全球教育度望 德 GLOBAL EDUCATION ol品 基于科创竞赛的科学教育: 学习环境、学习过程与培养效果 宋娴朱雯文 摘要不同于正规学校教育,科创竞赛创造了一种更具实验性的科学学习环境。其通过项 日化的竞靠框架,重新弥合了传统课堂上被剥离的学习环境与知识应用环境,并激发了充 满社会交互的复杂学习过程。本研究以全国青少年科技创新大赛(CASTIC)上海地区的活 头参学师生为 本,对围绕事开展的 学有进行多案例研究,姑米发现大寒通证 搭建“学校一科学社 赛场“多重学习场景,促进学授形成了多元化的基于过程激励的人 培养模式。同时,由科创教有资源总量缺乏导致的结枸性问题,依然限制着相关科创竞赛 的教育效果,运待通过系列化的环境搭建和培养机制设计,来释放科创竞赛更大的牧育 能量。 关键词科创竞赛:科学教育:科创人才培养:全因青少年科技剑新大赛(CASTIC) 作者简介宋端/上海科技馆科学传播中心研究员(上海200127) 未雯文/上海科技馆科学传播中心助理研究员(上海200127) 近年来,《关于加强新时代中小学科学教有工作的意见》等重磅文件频频 出台,着力在教育“双减”中做好科学教育加法,加速完善全社会协同育人的科 学教育体系。对比之下,我国科学教育现状还不容乐观。根据2021年底教育 部基础教育质量监测中心发布的《2020年国家义务教育科学学习质量检测结 教育竞赛被认为是青少年科创人才成长的重要平台,是探索创新人才选 拔培养长效机制的重要抓手。其中基于项目化学习(Project-based Learning,简 称PBL)框架的科创类赛事尤为特殊,可通过提供完整、真实的科学探究过程 来促进科学教育。四但目前对其人才培养效果还停留在比较片面的理解,亦不 乏对于竞赛功利性、公平性的争议。本文将以我国最知名的科创竞赛 -门 少年科技创新大赛的上海赛区情况为案例,深人观察其形成的人才培养模式, 理解其激发了何种学习环境和学习过程。 -85 (C)1994-2023 China Academie Journal Eleetronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
— 85 — 基于科创竞赛的科学教育: 学习环境、学习过程与培养效果 宋 娴 朱雯文 摘要 不同于正规学校教育,科创竞赛创造了一种更具实验性的科学学习环境。 其通过项 目化的竞赛框架,重新弥合了传统课堂上被剥离的学习环境与知识应用环境,并激发了充 满社会交互的复杂学习过程。 本研究以全国青少年科技创新大赛(CASTIC)上海地区的活 跃参赛学校师生为样本,对围绕赛事开展的科学教育进行多案例研究,结果发现大赛通过 搭建“学校—科学社—赛场”多重学习场景,促进学校形成了多元化的基于过程激励的人才 培养模式。 同时,由科创教育资源总量缺乏导致的结构性问题,依然限制着相关科创竞赛 的教育效果,亟待通过系列化的环境搭建和培养机制设计,来释放科创竞赛更大的教育 能量。 关键词 科创竞赛; 科学教育; 科创人才培养; 全国青少年科技创新大赛(CASTIC) 作者简介 宋 娴 / 上海科技馆科学传播中心研究员 (上海 200127) 朱雯文 / 上海科技馆科学传播中心助理研究员 (上海 200127) 近年来,《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》等重磅文件频频 出台,着力在教育“双减”中做好科学教育加法,加速完善全社会协同育人的科 学教育体系。 对比之下,我国科学教育现状还不容乐观。 根据 2021 年底教育 部基础教育质量监测中心发布的《2020 年国家义务教育科学学习质量检测结 果报告》,我国中小学生科学学习兴趣已较高,但科学学习自信心有待提高,科 学学习方法有待改进。 [1] 教育竞赛被认为是青少年科创人才成长的重要平台,是探索创新人才选 拔培养长效机制的重要抓手。 其中基于项目化学习(Project⁃based Learning,简 称 PBL)框架的科创类赛事尤为特殊,可通过提供完整、真实的科学探究过程 来促进科学教育。 [2]但目前对其人才培养效果还停留在比较片面的理解,亦不 乏对于竞赛功利性、公平性的争议。 本文将以我国最知名的科创竞赛———青 少年科技创新大赛的上海赛区情况为案例,深入观察其形成的人才培养模式, 理解其激发了何种学习环境和学习过程
一、文献综述与分析框架 (一)科创竞赛的性质与教育效果 科创竞赛不同于传统基于标准化考试的教育竞赛,其经典形制多为半竞 赛半展会的“科学赛会”(Science Fair),在国际上已有80余年历史。知名赛 事诸如国际科学与工程大赛(Intemational Science and Engineering Fair,简称 ISEF)、科学人才选拔赛(Science Talent Search,简称STS)等,滥觞于20世纪中 期的大国教育竞赛,以“发现天才”为初衷,后逐渐成为推动科学流行的教育活 动。许多跟踪研究显示,科技竞赛在发现科研后备人才上确有积极价 值。Is[1[1982年,我国成立全国青少年科技创新大赛(China Adolescents Science&Technology Innovation Contest,.简称CASTIC),弥补了国内相关赛事的 空白,大赛亦成为推广STEM教育的重要平台。 科创竞赛一般作为一种学习活动发挥其教育目的,模拟知识生产流程是 其重要特征。[)赛会竞赛为没有科研经历的参赛者提供了提前扮演科学家的 机会,他们在赛程中将熟悉知识生产的方法论,建构知识而非仅仅编码知 识一参赛者需要经历发现宝际问颗制打研容计划文款博集,:哈设计及 实地调查、模型与展板制作、成果答辩等标准的科学研究环节,并学会团队合 作以及与学术共同体进行交流。 这打破了传统课堂基于“习得隐喻”的学习方式,而无意中更加靠近了基 于“参与隐喻”的学习方式[。一方面,通过主动的探究式学习,激发学生的学 习动机,加速既有的认知结构发生交互与融合,产生“有意义学习”的过程o 另一方面,通过“合法的边缘性参与”到学术共同体的生产中,帮助学生获取大 量情感和社交经验,加深与科学的联结,亦在传统课堂陈述性和程序性的知识 之外,获得关于如何执行任务、解决复杂问题的技能,帮助其“有能力来对待他 的外部世界”) 换言之,科创赛事激发的学习有复杂的过程性特征,这决定了对其教育效 果不光需要进行结果性评估,还需要进行形成性评估,以了解学生在参与阶段 前后的转变。戴鑫等从参赛者的心理行为机制层面考察大学生参加科技竞费 的效果,认为大学生参赛一般同时具有追求乐趣、提高自我的“内源性动机 (intrinsic motivation)和为获得外部酬劳、分数、奖赏的“外源性动机”(extrinsic motivation)。前者会驱使学生全心投入,激发其更大的创造性,而当后者被过 分强调时,解决难题的努力程度反而会降低。在竞赛过程中,他们发现,许多 参赛者的行为控制会从受外源性动机支配转变为受内源性动机支配,这反映 了参赛者的自我发展村程。这种行为控制的变化往往来源干音赛的培川过 程激励。与之对应,他们也发现,与竞赛结果相比,竞赛过程体验对学生的心 智影响更深,对自身形成性绩效感受更为明显,如“获得一段不寻常的经历” “满足自己对于研究的兴趣”“见到值得仰望的学术前辈”等等。四 86 (C)1994-2023 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
— 86 — 一、 文献综述与分析框架 (一) 科创竞赛的性质与教育效果 科创竞赛不同于传统基于标准化考试的教育竞赛,其经典形制多为半竞 赛半展会的“科学赛会” ( Science Fair),在国际上已有 80 余年历史。 [3] 知名赛 事诸如国际科学与工程大赛( International Science and Engineering Fair,简称 ISEF)、科学人才选拔赛(Science Talent Search,简称 STS)等,滥觞于 20 世纪中 期的大国教育竞赛,以“发现天才”为初衷,后逐渐成为推动科学流行的教育活 动[4] 。 许多跟踪研究显示,科技竞赛在发现科研后备人才上确有积极价 值。 [5][6][7] 1982 年,我国成立全国青少年科技创新大赛 ( China Adolescents Science & Technology Innovation Contest,简称 CASTIC),弥补了国内相关赛事的 空白,大赛亦成为推广 STEM 教育的重要平台。 科创竞赛一般作为一种学习活动发挥其教育目的,模拟知识生产流程是 其重要特征。 [8]赛会竞赛为没有科研经历的参赛者提供了提前扮演科学家的 机会,他们在赛程中将熟悉知识生产的方法论,建构知识而非仅仅编码知 识———参赛者需要经历发现实际问题、制订研究计划、文献搜集、实验设计及 实地调查、模型与展板制作、成果答辩等标准的科学研究环节,并学会团队合 作以及与学术共同体进行交流。 这打破了传统课堂基于“习得隐喻”的学习方式,而无意中更加靠近了基 于“参与隐喻”的学习方式[9] 。 一方面,通过主动的探究式学习,激发学生的学 习动机,加速既有的认知结构发生交互与融合,产生“有意义学习”的过程[10] ; 另一方面,通过“合法的边缘性参与”到学术共同体的生产中,帮助学生获取大 量情感和社交经验,加深与科学的联结,亦在传统课堂陈述性和程序性的知识 之外,获得关于如何执行任务、解决复杂问题的技能,帮助其“有能力来对待他 的外部世界” [11] 。 换言之,科创赛事激发的学习有复杂的过程性特征,这决定了对其教育效 果不光需要进行结果性评估,还需要进行形成性评估,以了解学生在参与阶段 前后的转变。 戴鑫等从参赛者的心理行为机制层面考察大学生参加科技竞赛 的效果,认为大学生参赛一般同时具有追求乐趣、提高自我的“内源性动机” (intrinsic motivation)和为获得外部酬劳、分数、奖赏的“外源性动机” ( extrinsic motivation)。 前者会驱使学生全心投入,激发其更大的创造性,而当后者被过 分强调时,解决难题的努力程度反而会降低。 在竞赛过程中,他们发现,许多 参赛者的行为控制会从受外源性动机支配转变为受内源性动机支配,这反映 了参赛者的自我发展过程。 这种行为控制的变化,往往来源于竞赛的培训过 程激励。 与之对应,他们也发现,与竞赛结果相比,竞赛过程体验对学生的心 智影响更深,对自身形成性绩效感受更为明显,如“获得一段不寻常的经历” “满足自己对于研究的兴趣”“见到值得仰望的学术前辈”等等。 [12]
洪荣昭则从活动理论来考察台湾的科学竞赛,同样强调活动日的之于竞 赛结果的重要性。)他借用恩格斯托姆(Engestrom)的个人层次活动架构理 论[,认为活动总被目的(object)所引导,主体为达成目的借用工具,与目的产 生交互作用,经过转换过程,产生结果(outcome)。 不论从宏观还是微观的角度看,竞赛人才的培养都要经过目的(即动机) 的充分转化,才能够产生培养结果,而动机的充分转化,又极大程度依靠培训 的形式和内容。因此在考察科创竞赛的教育作用时,应当对培养者的培养流 程设计与学生的“动机一绩效”过程加以综合检视,如图1所示。 培养者 人才选拔一竞赛培训一一培养绩效一人才跟踪 玻培养者 产生动机一一动机转化一一收获绩效一一产生新动机 图1青少年科创竞赛的培养模型 此外,科创竞赛的教育作用可能会还会从参赛者辐射到参赛者周围的群 体和环境中。研究者发现,让学生参与科创类竞赛,不仅有助于学生自身科技 知识的提升,同时也会间接影响未参与竞赛的学生社群、家长社群等对科技的 认知、态度与价值判断。[而这些又可能反过来为学生营造良好的竞赛氛围。 (二)科创竞赛人才培养的分析框架 从图1模型可见,不论学生初始动机为何,在竟赛的培训过程中,通过与 育环境、制度环境和社会环境充分的互动,能够帮助其激发更多的内源性动 机,产生相应的形成性绩效。换言之,科技竞赛能否发挥教育作用,与其中的 教育者如何实施培养流程、提供何种互动条件有较大关联,背后又与其教育理 念密切关联。 已有研究者提出,当下的科创竞赛不乏教育理念上的认知误区6,比如存 在重视技术和知识学习但忽视社会人培养的现象,较少提及和促成学生与社 会的互动、理解,而后者恰恰是研究性学习发挥其作用的重要前提。基于克努 兹·伊列面斯(Knud Hleris)的学习三角模型叨,戴鑫等学者提出了大学生科 创竞赛的全人教育系统模型,强调社会性情境对参赛者学习行为的影响,赋予 “社会人”培养在科创竞赛教有目标中的重要位置侧。 从这种视角来看,赛事活动本身更类似于教育平台,而学校、家庭、社会都 是其运行的外部场景,这些要素共同构成了完整的、以科创教育为核心的科创竞 赛运行系统。换言之,参赛者在竞赛中的行为不仅仅是一种封闭的个体学习行 为,也是不断与外部环境进行互动、塑造和调整认知结构的社会行为。同时参赛 者能够获取何种社会支持,对其能够产生何种创新行为至关重要。【受这一模型 启发,本文构建出一般性的基于环境互动的青少年科创竞赛系统(见图2)。 -87 (C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
— 87 — 洪荣昭则从活动理论来考察台湾的科学竞赛,同样强调活动目的之于竞 赛结果的重要性。 [13] 他借用恩格斯托姆( Engeström) 的个人层次活动架构理 论[14] ,认为活动总被目的(object)所引导,主体为达成目的借用工具,与目的产 生交互作用,经过转换过程,产生结果(outcome)。 不论从宏观还是微观的角度看,竞赛人才的培养都要经过目的(即动机) 的充分转化,才能够产生培养结果,而动机的充分转化,又极大程度依靠培训 的形式和内容。 因此在考察科创竞赛的教育作用时,应当对培养者的培养流 程设计与学生的“动机—绩效”过程加以综合检视,如图 1 所示。 图 1 青少年科创竞赛的培养模型 此外,科创竞赛的教育作用可能会还会从参赛者辐射到参赛者周围的群 体和环境中。 研究者发现,让学生参与科创类竞赛,不仅有助于学生自身科技 知识的提升,同时也会间接影响未参与竞赛的学生社群、家长社群等对科技的 认知、态度与价值判断。 [15]而这些又可能反过来为学生营造良好的竞赛氛围。 (二) 科创竞赛人才培养的分析框架 从图 1 模型可见,不论学生初始动机为何,在竞赛的培训过程中,通过与教 育环境、制度环境和社会环境充分的互动,能够帮助其激发更多的内源性动 机,产生相应的形成性绩效。 换言之,科技竞赛能否发挥教育作用,与其中的 教育者如何实施培养流程、提供何种互动条件有较大关联,背后又与其教育理 念密切关联。 已有研究者提出,当下的科创竞赛不乏教育理念上的认知误区[16] ,比如存 在重视技术和知识学习但忽视社会人培养的现象,较少提及和促成学生与社 会的互动、理解,而后者恰恰是研究性学习发挥其作用的重要前提。 基于克努 兹·伊列雷斯(Knud Illeris)的学习三角模型[17] ,戴鑫等学者提出了大学生科 创竞赛的全人教育系统模型,强调社会性情境对参赛者学习行为的影响,赋予 “社会人”培养在科创竞赛教育目标中的重要位置[18] 。 从这种视角来看,赛事活动本身更类似于教育平台,而学校、家庭、社会都 是其运行的外部场景,这些要素共同构成了完整的、以科创教育为核心的科创竞 赛运行系统。 换言之,参赛者在竞赛中的行为不仅仅是一种封闭的个体学习行 为,也是不断与外部环境进行互动、塑造和调整认知结构的社会行为。 同时参赛 者能够获取何种社会支持,对其能够产生何种创新行为至关重要。 [19]受这一模型 启发,本文构建出一般性的基于环境互动的青少年科创竞赛系统(见图 2)
教育环境 环境 内部动机 织方 社会环境 图2基于环境互动的青少年科创竞赛系统 (三)研究方法 基于上述分析框架,本文洗取上海地区在CASTIC全国赛及SEF中表现 较活跃的学校及其师生为样本进行多案例研究,以了解竞赛人才培养的实际 落地过程。在访谈样本的寻找上,先对2010一2019年上海市CASTIC及后续 赛事中所有获奖名单进行完善统计,形成大赛基础数据库,通过统计分析找到 历年参赛/获奖率最高的单位,联系其科技辅导老师(均带队竞赛五年以上)」 再通过互相推荐的方式,结合地域、师资、整体教育实力等情况进行滚雪球抽 样,最终选取7例样本进行访谈。将受访对象按访谈顺序编号为T1一7(见表 1),其中每位受访者的访谈时间在60一120分钟间,得到访谈文本127318字 并辅以相关的文献资料、参赛手记,对案例信息进行多方检验。 表1本研究选取的访谈案例及其基本信息 受访者编号 单位类型 受访者职务 带竞赛年限 TI 市重点中学 科技总辅导员 18年 T2 市重点中学 科技辅导员 5年 T3 市重点中学 科技总辅导员 10年 T4 市重点中学 科技辅导员 20年 T5 科学社 科学教师 9年 T6 区级少年科学技术站 科学数师 6年 m 中国福利会少年宫 科学教师 20年 使用Nvivo1.0对访谈文本进行开放式编码,再逐级整理、合并不同主题 节点进行关联式编码,归纳受访者关于大赛实施过程、筛选机制、人才培养情 况以及相关发展建议等核心观点。最后进行选择式编码,得到围绕CASTIC展 开的科创人才培养四大维度:问题发掘、学习辅助、组织支持、社会交往,如表2 所示。 -88- (C)1994-2023 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
— 88 — 图 2 基于环境互动的青少年科创竞赛系统 (三) 研究方法 基于上述分析框架,本文选取上海地区在 CASTIC 全国赛及 ISEF 中表现 较活跃的学校及其师生为样本进行多案例研究,以了解竞赛人才培养的实际 落地过程。 在访谈样本的寻找上,先对 2010—2019 年上海市 CASTIC 及后续 赛事中所有获奖名单进行完善统计,形成大赛基础数据库,通过统计分析找到 历年参赛/ 获奖率最高的单位,联系其科技辅导老师(均带队竞赛五年以上), 再通过互相推荐的方式,结合地域、师资、整体教育实力等情况进行滚雪球抽 样,最终选取 7 例样本进行访谈。 将受访对象按访谈顺序编号为 T1—T7(见表 1),其中每位受访者的访谈时间在 60—120 分钟间,得到访谈文本 127318 字, 并辅以相关的文献资料、参赛手记,对案例信息进行多方检验。 表 1 本研究选取的访谈案例及其基本信息 受访者编号 单位类型 受访者职务 带竞赛年限 T1 市重点中学 科技总辅导员 18 年 T2 市重点中学 科技辅导员 5 年 T3 市重点中学 科技总辅导员 10 年 T4 市重点中学 科技辅导员 20 年 T5 科学社 科学教师 9 年 T6 区级少年科学技术站 科学教师 6 年 T7 中国福利会少年宫 科学教师 20 年 使用 Nvivo 11. 0 对访谈文本进行开放式编码,再逐级整理、合并不同主题 节点进行关联式编码,归纳受访者关于大赛实施过程、筛选机制、人才培养情 况以及相关发展建议等核心观点。 最后进行选择式编码,得到围绕 CASTIC 展 开的科创人才培养四大维度:问题发掘、学习辅助、组织支持、社会交往,如表 2 所示
表2基于编码的CASTIC人才培养维度 一级维度 二级维度 内容举例 提及人数 发掘生活 选题都是身边的,要接地气。你要搞转基因那些 4 问题发掘 你没有这个基础”(T4) 课堂地出 “课堂提出一些问题,发展成了问题”(T7) 3 进人共同体 帮他们找到合适的专家”(T5) 4 学习轴助 指导研究 帮助他进行科学性和包 2 必须要跟科学社配套起来,结合下次要向专家什 机制设计 么(T2) 7 组织支持 :每年寒暑假会有冬夏令营,我们集中培训”(T3) 时长保证 “至少要一年左右”(T4) 2 “每天晚上三个小时”(T3) 正式交往 以课程培训交流为主(T6) 7 社会交往 “课余时间随时可以来找我们聊选题”(T2) 非正式交流 “要白己动手搭展板,找地方打印海报.还找了新 2 加坡的英语老师来翻译”(T4) 二、全国青少年科技创新大赛的学习环境 从上海地区青少年科创竞赛的现行培训情况来看,由“学校一科学社一大赛 构成的科学教有实践共同体共同生产了科创竞赛学习发生的社会和认知环境。 (一)沉浸式的教育环境 学校和科学社是选拔和培训的先行场景,尤其是学校中朝夕相处的老师 和同侪水平对参赛选手影响极大,可以说提供了沉浸式的教育环境。而学校 与学校之间在师资力最硬件条件制度保造等方面差异校大。一些能够在 CASTIC中脱颖而出的学校,往往有独特的资源优势。以T1所在的某上海市 重点中学为例,该中学为高校附属中学,并设有专门的科技辅导员来带竞赛 其背后是独特的制度保障:“我们学校因为比较特殊,如果是一般的中学,没有 科学老师的编制,老师也不可能分出精力来做这样的事情。我们整个编制跟 的是高较不受其础教有编的限制,每带一个项目算教师的一个工作 量。”(TI)竞赛所需的实验经费,设施也能得到充分保障:“基本上只要不违反国 家政策、安全条件许可的情况下,我们都能给到实验条件的支持,保障学生独立 做课题。经货上相当于我们正常的业务开支一样。”(T1) 非传统名校虽然没有顶尖生源和高校支持,但愿意在顶层设计方面支持 科研学习,加上对教师个人资源、科学社等社会资源的充分挖掘,一定程度上 -89 (C)1994-2023 China Academic Journal Electronie Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.net
— 89 — 表 2 基于编码的 CASTIC 人才培养维度 一级维度 二级维度 内容举例 提及人数 问题发掘 发掘生活 “选题都是身边的,要接地气。 你要搞转基因那些, 你没有这个基础”(T4) 4 课堂抛出 “课堂提出一些问题,发展成了问题”(T7) 3 学习辅助 进入共同体 “帮他们找到合适的专家”(T5) 4 指导研究 “我们会指导研究方法.帮助他进行科学性和创 新性的把握,看研究的价值”(T1) 2 组织支持 机制设计 “必须要跟科学社配套起来,结合下次要问专家什 么”(T2) “每年寒暑假会有冬夏令营,我们集中培训”(T3) 7 时长保证 “至少要一年左右”(T4) “每天晚上三个小时”(T3) 2 社会交往 正式交往 以课程培训交流为主(T6) 7 非正式交流 “课余时间随时可以来找我们聊选题”(T2) “要自己动手搭展板,找地方打印海报.还找了新 加坡的英语老师来翻译”(T4) 2 二、 全国青少年科技创新大赛的学习环境 从上海地区青少年科创竞赛的现行培训情况来看,由“学校—科学社—大赛” 构成的科学教育实践共同体共同生产了科创竞赛学习发生的社会和认知环境。 (一) 沉浸式的教育环境 学校和科学社是选拔和培训的先行场景,尤其是学校中朝夕相处的老师 和同侪水平对参赛选手影响极大,可以说提供了沉浸式的教育环境。 而学校 与学校之间,在师资力量、硬件条件、制度保障等方面差异较大。 一些能够在 CASTIC 中脱颖而出的学校,往往有独特的资源优势。 以 T1 所在的某上海市 重点中学为例,该中学为高校附属中学,并设有专门的科技辅导员来带竞赛, 其背后是独特的制度保障:“我们学校因为比较特殊,如果是一般的中学,没有 科学老师的编制,老师也不可能分出精力来做这样的事情。 我们整个编制跟 的是高校,不受基础教育编制的限制.每带一个项目算教师的一个工作 量。”(T1)竞赛所需的实验经费、设施也能得到充分保障:“基本上只要不违反国 家政策、安全条件许可的情况下,我们都能给到实验条件的支持,保障学生独立 做课题。 经费上相当于我们正常的业务开支一样。”(T1) 非传统名校虽然没有顶尖生源和高校支持,但愿意在顶层设计方面支持 科研学习,加上对教师个人资源、科学社等社会资源的充分挖掘,一定程度上