中小学科技教育的国际经验与启示

在新一轮科技革命和产业变革背景下，科技创新能力日益成为国家竞争力的核心要素，科技教育也被各国视为培养创新后备人才、提升国民科学素养的重要战略举措[1]。2025年，教育部等七部门联合印发《关于加强中小学科技教育的意见》，以科学、技术、工程、数学为重点系统部署中小学科技教育工作，标志着这一领域进入体系化建设的新阶段[2]。然而，科技教育课程体系如何由知识覆盖转向素养培育？课堂教学如何实现探究实践常态化？评价如何发挥素养导向功能？教师如何获得跨学科的系统专业支撑？解决这些问题，既需要立足本土实际持续探索，也可以从国际比较视野中汲取有益经验。美国、芬兰、德国、新加坡四国代表了各具特色的教育治理模式，在中小学科技教育的体系构建和有效实施方面积累了丰富经验。本文以“宏观治理—中观运行—微观供给”为分析框架，聚焦四国科技教育持续推进的制度机制与运行逻辑，为构建中国特色科技教育体系提供有益借鉴。需要说明的是，我国“科技教育”是在国际STEM教育理念基础上作出的本土化命名[3]，本文在引述国际文献时保留“STEM教育”的原有表述。

（一）制度化安排：提供持续稳定的战略性支持

科技教育改革的持续推进需要稳定的政策支持[4]。四国制度路径各异，但都通过立法、长期规划或制度化程序为科技教育提供持续保障，避免改革因政府更替或政策调整而中断。

美国在立法、规划和财政三个层面形成了较为完整的保障链条。2015年美国颁布首部STEM教育专门法，此后以五年为周期发布国家战略规划，STEM教育由此获得法制化和战略化保障[5]。在财政层面，联邦政府每年通过多个部门投入数十亿美元支持STEM教育项目[6]。德国在联邦制分权约束下形成了另一种治理路径。由于教育事务主要由各州负责，联邦政府通过《MINT行动计划2.0》等专项计划以联邦经费整合各州行动，支持课程开发、教师培训和学习项目，同时将工商联合会、行业协会等社会组织纳入政策实施过程，使科技教育发展与产业需求形成较为稳定的结构性联动[7]。芬兰在国家战略层面突出科技教育的公共价值，其《STEM国家战略和行动计划（2030）》明确以提高国民STEM能力、促进社会公平为核心目标，将科学与数学素养视为面向全体公民的基础能力。这一定位获得了较为广泛的社会共识，为长期稳定投入提供了政策基础[8]。新加坡则通过周期性的课程审查制度实现战略目标的动态更新，教育部以六年为一轮组织课程体系审查，课程专家、一线教师、高校研究人员及产业界代表共同参与，对科学课程内容进行系统调整，确保课程与国家创新战略保持动态对接[9]。

（二）跨部门协同：建立多元主体的资源统筹机制

科技教育涉及教育、科技、财政、产业等政策领域，单一教育部门难以独立承担全部推动任务。四国虽然协同路径不同，但解决方案均指向建立具有实际协调能力的治理机制，而非停留在政策文件层面的部门联合。

美国在这方面建立了较为成熟的行政协调机制。隶属于国家科学技术委员会的STEM教育委员会（CoSTEM）由白宫科技政策办公室统筹，成员涵盖教育部、国家科学基金会、NASA等十余个联邦机构，并设立多个跨机构工作组协调各类STEM教育项目，配套涵盖年度进展报告的问责机制[10]。这一模式的核心在于协调机构的权威性高于各成员单位，能够实现实质性的资源统筹。芬兰则依托专业网络实现协同治理。由多所大学共同参与建设的LUMA中心网络（LUMA为芬兰语“自然科学”和“数学”的首字母缩写），以专业纽带而非行政命令将高校科研、中小学教育、科学中心以及企业部门连接成协同生态，通过区域性中心开展课程开发、教师培训和学生科学活动[11]。德国以联邦资助驱动的集群模式实现跨领域资源统筹。联邦教育与研究部自2019年起实施“MINT行动计划”，通过竞争性遴选在全德建立超过50个MINT教育集群（MINT Cluster），由高校或教育机构牵头，将中小学、地方政府、企业及社会组织纳入区域合作平台[12]。联邦政府并不直接介入微观活动，而是以专项资金为杠杆，在分权体制下推动教育、科技与产业资源的制度化整合。新加坡通过机构嵌入实现教育行政与科学资源的制度化衔接。教育部于2014年依托新加坡科学中心设立STEM Inc.专门单元，为中学实施STEM应用学习计划（ALP）定制课程、派驻教育专员并引入产业界项目导师，以科学中心为枢纽将教育行政、科学传播与产业资源纳入统一实施框架[13]。

四国经验表明，跨部门协同的有效性在很大程度上取决于是否建立了具有实际协调能力和资源配置功能的制度机制。行政主导、专业网络、社会参与等不同模式各有适用条件，但建立常态化的协调机制是应对科技教育碎片化问题的重要前提。

（一）课程转型：跨学科整合与纵向进阶的协同设计

课程改革是科技教育中观运行的核心环节。四国课程改革均经历了从知识覆盖到素养培育的目标转向，以及从学科分立到跨学科整合的结构转型。在推进整合的同时如何保障学科深度，各国形成了不同路径。

美国《下一代科学教育标准》（NGSS）以学科核心概念、科学与工程实践、跨学科概念三维框架取代单一的知识目标，重构了科学课程的组织逻辑。标准以“表现期望”（Performance Expectation）要求学生能够在每个学段末综合运用三个维度的知识与能力，科学探究与工程设计由此获得与知识学习同等的课程地位[14]。自2013年发布以来，NGSS及其底层框架已影响全美40余个州的科学课程标准。芬兰于2016年实施的国家核心课程要求每所学校每学年至少开展一个跨学科学习模块，以真实世界现象为载体整合多学科内容，这一“现象式学习”安排将跨学科整合从个别教师的自主探索转变为课程结构的刚性要求[15]。德国的跨学科整合呈现出学段递进的特征。小学阶段自然科学和技术科目在大多数联邦州不进行独立授课，而是与其他学科结合开展跨学科教学；中学阶段发展出生物—化学、数学—信息工程、技术—物理等由两名学科教师共同开发的组合科目，整合的深度随学段推进而加强[16]。新加坡在保持分科课程框架的前提下，自2013年起通过应用学习项目（ALP）实现跨学科联结，要求学生围绕可持续发展、健康科学等真实主题综合运用多学科知识[17]，至2023年该项目已覆盖所有中小学。

四国的路径差异表明，跨学科整合可在标准重构、课程模块、学科组合、应用项目等层面展开，其共同逻辑是将整合嵌入具有纵向进阶的课程结构，从而获得持续运行的课程基础。

（二）教学转型：重心从知识传授转向动手实践和科学探究

课程结构的变化需要在课堂教学中得到落实。四国科技教育教学改革的共同方向，是将动手实践和科学探究确立为课堂教学的核心环节。这一转型需要与课程结构、评价导向和教师专业发展协同推进。

美国将科学与工程实践写入NGSS，从标准层面要求课堂教学包含提出问题、建构模型、分析数据、设计方案、迭代改进等实践活动，推动教学重心从知识接受转向科学实践。新加坡将探究确立为科学课程框架的核心组织原则，2022年颁布的《科学教学大纲》以“启发、探究、创新”为三大愿景，要求学生基于日常生活、社会和环境中的真实问题参与科学实践。课堂上，教师普遍以日常生活为教学情境，如制作自热火锅观察放热反应、带领学生前往学校附近河流采集水样开展水质研究，将抽象概念转化为可操作的探究活动[18]。芬兰的教学转型以弱化教师预设、将探究过程还给学生为核心策略。例如科科拉市某小学四年级学生围绕“如何为公园设计清洁机器人”开展科学项目，教师仅设定开放性目标，学生在四周内自主完成从实地考察到机器人编程的完整探究过程[19]。德国动手实验的教学传统已积淀数十年，学生自主实验是中学理科课堂的常规环节，联邦和各州还通过“MINT友好学校”认证推动学校持续改进科技教学实践[20]。

各国经验表明，探究实践能否从理念倡导转化为课堂常态，关键不在于个别教师的方法创新，而在于是否将探究要求嵌入课程标准、教学规范和学校运行的系统安排之中。

（三）评价改革：对探究能力的系统认可驱动教学转型

在科技教育改革中，评价制度往往是最难突破的关键变量。如果评价仍以标准化考试和分数排名为核心，课堂教学便难以真正转向探究实践。

新加坡近年来实施了一系列系统性评价改革。2019年起逐步取消小学低年级考试，至2023年全面取消所有年级的年中考试，腾出的课时用于深度学习和项目实践。2021年起，小学离校考试（PSLE）计分方式由相对排名计分（T-score）改为等级评定制（Achievement Level），将每个科目划分为八个等级，弱化过度竞争压力。与此同时，全科目编班（Full SBB）以科目分级取代固定分流，使更多学生得以接触较高水平的科技课程[21]。

芬兰的经验从另一个维度印证了评价制度与教学形态之间的关联。芬兰基础教育阶段不设全国标准化考试，学生学业评价主要由教师基于日常观察和课堂表现作出专业判断，国家层面仅通过抽样检测了解教育质量整体状况。这种评价方式缓解了应试对教学的挤压效应，为探究式教学进入日常课堂提供了较为充分的运行空间[22]。美国的评价改革则聚焦于国家层面评价框架与课程标准的结构性对齐。长期沿用的NAEP科学评估框架以知识记忆为主要测量对象，与各州推进的三维教学改革存在落差。2023年，国家教育评估管理委员会批准新版2028年框架，以NRC《K-12科学教育框架》为参照，将学科核心概念、科学与工程实践和跨学科概念同时纳入评估维度，要求学生在真实情境中综合运用三个维度解释现象和解决问题，为课堂探究教学提供了更为一致的评价导向。

上述各国评价改革路径虽异，但其共同逻辑在于将评价标准由单一知识测量转向对探究能力的系统认可，从而为课堂教学转型提供持续而稳定的动力支撑。

（四）教师专业发展：通过系统性培养提升复合型专业能力

科技教育对教师的要求远超传统分科教学，教师不仅需要掌握跨学科知识，还需要具备设计探究活动、引导工程实践和运用数字工具的综合能力。这种复合型专业能力的培育，难以仅凭个体努力实现，需要依托系统性的培养机制。

芬兰实行严格的教师准入制度，所有基础教育阶段教师须具备硕士学位，师范培养全程贯穿研究导向[23]。高准入门槛为专业信任提供了合理性依据，国家由此赋予教师充分的课程与教学自主权，这又使教师职业保持了对优秀人才的持续吸引力。新加坡由国立教育学院（NIE）统一承担教师职前培养，在职教师每年享有100学时的政府资助专业培训。教育部设置教学、学校领导、学科专家三条职业发展路径，教师可根据自身取向选择晋升方向，清晰的职业阶梯为不同类型的教师提供持续成长的激励[24]。

德国和美国分别以不同方式应对科技师资的结构性短缺。德国允许具有工程学、计算机科学等专业背景的人才经过教育学培训后以“侧向入职”方式进入教师队伍，既拓宽了师资来源，也为课堂引入了行业实践经验[25]。美国国家科学基金会（NSF）设立的“教师科研体验”（RET）计划资助在职教师在暑期进入大学实验室参与科学研究，并将研究经验转化为课堂教学资源[26]。

上述实践揭示了一条共同规律，教师专业发展有赖于准入质量、在职培训和职业激励形成相互支撑的完整体系，而非短期培训的数量累加。

（一）教学条件保障：为科技教育提供普遍可及的物质条件

探究式科技教育的落地需要与之匹配的资源条件。四国的共同目标是确保所有学校都具备开展探究教学和科学探究活动的基本条件，而非仅在少数示范校集中投入。

德国以校外学生实验室弥补学校实验条件的不足。全德近300个校外学生实验室由高校或科研机构运营，面向中小学生开放，以高校科研设施为依托提供日常教学中难以具备的实验条件[27]。美国联邦战略要求各联邦机构将实验室、科研设施及专业人员与地方学校和社区教育机构对接，通过建设区域性STEM学习生态系统拓展学生在校内外的探究学习机会[28]。新加坡以数字化实现科技教育资源的普惠供给。2020年启动的国家数字素养计划要求所有中学生拥有学校指定的个人学习终端，公民学生可使用教育储蓄账户（Edusave）支付并向低收入家庭提供补贴，确保设备配置不因家庭经济条件而产生差距；教育部开发的“学生学习空间”（SLS）作为国家统一数字平台，向全国中小学校免费提供科学课程匹配资源，支持学生借助数字工具开展数据分析、模型建构等探究活动[29]。

从四国实践来看，教学条件保障不以追求配置水平的绝对领先为目标，而是通过系统规划让探究实践所需条件为全体学校普遍可及，使资源配置重心从少数示范校转向全体学校。

（二）校外科技教育网络：构建常态化的协同支持体系

校外科技教育资源能否发挥实质性教育功能，关键在于其是否以常态化的方式融入学校课程体系。

芬兰LUMA中心网络发挥着双向支持功能，既为学生提供科学节、夏令营和探究竞赛，也为教师提供工作坊和培训资源，以大学为枢纽将校内教学与校外科学活动连接为持续合作关系。新加坡科学中心自1977年成立以来一直是学校科学教育的重要补充平台，通过互动展览、讲座、科学演示、科学营与科学竞赛等开展校外科学教育活动，并与学校科学课程形成衔接，从而支持课堂教学[30]。德国教育部资助的“青少年研究”竞赛体系已持续近60年，“小科学家之家”基金会等社会组织长期资助中小学科技活动，使学生能够在科研人员和教育专家的指导下开展科学探究活动[31]。美国多个联邦机构建立了面向基础教育的长期校外合作项目。NASA的国家太空拨款计划（Space Grant）联结全国50个州超过850个合作机构，其网络延伸至中小学，鼓励学生参与STEM学习；史密森尼学会等联邦文化科研机构将博物馆和研究中心的科学资源向中小学教师开放，支持其转化为课堂教学实践[32]。

校外合作的持续有效取决于三个条件的协同，即明确的课程对接目标、稳定的合作机制和经费保障，以及专业设计的学习活动。

（三）公平保障：坚守价值底线扩大科技人才来源基础

公平不是科技教育发展到一定阶段才需要关注的议题，而是体系设计之初就应纳入的价值底线。科技教育若仅面向少数优势群体，不仅会加剧教育不平等，也会窄化创新人才培养基础。

美国联邦STEM教育战略将公平置于核心位置，新增STEM课程参与率、女性和少数族裔参与比例等指标作为政策成效的衡量维度，NSF通过专项计划资助弱势群体学生参与STEM学习。芬兰综合学校体制保障九年基础教育不分轨，三级支持体系确保学习困难学生获得个性化支持，教育公平被内嵌于STEM战略目标之中。新加坡SBB科目编班制度以灵活分级取代固定分流，使学习水平不同的学生得以在各自适合的难度层级持续推进，避免过早的学业标签化。

需要指出的是，即便上述国家，公平问题也远未彻底解决。德国三轨分流制度导致不同轨道学生所获STEM资源存在显著差异，美国STEM领域的种族与阶层鸿沟依然巨大。承认这一局限性，恰恰强化了一个共同指向：公平需要作为主动追求的治理目标加以设计。扩大科技人才来源基础，本身就是提升体系整体水准的重要路径。

综合来看，科技教育的质量提升不是某一个关键环节的问题突破，而是宏观战略引领、中观系统联动与微观条件保障三个层面协调一致的结果。这一认识对正处在科技教育体系化建设阶段的我国具有现实参照意义。立足统一部署的制度优势和规模化推进的实践基础，在借鉴国际经验的同时进行创造性转化，是构建中国特色科技教育体系的重要路径。