原标题《国防科技教育的跃升之路——北京市八一学校的实践探索》
作者：沈军 北京市八一学校教育集团校长，正高级教师
近年来，无论是国家战略和教育政策的深化推进，还是科学技术的蓬勃发展，都让新时代的科技教育面临更多挑战。党的二十大报告为教育明确了新定位和新任务，那就是教育必须融入整个国家建设的大局中，与科技、人才紧密结合，在体现教育政治属性和人民属性的同时体现其战略属性，把高质量发展作为生命线，把拔尖创新人才自主培养作为服务高质量发展的重要任务，共同支撑教育强国建设。北京市八一学校（以下简称“八一学校”）建校70多年以来，以科技教育增强学生强国强军梦始终是贯穿学校发展的主线。进入新时代，特别是习近平总书记2016年回到母校考察和座谈之后，“培养科技专长，铸就科技脊梁”更成为学校改革创新的生命线，由此开启了创建科技特色学校、聚焦国防科技领域、培养拔尖科创人才的新赛道。
一、科技教育的初心之问
八一学校与科技教育有着极深的渊源，其中既有源于学校历史及文化的传统，也有对学生乃至民族未来的责任驱使，让科技教育成为八一学校的鲜明特质。
（一）“推动高中多样化发展”的政策回应
从《国家中长期教育改革和发展规划纲要》到《普通高中学校办学质量评价指南》，再到《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》，都将高中多样化发展作为重要任务。党的二十大报告明确提出，“坚持高中阶段学校多样化发展”。2023年教育部等部委发布的《关于实施新时代基础教育扩优提质行动计划的意见》指出: “推动普通高中多样化发展，建设一批具有科技、人文、外语、体育、艺术等方面特色的普通高中，积极发展综合高中。”北京市也出台了普通高中多样化特色发展意见和创建工作方案，提出了新型综合高中、一体化培养、特色培育、协同培养、体制机制创新、国际化教育等多条创建途径。
跳出教育来看，党的十八大以来，科技创新作为提高社会生产力和综合国力的战略支撑，摆在了国家发展全局的核心位置。《国家创新驱动发展战略纲要》提出到2050年建成世界科技创新强国。国家“十四五”规划提出要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，加快建设科技强国。党的二十大报告首次对教育、科技、人才进行统筹安排和一体化部署，强调要加快实现高水平科技自立自强，加快建设科技强国。2024年政府工作报告进一步明确要坚持教育强国、科技强国、人才强国建设一体统筹推进，深化教育科技人才综合改革。
建设世界科技强国，需要拥有一大批能够把握世界科技大势、研判科技发展方向的战略科技人才，一大批善于凝聚力量、统筹协调的科技领军人才，一大批具有创新创业意识、数字化思维和跨界整合能力的高技能人才，这是摆在学校面前的时代课题。八一学校将科技强国建设同高中多样化发展相结合，把推动科技教育、建设科技高中作为学校可持续发展和育人方式变革的重要途径，着力培养学生在新技术、新经济、新业态等各个领域的科技专长，让他们成为具有卓越科学素养的科技创新人才，成为建设世界科技强国的中流砥柱。
（二）“赓续办学传统与优势”的文化追求
八一学校的创办人聂荣臻元帅，当时既是主管科学技术工作的国务院副总理，又是组织和领导“两弹一星”任务的杰出指挥员，他的那句“我决心把自己的后半生贡献给我国的科学事业”的铮铮誓言，成为八一学校在建校70周年之际书写“面向2035，创建世界一流科技高中”新篇章的精神召唤。作为一所具有红色基因的学校，红色教育的抓手不能沦为说教，一定要有归宿，这个落脚点就是国防科技，让学生拥有科技专长并建立起从事科学事业的人生理想，是八一学校始终坚守的初心使命。
“以普及促提高，将学生科学素养、创新精神和实践能力的培育融入教育教学中”是八一学校科技教育的指导思想。学校科技教育历史悠久，科技实验班、小卫星课程、STEAM课程、创客教育、科技竞赛项目的开设，天文、机器人、信息学、航模等科技社团的发展，科技节、科技主题教育活动、科技教育研讨会的开展，天工苑、开物苑、高端实验室科技教育环境的建设，使学校科技教育具有广泛的社会影响力。八一学校地处中关村西区，地域科技优势明显，学校保持与理工类大学、科研院所和高科技企业的常态化合作，开展科技进校园、北理工冬令营及梦创家职业教育等特色活动。
科技教育的初衷，是希望学生在参与整个科技课程学习和科技实践活动中激发兴趣和热爱，培养良好的思维品质，内化相关的素养能力，如问题思维、设计思维、工程思维、复杂性及挑战性问题解决能力等。
（三）“面向学生和民族未来”的品质担当
科技教育的意义是让学生都能经由一个器件、一次好奇，拥有前沿的视角和开放的胸襟。让学生经由一个问题、一次论证，洞悉社会所需和国家所盼，迸发创新创造的愿望和改变世界的力量。因此，科技教育更深层的价值在于培养学生的格局和境界。当前，我国的科技教育存在的问题是，在如何模仿以及技巧方法上教了很多，但如何用艺术表达自己的情感和思想，并以所见所闻进行创作，是很多学生缺失的。因此，我们将同理心作为工程设计的起点。同理心可以理解为换位思考、感同身受，强调带有温度的社会情感和意义感，是与需求日益提高的社会生活联系在一起。八一学校的科技教育旨在促进学习方式发生深刻变革，转变学习角色，让学生以科学家、工程师的角色走进实验室；转变学习策略，强调主动建构与合作学习；转变学习思维，从STEM思维转向发端于人本思想的设计思维，从解决问题到提出能够感知人类所需、体现人文关怀的问题。
习近平总书记在回母校考察时指出，“八一学校要有自己的特色，要办出自己的品牌”，在给小卫星研制团队的回信中写到“讲科学、爱科学、学科学、用科学，发挥启明星作用”。这些殷切嘱托促成学校要让学生建立一种与“八一”血脉高度匹配的职业选择以及在基础教育阶段体现学校责任担当的强烈愿望。八一学校教育方向的选择坚持需求导向，从国家急迫需要和长远需求出发，办一所以科技教育为特色的科技高中，将创办科技高中意义的理解上升到服务科技强国建设的层面，把“科技报国”作为学校的教育理想。
二、科技教育的发展之策
2017年是八一学校建校70周年的历史性节点，也迎来学校建设科技高中的战略性时刻。中国航天科技教育联盟、八一红色教育协作体联盟在这一年相继成立，科技教育上升到八一学校发展战略的最高地位。
（一）创建世界一流水准的“科技特色学校”
八一学校制定了“科技高中发展规划”，明确了“培育一流科技创新人才、建设一流科技教师队伍、打造一流科技特色学科、创设一流科技教育空间”的发展目标，规划了“走向世界一流科技高中的行动路线图”，高位布局学校未来发展的版图，抢占21世纪科技创新、人才竞争的战略制高点。
科技特色学校建设是提升科技教育水平和培育具备科学家潜质的青少年群体的重要途径。从内涵看，科技特色学校旨在创设一个支持的教育生态，让多方主体参与到以科技教育为情境的课程体系建设、教师专业发展、学生学习过程中。科技特色学校的理念愿景设计、学生贯通培养、教师专业发展、特色课程开发、体制机制建设五大要素相互关联，共同构成一个新型系统。
打造科技特色学校就是重塑科技创新人才培养的学校生态。八一学校厘清概念及新时代背景要求，聚焦培养什么、如何培养、何时培养等问题，思考通过怎样的方式落实科学素养的培育，如何为学生提供个性化发展路径，如何通过个体的教育和成长经验让创造潜能在具体领域中得到表现和加强。在新的时代背景下，创新人才培养，其核心是在具体实践情境中鼓励和促进个体的独特知识结构、思维方式和价值观取向的发展，潜移默化地增强个体创新的内生动力，这需要学校通过必选通识课程保证高水平共同基础，通过自选探究项目完成高质量个性化培养。创新人才的培养，究其根本是营造人才“涌现”的环境。通过建立文化，创造条件，激发兴趣，持续供给，丰富学习方式转变下的个性化课程创建机制，提供从兴趣向志趣转变的可能。
因此，科技特色学校建设的根本是面向学生的实际需求，不仅要配置高质量的教学资源，还要确保这些资源真正适配学生的兴趣和潜能。在绿色低碳发展的大背景下，学校要树立新型的资源观和环境观，善于整合学校资源、专业指导资源和社会资源，积极推进课程、教学、管理、生态等各方面纵深变革和转型升级，实现高质量内涵式发展。
教育作为一种多要素和跨领域的综合体系，是由多个相互关联的改革要点组成的统筹系统。因此，整个供给生态构建就显得非常重要，需要内部协作与外部协同的整体推进，内部协作确保供给内容多元化，外部协同确保供给途径丰富性，与高校、科研院所、高科技企业和社会各类场所加强合作，完善大中小学及家校社协同育人机制，形成一个开放、有机、协调、高效的教育供给生态，全方位满足学生的发展需求。
（二）聚焦科技强国目标的“国防科技领域”
为落实党和国家的战略布局，满足国家发展对国防科技各领域创新人才的需求，八一学校将科技教育特色，由航天向航空、航海等更多领域拓展，建立起更加完整与体系化的“国防科技育人新模式”，将八一学校建设成为一流国防科技特色学校。
国防科技特色建设能够落实国家政策精神，传承学校红色历史积淀和国防教育特色，通过整合军事国防、航空航天等前沿科技领域资源，普及国防知识，提高国防观念和能力，使关心国防、热爱国防、建设国防、保卫国防成为广大青少年的思想共识和行动自觉，促进有志于国防科技事业学生的专业发展，培养未来国防科技创新后备人才。
八一学校以“国防科技助力强国强军梦”为理念引导，遵循“向心灵中注入精神，向骨子中注入文化，向脑海中注入知识，向集体中注入活力，向意识中注入责任”的原则，围绕“国防精神、国防科技探究、国防工程实践”的目标框架，在梳理我国军工特色校的专业课程体系和国防领域的分类方法的基础上，界定了国防科技特色课程内容体系的核心知识分类和情景素材分类，明确了“基础、核心、通识”三类国防科技知识与“场景应用”相结合的课程建设方式。其中的“场景应用”是以航空航天科技、船舶与海洋工程、兵器与电子科技、核科学为大类的国防重点科技领域。通过课程内容与场景素材融合，开发出适合不同学段学生学习的体系化课程。
国防工业是一个庞大的集成系统，在开展国防科技教育时要将其具体拆分成课程要素，以校本形式，用学科方式加以培养。目前国防科技特色课程具有一体化衔接的动态特征，既满足了全体学生的基础学习需要，也促进了部分学生的长期专业发展。
（三）培养具有国防素养的“拔尖科创人才”
特色教育的要义是培养可持续的素养，一种在每个学生身上都能体现的特质。科技教育不能只面向“金字塔顶端”的学生，而应该面向全体学生。国防科技特色课程在开发时兼顾了普及与提高，强调学生科学基础培养的重要性。八一学校致力于培养具有国防素养的拔尖科创人才，国防素养由国防精神、国防科技探究和国防工程实践三大指标体系组成。
新时代下的国防精神，是以维护民族和国家利益为标志，以爱国主义为核心内容。八一学校倡导的国防精神体现四个维度：一是优秀的政治素养与家国情怀、爱国爱党与关心国防。二是严格的纪律意识与保密精神、国家安全与法治观念，这是国防科技人才区别于一般科技人才的显著特征。三是高尚的个人志趣与人生理想、居安思危的忧患意识。四是极致的钻研态度与合作能力。
“格物致知”是“探究”的历史解读，“发现学习”是“探究”的当代表达，国防科技探究是围绕国防科技领域开展探索研究，是探究性、研究性的深度学习。八一学校主张的国防科技探究体现三个维度：一是丰富的实践经验与动手能力；二是国防知识掌握与装备科技认知；三是军事思想理解与系统统筹思维。从三个维度精准对接国家对战略科学家、战略科技人才的迫切需要。
典型的工程实践具有鲜明的工科特点，是指工科类专业学生的实习活动，通过将所学知识应用于实践，巩固和提高自己的专业知识。这种实践活动旨在培养学生的工程素质、实践能力和创新精神，是本科基础实践训练课程。八一学校强调的国防工程实践体现三个维度：一是工程问题分析与信息观察评估；二是现代工具使用与解决方案开发；三是创新设计制作与物化成果表达。
习近平总书记在主持中共中央政治局第五次集体学习时强调，“基础教育既要夯实学生的知识基础，也要激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣，培养其探索性、创新性思维品质”。首都基础教育也提出要用实“小加法”，将兴趣和思维品质的培养嵌入学生基础知识的掌握中。高品质思维是学生的重要素养，其形成离不开大量的阅读和思考，与文献阅读能力、信息收集能力、自主学习能力息息相关。具有高品质思维的学生，其大脑中会有一个提供参谋的专家库和解决问题的方法库，在需要做决策时能迅速调出专家库中的各种学术模版，比如爱因斯坦、钱学森、孙家栋等，最后形成自己的推断和决策。遇到问题时能够借助方法库，知道调动哪些资源、寻找哪些途径、采取哪些方法。一个具有高品质思维的学生，一定会带着自己的问题和思考走向图书馆或实验室，从那里寻找答案。
三、科技教育的变革之路
八一学校的科技教育历经从“点”到“场”，再到“极”的三次迭代。“小卫星”项目是一个关乎科学素养的工程，成为触发科技教育的引爆点，奠定了学校航天科技教育的“高起点”。之后建立的“星、箭、站、器”四个航天主题实验室，为学生提供了航天工程探究与实践的“沉浸式场域”。而以国防素养为导向的“超学科”课程集群建设，为国防科技教育的高质量发展带来极具生命力、催化性和意义感的“增长极”。
（一）以“小卫星”项目为创新载体的科技教育
2016年4月24日是首个“中国航天日”，八一学校启动了“中国首颗中学生科普卫星研制、应用及课程开发工程”，并将这颗星命名为“八一·少年行”01星。“小卫星”项目启动的目标是研制并发射一颗由学生全程参与的科普卫星，让学生感受航天精神，体验工程全流程，建立对航天工业体系的基本认知，积累工程设计的理念、技术协作的意识和团队合作精神，以此带动开发一套适合中小学的卫星科学课程、建设一个天地一体化的卫星创客实验室、成立全国中小学卫星科技教育联盟。通过科普化手段，使青少年在动手体验式学习中对航天科学技术和工程管理产生兴趣，从而提升他们的科学素养。
从启动的那一刻起，小卫星研制团队成员就开始了系统化的基础和专业课程学习，参观航天院所、火箭研究院和发射现场指挥厅，主导对地拍摄、无线电通信、音频传输和快速离轨试验四项载荷设计，参与完整的卫星制造、地面试验、发射和应用等工程实践全流程。2016年12月28日11点23分，“八一·少年行”01星在太原卫星发射中心发射升空。“小卫星”项目把航天工程实践转化为学生的项目学习，这样的学习区别于课堂的学习和简单的参观体验，对学生而言是实现了价值观和学习力的跨越式发展，对学校而言是树立了“航天科技”这一鲜明标签，也进一步明确了航天科技教育的发展方向。
继小卫星发射成功后，八一学校于2017年年初牵头成立“中国航天科技教育联盟”，整合全国各地优质的航天科技教育资源。联盟成立以来，延续“中国首颗中学生科普卫星”模式，卫星工程已从01星发展到10星，涉及9省19市的学校。其中“八一01星”、“八一02星”暨“西柏坡号”、“八一03星”暨“太原号”、“八一08星”暨“南京号”（“小卫星”项目采取征名方式，以体现科普卫星研制学校的地域特色）均已成功发射，“八一08星”目前搭载天舟七号货运飞船与空间站组合体在轨飞行。
（二）以“实验室”为实践场景的科技教育
八一学校借助实体化的“小卫星”项目，立足相对完整的中国航天科技工业体系，探索建设航天科技教育的途径和方法，努力形成较完整的航天科技教育体系。在设计时遵循以下原则：体现航天科技的典型特征和基本内涵；符合中学生的认知特点；激发学习兴趣，兼顾传授知识和培养工程思维；适度结合航天工业体系，让学生接触航天工程的同时了解课程与工程的真实差距。学校沿着航天科技这一主线搭建包括初级科普课程、中级工程课程和高级应用课程三个层级的课程框架，科普课程包括航天知识、航天文化、航天成就等，工程课程包括卫星、火箭、卫星测控、发射场与回收、载人航天等，应用课程包括卫星通信、卫星导航、卫星遥感、卫星科学实验、空间技术验证等。
沿着小卫星的路径回到课程教学，由于航天工业体系包含若干工程，将工业上的工程转化为学校的课程存在很大难度，学生的知识储备不足以支撑工程实践。基于此，学校又将每个工程拆分成包含不同主题的模块，如将“航天工程”细化为航空航天发展前沿、飞行器分类、航天器轨道、航天员、航天与空间环境、太空探索等八大主题。传统的学科专业实验室无法满足项目模块的实施，因为每个模块都是多学科融合。于是八一学校陆续建立了星、箭、站、器四个航天主题实验室，为学生提供场域和工具，让他们能够开展基于不同场景下的跨学科主题学习与实践，通过各种方式实现自己的设计意图。实验室的建设，一方面让学生将所学知识与应用知识解决实际工程问题之间建立起联系；另一方面知道了为什么要学，在生成适应AI时代的本领和素养的同时也建立起强大的学习动力系统。
2021年10月，八一学校成立航天少年科学院，以星、箭、站、器四个航天实验室为载体，引入航天专家资源，开展更具专业性的航天科普课程及实验研究。2022年3月，航天少年科学院12年一体化的航天课程启动。“航天工程”作为场景主线，使学生经历项目制的完整学习过程，在丰富的探究、实验、体验、创造活动中，建构起学科大概念，提升科研兴趣和实践技能，加深对科技创新和工程实践的理解。小学阶段重在航天科普与简易模型制作，初中阶段加强航天科学实践比重，高中阶段强调课题引领下的项目学习，开展包括卫星测控与天地联通、仿真卫星设计与应用、北斗卫星应用、月球探测器设计与探究等内容。
（三）以“超学科”为育人形态的科技教育
在对接国防工业体系的过程中，有很多工程方面的问题实际上已经超出了学科的范畴，对于学生而言具有挑战性，因此，以“超学科”思维建构国防科技特色课程集群成为当下及未来八一学校的核心工作。
“超学科”是通过整合不同学科的知识、方法和思想解决复杂的社会问题和学术挑战，其核心在于解决传统学科方式所不能解决的问题。“超学科”具有以下特点：一是超越学科界限，通过跨学科合作重组学科知识，产生新的知识和理解，实现知识全面整合和再创新，代表一种新的知识生产范式和实践方式。二是超越学科领域，不仅关注学科间联系，还涉及与学科外部的领域进行交叉、跨越和融合，促进专业内学者与专业外人士的跨界合作与交流，把不同的观点和方法结合起来，达到领域交叉互通的效果，获得更加深入的理解和面向实际问题的解决方案。三是超越学科课程，走向学科交叉融合，是一种更广域、更彻底的整合课程。“超学科”不只是学科内容的组合、黏合，而是思想和方法的整合、综合，以此探索新的问题、提供新的解决方案，推动学科发展。四是超越学科素养，“超学科”作为一种新兴的学科样态，鼓励学生跨越学科界限，探索各种知识领域，丰富知识储备，优化知识结构，学会从不同角度审视问题，拥有更广阔的思维，培养跨学科能力、探究意识和创新思维，提升综合素质。
超学科思维旨在推动以学科交叉为样态的课程建设，更重要的是推动教师开展以交叉创新为导向的教科研工作。随着新一轮科技革命和产业变革加速演进，越尖端、越前沿、越具有重大突破的新发明、新技术的出现，经常是在学科的边缘或交叉点上，是在不同学科彼此交叉和相互渗透的过程中形成的，可见，学科交叉融合是加速科技创新的源泉和重要驱动力，也是中国实现科技自立自强的重要途径。要实现重要科学问题和关键核心技术的革命性突破，学科之间的深度交叉融合势在必行。
正是看到国家和社会需要的人才类型已经发生深刻变化，八一学校精准施策，确立“超学科思维+学科主体+科技特色”统整国防科技课程建设路线，以超学科思维指明课程建设的方向和教师教科研的着力点，以国家课程教材内容为主体，在对接学科外部领域的基础上各学科合作开发国防科技特色课程，核心知识不仅包括光学类、机械类、电子类、控制类、计算机类和力学类等传统学科内容，还包括适航技术、空间技术、智能无人系统技术、航天仿生科学、数据科学、精密驱动等交叉学科内容，突出数、理、化、生学科在培养与提高学生科学素养方面的关键作用，重视“科学与人文”的同步发展，对国家课程教材内容进行学科内、学科间的主题整合。在这样的路线指导下，学校里更多的学科教师参与进来，学校外更多的科学家、工程师加入进来，真正实现特色课程群的集聚化开发，凸显跨界融合、交叉创新和数智赋能，促进学科高标建设与人才拔尖培养有机衔接，真正为新时代科技特色学校的发展创造新的增长级。
参考文献：
[1] 教育部 国家发展改革委 财政部关于实施新时代基础教育扩优提质行动计划的意见[EB/OL]. (2023-08-16) [2024-07-20]. http://www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/202308/t20230830_1076888.html.
[2] 中共北京市委教育工作领导小组关于印发《北京市关于深化育人方式改革推进普通高中多样化特色发展的意见》的通知[EB/OL]. (2020-02-25)[2024-11-19]. https://www.bwfx.com.cn/__local/F/F9/3B/5DE1E74E04893771C2FEB4091B3_07BFB6A2_67766.pdf.
[3] 王嘉毅. 开辟新时代中小学科学教育新赛道[J] . 中小学科学教育, 2024(1)：5-9
[4] 田薇臻, 崔允漷. 单元设计的三大模式：从学科到超学科[J] . 教育研究与实验, 2023(5)：62-72.
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