自近代科學誕生以來，科學教育就成為了教育的重要內容。
從歷史來看，我國過去的科學教育，培養了大批具有一定科學知識和先進技能的產業工人，推動我國迅速從一個傳統農業國轉向一個工業大國，也從側面培養了群眾的科學思維和科學精神，取得了積極的成效。
但我國的科學教育，已經越來越不能跟上時代發展的要求了，急需新的理念、師資和體系。
仍只注重傳授知識，甚至是陳舊的知識
我國科學教育的最大問題是，囿于知識傳授，遠離最新前沿，甚至傳授的還是陳舊的科學知識。當科學教育變成“老生常談”和“追古懷遠”，而不是展現世界上正在進行的激動人心的前沿科學競爭時，學生何來現實的臨場感和求知的興奮感？
比如，很多教師向學生傳授平面幾何，卻不知為何人人需要學習平面幾何。其實學生要學的是其中的形式邏輯，要培養的是形式邏輯思考能力。而到正式教授形式邏輯時，教師又忘記去關聯最新的量子邏輯。我們長期教授以笛卡爾、牛頓為代表的經典科學和經典思維方式，對量子科學日新月異的進展介紹很少。其實這方面研究我國已處于全球前列，如果及時傳播，能讓學生有新鮮代入感，讓他們有初步的量子概念和量子思維模式。
又如，我們在化學方面大量教授基于瓶瓶罐罐實驗裝置的“靜態化學”，而對“動態化學”涉及很少。“動態化學”包括最新的微流化學、芯片實驗室等，其特點是安全綠色環保，極易與人工智能對接，正急速改變當今的科研范式和產業形態。
不可否認，隨著科學技術的快速發展迭代，傳統的以知識為主要內容的科學教育，已經無法追趕技術更新的腳步。課堂上傳授的知識或許在學生畢業的那一刻就已經被更新替代。
分科教育和標準化帶來的負面影響
我國科學教育的形式，主要呈現為分科教育和標準化兩大特點。
分科教育的優勢是能最大化鞏固學科知識，其弊端則是人為地對學科進行了劃分，不利于學生采取更關聯的視角來理解科學的整體意義，也局限了學生用多學科知識解決具體問題的可能性。
標準化以“課標”和“知識點”為代表，所有的教學、考核內容都圍繞知識點展開，然后根據知識點設定標準答案。這種模式有助于學生對知識的掌握，卻割裂了“知識”與“真實世界”的有機聯系，科學實踐被徹底忽視。
科學一直在推陳出新，常常帶來顛覆性變化，標準答案只是基本合格答案，如果沒有非標準答案，永遠不會有卓越全面的答案。非標準答案是比標準答案更珍貴的答案，因為其具有批判性、創造性以及個體藝術性。就像所有非標的零件設備都很昂貴，而標準的比較便宜，因為后者可以簡單大規模工業化生產。
人所認為的真相，可能只是真實世界的“冰山一角”。科學是一個動態概念，是在不斷進步的相對概念。所謂科學就是能夠證偽，能明確告知哪里是失效的邊界和有效的前提條件，否則就成為神學或者迷信。任何一個簡單問題都可能是復雜問題，任何一個復雜問題也可以“大道至簡”。
比如，大家熟知的熱脹冷縮是通常規律，源自經典的熱運動、布朗運動。但這是有認知局限的規律。水在低溫下，即在接近零攝氏度的一定溫度范圍內是冷脹熱縮，之所以如此是因為有量子性的氫鍵的存在，有氫鍵的液體都應該有類似的規律和現象。而如果在受限的空間達到微納尺度以下，在大多數溫度下，水的熱運動、布朗運動可能會消失，體積可能縮小，能量變化不再通過熱而變成遠紅外光，從而充分體現量子性而呈現超流規律和現象。
分科教育和標準化，給當前愈發重要的學科交叉和科學應用帶來了嚴重的負面影響。我國的科學教育亟待重塑。
科學教育的真正核心：思維與精神
當前科學教育的核心，是要培養學生以科學精神為靈魂、以科學思維為核心、以科學知識為基礎，通過科學方法自主地探究世界、創造知識、應用實踐的能力。
科學精神的樹立，是科學教育的靈魂。對科學精神有許多不同的解釋。我認為，在中國當前的文化語境下，科學精神應該包括三個方面，即以獨立判斷為代表的質疑精神，以謙遜包容為代表的開放精神，以想象創造為代表的探索精神。
在培養訓練科學精神方面要找到合適的切入點，比如，從地心說、日心說、黑洞說等故事或者觀察切入，從巫神、瘟疫、顯微鏡、病毒等故事或者實驗切入，就是一些可取的方式。
科學思維的養成，是科學教育的核心。科學思維包括多個方面，我認為主要有邏輯思維和形象思維，以及在此基礎上的批判性思維和創造性思維。前兩者是基礎，后兩者是在此之上的提升。這四者缺一不可——僅有邏輯沒有形象，就會缺乏創造；僅有形象沒有邏輯，則是空想。這都不是科學。當然，科學思維還應包括最前沿的量子邏輯等。
科學方法的掌握，是科學教育的關鍵。科學教育不能僅僅是理論上的教育，還應該是科學實踐的教育，特別要鼓勵親自動手和觀察，將身邊的事物作為對象和材料。科學精神、科學思維、科學知識只有應用于科學實踐才能體現出價值。科學實踐，包括但不限于科學實驗、發明創造、創新創業等形式。只有讓學生積極投身科學實踐，才算是完整的科學教育，如此才能進入創造型社會、研究型社會。而這也是我們當前的科學教育最為缺乏的部分。
在科學實踐教育方面，我們可以借鑒相對成熟的STEM/STEAM教育。STEM是Science（科學）、Technology（技術）、Engineering（工程）、Maths（數學）這四個單詞的縮寫。STEM教育起源于美國，它所著力培養的是由科學素養、技術素養、工程素養和數學素養組成的STEM素養，而所謂STEM素養并不是上述四種素養的簡單組合，而是學生在雜亂無章的學習情境中的問題解決能力。
新世紀的第二個十年，人們日益認識到科學技術與人文之間的緊密關系，因此又把Art置入其中。美國30年的STEAM發展呈現出兩大趨勢：一是從高等教育走向基礎教育；二是從分科走向融合。《2015年地平線報告：K12版》提出，“STEAM學習的崛起”將成為“未來一至兩年技術驅動K12教育的重要趨勢”。這些趨勢對我國科學教育發展有著極大的借鑒作用。
值得注意的是，科學教育不僅涉及自然科學，也應包括工程科學，以及社會科學、人文科學，是實現人才培養目標的重要內容和重要途徑。
一方面，從現代社會的發展來看，自然、社會、人文、工程已經越來越緊密地結合在一起。比如,啟動一個工程項目要進行環境評估，要征求群眾的意見。另一方面，社會人文對自然、工程的發展有著重要影響。科技和藝術人文發展的核心都是創造力，而創造來源于想象，人文藝術可以提供給人們無盡的想象。同時，科技也需要人文來制約平衡，否則就會變成脫韁的野馬，帶來嚴重的倫理問題。
科學教育師資培養：走新路
科學教育和人才培養是一個系統性的工程，需要我們研究人才成長的規律、科學教育的規律，研發優質的科學教育資源，培訓科學教育的師資等。
具體到科學教育相關師資培養的方式，應該注重兩個方面的教育，一是思維教育，一是創新創業教育。
思維教育，有別于一般的通識教育，應更加關注學生對科學、文化發展過程中形成的各種思維模式的掌握。華東師大開設了《人類思維和學科史論》系列課程，就是讓學生對各學科歷史發展中具有重要意義的思維突破和轉折有所了解，讓學生知道一個學科發展的思維脈絡，進而提煉總結科學規律、方法，提升學生的思維能力。我們就是要面向全社會的創新、創造需求，為大學基礎階段和中小學基礎教育培養具有思維教育、通識教育能力的未來新師資。
創新創業教育，其目的不是為了孩子創業或者真能做出什么創新，而在于激發孩子的探索精神，特別是探索與基礎科學相關的領域，并防止簡單地局限于傳統的科學分科，彌補單科、分科教育的不足，形成全科、跨學科的氛圍。重在發掘學生興趣和實驗、實踐及動手能力。要防止與大學的分科教育簡單重復或者對應，在啟發理論思考的同時，鍛煉動手能力。
要在現有的創新創業教育的基礎上，形成綜合性、項目制的科學創新課程，將科學教育作為綜合性的、跨學科的、興趣和能力培養的項目制課程，以該理念培養具有企業家精神、科學家能力、教育家情懷的卓越師資，人數不在于多，而在于精。華東師大2018年開始高度重視創新創業教育，后來居上，不僅位居師范類大學第一，在全國各類高校中也名列前茅。
在此基礎上，可以將創新創業教育向基礎教育適度延伸。如華東師大二附中提出，該校所有的學生要參與小課題研究，這就是很好的基礎教育領域創新創業教育內容。
來源：《中國科學報》
