科学素质是人们在进行个人决策，参与社会、文化和经济事务时所需要了解的科学知识、概念和过程。培养具有科学素质的公民是国际基础科学教育的主要目标，发达国家都十分注重国民的科学素质，其关系到人才的综合素质和创造力，关系到一个国家的综合竞争力，美国科学教育改革的“2061计划”就是明显的体现^[1]。从科学素质的研究历史来看，可以大致分为主题形成(1954-1979年)、初成规模(1980-1990年)、高潮迭起(1990年至今)三个阶段。科学素质的研究问题主要集中在科学素质的内涵、提高科学素质的目的和意义、提高科学素质的渠道、公众理解科学、科学学科与科学素质五个方面^[2]。本文从科学教育的定位谈起，通过解读科学素质的内涵，分析我国青少年的职业期望的现状，并基于最新研究趋势，反思我国科学教育研究，以期对我国青少年科学素质教育和基础科学教育研究提供理论和实践启示。

我国对于提升青少年的科学素质十分重视，2006年3月国务院制定并实施《全民科学素质行动计划纲要(2006-2010-2020年)》，其中青少年科学素质行动处于四大人群实施计划行动的首位^[3]。笔者认为，提升青少年科学素质应是科学教育的首要定位。青少年的科学教育应该综合考虑以下三个层面：首先，青少年作为未来公民，其科学素质包含在公众科学素质的构成中，但又不同于公众科学素质，具有学生的特点；其次，科学教育的目的是提高学生的科学素质，科学课程标准又是科学教育的指南性文件，所以科学教育也应该考虑到科学课程标准中有关科学素质的内涵论述；最后，为了检验科学教育培养学生科学素质的效果，可以参考国际学生评价项目(Programme for International Student Assessment, PISA)等全球比较认可的对青少年科学素质的测评。基于本土经验和国际视野可以看到，提升青少年科学素质应是科学教育的首要定位。

PISA是由经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)统筹，主要针对接近完成基础教育的15岁学生，测评他们是否掌握进入现代社会生存所需的知识和技能及达到的程度。2000年进行首次国际性测试，此后每3年举行一次。测评主要针对三个领域：阅读、数学、科学，在每个测评周期内，将利用近2/3的时间对其中一个领域进行深入评估，其余领域则进行综合评估。因而阅读、数学、科学构成一个核心领域评估循环。除此之外，2003年开始加入问题解决能力测评，2012年开始加入金融素养测评。

PISA 2015重点测查科学学科，其中科学素质主要关注科学学业成就、科学认识论和科学职业期望三个方面^[4]。PISA 2015测评中科学素质单一方面高于OECD平均水平的国家和地区呈现不规律分布，有12个国家或地区的科学学业成就高于OECD平均水平，包括比利时、中国四省市、爱沙尼亚、芬兰、德国、日本、韩国、中国澳门、荷兰、波兰、瑞士和越南；有6个国家或地区的科学认识论水平高于OECD平均水平，他们是克罗地亚、格鲁吉亚、冰岛、立陶宛、马耳他和瑞典；在科学职业期望方面有16个国家或地区高于OECD平均水平，即巴西、保加利亚、智利、哥伦比亚、哥斯达黎加、多米尼加、约旦、科索沃、黎巴嫩、墨西哥、秘鲁、卡塔尔、特立尼达和多巴哥、突尼斯、土耳其和匈牙利。在科学学业成就和科学认识论两个方面同时高于OECD平均水平的国家或地区有丹麦、中国香港、新西兰和中国台北；科学学业成就和科学职业期望高于OECD平均水平的国家有挪威；科学认识论和科学职业期望高于OECD平均水平的国家或地区是卡巴(阿根廷)、以色列、西班牙、阿联酋和美国；三个方面同时高于OECD平均水平的国家或地区有澳大利亚、加拿大、爱尔兰、葡萄牙、新加坡、斯洛文尼亚和英国，这些国家在科学素质的多个维度均处于优势位置，值得进一步研究他们的正式、非正式和正规基础科学教育的状况。另外，关于科学素质这三个测评维度的内在关系及其与文化的关系研究值得进一步探讨。

之后PISA的科学素质的结构从三维增加到四维，即背景维度(科学和技术)，知识维度(自然界知识和科学本身知识)，能力维度(界定科学问题、科学地解释现象并得出有事实依据的结论)，态度维度(对科学的兴趣、对科学探究的支持以及有责任的行为动机等)。后续还有学者提出多维科学素质的构成理论。我国上海在PISA测评中数学和科学成绩连续两届夺冠，欧美等国对我们的数学与科学教育极为关注，2015年北京、上海、江苏和广东四个省市参与，科学学业成绩位居全球第10，高于OECD平均水平。本届以科学素质为核心的PISA监测还收集了72个参与国或地区中学生对30岁时的职业期望(PISA的STEM职业分为四类：科技专业、卫生专业、信息和沟通专业、科学相关专业)，从具有STEM职业期望学生所占本国或本地参与者百分比看，我国大陆排在第68位，STEM职业期望百分比远低于OECD平均水平，我国大陆中学生在世界测评中有着较高的数学和科学学业成绩，但从百分比看，STEM职业期望相对较低。

STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)和数学(Mathematics)四门学科的缩写，是一个偏理工科的多学科交融领域，与心理学、经济学、管理学、社会学和政治学相关，是美国的一种教育发展战略。从全球视野和本土现状看，STEM成为促进经济发展和增强国际竞争力的核心动力，但是各国都在面临STEM危机，即投入STEM的学生逐年增加，领域内精英人才却减少。《中国科技人力资源发展研究报告(2014)》指出：我国科技人力资源的学历层次分布呈现明显的金字塔结构，专科层次仍然是科技人力资源的主体(57.5%)，本科其次(37%)，研究生最少(5.5%)；我国科技人力资源结构进入以青年人为主体时代(平均年龄33.7岁)，我国急需提高STEM领域从业者的经验和质量。未来经济发展主要取决于如何为各类人员拓宽在STEM领域工作的渠道，并提高他们的素质^[5]。因此，夯实STEM教育基础，通过持续的教育创新，为STEM岗位提供称职的从业者，这是全球STEM教育的核心目标之一。

职业期望是正式进入劳动力市场之前对未来职业的意向，是人对某种职业的渴求或向往，是个体对待职业的态度和信念。职业期望属于个性倾向性范畴，既是个人内在职业价值观的外在表现，也是决定个人职业选择的内在动力源，也称职业抱负。美国弗吉尼亚大学研究团队发现，具有STEM职业期望的八年级学生获得STEM学科学士学位的数量是没有该职业期望的三倍，并且在日后从事STEM职业的质量上具有显著优势^[6]。作为STEM教育的基石，中小学STEM教育有着举足轻重的地位，中学阶段的STEM职业期望对其日后从事该领域的工作具有较大的预测力。从西方职业理论一个世纪的发展看，环境、行为与职业期望有着互动影响，学习环境对青少年STEM职业期望的影响非常关键，因此非正式科学学习环境也成为备受关注的主题之一。

1988年美国国家纵向教育研究(National Education Longitudinal Study of 1988, NELS:88) 开始就早期职业兴趣、高中课程选择、大学入学计划、大学学业完成、主修专业和就业等方面对全国范围内的八年级学生展开实证调研，选取的是1988年在美国公立和私立学校注册的约24600名八年级学生的两个阶段的全国性样本。这些学生被跟踪调查了12年，在他们中的许多人成为高中生时，即1990和1992年又进行了调查，在他们中的许多人开始工作时，即1994和2000年再次进行了调查。多项研究将美国国家教育统计中心提供的数据制成直观的资料，进行实证研究，把学生比作流过一个越来越窄“管道”的水，“管道”中的连接点就如同通向STEM职业生涯所经历的重要事件，例如高中毕业、大学入学考试、主修STEM专业、大学毕业获STEM学位，由此提出了著名的管道比喻理论^[7]。近期的研究者通过美国国家纵向教育研究数据分析发现，管道比喻理论暗示的轨迹并不能代表半数人的职业生涯，如果按照这个理论，同时满足中学学习微积分和对STEM学习有兴趣两个必要条件，仅有不到一半的学生最终从事STEM职业。他们认为，管道比喻理论侧重于标志性事件的完成，而忽视了完成标志性事件的动机和所蕴含的学习经历的质量。尽管长期研究表明，像动机、目标导向和教学质量影响着学生学习某门课程的结果，但对这个模型的主要挑战是人们选择某门课程的理由与STEM职业目标是否有关系。他们认为途径组合理论能更好地阐述通向STEM学位和职业的多重轨迹，用四类组合的“途径”代表STEM专业毕业生和从业人员的成长历程更为合适。该理论强调通向STEM行业的不同轨迹，允许质疑不同途径和STEM领域分类的定义^[8]。除了关注个人最终职业外，还考虑到过渡时期的结果(例如低年级时STEM学习的积极经历)，这对培养从事任何职业成年人的科学素质有正面影响，因为它同时关注了校内外不同学习环境对于最终从事STEM职业的积极影响。

美国国家科学教学研究学会(National Association for Research in Science Teaching, NARST)成立于1928年，致力于促进科学教育研究领域的发展以及将研究成果运用于改进教学实践。NARST年会是全球科学教育研究者的国际交流盛会和学术前沿阵地，其研究主题标志了全球科学教育的关注热点和发展方向，与以往历届年会的多元化研究领域相比的最显著差异在于，作为备受瞩目的第90届年会侧重STEM教育理论与实践研究，关注培养具有环境素养、科学素质(更为强调深层次科学认识论)的全球公民，强调非正式学习环境、模型建构学习、教师参与学校政策及改变学习方式的现代化教育技术。

与科学素质相比，我国对于公民环境素养(Environmental Literacy)的关注程度还不高，其实环境素养与科学素质同时在西方学界兴起，我国只是近年来由于环境问题逐渐认识到环境素养的价值。1968年美国学者罗斯(Charles E. Roth)首先提出如何辨认有环境素养的公民，由此提出环境素养的概念。他认为具有环境素养的人应该具有以下特征：有环境知识，有环保态度和敏感性，有解决问题和合作、协调、计划的能力，能够采取有利于环境的环保行为。所谓环境素养是指人们通过日常生活、学习和媒介传播所提供的信息而逐步形成的，有关环境以及认为与环境的关系等方面的知识、价值理念和行为系统。人们通过掌握有感环境知识，并内化为他们的环境价值和态度等，进而指导自己的行为^[9]。NARST年会中的环境教育研究主题关注环境素养的测评，即环境知识、行为和态度三个维度的测查方法和基本状况，也关注环境驱动下的环境意识，环境意识是人们对环境和环境保护的一个认识水平和认识程度，又是人们为了保护环境而不断调整自身经济活动和社会行为，协调人与环境、人与自然互相关系的实践活动的自觉性^[10]。另外NARST年会的环境教育研究还涉及较多的社会型科学议题作为环境教育的课程资源。

本届年会的另一大主题是科学模型和建模。科学模型对于科学发现和科学创造起着重要的作用，它体现了探究的思维方法和科学的创新，因此科学模型教育十分重要，这也体现在本届NARST的科学学习各研究主题中，均涉及到科学模型和建模的教学研究，具体包括建模过程、科学方法教学、基于模型的科学探究和学习进阶教学、基于模型的科学争论和科学推理。除此之外，本届NARST年会的政策研究主题关注大规模统计的元分析研究，科学学习主题关注学生的技术和工程认识论研究，课程、测量和评价主题关注课堂教学效果研究，教育技术主题关注在线课程、翻转课堂等话题；教师教育的主体则关注教师的教学法知识、教师参与学校政策制定、教师监督、教师教育公平性、教师职业准备和领导力等方面。

当前我国科学教育的内容还基本停留在实用的科学知识层面上，对科学素质及科学本质的认识还缺乏深度。从PISA 2015科学素质测评的结果来看，我国大陆四个地区除了科学学业成就高于OECD平均水平之外，科学认识论和STEM职业期望均表现不佳。反思我国基础科学教育研究的现状，存在很多问题值得我们深思。

我国高水平的科学研究成果与科学教育研究的滞后形成鲜明的对比，根据中国科技信息研究，2004年至2014年9月，我国共发表国际论文136.98万篇，排在世界第2位，比2013年统计时增加了19.8%，位次保持不变；论文共被引用1037.01万次，排在世界第4位，引领科学领域的前沿研究。但我国大陆还没有一本教育类社会科学引文索引(Social Sciences Citation Index, SSCI)刊物，更不用说科学教育类国际期刊。可以说，我国科学研究在世界上处于并跑和领跑阶段，然后我国科学教育研究仅仅处于跟跑起步阶段，我们的科学学科研究并没有反哺基础科学教育研究，但是作为科技人才成长和全民科学素质培育的目标人群，中小学科学教育成为关键的环节和阶段。

我国的科学课程改革在很大程度上遵循美国模式，由于我国上海连续两届在PISA夺冠，英国教育部出资邀请上海数学教师到英国指导他们的课堂教学，并于近期使用我国上海的数学教材。但是我国的基础科学教育研究却非常滞后，经验性的认识研究缺乏实证支撑。比如在Science上检索教育为主题的研究论文，在数量上中国以4篇排在第13位，但是以教育为研究内容的文章数量为零，而美国检索到507篇，排在世界首位，并且有至少一半的文章是以教育为研究内容，也就是说，我国虽然有着高水平的高等教育研究和师资，也有着高水平的基础教育师资，但是在基础教育以及基础科学教育研究方面的国际化成果却非常匮乏和滞后，纵观中国期刊网的基础科学教育研究也是多为宏观思辨和经验总结。科学作为一种西方文化，本身就是舶来品，我们在科学学科的教学中遇到的各种问题和得到的各种经验均需要与国际对话，与西方国家共同探讨和交流我们东方文化背景下基础科学教育的教与学问题，这不仅是在一带一路背景下为世界解读我国学生高科学学业成就的原因，也是为国际基础科学教育界的跨文化研究贡献我国学者的力量。

我国内地高师院校是教育研究的主要群体，且我国有着悠久和厚重的教育发展历史，在学科教育领域有着丰硕的实践经验，但我国内地的教育研究在国际学界却出现失语现象，教育研究明显落后于我国港台地区。与之相比，欧美综合性大学专门的学科教育研究机构优势明显，他们专门的教师教育研究单位借助于高水平的学科研究反哺学科课程与教学论的理论与实践，从而形成良性循环，为中小学提供学科专业基础扎实、学科素养优秀的一线教师。我国近十几年来面临师范教育的变革，多所高校成立教师教育学院，回顾这些年来的发展，教师教育学科还没有在我国真正得到认同，并且没有很好地从我国传统的学科教学研究过渡到教师教育研究，我国教师教育研究学者还没有从学科本位的整体观念上审视教师教育学科领域的学术发展，在研究成果和研究架构上举步维艰。

在“双一流”背景下，科学教育学科的国际化研究成果在教育学中呈现一定的优势，他们借助科学的学科背景，与教育学结合开展实证研究，更快地适应国际混合研究方法，但是科学教育的学科地位还是介于纯学科与纯教育学的边缘地带，被学者们称为“盐碱之地”，我国科学教育研究结构体系非常薄弱，缺乏研究团队、博士点稀缺……尤其在课题申请和经费支持等方面遇到很大的困境。从美国自然科学基金会的主页可以看到，醒目的学习资源里关注的就是中小学课堂的科学教育，在研究领域里的很多自然科学学科的研究都会带有教育，比如环境研究及其教育，还有专门的教育和人力资源研究领域，主要包括四个研究方面：研究生教育、人力资源发展、本科生教育、正式和非正式情境中的教育。

综上所述，公民科学素质关乎国家的综合国力和科技发展，青少年作为关键人群，在公众科学素质培养中起着举足轻重的作用，科学教育的目标在于提高他们的科学素质。虽然我国科学教育教学实践有着优秀的历史和经验，但是，可积累和重复的实证类研究极少，并且还无法与国际科学教育界对话，这对分析和指导我国科学教育教学实践非常不利。我们无法以全球化视野来审视我国的基础科学教育研究中的各类问题，并且也不利于一带一路国家发展战略在教育领域的深入实施，因此，我国需要加强科学教育领域的国际化研究，基于本土的丰富实践经验和成果，放眼世界，就我国科学教育教学中的问题与国际对话，才能更好地促进我国学生的科学素质教育。