学教学质量的提高，以及科学教育的改革和发展。要改变这种局面，需要形成科学教师职前培养和职后培训的体制、机制和体系化的方式、内容，要总体思考、通盘设计，要讲究针对性、实效性。中小学科学教育亟须一大批有企业家能力、科学家精神、教育家情怀的卓越教师。我国中小学科学教育正处于百年难逢的发展机遇，我们要抓住这一机遇，乘势而上。我们必须正确认知中小学科学教育的价值，担负起历史使命，又必须直面现实，看到不足与差距，有针对性地寻求问题解决和推动发展的有效方略及实践路径，完成我国中小学科学教育的全面转型，使我国科学教育的水平和人才培养赶超世界水平，为我国科学技术的腾飞与超越提供大批优秀的科学人才。
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