目前，中小学科学教师队伍从数量、结构到质量都存在明显短板。小学阶段存在的问题是有课程缺教师，尤其是缺少高水平的科学教育教师；初高中阶段科学教育的课程体系很不完善，教师数量更为短缺。各学段的科学教师以兼任为主，专职教师比例低。

长远而言，要解决科学教师队伍建设问题，必须构建中小学科学教师培养新体系，建立长效培养机制。2022年5月印发的《教育部办公厅关于加强小学科学教师培养的通知》提出，将通过建强科学教育专业扩大招生规模、加大相关专业科学教师人才培养力度、优化小学科学教师人才培养方案、创新小学科学教师培养协同机制等一系列举措解决和加强科学教师培养工作。

专门针对小学科学教师的培养印发通知是良好的开端，但教师培养需要一个长期的过程，要比较快速地解决目前科学教师短缺的问题，必须专门招聘一些新教师、遴选有相关学科背景的教师进行专门培训。希望教育部门能在认真调研的基础上，尽快出台关于加强初高中科学教师培养和课程体系建设的文件，并深入调查研究，借鉴国际经验，在加强科学教育课程建设、科学教育师资培养和科学教师专业发展方面系统发力。同时，鼓励非师范类院校通过开设教师教育方面的辅修专业、第二学位等方式，参与到教师培养中来，尤其是科学教师的培养。中小学校也应激励更多教师开展科学教育工作。

树立正确的科学教育观，处理好学科教学与科学教育的关系十分重要。按照目前中小学的课程设置方案，在小学阶段有专门的科学课程，而在初中和高中没有，在中考和高考中也没有针对科学教育的专门内容，因此在大学的教师教育培养方案中，鲜有关于科学教育的专门培养课程，一般认为数学、物理、化学、生物学、地理和信息技术等课程，都是科学教育的内容，甚至认为这些学科学好、考好，科学教育自然就好了。这种观念在中学十分普遍。

在科学教育中，不仅要传授知识，更要让学生学习知识是如何获得的、理论是如何发展的，还要让学生学习如何利用科学知识和原理方法，通过工程设计实践，体验如何利用技术和工程解决具体问题、进行发明创造，提高学习科学、运用科学、工程设计、工程实践等能力。在科学教育中，教师要充分调动学生观察世界、探究自然的好奇心和想象力，培养学生的问题意识、探究精神和冒险精神。

目前的科学教育在初高中都比较薄弱。究其原因，一是理念问题，出于应试目的，教师和学校对科学教育不够重视。二是管理问题，部分学校安排科学教育内容和活动容易有学科竞赛和科技获奖倾向，趋于功利化。真正的科学教育应面向全体学生，在普遍提高学生科学素养的基础上，为在特殊领域有兴趣和潜力的学生提供更具挑战性的学习内容和研究项目。

清华大学附属中学（以下简称“清华附中”）经常举办各种沙龙、工作坊、午餐会、读书会等不同形式的交流活动，促进教师教育理念的转变。例如：为了系统研究STEM教育，学校成立了STEM工作坊，不同学科背景、教学年限的教师汇聚一堂，定期开展培训、交流、分享、研讨等活动，吸引了一批愿意尝试开展STEM教育，积极变革教育教学方式方法的教师参与其中。

做好中小学科学教育，要认识到科学教育的重要性，要在课程、教材、教学、评价上狠下功夫，要建立一支高水平的、专兼结合、敬业投入的教师队伍。学校需充分调动现有科学教师的积极性，为他们铺设良好的专业发展道路。笔者结合清华附中的实践经验，针对科学教师的专业素养和能力培养提出几点建议。

第一，认知和态度是前提。科学教师既要充分认识科学教育的内涵和价值，也要发自内心热爱科学教育。

成为一名优秀的科学教师，态度和认知是前提。教师对科学精神、科学思维、科学方法的认识和掌握要到位。学科教育强调知识的系统掌握和熟练运用，用已有的知识和方法，解决有正确答案的问题。而科学教育往往是以开放性的问题为导向，不一定有唯一的解决方法，甚至不一定有解决办法。

在科学教育中，有些问题可能由学生提出，师生要共同面对一个答案未知的问题，不断研究探索，寻求解决方案，设计解决路径。在这类学习中，要充分发挥和调动学生的主动性，让学生去思考和研究，查阅资料、调查研究、收集数据、设计方案、不断实践、迭代优化，教师则提供引导和帮助。这就要求教师具有广博的知识和较强的学习能力。

科学教育的目标是培养学生的科学精神、科学思维、科学方法和科学探究能力。科学精神的最主要体现是求实精神和创新精神。科学课程有一个明确的特点，即具有综合性、跨学科性（STEM）和探究性，既重视理论学习，又强调动手实践，往往采用项目式学习（PBL）的方式，引导学生运用不同学科的知识和方法研究和解决实际问题。

清华附中一向注重实验教学，除了常规实验室，还设有创客空间和高研实验室，每年高研实验室都会开展开题、结题答辩，涉及的课题或项目范围广、难度大，对任何教师而言都是较大的挑战。在研究中，教师的角色发生了转变，与学生一起研究课题，形成学习共同体。

由此可见，在某种意义上而言，科学教师的专业素养要求比学科教师更高，优秀的科学教师，对科学教育的特点，尤其是与学科教育的巨大差异必须有深刻的认识和驾驭能力。

第二，专业知识是基础。科学教师既要有专门的学科知识积累，也要有跨学科知识的积累，特别是要积累科学探究的实践经验。

要驾驭好科学教育课程，需要掌握许多跨学科的知识和方法，要学会像科学家那样思考问题，并不断通过实践提升自己。目前，大量的科学教师没有经过专门系统的职前教育，必须自己在工作之余补齐。

在科学教育方面，一些发达国家的成功做法可资借鉴。在科学教育中，跨学科的综合课程具有十分重要的地位。综合课程的学习以综合运用多学科知识为手段，以解决实际问题为目标导向。开设综合课程不是为了让学生学习某一领域的新知识，而是在多学科融合中培养学生的科学精神，让他们树立科学思维，掌握科学方法。项目式学习（PBL）包括提出问题、规划方案、解决问题、评价和反思等中心环节，强调团队合作和自主探究，可以激发、调动学生的兴趣，提升学生科学思维水平。

知识的积累是一个长期的过程，对科学教师而言，更应该强调终身学习、广泛学习，也需要积极参加相关培训，在不断学习中提高知识水平、理论水平，在教学实践中提高教学能力，和学生一起经历“学习-实践-反思-提高”的螺旋式上升过程。

第三，能力是根本。科学教师既要有很强的教学设计能力，也要有很好的教学组织能力，不仅要善于引导学生开展探究式学习，还要掌握科学的评价方法等能力。

教学设计能力。科学教育内容丰富、形式多样，每个专题都需要精心设计，尤其是开展项目式学习，学习的内容、场景、方式多种多样，特别考验教师的综合能力。许多探究学习过程需要开展科学实验，如何进行实验设计、确保实验安全等，都需要教师认真设计和把关。如果实验失败，教师就还要指导学生反思、分析，找到原因，修正方案，不断迭代改进。尽可能地让学生体验科学家的思维方法和科学发现的真实过程，这是培养学生科学素养最有效的方式。

研究能力。要真正教出具有问题意识和探究能力的学生，教师就要有意识、有计划地提高研究能力，必须先有自己的实践和真实体验，才能在教学实践中实现学生能力的培养和素质的提高。在科学教育中，实验必不可少，清华附中一直坚持开展实验教学基本功大赛，不仅丰富了实验教学案例，也激励了教师有意识、有计划地提高研究能力。现代技术高度发达，在提出问题和解决问题的过程中，要让学生学会充分利用互联网，发展信息查询、数据收集及分析、利用方面的能力。在日常教学中，一节课很难完整地呈现科学探究的整个过程，可以利用校本课或者连续的实验课，甚至以组织夏令营、冬令营活动等方式引导学生开展探究式学习。

资源调动能力。科学教育有时候无法完全在中小学课堂上、实验室里完成，需要进入高校实验室或在野外环境下、社会调查中完成，为此，科学教师应具有良好的资源搜寻、联络和组织能力，有时候还需要聘请校外专家参与其中。

评价能力。科学教育不仅要培养学生的科学创新精神和问题解决能力，还要对学生在学习过程中的表现进行评价，并对学习的最终结果进行综合评定。科学教师需要及时、准确地对自己的教学和学生学习过程作出评价，并熟练掌握正确的评价观念和方法。