中小学科学教育可以有效促进创新人才培养，但从培养高质量的创新人才要求来看，我国的科学教育还存在一些亟待改进和发展的内容，比如我国中小学科学教育受应试的影响仍非常严重，导致教师的教学和学生的学习方式偏离了创新人才的成长轨迹。中小学科学教师在创新教育素养方面还存在不足，不利于发挥科学教师的榜样作用和教育功能。科学教育运行机制不完善，难以聚集创新人才培养合力。

教育评价是科学教育的指挥棒，决定了科学教学方式。我国当前的中小学科学教育受到应试化影响明显，在教学方式上偏离了科学教育的应有方式，影响了创新人才的培养。为了追求考试中取得高分，很多科学教师采取短平快的讲授法、习题练习法，试图以大量的重复练习获得高分。科学教育应有的实验探究被忽视，有研究报告显示，小学和初中的科学教师在教学中很少开展科学探究教学，基本不上实验课。这是因为很多教师认为开展探究性教学和实验教学不但浪费了教学时间，还会导致学生得到的结论与标准答案不一致，反而影响做题效率和考试成绩。

钟秉林先生曾指出，在中小学教育中如果将高考成绩作为考试评价的唯一依据，就会加剧应试倾向，妨碍创新人才的培养。调研结果显示，我国中学生的科学兴趣不但没有随着年龄的增大而升高，反而明显低于小学生，出现了随着年龄增大而倒退的现象。2021年OECD对十个国家的十个城市（中国被研究的城市为苏州）的10岁和15岁儿童的创造力与学习兴趣做出了评估，评估结果显示中国学生的学习兴趣在10岁到15岁期间呈现显著的下降趋势。科学兴趣和好奇心等是反映创新特质的重要指标，接受科学教育更多的中学生不但没有发展，反而出现下降趋势，其中重要的原因在于中学阶段的应试化教育更加明显，中考、高考成为学校教育的重要导向，习题练习成为学生学习的主要方式，严重偏离了科学教育的初衷，影响了创新人才培养。

科学教师是学生掌握科学知识、科学思想的启蒙者，科学教师在培育创新型人才方面起了举足轻重的作用。研究表明中小学阶段的科学教师对包括诺贝尔奖得主在内的科学家产生了重要影响，通过专门的创新教育素养培养的教师，能够有效地识别具有创新特质的学生，并采取适宜创新人才发展的教学策略，支持创新人才成长。为了更有效地培养创新人才，应该以创新教育素养为核心，进一步发展科学教师专业能力，既要保证科学教师具有良好的科学学科知识和能力，还应该发展科学教师的跨学科能力和创新教育素养。

而从我国科学教师队伍的现实情况来看，中小学科学教师队伍还存在着绝对数量不够、专业能力不足、地区分配不均、跨学科素养和创新教育素养培养体系不完善等亟待解决的问题。而这些问题中，直接影响到创新人才培养实效的跨学科能力和创新教育素养显得尤为突出。在跨学科能力方面，当前中小学科学教师多为来自物理、化学、生物等学科的专任教师，学科背景较单一，影响了教师的跨学科能力发展。在创新教育素养方面，目前各大师范院校的学科设置和课程体系中，指向创新人才培育素养的教师教育教材或教学内容非常缺乏，也就是说，我国科学教师基本没有接受创新教育的培养。即使是承担创新人才培养的教师，他们的培养过程仍以接受常规培训为主。缺少创新教育素养的教师，不但不能有效发展榜样示范作用，也难以识别具有创新潜力的学生并进行针对性的培养，难以影响和引领创新人才的发展。

科学教育的质量对创新人才培养质量具有直接影响，事关科教兴国战略是否能够顺利实现。要发挥科学教育促进创新人才培养效果，应该建立良好的运行机制。这些运行机制包括科学教育工作机制、保障机制、投入机制、评价机制、激励机制、协同机制以及校内校外资源的整合机制、高等学校和科研院所支持中小学科学教育的机制。而从目前的情况看，我国科学教育运行机制还不够完善，在诸多方面需要发展和创新。

比如我国科学教育的校内外资源整合机制亟待完善。要有效落实中小学科学教育，实现创新人才的培养，应该从科教融合的视角出发，整合不同主体、不同领域的科学教育资源，为学生拓宽科学视野、参与科学探究实践提供条件。反观现实，学校和社会普遍对整合校内外科学教育资源的意识不强、效果不佳，不能有效发挥科学教育资源合作共享、协同育人的合力。首先是科学家作为科学教育的重要专家资源，较少深度参与科学教育。科学家在科学教育专家委员会中占比较高，但很少有科学家长期深入中小学科学教育一线，从而限制科学家长期性和制度性地参与科学教育研究和实践。二是科研机构与中小学协作不够，科研机构与学校科学教育的联动、合作和发展的制度不够健全。大中小学校合作、校馆合作、企校合作的实践形式较单一、内容较匮乏，多以实地参观和浅层次体验为主。

根据以上分析可知，我国中小学科学教育在促进创新人才培养方面仍存在诸多不足。为了培养创新人才，应该积极探索有效路径，发挥科学教育培养创新人才的优势。

优化科学课程体系是发展科学教育的首要任务，在科学课程体系建设中，应该以创新人才的培养要求为基本出发点，从科学课程内容建设和实施过程等方面进行体系性重构。

首先在科学课程内容建设方面，根据学生发展的需要，建构多元化、可供选择的科学课程。美国在培养创新人才方面的成功经验在于课程体系建设，美国的课程体系具有“宽广纵深”的特点，这些课程包含不同学科、不同难度水平的课程，基础教育与高等院校衔接的先修课程。学生可以根据自己的兴趣和能力，选择针对性的课程进行学习。我们应该根据创新人才的发展需要，构建多元化的科学课程。同时还要积极探索中小学科学课程与高等教育科学课程之间的衔接，要通过先修课程等方式，实现大中小学科学课程体系的一体化建设。在具体的科学课程设计中，要根据创新人才的培养要求选择课程内容。科学课程的内容选择，应该以突出科学本质，适合学生学习兴趣，具备探究实践价值等为基本原则。为了突出科学本质，在进行科学课程内容选择时，除了要呈现重要的科学知识，还应该引入科学史知识，让学生在对科学发展过程的学习中形成创新性的知识观念。对科学课程内容的选择还要突出学生兴趣，可以将与学生生活关系密切、反映科技前沿发展的内容作为科学教育素材。

其次是要进行科学课程实施方式的变革。在课程实施过程中，要改变单一的传授式教学，要避免仅仅依赖于习题训练的科学学习，而是要结合学习内容需要，构建合适的学习情境，让学生在科学问题的解决中发展创新思维和创新能力。创新来自于实践，实践中的问题为创新提供源泉。在科学教育中要注重基于实际情景下的问题处理能力。从已知的科学创新分析发现，很多重大的科学创新是在实践问题的解决中实现的。在科学教育中，应该加强实验教学，使学生体验科学原理，感受创新过程；要针对实践问题开展探究，发展学生的问题意识和创新性地解决问题的能力。

要实现创新人才培养目标，必须遵循“强教必先强师”的基本路径，发展具有创新人才培养素养的科学教师队伍。培养高质量的科学教师需要与之匹配的教师教育体系，要从我国的国情出发，发展指向创新人才培育素养的科学教师教育体系，实现科学教师创新教育素养持续性发展。

首先要重视科学教师的职前培养，要通过课程设置和实践体验等方式，培养具有创新教育素养的高质量科学教师。一是在职前科学教师教育课程设置开设专门的创新教育课程，让未来科学教师理解和掌握创新的心理机制、学生创新能力的发展机制、创新教育的原理和方法等内容。二是在职前科学教师培养中开展科学研究实践，要保证未来科学教师参与科技前沿问题的研究，理解科技发展状况，亲身经历科技创新过程。三是重构科学教师的学科教育课程。要从中小学科学教育的实际需要出发，专门开发针对科学教师的学科课程。针对科学教师的学科课程应该区别于学术研究课程，不能一味追求学科知识的高大全，而应该注重学科知识的深度理解，有效纳入科学史知识。

创新的出现不但需要具有创新能力的个体，更需要促进创新的生态环境。正如米哈里·希斯赞特米哈伊所说，“创造力不是发生在某个人头脑中的思想活动，而是发生在人们的思想与社会文化背景的互动中，它是一种系统性的现象，而非个人现象”。从世界科学中心发展历程来看，文艺复兴之后的科学中心从意大利开始，依次向英国、法国、德国转移，最后到美国。这些科学中心不但具有科学仪器、配套的学术机构、学术机会、资金支持，更是形成了科学创新的生态，从而有大量的科学创新成果不断涌现。科学教育要发挥创新人才培养目标，应该从系统性出发，建构良好的科学教育生态，在多方协同的环境中促进创新人才的培养。

从科学教育的特点来看，科学教育生态包含家庭、学校和社会三个层面的主体，应该完善大中小学及家校社协同育人机制，统筹社区、高校、科研机构、高新技术公司、公益场所等与中小学校协作，打通场馆、基地、产业、平台之间的壁垒，构建整体协同的科学教育生态。

首先，应该加强学校科学教育生态建设，作为特殊环境的学校，其教育活动对学生的发展起主导作用。在学校科学教育生态建设中，不但要从硬件条件上加强科学教育设施设备建设，如科学实验室、科学学习空间等，还要建构宽松的环境氛围，让学生愿意接纳科学，享受科学，喜欢上科学，积极开展科学创新活动。

除了学校以外，家庭也是影响学生学习效果的重要场地，研究表明亲子之间关于科学的对话可以有效促进儿童科学学习，具有较高科学素养的家庭对孩子的科学学习和科学职业意愿都有非常显著的促进作用。为了提升科学教育效果，应该注重家庭科学教育生态建设，举办家长学校，发展适合家庭科学教育需要的资源。

除此之外，科学教育更需要社会的广泛参与，社会是科学教育生态的重要组成部分。第一是要充分发挥博物馆、科学馆等场域的科学教育优势，应该结合科学教育发展创新人才的需要，开发和利用科技场馆的科学教育资源，实现与学校和家庭教育的联动。第二是发挥媒体、影视作品的作用，具有科学教育功能的影视节目不但可以普及科学知识，成为科学教育素材，还能够营造整体性的社会环境，对科学教育具有非常积极的作用。第三是加强科学产业中科学教育资源开发与利用。科教融合成为促进高等学校和中小学创新人才培养的重要方式，在科学教育中，要注重将科学教育和产业发展结合起来，结合生产实际开发科学教育课程，让学生能够体验科学技术发展的前沿研究，参与到科学实践中，从而培养他们的科学学习兴趣，发展创新思维和能力。