科学教育是基础教育中不可或缺的重要组成部分，影响着一个国家科学技术的发展水平和国际竞争力。科学教育在美国的基础教育中占据着重要的地位，长期被视为美国在国际经济和军事上核心地位的重要保障。美国有大约1140万名儿童在农村地区长大，而城市地区的儿童约1460万，农村儿童占了较大的比例^[1]。由于农村学校地域偏僻，基础教育阶段科学教育的发展面临着诸多问题，因此美国对农村校外科学教育格外关注。

一、美国农村校外科学教育的发展动因

进入21世纪，美国学生对科学的学习兴趣逐渐下降，越来越少的学生在高等教育阶段选择STEM相关专业，这些问题使得美国越来越重视基础教育阶段科学教育的发展。美国农村地区学校正规科学教育存在以下三点问题：

（1）科学学科教师匮乏、教师专业发展受限

在美国，农村学校面临着科学学科教师匮乏和专业发展受限的问题。农村学校的科学学科常常因为缺少专业的科学教师而由其它学科教师兼任，一名科学教师往往同时教授多个学科。2002年美国政府颁布的《不让一个孩子掉队》法案对教师资格认证提出了较高的要求^[2]，这进一步加剧了教师匮乏的情况，虽然有些州允许科学教师在获得一般科学领域资格认证的情况下就可以任教，但另一些州则需要获得具体的学科资格认证（例如物理学、化学或者生物学）^[3]，不能获得认证的教师不得任教。这些措施进一步加剧了当地科学学科教师匮乏的问题。此外，农村学校科学教师的专业发展机会有限。美国国家教育统计中心（National Center for Education Statistics，NCES）通过对农村教师和城市教师的比较研究发现，城市教师参与教师专业发展培训的时间明显多于农村^[4]。农村学校在为教师提供专业发展机会方面面临巨大挑战，从而进一步降低了科学类教师就职于农村学校的意愿。

（2）农村社区地理位置偏僻、科学教育资源薄弱

地理位置偏僻是农村学校科学教育发展的主要障碍。尽管在奥巴马政府时期颁布的《改革蓝图—对<初等与中等教育法>的重新授权》法案提出，联邦政府要对农村薄弱地区的学生给予必要的教育补偿，但由于农村学校通常位于人口稀少的偏远地区，信息封闭，因此科学教育资源仍然较薄弱。首先，实验室仪器设备陈旧过时。由于每所学校的学生较少，资金有限，教学设备往往出现老化失修的问题，在一些偏远的农村中学，甚至没有实验室。其次，课程资源落后。在美国，大部分农村学校的科学教学活动仍主要依赖于传统的课堂讲授，获得其他相关资源的机会较少。最后，农村学生接触科技前沿的机会有限。学生们访问大学实验室的机会较少，也很少有机会参观科技馆、博物馆、文化馆等场所^[5]。

（3）农村经济发展落后、学生辍学率较高

在美国，农村地区的经济发展落后，贫困率较高。例如，佐治亚州的贫困率为19%，贫困儿童的比例则高达27%，在多尔蒂县，几乎1/3的居民处于贫困状态，贫困现象不仅普遍而且持久^[6]。自1980年以来，美国有超过300个郊县的贫困率高于20%^[7]。调查发现，贫困农村地区学生的辍学率较高^[8]。

原因主要有以下两点，一是贫困农村位置偏僻、生活条件艰苦、交通闭塞、出行困难，学生就学困难；二是在这些经济落后的地区，教育未能受到足够的重视，学生基础较差。大部分学生对自己的学习能力缺少信心，学习动机较弱，厌学情绪严重。同时，学生接触优质科学课程的机会较少，对科学学科的兴趣较低。

为缓解美国农村地区科学教育面临的问题，开展校外科学教育活动成为学校正规教育不足的重要举措。例如，农村学生在参与科学探究训练和科学实践等校外科学活动中，能够得到专业人员的指导，这在一定程度上弥补了农村学校科学专业教师不足的问题；远程教育项目则能够解决农村学校地理位置偏僻的问题，为偏远地区的农村学生输送优质的学习资源；暑期科学夏令营活动、青少年4-H俱乐部等校外科学活动为农村学生提供了前沿科学课程，有利于激发学生的学习兴趣。校外活动不仅坚持以学生为中心，为满足学生的兴趣和爱好设置项目，而且在活动设备、师资、经费上都优于校内活动，有利于将学生的兴趣升华为志趣。

二、美国农村校外科学教育活动

在过去的很长一段时间，美国农村学校的学生对科学的认识还只限于教材，科学教育质量较低。近年来，农村学校逐渐克服变革阻力，另辟蹊径，开展了多种校外科学教育活动，较好的弥补了校内科学教育的不足，并且成效显著。

美国农村地区开展的校外科学教育活动不受具体课标以及教材的限制，具有自主性、实践性、创造性的特点。活动的主题可以来源于农村青少年的日常生活，以当地乡土文化资源为素材，在真实情境中解决科学问题，这类选题不仅能够促进科学知识的迁移和应用，还可以培养其实际的问题解决能力。学生通过远程科学学习项目和暑期科学夏令营活动开拓了科学视野，接触了更深层次的科学课程，并能够获得专业人员的指导。

本文选择美国农村校外科学教育中比较典型且效果较好的六个活动案例进行探索与分析，以期为我国农村校外科学教育的发展提供有益的借鉴。

1. 远程科学学习项目

为了让处于偏僻地区的农村学生能够获得优质的科学教育资源，美国为农村学校提供了远程科学学习项目。远程科学学习项目主要利用网络技术将优质的科学教育资源与偏远农村连接起来。早在2006年，美国农业部农村发展中心（USDA Rural Development）就曾为38个州的农村地区提供了46个远程学习项目（distance learning projects）服务^[9]。调查发现，这些远程学习项目具有良好的教育效果^[10]。

本科课程预备项目（Gaining Early Awareness and Readiness for Undergraduate Programs，GEAR UP)是由美国联邦政府于2009年出资设立的，这项资助旨在为农村困难家庭的学生提供大学预备课程。联邦政府为受到GEAR UP项目资助的各州贫困农村中学生提供从2009年到2015年共六年的资金资助。从七年级开始直至高中毕业，学生都可以提出申请，通过考核并且成绩优异的学生能够成为GEAR UP受助者。在每周的固定时间，专家会在网络上进行相关科技项目的介绍与讲解，受资助的学生还可以和专家进行交流。除此之外，该项目还提供大学预备科学课程和相关报考咨询服务。相关咨询服务主要以网络研讨会的形式进行，会议的主题包括如何选择合适的大学和感兴趣的专业，如何申请大学等等，帮助学生了解高等教育并且报考合适的大学。

这种基于互联网的远程教育方式可以极大地激发农村学生对科技的兴趣和学习热情。2014年，两名GEAR UP受助学生将科学技术与他们对时尚行业的兴趣结合起来，共同为当地社区的科学博览会项目开发了一个叫做“时尚SOS”的APP，这款软件在博览会上受到了广泛的关注和好评。

作为校外科学教育活动的一种，远程科学学习项目以信息化教学手段为载体，展现了现代远程教育的先进性特征，彰显了现代远程教育所蕴含的学习理念。其一，这种校外活动方式使得师生角色发生了转变，学生成为了学习的主体；其二，学习环境发生了变化，在没有学习地点限制的情况下，学生可以根据自己的兴趣和认知需求进行自主学习。可以说，美国农村地区开展的远程科学学习项目满足了青少年自主学习科学的需求。

2. 青少年4-H俱乐部

4-H活动于20世纪初发源于美国俄亥俄州克拉克县，经过100余年的发展，逐渐成为遍及全美各个地区和学校的青少年课外教育项目，形成了一套完备的教育体系，为青少年素质和技能的发展起到了积极而卓有成效的作用^[11]。

4-H组织—男孩女孩俱乐部（4-H and Boys & Girls Clubs）是一个校外教育组织形式，4-H是4个英文单词（head, heart, hands and health）的首字母，代表人的4个部位的发展，分别是脑、心、手、身。早期4-H俱乐部开展的活动主要与农业生产技能有关，如农作物生产、畜牧养殖、食品加工等。目前，它已经从农业相关项目扩展到了现代科技类项目，如汽车保养、计算机应用、无人机等。4-H俱乐部重点依托环境科学、植物学、动物学领域培养青少年的科学素养。美国国家4-H理事会（National 4-H Council）是负责4-H俱乐部组织管理的专门机构，它通过招募和培训志愿者来组织活动，4-H俱乐部把5-19岁的青少年作为目标会员，鼓励所有农村青少年参加俱乐部^[12]。

青少年4-H俱乐部摆脱了学校教育形式单一、学习环境封闭的限制，通过科学试验培养了青少年在开放、多样、真实的情境中运用所学的科学知识与技能解决实际科学问题的能力，并有利于激发学生未来从事科学职业的兴趣。

3. 科学探究训练项目

为了培养农村青少年的科学探究能力，美国国家农村教育研究中心（The National Center for Research on Rural Education, R²Ed）开展了科学探究训练项目。R²Ed主要通过师资水平调查研究(The Teachers Speak Survey Study)、阅读者计划（Project READERS）、科学探究训练（Coaching Science Inquiry）三个项目开展农村教育研究，并从2009年到2014年连续五年获得了美国教育部教育科学研究所（Department of Education's Institute of Education Sciences）的资助^[13]。科学探究训练项目旨在帮助农村学校的学生学习科学方法，进而培养其科学探究能力。

科学探究训练项目的设计与美国《下一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards, NGSS)中科学与工程实践维度的八个步骤相一致，分别是：（1）提出并定义问题；（2）开发和使用模型；（3）计划和实施调查；（4）分析和解释数据；（5）运用数据和计算式思维；（6）提出解释并设计解决方案；（7）参与基于事实的讨论；（8）评估与交流信息。活动主要由R²Ed的科学探究训练项目研究人员设计，并先行对农村学校的科学教师进行相关培训。培训的内容包含探究活动的设计和活动器材的选择等。此外，还有针对学生的培训，主要包括暑期的短期课程培训和后期的远程跟踪指导。每一轮的科学探究训练活动结束后，科学探究训练项目研究人员会对训练的效果进行评估，结果发现经过培训的学生在参与科学问题讨论、利用证据解决问题、评估和交流等能力方面得到了显著提升^[14]。

青少年通过参与科学探究训练项目，能够学习到如何像科学家一样在真实复杂的情境中观察实验现象、收集实验数据、分析实验结果、得出研究结论，从而加强各方面能力的综合发展。

4. 暑期科学夏令营活动

为了开拓农村青少年的科学视野，认识和了解前沿科学发展，康奈尔大学（Cornell University）和纽约州立大学奥尼昂塔学院（SUNY Oneonta）联合举行每年一次的农村中学生暑期科学夏令营活动。为期两天的康奈尔大学暑期科学采样项目（Cornell Summer Science Sampler program）就是其中的一个，它旨在帮助中学生了解声音的相关科学内容，辅以参观实验室和参与其他小游戏活动^[15]。

参与暑期夏令营活动的学生被分成两组，每组由一个老师带队，以合作的形式开展基于项目的学习活动，内容主要从基础工程（Engineering is Elementary, EiE）课程中选择。EiE课程是由波士顿科学博物馆秉承工程技术和基础科学相结合的理念开发的。学生们从中选择出与声音有关的主题，并运用科学和数学知识，制造或改进相关设备。在项目展示环节，学生们将他们的成果展示在教室里，学生的家长、朋友、教师以及实验室的科学家们也被邀请来参观，每个项目小组的成员代表通过PPT的形式向参观者介绍他们的设计思路。在此期间，学生们还能够参观O旋转实验室（the Lab of O. rotating）、威尔逊实验室（Wilson Synchrotron Laboratory）、康奈尔大学放射物理和空间科学中心（the Cornell Center for Radiophysics and Space Science）、粒子加速设施，并观看“火星探测漫游者”从发射到着陆的动画视频。项目结束后，每个参与项目的学生都会得到康奈尔大学暑期科学项目的证书^[16]。

暑期科学夏令营活动为农村学生提供了认识与了解高等教育的机会，有利于激发他们进入高等学府继续深造的愿望。

5. 结合乡土知识的STEM活动

该活动的目的是基于农村青少年的日常生活，将多学科的核心知识进行综合拓展，从而培养农村青少年解决现实问题的能力。结合乡土知识的STEM活动最初发源于基于本土的教育理念。基于本土的教育（Place-based education, PBE）是指以本土环境为出发点来教授知识，着重构建基于当地历史的、文化的、经济的知识体系，强调动手实践和与真实世界结合的学习经验^[17]。Olsson和Folke认为，当地生态知识是由科学的知识、个体对自然的通识性知识、当地的特定风俗背景知识混合构成的。^[18]Avery和Kassam在基于本土的教育的基础上提出了结合乡土知识（local rural knowledge, LRK)的STEM活动。^[19]

该活动倡导教育者关注农村背景，认为农村环境能够为开展STEM活动提供独特的资源。农村学生应该在生活中寻找与科学有关的事物，例如，农村学生在使用撒肥机帮助家里干农活的时候，通过撒肥机中的齿轮和杠杆，能够更好地理解简单的机械知识。在纽约北部的农村，科学教师帮助儿童在生活中收集科学、技术与工程的知识，收集的场所包括家里、社区活动场所和其他自然环境中。收集的方法主要有两种，一是倾听学生们讲故事，将学生的生活经验与科学知识联系起来；二是调查当地社区的科学资源。由此可以看出，结合乡土知识的STEM活动需要教师、学生、当地社区三个主体共同完成。教师将当地乡土知识与国家科学课程标准以及州科学课程标准联系起来，利用当地环境设计STEM（科学、技术、工程、数学）活动，主题种类多且趣味性强，极大地激发了学生学习科学的兴趣，创造了有意义的科学教育。^[20]

结合乡土知识的STEM活动以乡土特色文化为基础，让学生参与决策和解决现实问题的过程，加强了学生与本土文化的联系。

6. 基于社区的科学实践活动

为了帮助11-14岁的农村青少年利用课外时间学习科学，鼓励学习者开发和利用其所在社区丰富的传统生态学知识，美国国家科学基金会批准资助了“支持和促进农村青少年学习科学”（Supporting and Promoting Indigenous and Rural Adolesen-ts’ Learning of Science，SPIRALS）项目^[5]。SPIRALS项目依托一个高度情境化、基于探究的学习模型来吸引农村青少年参与科学实践活动，并将他们的研究成果分享给其它社区。基于本社区的特点，该项目将学习主题缩小为多个小规模实践活动，例如：纸张与塑料的回收再利用、垃圾堆肥等。活动主题的选择主要依据是否有利于资源与环境可持续发展的标准。

通常情况下，农村居民所在社区的传统生态学知识（Traditional Ecological Knowledge，TEK）与课堂教学中所呈现的科学知识有所区别。传统生态学知识是指帮助人类延续生活的知识，例如茶叶种植与加工、枫糖与面包制作等知识经验。这些知识主要通过书面记载、口述、民谣等媒介一代一代传承下去。SPIRALS活动的设计旨在加强美国《下一代科学教育标准》、州科学课程标准以及学生所在社区的传统生态学知识之间的联系。依托学生所在社区，该项目一方面向学生展示科学是如何存在于他们的日常生活中的，另一方面帮助学生了解传统的生态学知识是如何演变成科学知识的。

学员互动在线网站（Custom interactive online site，eSPIRALS)是SPIRALS项目为学生提供的在线交流平台，学生和他们的指导老师可以在eSPIRALS平台上分享习成果和经验。SPIRALS的活动时间较为灵活，包括课后活动（afterschool programs）、课间活动(school break intiatives)、课堂体验(school immersion experiences)、暑期活动计划(summer enrichment programs)等。参与SPIRALS项目的老师可以注册账号进入eSPIRALS平台的课程页面，并根据学生的年龄、兴趣和学习能力调整和修订活动内容。SPIRALS项目还会定期为参与该项目的注册教师提供现场培训、网络课程培训、网络研讨会，从而帮助教师顺利完成SPIRALS课程活动的设计^[21]。

SPIRALS项目是一种基于社区的科学实践活动。不同于学校教育的整齐划一，SPIRALS项目将科学实践活动和网络在线交流相结合，自由性更强，能够为学生的自主发展提供良好的环境。

三、美国农村青少年校外科学教育活动的启示

与学校正规科学教育相比，校外科学教育对于培养农村青少年的科学兴趣、问题解决能力、科技创新意识以及自主意识等都有着一定的优势。目前我国农村校外科学教育还没有得到足够地重视，存在着运行经费不足、缺少专门管理机构等问题，严重制约了活动的正常开展和校外科学教育的长足发展。

从农村科学教育现状来看，我国同美国一样，也存在着农村科学教师匮乏、唯教材本位、讲授法主导等问题。但是美国通过大力发展校外科学教育，在一定程度上弥补了校内科学教育的不足，因此，美国在农村校外科学教育活动方面的经验值得我国借鉴。

1. 构建大学-政府-社会-中小学多元主体协同培养的教育模式

美国发展农村校外科学教育，整合了大学、政府、社会和中小学校等多元力量，形成了多主体协同培养的教育模式。大学能够及时把握科技前沿与发展动态，为农村中小学校发展校外科学教育提供理念引领与技术支持。一方面，农村中小学生可以在课余时间走进高校，参观科学实验室、聆听科学前沿讲座，这些活动不仅有利于开拓学生的科学视野，还能够培养其未来从事科学事业的兴趣；另一方面，大学可以为农村中小学的师资培训提供科学指导。政府是国家的领导者，各级政府能够为农村地区发展校外科学教育提供政策支持、行政资源和资金保障。社会力量也是发展农村校外科学教育不可缺少的重要组成部分，美国大部分农村校外科学教育活动的资金不仅依靠政府，还依赖于私人基金的捐赠。同时，美国农村校外教育的组织主体不仅包括科学教师，还包括从社会上招募的志愿者，如家长、大学生、高校教师、政府职员等等。

当前，我国农村大部分地区的校外科学教育仍主要依靠中小学科学教师，这种模式具有极大的局限性，应将大学、政府、社会、中小学等多元主体相结合，多种培养模式相结合，拓展大学的办学空间，突出政府的服务职能，发挥志愿者的社会效应，走出孤立单一的教育模式，构建开放融合与互动发展的教育新模式^[22]。

2. 远程教育应适应农村学校的教学需求

美国的远程教育能够为农村学生提供优质的校外教育资源，有利于促进城乡基础教育的均衡发展。基于互联网的远程教育弥补了距离给面授带来的不便，创新了教育组织模式和教学模式，为农村偏远地区发展科学教育带来了重要的改变，构建了网络时代的新型教育体系，也为学生和授课教师的交流搭建了平台。也就是说，远程教育的数字化学习资源可以覆盖更广的范围，为美国偏远农村的学生提供了学习和交流科学的机会。此外，远程教育课程的内容以乡土文化为背景，符合农村学生的认知需求。

美国远程教育显现出的特点和优势，对提升我国农村科学教育质量具有重要的借鉴意义。当前我国的远程教育存在一些问题，一方面，远程教育的相关服务不够完善，农村学生缺少与授课教师交流的机会与平台；另一方面，针对中小学生开发的远程教育资源具有较重的城市化痕迹，其目标主体仍然以城市学生为主，难以满足农村学生的认知需求。基于美国的经验，我国应该进一步开发远程教育的交流功能，改变过去单一讲授型的教育方式，并鼓励企业开发符合农村中小学生认知需求的远程科学教育资源。

3. 依托外部资源开展科技活动

在美国，暑期科技夏令营的活动形式多样，更有针对农村学生举办的科技夏令营活动。依托外部资源，学生可以走进高校，亲自体验科学研究和科研人员的生活，这类活动极大地激发了农村学生接受高等教育的兴趣和愿望。同类活动在我国城市的一些学校已经开始逐渐萌发，但是在农村学校中仍然十分稀少，不利于扩展和培养农村青少年的科学视野和从事科学事业的热情。

在我国农村地区开展科技活动，不能只依靠学校内部的资源，还应依托外部资源。因地制宜、因时制宜，拓展校外科技活动空间，充分开发和利用校外的各种科学教育资源，包括区域资源、高校资源、家庭资源等。

4. 挖掘基于乡土文化的科学学习素材

和美国城市青少年相比，美国农村青少年参观科技馆、博物馆和文化馆等青少年活动中心的机会虽然少，但却可以接触到最天然的科学素材。农村地区自然地理特征的多样性蕴含着天然的学习素材，从花、草、树中体现的生态学，到鱼、鸟、虫中体现的动物学，再到摩擦、平衡、简单机械中体现的物理学，农村地区为生活在其中的青少年们提供了独特而直观的科学学习素材。美国的校外科学教育活动非常关注农村背景所提供的学习素材，将乡土文化融入科学教育，充分利用当地的乡土资源设计STEM活动，帮助农村学生利用课外时间学习基于乡土文化背景的科学与工程知识。

当前我国的农村教育鲜少与当地环境和文化产生联系。农村教育的城市化倾向使得农村基础教育失去了乡土文化的特色，农村教育与城市教育的过度同质化并不一定有利于实现农村地区基础科学教育的目标。

青少年是国家的未来和民族的希望。农村青少年的成长关系到未来中国新农村的建设和发展。提升农村学生的科学素养，仅仅依靠农村学校薄弱的正规科学教育显然难以完成。因此，我国可以借鉴美国的做法，构建大学-政府-社会-中小学多元主体协同培养的教育模式，注重远程教育，依托外部资源，结合乡土文化中的科学素材，充分发挥校外科学教育在提升农村科学教育质量上的独特优势。