科研資源科普化 | 面向科學教育的高端科研資源研學課程構建與實踐——以中國科學院武漢植物園為例

《全民科學素質行動規劃綱要（2021—2035年）》提出實施“科技資源科普化工程”，是落實習近平總書記“科技創新、科學普及是實現創新發展的兩翼，要把科學普及放在與科技創新同等重要的位置”重要論述的戰略性舉措。本期專題整理了航天、生命、海洋等學科科研機構在科普、研學、構建課程體系等方面的實踐與探索，以期集合全社會力量，共同做好科學教育加法。

文_韓麗　程想　梅林　靖欣然　程嘉寶

（中國科學院武漢植物園）

摘要：本文以中國科學院武漢植物園為例，通過案例分析與實踐總結，系統闡述其構建“四位一體”研學課程體系的路徑與方法，分析當前在課程適應性、科研人員參與機制與效果評估等方面面臨的挑戰，并提出以“分層轉化、制度保障、多元評價”為核心的優化路徑。本研究為同類科研機構推進科教融合、實現科研資源教育轉化提供理論參照與實踐范式。

關鍵詞：高端科研資源　科學教育　研學課程　課程轉化　科教融合　中國科學院武漢植物園

研究背景與意義

01

政策演進與現實需求

科學教育是建設創新型國家、培養未來科技創新人才的基礎性工程。當前，我國科學教育正處于從“知識傳授”向“素養培育”轉型的關鍵階段[1]。《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》明確指出，要“充分調動社會力量”“鼓勵高校和科研院所主動對接引領中小學科學教育”[2]，助力科學教育高質量發展。這為科研機構深度參與國民科學教育體系提供了明確的政策依據和時代機遇。

然而，當前我國中小學科學教育的實踐仍面臨多重結構性挑戰：校內教育在實踐場域、前沿資源和專業師資方面存在固有局限；社會層面優質、規范的科普資源供給仍顯不足[3]；尤其在“雙減”政策背景下，如何提供高質量、體系化的校外科學教育內容，成為全社會共同關注的焦點[4]。與此同時，以國家科研機構為代表的“戰略科技力量”，在長期科研實踐中積淀了豐富的物質資源（如重大科學設施、特色種質資源等）、前沿的知識體系及頂尖的科學家隊伍，這些高端科研資源不僅代表著國家創新能力的硬核實力，更蘊含著激發青少年科學興趣、培養科學思維、塑造科學精神的獨特教育價值。如何系統性地將這些資源轉化為符合教育規律、適配不同學段學生認知特點的優質科學教育課程，實現從“科研創新策源地”向“科學教育源頭活水”的功能延伸，已成為一項兼具理論價值與實踐緊迫性的重要課題[5]。

02

案例價值與問題研究

中國科學院武漢植物園（以下簡稱“武漢植物園”）作為國家戰略科技力量與全國科普教育基地，在特色植物保育、植物多樣性研究等領域積累了大量稀缺性、前沿性的科研資源，并在具體工作中對科普研學與科學教育進行了深度探索實踐，不僅通過專家講座、科普講堂、主題展覽等形式將前沿科研成果轉化為公眾易于理解的科普內容，同時將相關科研資源轉化為研學教育課程面向多層級學生開展。本文以武漢植物園為研究對象，系統梳理與總結其將高端科研資源轉化為研學課程的實踐模式，深入剖析其在課程體系構建、資源轉化機制、實施效果評估等方面面臨的挑戰，并提出具有針對性的系統優化路徑；同時為同類機構深度參與新時代科學教育體系建設貢獻案例經驗與理論思考[6]。

理論框架與資源概述

01

核心概念界定

高端科研資源的教育屬性本文界定的“高端科研資源”特指國家重點科研機構所擁有的、具有稀缺性、前沿性和專業性的資源集合。具體包括：①稀缺物質資源，如特色種質資源庫、大型科研設施、野外科學觀測臺站等，其不可替代性構成了獨特的科學教育場景；②前沿知識資源，包括最新科研成果、重大科學問題及先進研究方法，能夠連接科學前沿與學生認知；③專業人力資源，即高水平科研團隊，他們是科學知識、科學方法和科學精神的直接載體。這些資源共同構成了科研機構開展高質量科學教育的比較優勢[7]。

科學教育導向研學課程的特征梳理回顧科學教育發展歷程，鄭永和等人將我國科學教育發展歷程厘定為4個階段，其中2022年至今是科學教育受到高度重視、多主體參與、聚焦高質量科學教育體系建設的系統建設期。在此背景下，科學教育導向的研學課程應運而生[8]。區別于傳統教學，其有三個特征：一是學習場域的真實性，依托科研機構的實驗平臺、種質資源和野外臺站等真實科研環境；二是學習過程的探究性，強調學生親歷“提出問題—設計方案—收集數據—分析結論”的完整科研流程；三是學習目標的素養性，不僅關注科學知識掌握，更重視科學思維、探究能力和創新精神的培養[9]。對于科研機構而言，開發此類課程是實現其社會服務職能的重要途徑，也是推動高端科研資源科普化、促進科技成果社會共享的創新實踐。

02

案例資源及轉化潛力分析

武漢植物園作為國家戰略科技力量，其資源體系具有顯著的科學教育轉化潛力。在生態資源方面，園區保育的13?000余種植物資源和17個特色專類園（包括國家級獼猴桃種質資源圃、東亞最大水生植物專類園等），構成了從宏觀到微觀、從個體到系統的完整學習素材庫。在科研方向上，三大重點研究領域蘊含豐富教育價值：植物進化與多樣性保護方向可轉化為探討生命起源、適應進化及生物多樣性保護等主題的深度課程；經濟植物育種方向聚焦獼猴桃、蓮等特色作物遺傳改良，是開展現代生物技術教育的典型案例；植被恢復與流域治理方向則面向國家生態安全需求，為開發跨學科項目式學習課程提供了實踐素材。在平臺支撐方面，全國及省級重點實驗室及野外臺站形成了從實驗室研究到野外觀測的完整科研鏈條；在團隊方面，科普開放中心20余人的專職科普工作團隊與專業的科研團隊協同則為課程研發提供了內容創新與教育轉化的雙重保障。

課程體系的構建模式與轉化機制

01

課程開發核心理念

為確保高端科研資源向教育課程的系統轉化，武漢植物園在長期實踐中形成了以“課程化重構”與“分眾進階”為核心的雙重指導理念。針對各個年齡段人群開展了系統的科學教育研學工作，以原創課程為基礎，輻射帶動學校、社區，還舉辦導師等相關從業人員培訓工作。目前，已初步形成包含自然科學通識、科學思維拓展、科學實驗探究及科學教育工作引導“四位一體”的研學課程體系。

“高端科研資源課程化”理念強調教育邏輯對科研資源的重塑。其核心在于，從復雜科研體系中提取具有教育價值的知識片段，通過教學設計將其重構為以問題為導向的學習單元[10]。例如，將物種多樣性研究轉化為“植物偵探”探究活動，將采集“獼猴桃果實品質測定的實驗數據”設計為“育種評估師”的品種篩選任務，讓學生在解決真實科學問題的過程中掌握科研方法、培養科學思維。這一轉化過程不僅要求科研內容的教育適配性，更注重科學方法論與探究精神的傳遞。

“分眾化與進階性”理念則體現了以學習者為中心的設計思想。基于“四位一體”課程體系，該理念具體表現為：針對不同年齡層學生的認知發展特征與學習需求，構建從“感知體驗”到“思維訓練”再到“科研實踐”的進階路徑[11]。在自然科學通識階段（4～10歲），側重興趣激發與情感聯結；科學思維拓展階段（8～14歲），聚焦問題解決與協作探究；科學實驗探究階段（12～18歲），注重系統研究與創新實踐；科學教育工作引導層面，則致力于專業能力提升與生態構建。每個階段通過情境創設、任務驅動、資源適配的有機組合，形成“體驗—探究—創造”的完整學習閉環。

兩大理念相互支撐，共同指導形成了從資源篩選、內容轉化到課程實施的完整方法論體系，為“四位一體”課程體系的構建與實踐提供了堅實的理念基礎。

02

“四位一體”的研學課程體系構建

自然科學通識課程本模塊課程以“普及啟蒙層”為目標，面向小學低年級及學前兒童，一般年齡為4～10歲，課程設計上充分考慮此年齡階段孩子的學習與成長特色，以激發科學興趣、建立自然情感聯結為核心目標，通過沉浸式體驗啟蒙基礎科學認知。以武漢植物園“探自然”科普課為例，圍繞植物的形態結構、生長特征與生態功能，設置“探花、探草、探樹、探葉、探果、探根莖”6個主題模塊，引導學生走進自然，培養其觀察力與好奇心。此外，課程研發人員還進一步拓展教育邊界，開發出一系列“植物＋”融合課程，如結合“博物生態”推出“夜影蟲鳴”夜探課，引導學生走進自然觀察昆蟲及兩棲動物，了解其生活環境，感受生物多樣性的意義；結合“戶外探索”推出“自然定向越野”互動課，則融入更多的植物識別任務，在自然場景中完成知識構建與情感認同，為后續科學學習奠定堅實基礎。

學生參加“夜影蟲鳴”夜探課

科學思維拓展課程本模塊課程以“興趣深化”為目標，面向小學生或初中低年級學生，一般年齡為8～14歲，課程設計強調問題導向與項目式學習，重點培養科學思維方法與團隊協作能力，在真實或仿真的科研情景中，掌握基本科學方法，培養科學思維[12]。以武漢植物園連續5年推出的“小小科學家”成長專題營為例，在四天三晚的活動中，依托園區植物資源設置“植物大偵探”“標本制作”等課程，引導學生以“園藝師”“引種員”等身份，學會植物分類與識別，同時帶領學生走進實驗室，動手操作顯微鏡、試管等科學儀器，體驗“提出問題—動手觀察—分析結論”的科學探究過程。課程特別設置了“走進非洲”環節，邀請中-非聯合研究中心專家及留學生參與現場交流，介紹非洲植物多樣性及不一樣的生活文化習俗，拓展學生國際化視野，激發好奇心與想象力。

科學實驗探究課程本模塊課程以“能力提升”為目標，面向12～18歲具有較強科學興趣和研究潛力的中學生，通過模擬真實科研流程，系統訓練科學探究能力與創新思維。課程設計以“微科研”為核心形式，在專業科研人員指導下，學生圍繞特定科學問題開展中短期研究項目，完整經歷科研全過程。武漢植物園先后推出的“神農架生態圈科考營”“大洪山科考探險營”等均由在職科研人員親自帶隊，帶領學生按照科考人員的方法與流程開展植物群落調查，沉浸式體驗微科研。課程團隊還積極與中學課程標準對接，開發了“科研微課題”系列課程20余項，涵蓋植物學、生態學、環境科學等多個領域，如“典型湖泊水環境現狀調查”“獼猴桃品質測定”“沉水植物的光合作用”等，采用“導師制＋實驗室輪轉”模式，學生可進入生態實驗室、組培中心等，學習使用專業儀器設備，掌握實驗設計、數據采集、統計分析和科學論文撰寫等基本科研技能。課程周期通常為2～5天，最終以研究匯報或小論文形式展示成果，部分優秀課題還可延伸為青少年科技創新項目。

科學教育工作引導課程本模塊課程以“輻射引領”為目標，重點面向科技教育工作者、科普從業人員，旨在構建可持續發展的科學教育生態系統。課程設計聚焦科教理念更新、教學方法創新和資源共享機制建設，通過系統培訓與交流平臺搭建，提升科學教育的專業化水平與社會影響力。課程實施注重理論與實踐相結合，通過專家講座、工作坊、教學觀摩、實踐研修等多種形式，構建“學習—實踐—反思—創新”的專業發展閉環[13]。武漢植物園連續3年配合開展“全國科學教育暑期學校”中小學教師培訓（武漢分會場），開設“探究式科學教學方法”“校本課程開發與實踐”等模塊，由專職科普教師帶領參與者以學生的角色參與課程，并進行課程反饋與交流，促進科研資源向教育資源轉化。

現實挑戰與優化空間

01

面臨的現實挑戰

課程專業性與普適性難以兼顧受學校教學計劃與課程安排限制，系統性、以班級為單位的研學課程占比較低。當前武漢植物園的課程主要通過線上平臺向社會開放招生，導致學員年齡、認知基礎、學習需求差異顯著，對課程研發與實施構成雙重壓力：課程既需保持專業性與科學性，體現植物園的科研資源優勢，又需適應不同層次學生的認知水平與興趣，在內容深度、活動形式與表達方式上作彈性化設計。如何在同一課程框架下，既實現科學啟蒙的普遍目標，又為學有余力的學生提供進階探索的空間，成為課程優化的重要方向[14]。

科研人員參與課程研發缺乏可持續機制目前課程研發主要由專職科普團隊承擔，其在教學設計與實施方面投入較多，但在轉化科研資源、融入前沿科學內容、設計科學方法訓練等方面，仍需科研人員深度參與。然而，科研人員本身任務繁重，面臨明確的科研考核壓力，難以長期、系統地投入課程開發、教師培訓與教學支持工作。現有協作多基于個人興趣或短期項目，缺乏制度化的激勵保障、時間安排與成果認定機制，導致科研資源與科普教學之間銜接不暢，課程內容更新與專業支撐面臨可持續性問題。

研學效果缺乏長效跟蹤與多維評估體系現有課程評價主要依靠過程反饋與短期滿意度調查，缺乏對學生科學素養、思維發展、態度行為轉變等長期影響的跟蹤研究。評價工具較為單一，尚未構建覆蓋知識、能力與情感的多維度評估體系，也未能與學校教育的評價機制有效銜接。同時，針對課程在不同學生群體中的適應性、教學策略的有效性、資源使用效率等方面，尚未建立持續的數據收集與分析系統，影響了課程體系的科學優化與效果驗證。

02

未來優化路徑

構建“科研資源—課程內容”分層轉化體系對武漢植物園內可進行科普轉化的科研資源進行系統評估，基于小學、初中、高中學生年齡層次，按認知難度、研究方法、科學內涵3個維度進行分類與分級，建立科研資源向課程內容轉化的分級篩選機制，形成“基礎認知—探究實踐—科研實訓”三階段課程轉化路徑，明確各類資源適配的學段與課程類型，體現課程構建的系統性與進階性。例如，基于“水生植物的光合作用”這一課題，面向小學低年級學生，以理解植物產生氧氣、認識不同水生植物形態的認知目標，可開展“尋找水中的‘氧氣工廠’”主題課程；面向小學高年級或初中學生，以掌握光合作用的基本原理與過程為認知目標，開展“探秘沉水植物的光合作用”主題課程；面向高中生，則可結合水生植物適應水環境的特點及其在污水處理中的應用為認知目標，開展“水生植物對水環境的適應方式”主題課程。

學生參加“小小科學家”專題營進行獼猴桃品質測定

首都師范大學附屬中學學生參與微課題“蓮花色和花青素的關系探究”

深圳高中生參與微課題“外來水生植物的入侵危害探究”

形成“制度保障—平臺支撐”的科研人員深度參與機制優化科研人員參與課程研發的相關機制，從頂層設計入手，建立覆蓋激勵、考評、發展全流程的制度化保障，實施科研人員科學教育貢獻認定與績效激勵制度，開展科研成果科普轉化專項支持計劃，將科研人員從“臨時嘉賓”轉化為“課程共建者”，實現科研資源向教育資源的制度化、常態化轉變。例如，武漢植物園出臺《鼓勵科研人員參與科普工作實施辦法（試行）》，將課程開發、教學支持、科普培訓、科普宣傳等工作納入績效評價體系，明確課時計算標準與成果認定范圍，將相關費用納入年度績效發放。實施“科研成果科普化”專項支持計劃，設立專項經費，支持科研人員將其最新研究成果轉化為標準化課程包、實驗教具或科普展項。

建立“能力導向—持續改進”的研學課程質量評估體系在評價體系上，超越傳統的滿意度評價，嚴格依據科學課程標準及國際科學教育評估維度，構建以科學實踐能力為核心的評價框架，從科學探究、科學思維、科學態度3個維度設計表現性評價任務與量規。在運行機制上，進一步強化“評估—反饋—優化”的持續改進循環。一方面通過前后測對比、課堂觀察記錄、學生作品分析、長期追蹤訪談等方式，系統收集學生科學素養發展的證據鏈；另一方面將評價結果定期反饋至課程研發團隊，用于修訂課程目標、調整教學內容、改進教學方法，也為科研人員調整資源轉化策略、教師提升教學能力提供實證依據。例如，通過分析多期“小小科學家”成長營的評估數據，課程團隊發現學生在“科學論證”環節表現偏弱，遂在后續課程中強化了“觀點—證據—推理”表達訓練模塊，有效提升了課程目標的達成度。

結論與展望

01

研究結論

本研究以中國科學院武漢植物園為實踐案例，系統探索了高端科研資源向科學教育研學課程轉化的可行路徑與實踐模式。研究發現，科研機構依托其稀缺性、前沿性資源構建“四位一體”分層課程體系，能夠有效銜接不同學段的認知發展需求，實現從科學啟蒙到科研實踐的能力進階。課程轉化的關鍵在于建立“資源篩選—內容重構—教學適配”的系統機制，其核心挑戰則在于如何平衡課程的專業性與普適性、構建科研人員可持續參與的制度保障，以及建立以素養為導向的長效評價體系。武漢植物園的實踐表明，通過理念創新、機制設計與路徑優化，科研機構完全能夠在國家科學教育體系中發揮不可替代的支撐作用。

02

實踐啟示

本研究的實踐啟示主要體現在三個方面：一是課程開發應堅持“資源依托、問題驅動、素養導向”，將真實科研問題轉化為探究任務，讓學生在解決實際問題過程中發展科學思維與實踐能力；二是機制建設需注重“制度激勵與平臺支撐”雙軌并進，通過工作量認定、專項支持、平臺協作等舉措，激發科研人員持續參與的內生動力；三是質量提升應構建“評估—反饋—優化”閉環系統，基于證據持續改進課程內容與教學策略。這些經驗為同類科研機構、科技場館依托自身資源開展科學教育提供了可操作、可復制的參考范式。

03

研究局限與未來方向

本研究的局限在于主要基于單一機構的實踐總結，其模式的普適性有待在不同類型科研機構中進一步驗證。同時，對課程長期效果的追蹤數據尚不充分，影響評價的深度與說服力。未來研究可朝三個方向深化：一是開展多案例比較研究，提煉不同資源類型機構的課程轉化模式；二是加強縱向追蹤與實證研究，系統考察課程對學生科學興趣、職業選擇等方面的長期影響；三是探索數字化、智能化技術在課程個性化推薦、虛擬實訓、學習分析等方面的融合應用，推動科學教育研學向精準化、智能化方向發展。

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編輯 | 張雨晴

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