科学教育的衰落及其根源

科学教育的衰落及其根源

沈乾若

一

自上世纪末以来，PISA和TIMSS的评估结果揭示出一个明显的趋势：新加坡和东亚国家在数学和科学方面的表现远超西方国家。作者分析了1999至2019年间六次TIMSS八年级科学测试中生物、地球科学、化学和物理的成绩，进一步发现：

新加坡和东亚的物理和化学成绩，往往高于其生物和地球科学成绩，或至少与之相当。与此相反，西方的理化成绩，则低于后者。美国最为突出。每一次测试，生物得分最高，而物理最低；两者常相差20至30分之多。可见实际上双方差距最大的是物理及化学；至2019年，美国分别落后新加坡104、107分。

数学与科学教育，即STEM，乃当今西方基础教育的短板。以上事实揭示，在其科学教育中，最为薄弱的是物理和化学。

二

西方科学教育的严重衰退，可以追溯至半个世纪前开始的综合课程改革。

在此之前，世界各国中学均分别设置物理、化学和生物的单科课程；而且侧重物理和化学，为学生打下了较为坚实的基础。

然而六十年代末起，以综合课程为标志，一场轰轰烈烈的中等科学教育改革席卷全球。生物课扩展为生命科学，内容大大增加；物理和化学归为一类，被称为物质科学；同时引入地球与空间科学。就此，生命科学、物质科学和地球/空间科学并列，成为中等科学教育的三大领域。

在课程结构上，初中的物理、化学和生物等单科课程被取消；各学科内容被打散，重新组合，使七至九或十年级的科学课程，每一年级均包括各个领域的内容，故称为综合科学课程。

综合科学课程由美国教育界首创，联合国教科文组织（UNESCO）倡导并推行，在世界上除中国大陆外的大多数国家采用，直至今日。

引入综合课程之后，物理学科的教学开始崩塌。笔者在1990和2000年代在加拿大不列颠哥伦比亚省教授高中物理。她接手的十一年级学生，物理程度之低，令人惊讶。很多学生连匀速直线运动都未掌握；而这是中国小学或初中生可以轻松解决的一类简单问题。

三

与西方一样，新加坡和东亚也采用了综合科学课程；尽管他们的测试成绩高于西方，却并非十分理想，漏洞还是不少的。问题在于如何解释双方的重大差距，以及综合课程改革的弊端呢？

笔者对美国、加拿大、新加坡和台湾地区的科学教育进行了认真的考察，发现了东西方科学教育的两大差异：

首先，学科内容的选择和权重不同。美国和加拿大物理学和化学的比重均低于生命科学，而在新加坡和台湾，物理和化学依然是重点。

物理学和化学，尤其物理学，是自然科学各个学科的基石。没有理化知识，难以深入理解生命科学以及地球/空间科学。物理学亦为工程和技术的基础。类似于数学，物理学系统性强，依赖并开发高层次的逻辑思维和探究能力。故学习时遵循学科的内在逻辑结构，循序渐进，对于理解概念和掌握知识至关重要。中学乃智力开发的黄金阶段，数理类的学习若不能在中学打好基础，错过了一生都难以弥补。

至于生命科学，数十年来该类学科的迅猛发展，确实提出了将新的知识纳入K-12教育的要求。然而，学生能够投入自然科学学习的时间和精力是有限的。生命科学的非基础性质，描述性质，对抽象思维和数学能力的要求较低，都使得在中学进行大量深入的教学并非绝对必要。除正规课程外，学生可以通过课外活动、选修课等多种方式来获取这些知识，或延迟到中学之后。地球与空间科学情况类似。

简而言之，综合科学改革将过多的非基础性知识，纳入了科学课程；使学习物理、化学的时间和资源被稀释，动摇了科学教育的基础。这一弊端在西方尤为严重。

第二是不同的教师资质。数十年来美加通过‘一般科学’项目培训教师。这些项目涵盖理、化、生、地等多个学科，却未能提供物理学和化学的深度知识。而新加坡和台湾则只颁发单科证书，并分配给教师他们所擅长的科目。即使综合课程，各学科内容也由不同教师讲授。

自然科学学科众多，宏大精深；鲜少有人能够掌握所有各科知识。对于中学科学教师来说，专攻某一学科并了解其他学科的基本知识是可能的，也是好的；但成为科学通才却不现实。在美加，大多数教师偏向生物学，而理化知识和素养则不足。学生学习物理和化学之艰难，可想而知。

美加中学前有初中的综合课程，后又充斥着多门大学预修AP，使得学生无法循序渐进、按部就班地学习科学学科。不必要的重复和跳跃大大加重了学生的课业负担。事实上，尽管投入了大量时间和精力，美加优秀学生却很难获得相应的知识和技能回报。

中国未参加TIMSS，因此缺乏可供比较的测试数据。实际上21世纪初，中国也曾推行综合科学改革，但遭遇教育工作者强烈抵制而被迫放弃。单科课程体系从而幸运地得以保留，物理、化学仍为重点学科，由专业教师授课。可以说，通过循序渐进的扎实教学奠定坚实的数理基础，是中国能培养出众多STEM人才，在西方国家大展拳脚的底层原因。

四

美国和加拿大STEM人才和合格劳动力的严重短缺，是科学教育衰落带来的直接后果，已成为亟待解决的关键问题。但只有找到并消除其根本原因，才能阻止这种衰退趋势。我们期待教育主管部门及相关领域的人士通力合作，共同肩负起责任。

政策制定者需要认识物理和化学作为基础学科的重要性，为它们投入足够的教学时间和资源。这对于重振科学教育和复兴制造业至关重要。

笔者建议，逐步但尽快取消初中阶段作为主干的综合科学课程，恢复物理、化学和生物等学科的分科设置。取消‘一般科学’的师资培养模式，恢复单一学科的教师培训；学科课程必须由切实掌握该学科知识的教师执教。

                                                            二零二五年五月

作者简介：沈乾若博士，女，独立学者。加拿大博雅教育学会名誉会长。从事比较教育研究，研究方向为教育体制与政策，基础科学与数学教育。北京大学物理系毕业，北京航空航天大学工学硕士，加拿大西蒙菲沙大学应用数学博士。中国大陆和加拿大数十年大、中学教学及办学经验。电子邮箱：Sharon_q_shen@yahoo.com

附件

1. 《综合课程改革引发科学教育危机》，提供具体数据和详细事实的长篇论文。本评论《科学教育的衰落及其根源》为该论文的缩写。

2. 《综合课程改革引发的科学教育危机》（PPT），用图表简要、直观地说明问题。