“科学素养是现代教师素养的重要组成部分，是构成教师专业属性的核心内容”^[7]，与学科素养、通识素养、跨学科素养、信息素养、发展改进等教师素养要素相互配合，共同助力新时代中国教师素养的形成。国内外学者对教师科学素养的研究主要从两个视角出发：一是聚焦课堂实践，这意味对科学素养的研究，实现了从对教师科学素养的概念化理解到关注教师科学素养课堂实践的转向^[8]；二是基于公民身份，强调科学素养是教师作为公民所必备的基本素养。相关研究各有侧重，一方面注重教育性，强调教师应具备科学素养帮助学生理解科学、解决真实问题，关注教师对科学素养的理解、认识，探讨科学素养对教师思维、教学计划、教学法以及学生学习科学意愿的影响，探讨通过“大单元”“大概念”“项目化学习”等教学方法促进教师和学生科学素养的发展；另一方面，注重公民属性，强调教师日常生活情境中所需的科学素养。

尽管研究者已针对教师在不同身份与情境下的科学素养内涵展开探讨，然而其中存在两个主要问题。其一，从公民身份角度展开的研究，未能充分体现教师在特定历史时期所承担的角色与任务。其二，有关课堂实践的研究，并未将学生的科学素养发展需求纳入考量范畴^[9]。特别是有关教师整体科学素养的研究，过度偏重公民层面而忽视教师的身份特征，未能全面反映“素养导向”对教师职责的影响。故而，我们有必要重新理解并定义教师的科学素养。

“‘素养’的英文为‘literacy’，由拉丁词‘litteratus’演变而来，原意表示有学问。在汉语里，‘素养’一词一般有以下几种含义：①修习涵养；②平素所供养；③素质与教养；④平时所养成的良好习惯。《辞海》中‘素养’是指经常修习涵养。……《现代汉语词典》中‘素养’则指‘人平日的修养’，从这个角度而言，‘素养’与‘素质’同义，包括人身心发展的各个方面和潜力，也指完成某种活动所必需的个人条件。”^[7]在西方语境中，literacy源于拉丁语，被译为“识字、读写能力”，literate通常意味着接受良好教育和习得相关技能^[10]。可见，素养和“识字”“学习”等词有密切关联。另外，“素养”相较于“素质”更侧重于人与环境之间的互动^[11]，强调通过教育、实践等方式形成素质的过程。因此，将“literacy”译为“素养”更为恰当。

科学教育和科学素养密不可分。早期使用“科学素养”这一术语的研究者强调要增强对科学教育的关注度^[12]，希望将自然科学的相关知识纳入通识教育，倡导在中学阶段设置科学课程，以帮助学生熟悉科学的历史与成就，了解科学知识与日常生活之间的关系，同时强调科学教育对持续促进科学进步和帮助人们适应变化的重要作用。此后，科学素养的定义不断扩展和演变，尽管学者们对其理解尚未达成一致，但其核心观点大致相似。首先，“科学素养”的内涵包括科学知识、科学过程、科学方法、科学态度、科学精神、科学本质观、科学技术与社会的关系、科学能力等方面。这些方面相互影响并构成了科学素养的主要内涵。其次，科学素养的定义逐渐清晰，从关注科学教学到关注科学情境，再到进一步强调科学技术与社会生活的关系^[13]，以此加深理解人与科技、社会环境的关系。有关科学方法的理解也从单纯了解科学过程转向关注社会情境下的科学应用和学习，科学素养的构建也从“通过教育来学习科学”转向“通过科学来教育”^[14]，旨在通过科学相关内容的学习来理解社会科学问题，实现科学素养和人文素养的整合^[15]。因此，教师科学素养的构建与提升与社会生活情境、科学教育紧密相关，不仅包括科学知识的积累，还包括科学方法的运用，更主要的是有助于培育学生的理性思维、创新能力、独立探究能力、问题解决能力和科学思维模式，引导学生深入思考和讨论科学发展的伦理和社会影响。

教师角色具有社会性、文化传递性和主动性。社会性强调教师个体与他人在角色互动中形成的相互关系，这种关系建立在社会对教师角色期待的基础上^[16]。换言之，教师角色体现了社会对教师职责、社会地位的要求和期待。由此，教师角色不仅规定了教师在社会结构中的位置、身份、权利，也规定了教师的职责和义务。文化传递性是指在角色互动中上一代人把传统文化传递给下一代人，通过“濡化”(即人们获得文化教养的过程)和“涵化”(即人们在不同文化背景下和长期互动中的适应和改变过程)两种模式进行传递。这意味着教师角色在文化传递过程中会受到时代、文化和组织形态等多重因素的影响，呈现出特有的形态。主动性体现在教师个体面对外界规范和期待的同时，可以根据具体情况作出判断、选择和改变，注重教师的个性和主观能动性，强调教师在角色认知、选择和扮演过程中的主动参与和调整。

综上，通过借鉴科学素养的定义并结合教师角色的本质来界定教师科学素养，使教师科学素养各维度及其相互关系得到进一步澄清。教师科学素养指教师在教育教学过程中应具备的科学情意与科学精神、科学认知与科学教育能力、科学方法与科学教育研究能力等多方面的综合素质和能力，具体涵盖科学精神、科学本质观、科学态度、科学知识、科学思维、科学能力、教育教学的科学方法与技术、教育教学研究的科学方法与技术等方面。

教师科学素养既有公民科学素养的共性，又有教师职业的特殊属性。依据教师科学素养的内涵，探究其特征，为分析教师科学素养构成要素提供基础。

育人性是教师在科学教育中的核心价值，强调教师在科学性与人文性统一的基础上引导学生形成正确的科学认知、解决科学问题的能力以及批判性思维和创新精神。因此，教师需要明确科学教育的育人价值，挖掘并融合学科教学中蕴含的“科学性”与“人文性”。科学性与人文性的融合旨在弥补学校教育中片面追求“科学知识”的缺陷，帮助学生在科学教育中树立正确的价值观，建立系统的科学认知框架，培养和弘扬科学家精神^[17]。这一过程不仅强调积极参与社会事务讨论与决策的重要性，还强调扎根现实生活，关注不确定的未来世界。通过这种方式，促进学生掌握科学知识和科学思维方式，培养学生的科学态度和创造精神。科学与人文的整合为教师自我反思提供契机，引导教师从关注个人拓展到关注全人类、全世界，理解不同环境和社会与个人之间的联系，同时在教学实践中尊重学生个体，认识其发展的差异性、丰富性和复杂性，采取灵活多样的评价标准和教育形式，维护个人的尊严和价值^[18]。因此，教师应在遵循学生身心发展和学习规律的基础上创造具体的学习机会和丰富多样的探究机会以助力学生理解科学的运作方式^[19]，积极引导学生将所学知识与生活中的问题和具体情境相结合，形成个性化的科学知识能力结构，保护学生的好奇心和科学兴趣，鼓励学生深入思考，激发学生潜能。

动态性主要体现在两个方面：其一，教师的科学素养结构随着时代发展不断优化；其二，教师自己具备科学素养的同时，还需让学生拥有持续发展科学素养的能力。有关教师科学素养的讨论离不开科学教育，而中小学科学教育内涵丰富，不仅强调科学(物理、化学、生物等学科)、数学、信息科技等学科教学，还包括科学学科与语言、历史、政治等人文学科教学的有机融合，以STEM教育、大主题、项目化学习等多种形态开展的跨学科实践更是实施科学教育的新途径^[20]。因此，一方面，教师科学素养与科学教育的整体规划相联系，应考虑各级各学科教师在科学教育中的位置以及如何充分激发教师参与的热情，预设实践过程中的走向，并随之调整教师科学素养结构，更新教师学科知识和教学方法，把握科学教育变革的核心因素，将其纳入教师评价体系；另一方面，科学学科与人文学科的融合是科学教育的重点，具体运作面临着如何将理念转化成实际操作的问题，需要思考教育教学过程中各学科与科学教育的结合点，注意每个环节都应包括问题的提出、质疑、实践和检验等步骤。由此，教师应关注科学教育的发展变化，讨论科学学科和人文学科教学的共性，探索微观实践操作的逻辑路径，从科学教育实践出发，及时调整科学素养结构，使其不断迭代更新以适应科技时代的发展要求。

教师科学素养的系统性意味着教师从全面和立体的角度看待各个学科、教学活动和资源环境等方面的关联性，在学科教学实践活动中适时、适当、适量地融入科学要素。系统性具体体现在四个方面：一是立足学科独特性，梳理教材整体脉络，注重教学中渗透科学本质和科学精神，为学生提供理解科学世界的不同视角；二是综合多学科知识，以具体实际问题为导向，通过各学科教师集体协作，举办形式多样的学习活动以搭建学生知识加工和转化之梯，共同促进学生科学精神、高阶思维和创新能力的形成；三是通过运用人工智能、互联网软件、移动终端等新型学习工具，不仅要提高教学效率，还要为提升学生科学素养创造机会；四是整合校内外科学学习资源，在有效利用学校科学教育资源的基础上，“加强科学馆、博物馆与学校教育的有效衔接”^[21]，构建科学教育生态体系，拓展科学教育资源，通过多种互动形式、超现实的奇妙体验、跨时空的无限创想，激发学生求知欲和创造力，培养学生创新型思维。

通过以上分析可知，育人性、动态性和系统性是教师科学素养的基本特征，体现了科学教育对教师素养的要求，从不同视角对教师科学素养进行了阐释，也为探讨和分析教师科学素养的构成要素提供了依据。

教师科学素养的构建并不是各个要素的简单罗列和叠加，不仅需要扎实的理论基础，还需要科学、完备、可行的研究过程和充足的现实依据。因此，在把握教师科学素养内涵特征和已有科学素养测评标准的基础上，本研究初步拟定教师科学素养的框架结构，接着使用专家咨询法，征求专家的建议，并在此基础上进行修订，最终形成教师科学素养结构模型。

基于教师科学素养的内涵特征，通过对科学教育政策文件与相关文献的分析，归纳美国国家科学理事会(NSB)公民科学素养测评要素、中国公民科学素养测评结构、公众科学素养测评通用指标等测评内容的共同特点并作为教师科学素养各项指标的基础，总结国际学生科学素养测评项目(PISA)、国际数学与科学趋势研究项目(TIMSS)科学素养测评框架、美国国家教育进展评估(NAEP)科学框架等项目对教师日常教育教学提出的要求，以此作为教师科学素养的要素，分析国内学者对教师科学素养的研究及其优点与不足，借鉴曹奎、韩桂玲、李淑萍等学者构建的教师科学素养基本框架^[7]，初步拟定教师科学素养的3个一级维度(指标)、9个二级维度(指标)和31个三级维度(指标)。其中3个一级维度(指标)分别为科学精神与科学情意、科学认知与科学教育能力、科学方法与技术，三者相互联系，共同促进教师日常工作中科学实践问题的解决。科学情意与科学精神是指教师在工作中所表现出的科学认知方式、科学价值观、科学品格、行为准则等综合状态，包括科学精神、科学本质观和科学态度3个二级维度(指标)。科学认知与科学教育能力包括教师的科学知识、科学思维和科学能力3个二级维度(指标)。科学方法与技术是教师科学素养的重要组成部分，根据教师的生活实践活动将其划分为基础的科学方法、教育教学的科学方法与技术、教育教学研究的科学方法与技术3个二级维度(指标)。

科学建构教师科学素养结构模型离不开对初始结构模型的修订过程。为获得具有针对性和专业性的专家咨询意见，本研究选择了主要从事教师教育研究、科学教育研究和一线学科教学的教育专家，共计20名。本研究进行了两轮专家咨询，邀请专家组成员对教师科学素养结构模型中的具体指标进行确认或提出不同意见。本研究以集中度、离散度和变异系数为统计参数，其中，集中度越大，离散度越小，变异系数越小，表明指标的认同度越高^[22]。另外，采用“界值判断法”对全体维度(全部指标)进行筛选，平均值的界值=平均值的均数-平均值的标准差，变异系数的界值=变异系数的均数+变异系数的标准差，且平均值高于界值、变异系数低于界值的维度(指标)入选^[23]，当维度(指标)在平均值和变异系数两个尺度上都与要求不匹配时予以删除，而针对仅在一个尺度上不匹配的维度(指标)，则通过充分思考和评估进行取舍。

第一轮专家咨询问卷共计发放22份，回收有效问卷20份，回收率91%。从专家咨询结果看，在离散程度上，3个一级维度(指标)、9个二级维度(指标)的标准差均小于1，表明专家认为一、二级维度的适切度较高。在集中度和协调程度上：3个一级维度经过界值判断(平均值≥4.480，变异系数≤0.135)，均符合筛选标准；二级维度除基础的科学方法与技术(平均值=4.40，变异系数=0.171)和科学能力(平均值=4.45，变异系数=0.185)外，其他7个维度(指标)的平均值及变异系数均符合筛选标准(平均值≥4.435，变异系数≤0.167)。针对“基础的科学方法与技术”这一维度(指标)，有专家建议，其中涉及三级维度和“教育教学的科学方法与技术”之间的界限不明显，可以将基础的科学方法与技术中的指标融入到教育教学的科学方法与技术中。由此，删除基础的科学方法与技术，将其中的三级维度(指标)和“教育教学的科学方法与技术”合并。“科学能力”维度(指标)协调程度不高的原因主要在于专家对科学能力的释义存在争议，依据专家意见和已有研究成果，本研究将“科学能力”这一指标保留。

根据数据统计结果和三级维度(指标)筛选界值，31个三级维度(指标)中有25个维度(指标)符合标准(平均值≥4.526，变异系数≤0.142)，有6个指标在平均值、标准差或变异系数上未达到标准。其中主要问题在于部分表述不精准，并且有些指标彼此之间存在重复。为此，结合专家提出的建议，本研究作出以下调整：将“理解科学是在不断变化发展的”修改为“理解科学知识的正确性是暂时的，会随着时间、科技的发展发生改变”；在“科学本质观”维度(指标)中，增加“科学知识是创造性、想象力和特定社会文化环境的产物”这一维度(指标)；在“科学知识”指标中，“具备个人生活、参加社会活动所必需的科学知识”与“拥有系统、扎实、广博的学科专业知识和跨学科教学实践知识”有部分重叠，因而删去“具备个人生活、参加社会活动所必需的科学知识”；在“科学教育能力”维度(指标)中，删除“具有教育科学研究与创新能力”；将三级维度(指标)中“采用混合研究方法，实现定量研究和定性研究结合”修改为“能够依据具体研究问题选择适配的科学研究方法”。以此向专家展开第二轮咨询。

第二轮专家咨询问卷发放20份，回收有效问卷19份，回收率95%。通过统计专家咨询结果发现，3个一级维度(指标)和8个二级维度(指标)的均值和变异系数均符合界值筛选标准，三级维度中有2个指标“具有教授学生获取、分辨、验证和处理信息的能力”和“会主动搜索科学技术相关信息”仅满足一个界值标准，但为了防止单纯因为数据不好而被删除，在充分考虑必要性后，予以修正并保留。

综上，根据两轮专家咨询意见对初步拟定的维度(指标)进行调整后，最终整合确定了由3个一级维度(指标)、8个二级维度(指标)和30个三级维度(指标)构成的教师科学素养结构模型(如表 1所示)。

提升教师科学素养是对培养科技人才的响应，是对夯实科学教育基础的回应，是建设新时代高质量教师队伍的重要举措。探讨教师科学素养的发展路径，需要聚焦关键问题，掌握发力点，明确主要任务。一是在政策层面，细化相关标准，推进教师科学素养概念具象化；二是在职前教师培养过程中，优化科学素养培养举措，实现科学素养“内嵌”；三是更新教师培训内容和形式，支持教师科学素养的持续提升；四是立足学校，协同推进各方科学教育资源共享，提供科学文化支撑，营造促进教师科学素养发展的良好生态环境。

概念具象化是指将抽象的概念用具体可感的形式表现出来。尽管当前课程标准和教师专业标准等对教师在教学实践中应具备的科学素养方面的要求越来越高，但现阶段政策层面缺乏对这部分内容的深入澄清，仅《义务教育科学课程标准(2022年版)》对科学观念、科学思维、探究实践、态度责任作出规定，其他课程大纲未提出具体要求。教师对科学素养在他们的学科教学中意味着什么以及如何提升科学素养产生困惑。如果课程标准中没有详细解释科学素养的含义、不同要素之间的关系以及在学科教学中的价值，教师将很难发展科学素养，这不仅阻碍对有效科学教学方法的学习与运用，也会使培训课程达不到提升教师科学素养的目标。

基于此，相关政策需进一步厘清教师科学素养的概念，在相关学科的教学大纲中对科学素养作出具体解释，提出相应的要求^[24]，要阐明教师应具备哪些方面具体的知识和能力，以及将科学素养与具体学科课堂教学内容相结合的方法。此外，强调课程再开发过程中教师所参与的内容组织、资源利用、情境设计、评价落实等环节应融入科学素养，通过制定学校课程实施规划，提出有针对性的、校本化课程实施建议^[25]，并将培育科学素养纳入学校课程目标，从而助力教师组织课程实施，有效展开教学活动。

面对个性化的学生群体和多样化的工作环境，教师需要具备多方面的专业素养和教学能力，比如科学素养、信息素养、学科素养、发展改进素养、创新素养、教学资源利用素养等。许多国家的教师教育机构也开设了培育和提升各项素养的相关课程，但这些课程和培养模式是否符合职前教师发展需要和未来教育教学工作实践需求，仍存在较大争论^[26]。另外，在职前教师教育中，科学素养相较于其他素养的受关注程度较低，极大地影响师范生科学素养的养成。因此，为了适应科学教育发展、回应个体学习需求，职前教师培养应提高对科学素养的重视程度，从知识端和技能端入手，注重科学探究实践、科学高阶思维，实现职前教师科学素养和其他重要素养的有机整合和系统培养。

其一，提升教师科学素养在职前教师教育中的重视程度，加强对职前教师科学素养的培养。利用算法和模型，构建基于不同教师教育课程目标的科学素养“关联识别方法体系”^[27]，实现不同素养要素的最优匹配，促进科学素养各要素与教学实践活动的有效结合，并从社会期待和个体需求最优匹配角度对科学素养与课程内容的关联进行深度挖掘，完成科学知识系统和实践技能系统资源的优化组合，推动科学素养核心要素在教师教育课程中具体落实。其二，在培养方式上，结合本土特点，建立职前和职后紧密联系的教师培养体系，促进师范院校与中小学、科研机构、企业、科普场馆等深度合作，打造职前教师科学素养培养基地，不断丰富职前教师的科学探究体验，强化跨学科教学、主题式教学实践^[28]。其三，在课程内容方面，着力培养职前教师元认知能力和以推理、论证、建模为路径的科学高阶思维能力^[29]。相关研究显示科学推理和论证方面的专业发展将有助于加强职前教师的科学教育实践能力^[30]。因此，职前教师教育课程应增设推理和论证策略、策略使用方法和条件、活动目标和具体问题等方面的内容，并提供实践机会，注重特定问题情境和学习特定策略之间的联系，注重培养职前教师在教育实践探究过程中落实计划、进行监测和反思的能力。职前教师应加强对科学论证、建模和推理等高阶科学思维方法的学习，掌握系统的、以科学素养为导向的高阶思维教学策略(如图尔敏论证模型、5E教学模型、教学序列模型和关键特征图)，积极参加基于社会性科学议题的教学活动，并以开放的心态接受跨学科理念^[31]。

职后教师培训是提升教师科学素养的关键环节。项目式教学、跨学科教学、科学探究、社会性科学议题学习等与教师的科学素养息息相关，但经调查发现职后教师培训内容中学科知识仍占据较大的比例^[32]，课堂教学内容没有发生太大的变化。教师如何点燃学生学习热情、如何通过教育让世界更美好、如何重建课堂教学、如何助力不同课程建构、如何利用科学解决不确定性等一系列问题，值得我们深入思考。因此，教师培训应更新内容和形式，关注不同学科之间的融合，深化教师科学教育实践，借助多主体共同参与的教师评价制度，从概念、技能和特征等方面综合考量并合理设计科学素养评价指标，促进教师科学素养持续提升。

其一，借助“学”“用”转化机制，提供个性化指导。培训前，教师带着问题、任务和责任参与培训学习；培训后，培训机构要及时复盘，组织召开学习成果分享会和培训计划落地讨论会，帮助教师将培训所学内容落实到教育实践活动(尤其是具体问题的探究过程)中^[33]，并根据实际操作中不同教师对培训内容掌握的不同程度，开展针对性的指引。其二，针对教学实际问题，开展不同学科教师之间的深度交流合作，共同提升教师科学素养。研究表明语言、艺术和科学的教育工作者之间的合作可能有助于教师培养科学交流、解释数据图表和分析文本方面的必要技能^[34]。由此，要重视通过区域内教师合作、教研共同体、名师工作室等途径提供教师科学素养提升平台。其三，制定适应科学教育发展需求的教师科学素养评估标准，在获取教师的偏好、经验和评估有效性等信息的基础上^[35]，将教师科学素养各项指标纳入评价体系，引导教师评估自身科学素养发展程度，从而不断反思和改进科学教育实践活动，促进教师科学素养持续提升。

教师科学素养培育不是孤立的、单一的短期行动，需要得到各方面的不断反馈和支持。但目前教师工作的重要场域——学校，未能提供强有力的支持，未能营造促进教师科学素养发展的科学文化氛围，教师与学校管理层、社会科学教育资源之间缺少有意义的持续互动^[36]。因此，学校应积极协同各方力量，促进科学教育资源共享，从而营造促进教师科学素养发展的良好生态环境。

其一，基于教育教学实践，推动专家和学校深度合作，形成跨界研究共同体，为教师审视自身实践活动提供机会，指导教师有意识、系统地收集数据，注重“循证教育”并不断反思，强调教学研究过程中证据的重要性^[37]。其二，不断丰富工作场域中科学教育资源，制定社会资源融入科学教育的明确标准，采取相应的配套措施，促进科技馆、博物馆与学校合作常态化，拓展教师科学知识的同时，培育教师的科学精神。其三，搭建科学教育研修数字化平台，为教师提供获取科学知识、学习科学方法的便捷途径，借助“教师信息技术应用提升工程”^[38]促进教师科学素养和科学教育能力的提升。

习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时发表重要讲话，指出“要在教育‘双减’中做好科学教育加法，播撒科学种子，激发青少年好奇心、想象力、探求欲，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”^[39]。中小学教师承担着青少年科学教育的重任，提升教师科学素养是加强中小学科学教育的关键。因此，中小学教师要充分认识到，科学教育不仅仅是科学教师的职责，更是各学科教师的任务，各学科教师都应重视利用科学研究成果、科技发展的新技术创设学习情境、更新教学内容，以此提高课程的实践性、综合性和创新性，在教学中渗透科学教育的内容。同时，中小学教师不仅要学习科学本体知识、掌握科学教育方法、提升科学教育能力，还要引导和帮助学生学习掌握科学知识，激发青少年的好奇心、想象力、探求欲，为培育具有创新精神的科技人才奠定良好的基础。