中小学科学课程标准对科学知识难度要求不高，多次强调要探究学习科学方法、实践活动，可惜当前教育里普遍还没有做到;我在从事科普讲座活动过程，发现讲解跟公众学习生活相关简单知识的来龙去脉，更能够传递科学方法和科学精神;我在翻译和阅读伽利略名著《星际信使》一书时，科学大师对新现象的思考方式令我感受到鲜活的科学精神。因此，在科普教育里，我们应该把知识难度降下来，让一般受众更容易理解内容，提高问题意识，深挖知识背后的发现过程，从而在科学教育工作中更有效地传递科学精神。
一、中小学科学课程需要探究学习指导
先说一个我本人的经历作为反例。
我上初中的时候（二十多年前了），遇到一位很优秀的生物课老师。虽然她教的是“副科”，虽然我们那是一所条件很简陋的乡镇中学，但她讲课很认真很用心，也很有特色。她每堂课先在黑板上画一个顶天立地的大括号“{”，一堂课里要学的知识点全都放这个括号里。她一边讲课一边板书，等到内容讲完了，括号从上到下写满了，一堂课也就结束了。这样的板书非常方便记忆和备考，各种知识点清清楚楚、条理分明。
拜这位老师之赐，我一直到高中毕业生物课成绩都很好。但是，二十多年后，我跟着做植物学的朋友一起做科普。比如他说，我们吃的粮食大多是禾本科，蔬菜大部分是十字花科。可对这些名词，我感觉似曾相识，至于它们到底是什么意思，我已经茫然无知了。用大家熟悉的说法就是，我终于已经把学过的知识都还给老师了。
在我上生物课的时候，虽然我们学校旁边就是农田，多数同学也是农村子弟，要说能观察的资料真是随手可得，可我们的老师从来没有从教室外拿进了一片叶子、一株植物告诉我们这堂课学的知识与它们有关。孩子们、尤其是好学生们的学习方式是跟着老师亦步亦趋的，我那时候也从来没想过要观察一下房前屋后的植物、家里种植的庄稼究竟属于生物课本上说的哪一科哪一属。2011年《初中科学课程标准》和2017年《小学科学课程标准》都指出了科学课程是探究活动。现在随着STEM教育理念的兴起，大城市的孩子们有了丰富多彩的校本课程、特色课程，以及社会上各类科学教育机构提供的实践课程可以选择。但在大多数地方、大多数孩子，恐怕还是持续着课本-黑板-笔记-考试这样的学习方式。实际上，我们的科学知识原本就来自于对自然的观察、提问、思考、实验。可我们把生物课这样应该与实际观察密切结合的课程，都变成了死记硬背的纸面作业，应该说是很糟糕的。应试教育可以培养出高分学生，可惜分数既不代表能力，也不代表发展潜力，更不代表国家未来的科学研究实力。
多年以来，我们一直在口头上提倡素质教育，教育孩子不仅仅学知识，热爱自然，保护环境。实际上却总是把分数看得太重，成绩都高分，素质却难以提起。学生学到手的只有知识，并没有真正亲近和了解大自然，也就谈不上尊重生命、爱护环境。
所以我觉得，素质教育、提高公民的科学素养并不是增加多少额外的五花八门的“素质课”，而应该是从传统的机械学习模式，走向课本与大自然、生活之间的互动，让我们了解到，课本上的知识揭示的是我们身边大自然的秘密，科学是我们理解大自然的方法，而不是机械的教条和分数的载体。
从另一个角度来说，单从知识而论，即便是当前我们中小学教师的知识储备，都已经可以与一两百年前的科学家相媲美了，甚至还可能超出很多。比如一百年前我们对物质作用力、人类起源、地球结构、恒星发光等还所知甚少，今天却已经成为了一般常识。那么，为什么拥有“知识”的我们，却做不好科学教育呢？一个重要的原因，恐怕是我们对于“科学”二字的理解还不够。正如2016年《中国公民科学素质基准》指出，基本科学素质一般指了解必要的科学技术知识，掌握基本的科学方法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。完整理解这句话非常重要。
对于中小学生来说，从课本上涉及的基础知识入手，对基础知识进行探究，障碍较小，更能够专注过程。时下有许多时髦的STEM课程，把原本属于大学甚至研究生阶段的课题，做成套件拿给中学生。由于中学生的基础知识水平不能完全理解相关课题，最终大多数只能是按照套件设计进行机械式的操作而已。这种名为探究学习，实际上仍然沦为一种“应付”形式，师生所得都甚为有限。
要改变科学教育里面的种种问题、难题，简单地依靠行政命令是远远不够的，最重要的可能是生产实用的科学探究活动产品，培训足够的合格教师来改变科学教育的方式。目前随着《科学》课程的普及，合格的教师严重不足。对于我们来说，如果我们能够生产出更加实用、直观和具体的探究学习的科学教育课程，可以对中小学的科学教师、学生有直接的巨大帮助。
我最近接受科普研究所、上海科技馆代表科协对科学传播团队案例的调研，让我回想起最初从事科普工作的经历，以及这几年关注科普教育、中小学STEM教育获得一些观感，试图总结一些经验和教训，供广大科普同行参考。
二、什么才是亲民的科普教育
我第一次面向公众（大学生）的科普讲座，是在一次“科普活动周”期间，我所在的天体物理中心要我出一个讲座，我选择了“测量天体距离的方法”这个话题，天文学家是怎么知道遥远的恒星、星系等各类目标的距离的。为此我翻阅了几本参考资料，整理成一个PPT。讲座获得了巨大的“成功”——当我讲到一半的时候，现场二三十位听众几乎全沉睡了。这次经历让我知道面向公众单纯讲知识是不可行的，专业人员感兴趣的，未必是公众感兴趣的。
从2010年开始，受上海图书馆讲座和其他单位的邀请，我在各地一些高校、图书馆、社区讲天文科普。我发现一个现象，当我讲到宇宙大爆炸、黑洞等前沿科学话题的时候，观众在听，但反响不够热烈，有时候讲完根本无人提问。当我讲到如何认识星座、认识太阳月亮宇宙观念一些基础认识的时候，观众提问还比较多。从与观众的交流里，我获得一些启示，我们特别想讲给观众的，他们未必就感兴趣，或者未必能够理解到我们期望的那个程度。
从那时起，我非常非常注意每次讲座来的观众是什么样的人，对于科学认知的水平是什么样的，尤其是当他们跟我互动提问的时候，会在他们的表述当中把他们的受教育背景、读书的经历、对当时讲座话题的认识等反映出来。所以从观众与我的互动中，我得到了非常多的收获。比如对于不了解科学或者不了解讲座主题所涉及学科的观众来说，任何一个专业科学术语都可能会形成他们理解讲座内容的障碍。这种障碍还不仅仅是来自于他们对于科学名词的陌生，还可能来自于他们从其他渠道获得的对于同样名词的不同解释。
比如有一次讲到星座等知识时，有一位观众提问说：“孙老师你讲科学讲得很好，可是你为什么总是在讲黄道呢？黄道不是迷信吗？”我立刻意识到，这是我在讲座当中没有重视对“黄道”这个词的解释（它指的是我们看到太阳在星空背景上走过的那条路线，是地球公转轨道的反映），而这位观众所接触的是中国古代黄历上算命先生经常说的所谓黄道吉日。在学天文的学生看来这是基础到不能更加基础的，因此这个概念也是需要向一般的观众解释的。术语（jargon）这个英文词在另一个翻译就是“黑话”。所以从做科学的演讲开始，我花了很大的精力去注意理解，在科学中我们经常涉及的名词到底是怎么回事儿，这些名词诞生的过程究竟是怎么样的？我们往往会发现，即使我们现在所理解的非常简单的、已经变成常识的名词概念，也有一个诞生的过程，甚至很多是许多哲学家科学家花了几百年上千年才达成了我们现在的认识。
在做科普教学工作当中，我们一方面要把前沿科学进展向公众汇报，让全社会关注前沿科学，吸引更多的青少年立志投身科学事业。另一面，尤其是对中小学生来说，非常重要的工作是我们要把这些最基础的科学概念、定律的发生过程跟学生们讲清楚。要做好这方面的工作涉及到我们对于科学发展历史、哲学和人文背景知识的了解，这些事情可能是现有的中小学教材和教师很难做到的。所以需要具有更多科学背景的专家学者对每一个学科里的基础概念、发展历史进行探索，把基础知识概念的传授从应试教育转变为探究学习方式。
我把对天文、物理相关的一些基础知识和公众认知的研究，例如对地球概念、世界地图、二十四节气、牛顿第一定律（惯性定律）、星座、中国传统宇宙论，以及诗词与天文、关于太阳月亮恒星行星的现象和规律等基础概念和认知过程，进行了深度挖掘，整理成了一些科普报告，在一些学校、图书馆等单位进行了试讲，效果还不错。希望在近期变成更适合在中小学推广的科学课程，对中小学科学教育有更大的帮助。
三、伽利略《星际信使》的启示
最近我翻译了一本400年前的科学小名著，意大利科学家、“现代科学之父”伽利略的《星际信使》。这本书记载的是望远镜刚刚被发明的时候，他用自己改进的望远镜进行天文观测获得的首批现象和他对现象的解释。在我阅读和翻译这本书时，也进一步验证了我在与公众交流和阅读科学历史过程中获得的理解。
按照一般理解，对于历史上科学名著其实已经没有太多阅读的必要，即使是像牛顿、麦克斯韦、伽利略、哥白尼这些历史伟人的著作，其中所谈论的知识大部分都已经被整理和更新写入了我们的一代又一代的教科书中。所以对于伽利略这样一个观测记录，又是一份儿篇幅很小，只有几十页的小册子，好像也没有太多的翻译和阅读必要。但是在对伽利略和望远镜发明400周年的纪念过程中，我阅读了原著，发现它与其他的科学名著完全不一样，独居特色。
《星际信使》是伽利略记录和报告第一批望远镜天文观测的急就章（为了确定作者第一发现人的地位），记载的是他对于月面山脉和坑洞、恒星、银河系和木星卫星的观测和思考。这些新的现象在此前从来没有人看到过，是当时科学的最新发现，也就是从经典文献中找不到解释，作为第一发现者的伽利略，必须要自己探究他从这种新仪器中看到的这些现象究竟是什么，为什么如此。
科学家和其他人不一样的是，他们并没有满足于对于现象的描写和记录，而是必须要尽可能的追问他们的原因，并且把这种解释和更大的科学背景结合起来，形成统一合乎逻辑的体系。在这本书伽利略给我们提供了许多新的知识，对月海、月陆、月面光影关系讨论，对于恒星和行星现象的差异、木星卫星的探索，发明了新的科学名词，种种思考无不展示了一位科学大师面对新发现时，是如何调动全部学识进行思考，并与过去哲学家、科学家们种种理论和猜测进行比较和分析。换句话说，这本书涉及的知识很浅显易懂，却非常生动形象的展示了一位科学大师是如何秉持伟大的科学精神对新现象进行探索的，这是科学伟大创新的时刻，是科学新发现的第一现场，带着这位科学大师充满激情的思考脉动。
这就像中小学生还有我们成年人在学习新知识的时候，面对未知的探索过程是类似的。结合这本书，我也做了几次面向公众的科普报告，有两次的观众是小学生。在谈到伽利略对于这些现象的思考，尤其是如何发现那些无意中看到的四颗小星星是木星的卫星，是一类新的天体，并且证明和总结它们的规律时，连小学生都听得非常入神，打瞌睡的人都没有了。伽利略是一个非常典型的科学家，他不是像牛顿爱因斯坦那样的大神，仿佛天马行空一样，一个人独自革新了整个物理学。他身上带着浓厚的传统哲学教育的痕迹，但他又能够对传统思想模式进行总结和反思，自觉地开始哲学和科学上的创新。虽然不是尽善尽美，但为现代科学的诞生和发展奠定了基础。这正如我们每一个人，都是在传统教育模式下成长，我们的经历和现有的思想模式，都需要自觉地反思，探索更好的科学教育模式。苟日新，又日新，日日新。
实际上，科学发展的模式也正是如此。伽利略发明的科学名次，发现的科学规律，正是中小学科学教育的重要内容。就像爱因斯坦在《物理学的进化》一书里说的，伽利略的发现以及它所应用科学推理方法是人类思想上，思想史上最伟大的成就之一，而且标志着物理学的真正的开端。科学家们并不知道世界的最终真相。必须努力寻找和解释已经发现的各个事件之间的联系。并且用创造性的想象力去理解和连贯他们。
从历史的角度来看，即便当前中小学师生的知识拥有量已经达到了相当高的水准。但是这仅仅是以名词定律等形式体现的片段知识而已。对于学习科学，尤其是将来成为科学家，最更重要的是要理解这些科学知识背后的产生过程，体会其中科学的方法和科学精神。往小了说为了师生个人的成长，往大了说是为了我们国家的科学进步，我们都必须努力探索实现科学课程标准里所谈到的探究性学习方法，把科学精神真正贯彻到科学教育之中。
四、心中有问题意识，身边有科学传统
要想在科学教育中降低知识难度，提升科学精神，还要求我们更好理解科学本身，把科学作为文化的有机成分，把科学教育作为通识教育的一部分来看待。
无论是现行中小学科学课程标准，还是STEM教育理念，都要求科学教育的目的是为了解决实际问题。实际上科学探索的过程，也恰恰是从提出问题开始的;换言之，当人们对所见的现象感觉大惑不解，提出问题的时候，探索的过程就开始了。能否走上、如何走上科学探索的道路，则是取决于社会既有的文化传统。对重要问题的回答水平如何，也成为我们衡量一个文明发展水平的标志之一。
探索过程包括观察现象（尤其是细节）、提出问题、探索问题、找到（部分）答案、回归现象（或实验）验证、提出新的问题，这样周而复始的循环过程。这类探究学习课程，国外已经有许多案例，国内学者和相关部门也花了大力气翻译和引进，可以作为很好的参照。不过在这些案例中国化的过程中，要注意怎么才能够吸取其中的优点，改进我们的科学教育。其中很重要的一点是要能够培养孩子们提问的习惯，以及在教师中培养问题意识。
在我学习科学发展历史过程中，我注意中国古代对自然现象的关注和记录很多，可是提出的问题却很少。以天文学为例，早期的屈原有《天问》，唐朝柳宗元有《天对》;反映在早期的寓言故事里，杞人忧天地、孔子与两小儿辩日，都提出了非常有价值的科学问题。可是，当这些问题长期得不到解答的时候，中国学者们面对纷纭的说法、复杂的现象，逐渐放弃了对这些问题的讨论。我做科学讲座时注意到，学生年级越高提问越少。这是非常可虑的现象。我们在从事科学教育，特别是针对中小学设计科学课程时，我们自身首先要把问题意识设计进去，针对司空见惯的科学常识，要能够恢复到孩子一样最初的好奇心，对每一点可疑和不解之处提出问题，分析问题，形成探究过程。
另外一点是针对这些问题，采用什么样不同的手段来解决这些问题。有的需要逻辑论证和数学计算，有的需要实地观察和对比分析，有的需要设计实验进行验证，这些都是科学思维和方法，也是在科学领域长期以来形成的传统。
通过这样的提问和探究过程，对于基础知识，我们不但要认识到这些名词所概念的内涵，它们对应现实中什么样的现象究竟;更要深挖这个名词所代表的产生背景，也就是对于同样的现象，古人的认识是怎么样子的，他们的依据是什么，后来人们怎么样在新的证据基础上提出了新的看法，形成了我们今天的认知。科学教育需要通过这样的过程，把科学精神真正传递给中小学生。
五、结语
现代教育的目的不仅仅在于传授知识，更在于通过教学活动，培养学生广博的文化视野，发展健全人格与独立思考的精神。中国古代要求贵族子弟掌握“君子六艺”（礼、乐、射、御、书、数），孔子要求他的学生“君子不器”;古希腊把一个人的必修课程称为“自由七艺”（逻辑、语法、修辞、数学、几何、天文、音乐），即“自由人应该具备的学识”。掌握方法、理解精神，永远要比机械式的背诵更重要。
在知识大爆炸的今天，具体的知识层出不穷，现代科学的领域也不断细分和重构。任何人都不可能是事无巨细面面俱到的百科全书，未来的孩子们更将面临一个我们可能都意想不到的全新世界。无论属于自然科学还是社会科学，都是由无数个问题（课题）组成。对中国学生而言，唤起“问题意识”是非常重要而且迫切的一个课题。如果我们不鼓励学生提问和探索，或者提前用安都过高的知识和实验强行灌输，会导致他们研究兴趣的丧失和主动学习能力的退化。
降低知识难度，提升科学精神。用贴近中小学生认知水平的，包括课本上的基础知识，设计和完成探究学习，带领孩子们重新回国和体验历史上哲学家、科学家们的探索过程，唤起学生积极提问和探索世界的愿望，保护孩子的好奇。让孩子们了解在历史上和当前，我们在理解这个世界的时候面临着什么样的问题，才能更有效地实现“传道授业解惑”的教育目的，帮助孩子们面对未来。
参考文献
[1]2017版小学科学课程标准.
[2]2011版初中科学课程标准.
[3]2016版中国公民科学素养基准.
[4]爱因斯坦&英菲尔德.物理学的进化[M].北京：中信出版社，2019.
[5]伽利略.星际信使[M].上海：上海人民出版社，2020.
[6]第十二届“馆校结合·科学教育”论坛文集.
（文章内容来源于第四届中国科普教育论坛论文集，作者系孙正凡。）