初中生科学素养的现状、挑战与提升路径
——基于河南省18个地市4268名初中生的调查研究
作者：
王金阳，河南大学教育学部博士研究生
刘济良，河南大学教育学部教授、博士生导师
新时代中小学科学教育以提升学生的科学素养为核心目标。通过对河南省18个地市4268名初中生的调查，发现初中生科学素养整体处于中等水平，态度责任和科学观念素养相对偏低。同时，初中生的科学素养在性别、年级、学校等方面存在显著差异。当前，初中生科学素养的发展面临一定的现实挑战，包括分科形态的科学课程造成初中生对科学本质的片面理解，知识本位的教育取向导致对初中生的态度责任素养重视不足，应试导向的评价机制阻碍初中生科学素养的进阶发展，城乡差异的教育生态致使乡镇学校初中生的科学素养发展受限等。未来，要在科学课程中开展跨学科教学，促进初中生对科学本质的全面深入理解；摒弃知识本位的育人理念，强化对初中生科学态度与社会责任感的价值引领；构建多元化科学教育评价体系，确保初中生的科学素养随着年级增加实现应有进阶；构建良好的乡镇科学教育生态，缩小城乡初中生的科学素养发展差距。
2023年，教育部等十八部门发布《球探足球比分：加强新时代中小学科学教育工作的意见》（以下简称《意见》），明确提出“着力在教育‘双减’中做好科学教育加法，一体化推进教育、科技、人才高质量发展”。科学素养是当代科学教育的核心概念，“几乎所有国家及地区都将提升科学素养纳入各级各类科学教育的基本目标乃至将其作为终极目标”。加强新时代中小学科学教育工作，关键在培养和提升学生的科学素养。
全面提升中小学生的科学素养，需要高质量的科学素养研究提供理论支持和实践指导。其中，基于证据的实证分析是探索科学素养培育方法、增强科学素养培养实效的关键所在。然而，通过对我国中小学科学素养研究的梳理发现，既往研究大多关注小学和高中学段，且以经验总结、思辨感悟居多，缺乏实证考察。2025年，教育部办公厅印发《中小学科学教育工作指南》（以下简称《指南》），要求“实施科学素养调查”，“加强调查结果运用，将其作为区域科学教育政策制定和学校科学教育工作改进的重要依据”。据此，本研究选择初中生作为调查对象，通过大样本问卷调查，深入了解当前我国初中生科学素养的现状，明确短板与问题，以期为中小学科学教育政策的制定和科学教育工作的改进提供实证依据。
一、全面提升初中生科学素养的必要性
21世纪，以数字化、网络化、智能化为标志的新一轮科技革命蓬勃兴起。然而，科学技术在深刻改变全球经济结构和人们生活方式的同时，也给人类未来世界带来了不确定性。“技术时代社会变革的加剧，要求公民具备更高的科学素养以参与社会公众事务的理性决策。”面对不确定世界中的动态变化和复杂挑战，科学素养已经成为现代社会公民必备的核心素养之一。且更为关键的是，随着国际科技竞争的加剧，科学素养的价值早已超越个人和社会层面，成为衡量和预测一个国家经济及科技发展潜力的关键指标。
当前，世界百年未有之大变局加速演进，我国正处于实现中华民族伟大复兴的关键时期，“更需要每一个人更懂科学、更关心科学的作用与限度，负责任地参与公共科学事务，批判性地分析问题和作出明智决策”。我国高度重视提升全民科学素养，并将青少年作为重点关注人群，在“十四五”期间，围绕青少年科学素养（科学素质）提升先后出台了一系列重要政策文件。2021年6月，国务院印发《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035年）》，提出实施“青少年科学素质提升行动”。2023年5月，教育部办公厅印发《基础教育课程改革深化行动方案》，部署“科学素养提升行动”，要求“深化中小学科学教育改革”，“发展学生科学素养”。2025年1月，中共中央、国务院印发《教育强国建设规划纲要（2024—2035年）》，提出“面向中小学生实施科学素养培育‘沃土计划’”。由此可见，在加快建设教育强国、科技强国、人才强国的进程中，青少年科学素养的培养和提升被提到了前所未有的高度。
全面提升青少年的科学素养，抓好初中阶段这一青少年科学素养形成和发展的关键时期尤为重要。从学段看，初中阶段是小学和高中阶段的过渡阶段，在整个基础教育学段的科学教育中起着承上启下的关键作用。同时，初中阶段还是以物理、化学、生物、地理等学科为依托进行科学分科教育的初始阶段，学生的学习范式在这一阶段发生关键转换—从小学阶段对自然和科学的整体感知，转向对不同科学学科知识的系统学习。从个体认知心理来看，按照皮亚杰的认知发展理论，初中阶段学生正处于形式运算阶段，其思维由形象思维向抽象思维发展，这为其理解科学教育中的抽象概念提供了重要的认知基础。总体来看，全面提升初中生的科学素养不仅能为其后续学段的科学学习奠定坚实基础，还能有效激发其对科学事业的兴趣与热情，进而为培养创新人才、增强国家科技竞争力提供有力支撑，是落实教育、科技、人才“三位一体”布局战略要求的重要举措，具有迫切的现实必要性。
二、初中生科学素养的调查设计
（一）调查对象
本研究以河南省18个地市的初中生作为调查对象。首先，河南是全国人口大省，2024年初中阶段在校生为507.73万人，约占全国初中阶段在校生的9.7%。其次，河南作为中等收入地区，其科学教育资源水平可以反映非发达省份的普遍状况。最后，与全国绝大部分省份一样，河南省义务教育初中阶段的科学教育实行的是分科教学，即以物理、化学、生物和地理等学科为依托开展科学教育。以上因素使河南省初中生的科学素养发展具有较强的兼容性和代表性。
本研究依托问卷星采用网络随机抽样的调查方式对河南省18个地市不同类型的初级中学进行调查。具体上，在每个地市的市区和县乡各随机选取一所初级中学，每所学校随机选取两个班级的学生于学校计算机机房中集中作答。先后发放和回收问卷4326份，其中有效问卷为4268份，有效率为98.7%。调查对象基本情况见表1。
（二）调查工具
本研究的调查工具为自编初中生科学素养调查问卷，问卷包括调查对象基本信息、初中科学教育现状以及初中生科学素养量表三部分。
调查对象基本信息主要涉及调查对象的性别、年级、学校所处地区以及学校类型，共4道题；初中科学教育现状主要涉及学校科学教育现状、家庭科学教育现状以及个人科学教育认知等，共32道题；科学素养量表在编制上以《义务教育科学课程标准（2022年版）》对科学素养的划分为基础，同时结合《意见》和《指南》提出的“培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”，“关注激发学生科技报国的远大志向”，将科学素养确定为科学观念、科学思维、探究实践、态度责任和科技报国志向五个维度。整个量表共83道题，每道题有“完全不认同、基本不认同、不能确定、基本认同、完全认同”五个选项，采用李克特五点计分法，分别计1~5分，反向题进行反向计分。对量表进行信效度检验，结果表明该量表具有良好的信度与结构效度，能够用于初中生科学素养的测评调查。
三、初中生科学素养的现状分析
（一）初中生科学素养整体处于中等水平，探究实践和科技报国志向素养相对较高，态度责任和科学观念素养相对偏低
统计结果显示，初中生科学素养得分为3.38±0.45，整体处于中等水平。其中，初中生在“探究实践”（3.76±0.64）和“科技报国志向”（3.54±0.54）维度得分较高，“科学思维”（3.37±0.47）维度次之，在“态度责任”（3.11±0.53）和“科学观念”（3.09±0.82）维度得分较低，各维度素养发展不够均衡。
（二）不同性别、年级、学校类型初中生的科学素养存在显著差异
相关研究指出，个体、班级、学校、家庭、社会是义务教育学生科学素养发展的关键影响因素。为深入了解初中生科学素养的差异情况，本研究选取性别、年级和学校三个方面，采用单因素方差分析和独立样本Ｔ检验进行差异分析。
1. 科学素养性别差异显著，女生的科学素养高于男生
通过独立样本T检验分析不同性别初中生的科学素养是否存在差异。结果显示，不同性别的初中生在科学素养上存在显著差异（p＜0.001），女生的科学素养（M女=3.41）高于男生（M男=3.35）。从维度看，不同性别的初中生在五个维度上的得分差异情况不尽相同：在科学观念（M男=3.00，M女=3.17，p＜0.001）、科学思维（M男=3.35，M女=3.39，p＜0.01）、态度责任（M男=3.06，M女=3.15，p＜0.001）维度，男、女生表现存在显著差异，女生的表现均优于男生；而在探究实践（M男=3.76，M女=3.76，p＞0.05）和科技报国志向维度（M男=3.54，M女=3.55，p＞0.05）维度，男、女生表现整体相当，不存在显著差异。
2. 科学素养年级差异显著，初二年级学生的科学素养最高
以学生年级为自变量、科学素养及其各维度得分为因变量，进行单因素方差分析。结果显示，不同年级初中生的科学素养无论是在整体上，还是在五个维度上，均存在显著差异，并呈现出初二年级学生的科学素养最高、初三年级次之、初一年级最低的现象。事后检验分析发现，在科学素养整体和科学观念维度，初一和初二年级、初一和初三年级、初二和初三年级，均存在显著差异。而在科学思维、探究实践、态度责任和科技报国志向四个维度，仅初一和初二年级、初二和初三年级间存在显著差异，初三年级学生的表现虽优于初一年级学生，但二者并不存在显著性差异（见表2）。
3. 科学素养学校差异显著，乡镇学校初中生的科学素养最低
通过单因素方差分析发现，学校类型的不同对初中生的科学素养同样有着显著影响。结果显示，市区、县城和乡镇学校的初中生的科学素养无论是在整体上，还是在五个维度上，均存在显著差异。事后检验分析发现，在科学素养整体和科学观念、科学思维、态度责任、科技报国志向四个维度上，市区和县城学校初中生的得分均显著高于乡镇学校初中生。而在探究实践维度，尽管乡镇学校初中生的得分低于市区和县城学校初中生，但仅与市区学校初中生存在显著差异，与县城学校初中生的差异并不显著（见表3）。
四、初中生科学素养发展面临的现实挑战
科学教育是培养学生科学素养的关键途径，它通过传授科学知识、塑造科学思维方式、培养运用科学方法解决问题的能力、涵养科学精神和态度，为学生科学素养的发展提供重要支撑。然而，本次调查发现，当前科学教育中分科形态的科学课程、知识本位的教育取向、应试导向的评价机制以及城乡差异的教育生态给初中生科学素养的发展带来了一定的现实挑战。
（一）分科形态的科学课程造成初中生对科学本质的片面理解
科学课程是科学教育的主渠道，也是落实科学素养的重要载体。当前，我国初中阶段的科学课程主要以分科方式设置。分科形态的科学课程虽然保证了科学知识的系统性，提高了科学知识的传授效率，却在一定程度上割裂了科学知识的整体性与关联性，弱化了各学科之间的联系，限制了初中生对科学的整体认知，由此导致初中生无法对科学本质形成全面的认识和理解。
科学本质作为对科学本身的理解，是与自然观和科学观联系在一起的，“分科科学课程把科学知识割裂开来，使学生难以形成正确的自然观、科学观，进而造成对科学本质的误解”。对科学本质的理解和认识是科学素养的关键要素。既有国际评估（如PISA）结果显示，我国义务教育阶段学生对科学本质缺乏深入理解。本次调查再度印证了这一问题—初中生在科学观念维度的得分最低，且主要问题集中于对科学本质的认识方面。例如，初中生在“科学是万能的”一题中得分最低（M=2.34），完全或基本认同的比例为64.08%。同时，有46.76%的初中生完全或基本认同“限制科技在食品领域的发展能够有效避免对人的生命健康的负面影响”。应该说，这种对科学本质的片面理解在一定程度上与当前分科形态的科学课程设置有着直接关系。
（二）知识本位的教育取向导致对初中生的态度责任素养重视不足
科学知识是构成科学素养的基础要素，个体科学素养的生成有赖于科学知识的获取、内化与迁移。因此，在中小学阶段，知识教育是培育学生科学素养的主要手段，“抛开知识，科学教育便成了无源之水、无本之木”。
提升初中生的科学素养固然离不开知识教育，但如果过度强调科学知识的基础作用，则会使科学教育陷入片面化的误区，并最终窄化为科学知识的教育，忽视对学生科学态度与社会责任感的培养。
对初中科学教育现状的调查数据显示，在课程内容上，初中生接触到的多为“科学知识”（81.33%），“科学态度”（55.04%）与“社会责任感”（51.92%）偏少。与之相对应的是，初中生认为自身进步最明显的领域也集中在“科学知识”（81.42%），远高于“科学态度”（59.51%）和“社会责任感”（51.85%）。此外，在评价环节，初中生的作业形式具有明显的知识取向，绝大多数为“练习册、练习题或试卷”（90.16%）及“知识点背诵”（82.22%）。有学者指出，初中阶段的科学教育重在使学生具备正确的价值观和社会责任感。但就现实而言，当前初中阶段的科学教育无论是在课程内容上，还是在评价方式上，均偏重于知识的传授与记忆，对态度责任素养的培养较为薄弱。根据调查结果，初中生在“态度责任”维度的得分仅为3.11，在所有维度中仅高于“科学观念”。52.62%的初中生完全或基本认同“为使实验结果与预期相符，可以有选择性地呈现符合预期的实验结果”。56.65%的初中生完全或基本认同“科技创新能力很强，但缺乏人文精神和社会责任的人才也应该得到国家重用”。这些数据与现象共同表明，知识本位的教育取向已在事实上造成初中生态度责任素养发展滞后，若不加以调整，将难以培养出具有全面科学素养的新时代人才。
（三）应试导向的评价机制阻碍初中生科学素养的进阶发展
理论上，学生认知能力的持续发展和学校系统科学教育的累积效应将会使学生的科学素养随着学习阶段的延伸实现连贯一致的进阶发展。但事实却并非如此。调查发现，当前初中生的科学素养存在显著的年级差异，并呈现出初二年级学生科学素养最高、初三年级次之、初一年级最低的现状，这说明初中生的科学素养并未随着年级的增长实现应有的进阶。
分析原因，应试导向的评价机制是阻碍初中生科学素养进阶发展的重要因素。初中阶段，中考作为义务教育阶段最具选拔性的考试，其评价结果直接关系到高中教育资源的分配，是悬在学生、教师和家长头上的“达摩克利斯之剑”。就河南而言，在物理、化学、生物、地理四个学科中，只有物理、化学被列为中考科目，分值共120分（不包含理化生实验30分），生物、地理在初二下学期末由各地市组织考试，成绩不计入总分，且考试结束以后不再开课。由此，在中考的“指挥棒”下，学校和教师在初三年级往往更倾向于关注考试科目，而忽视非考试科目的教学，学生的注意力也集中在高分科目备考和应试技能训练上，这在一定程度上导致对科学教育的重视程度有所下降。调查结果显示，初一、初二、初三年级学生“每周参加科学教育课程不足5节”的比例分别为37.63%、15.77%、19.19%，“科学课程经常被占用”的比例分别为4.44%、3.90%、6.39%，“每学期均未开展任何校外科学教育活动”的比例分别为36.74%、27.63%、39.07%。可见，在中考升学压力与功利目标的推动下，初三年级在科学课程资源供给和校外科学实践活动参与方面明显处于劣势地位，这无疑会对初三年级学生科学素养的发展和提升造成限制。
（四）城乡差异的教育生态致使乡镇学校初中生的科学素养发展受限
教育生态学认为，教育活动不是孤立的，而是与生态环境的各因素存在着互动关系。以生态学角度切入，“教育的生态环境乃是以教育为中心，对教育的产生、存在和发展起制约和调控作用的多元环境体系”。就科学教育而言，科学教育活动发生在由学校、家庭以及社会共同构成的教育生态系统之中。因此，学校、家庭、社会均是科学教育生态系统中不可或缺的关键因素，对初中生科学素养的发展具有直接影响。
本次调查发现，城乡之间的科学教育生态存在明显差异。首先，市区学校在硬件设施与社会资源上优势明显。42.22%的市区初中生认为本校实验室设备“非常齐全”，而乡镇初中生持此看法的比例仅为33.53%；此外，乡镇学校科学教育社会资源“什么都没有”的比例为35.67%，远高于市区的21.32%。其次，市区学校教师更倾向于采用以学生为中心的教学方法。市区初中生反馈教师使用“自主探究”和“项目式学习”的比例分别为51.14%、28.73%，显著高于乡镇中学的38.62%、13.22%。最后，乡镇家庭对科学教育的重视程度明显不足。乡镇家长认为科学教育“非常或比较不重要”的比例为10.36%，显著高于市区家长的2.98%。毋庸讳言，这种贯穿于学校供给、教师实践与家庭环境的城乡科学教育生态差异，直接制约了乡镇初中生科学素养的发展，从而使其与市区初中生在科学素养上出现显著差距。
五、初中生科学素养的提升路径
当前，初中生科学素养整体处于中等水平，还存在较大提升空间。针对初中生科学素养发展面临的问题与挑战，基于本研究的调查数据，未来可考虑从以下四个方面提升初中生的科学素养。
（一）在科学课程中开展跨学科教学，促进初中生对科学本质的全面深入理解
科学的整体性要求将跨学科理念作为科学教学的核心。在德国物理学家普朗克看来，“科学是内在的整体，它被分解为单独的整体不是取决于事物本身，而是取决于人类认识能力的局限性”。初中阶段分科形态的科学课程在一定程度上割裂了科学的整体性。为此，要通过在科学课程中开展跨学科教学，培养学生对科学的整体认知，促进其全面而深入地理解科学的本质。
首先，在科学课程中融入跨学科概念。“跨学科概念是认识自然界的基本思想工具和科学领域必需的跨学科素养，对学生学习和认识科学学科的本质具有不可或缺的作用。”在我国分科科学课程占据主流地位的现状下，学校和教师应重视跨学科概念在整合科学课程中的价值和作用，利用跨学科概念进行科学课程设计，构建协调统一的科学课程内容体系。教师可以通过跨学科概念教学将不同科学学科的知识联结起来，帮助学生建立学科间的联系，使其形成对科学本质的整体性认知。其次，加强科学课程与现实生活世界的联系。生活性是科学的本真属性，它赋予科学世界以意义基础。显而易见的是，对科学本质的全面理解和正确认知是无法在封闭的课堂场域和抽象的意义世界中完成的，其根本途径在于回归人的生活世界。本次调查中，高达74.13%的初中生建议学校应加强科学教育与日常生活的联系。未来，在科学课程的实施过程中，教师可通过设计基于真实情境的驱动性任务、引入社会性科学议题、开展社会调查等方式，努力构建与生活世界深度融合的科学学习环境，在科学世界与生活世界的统一中促进学生对科学本质的理解。最后，将科技史纳入科学课程的教学内容之中。科学史既是科学的发展史，也是人类认识自然、改造自然的历史，其中蕴含着丰富的科学思想、科学方法和科学精神，是科学教育的宝贵资源。通过开展科学史教育，能够帮助初中生了解科学知识的产生和发展过程，认识科学的价值和限度，从而形成对科学本质的全面、客观、辩证的认识。
（二）摒弃知识本位的育人理念，强化对初中生科学态度与社会责任感的价值引领
近现代以来，科学技术在推动人类文明进步的同时，也引发了信仰缺失、生态破坏、技术伦理等问题。因此，培养技术社会中负责任、健全发展的公民是现代科学教育的重要目标之一。然而，现实中过于注重知识传授的教育取向却使得科学教育弱化了对学生科学态度与社会责任感的价值引领，初中生的态度责任素养明显不足。科学的一体性要求学生各维度科学素养的全面发展。为此，科学教育应摒弃知识本位的育人理念，强化对初中生科学态度与社会责任感的培养。
一方面，在科学教育中融入科学史、科学哲学和科学社会学等内容。调查显示，62.39%的初中生建议将科学史、科技哲学和科学社会学等内容纳入学校科学教育之中。据此，学校科学教育可以在历史、道德与法治等课程中渗透科学史、科学哲学、科学伦理等相关内容，通过展示人类科学史和思想史的发展历程，比较科学哲学家不同的科学观点，探讨科学伦理的争议与共识以及科学如何与社会文化联结等问题，引导学生合理认识科学的边界，从而审慎、理智地利用科学。另一方面，在科学课程中开展社会性科学议题教学。社会性科学议题是指与科学技术相关的、具有争议性且涉及社会、伦理、道德等多方面因素的问题，如科技伦理、人类健康、气候与环境变化等。这些议题贴近学生的生活实际，能够引发学生的兴趣和思考。在教学过程中，教师可以组织学生开展小组讨论、辩论、项目研究等活动，在学生对社会性科学议题的分析和讨论中，培养其遵守科技伦理及法律规范的观念，使其深刻认识到科学技术对社会和人类生活的影响，从而增强自身的社会责任感和使命感。
（三）构建多元化科学教育评价体系，确保初中生的科学素养随着年级增加实现应有进阶
教育评价是教育实践的重要组成部分，同时又对教育实践具有显著的导向作用。面对应试导向的评价机制导致的初三年级学生科学素养难以进阶发展的现实挑战，亟须通过构建多元化的评价体系，确保初中阶段学生科学素养的持续提升。
首先，加强科学课程开设情况的监测和督导。《意见》明确要求，“各地要加强教学管理，按照课程方案开齐开足开好科学类课程”。但在中考升学压力下，当前部分学校仍存在科学课程开不齐、被挤占等问题。为此，学校要将科学课程开设情况纳入教学督导与评价体系，保障科学课程开设与课时落实。其次，实施教学评价，以评促教、以评促学。调查发现，初三年级教师采用“知识讲授”教学方式的比例高于其他年级。面对初三年级重知识灌输和应试技能训练的教学现状和特点，学校应进一步完善教学评价机制，对教师的教学过程和教学方法进行全面、客观评价。同时，充分利用评价反馈，帮助教师改进教学，为初中生科学素养的持续发展提供有力支撑。最后，重视初中生科学素养水平的评价。传统的以考试成绩为主要方式的结果性评价既无法呈现学生科学素养的真实水平，也难以反映学生科学素养的变化趋势。数字技术与人工智能等技术手段与教育的深度融合，为科学素养的评价提供了新的思路与方法。学校可“应用大数据分析和人工智能技术，通过多模态数据采集、监测、计算与分析，收集并及时反馈学生的科学素养培养情况”，并对初中生的科学素养水平实行长期、连续的动态追踪，确保初中生的科学素养随着年级增加实现应有的进阶。
（四）构建良好的乡镇科学教育生态，缩小城乡初中生的科学素养发展差距
“高质量科学教育体系必须坚持以人为本，兼顾科学教育公平与优质发展，满足全民科学素质提升需求。”当前，城乡科学教育生态差异明显，乡镇学校初中生的科学素养发展受限，未来需要从学校、家庭、社会等关键因素着手，构建良好的乡镇科学教育生态，不断缩小城乡初中生科学素养的发展差距。
首先，政府应加大对乡镇学校的科学教育投入，改善其科学教育条件，为乡镇初中生科学素养的提升提供坚实的物质基础。例如，增加对乡镇学校实验室建设的资金投入，购置先进的实验设备和器材，使乡镇初中生也能有机会进行丰富多样的科学实验，亲身体验科学探究的过程。其次，加强乡镇学校科学教育师资队伍建设。相关研究指出，教师的教学实践是影响学生科学成绩和科学态度的主要因素。针对乡镇学校科学教师专业素养不高、教学能力不足、教学方法不当等问题，要通过系统化、常态化培训提高其科学素养和专业化水平，促进乡镇学校科学教育质量持续提升。再次，面对乡镇地区大部分家长受教育程度低、科学教育重视程度不够、科学教育能力不足的现状，学校和社会要通过开展科学教育政策宣传、家庭科普活动、科学教育培训，不断提升家长的科学教育意识和科学教育能力，营造科学素养培养的良好家庭环境。最后，充分挖掘乡镇地区独特的科学教育资源。乡镇学校虽然在硬件设施和社会资源方面相对市区学校处于劣势，但却拥有市区所没有的独特科学教育资源，如丰富的自然资源、贴近生活的实践场景、灵活的教学空间等。乡镇学校要充分发挥以上资源优势，开发具有乡镇特色的科学教育课程，开展形式多样的科学教育活动，弥补硬件和社会资源的不足，激发乡镇初中生对科学的兴趣和热爱，助力其科学素养的提升。