科学教育不仅承担着提高全民科学素质的任务，更肩负着为培养未来科学家全面奠基的责任。但就目前中国的科学教育体系而言，这两方面的工作都有待完善。无论是对科学教育的认识与定位，科学教育的体系、内容和方法，还是科学教育的现状与结果都不能令人满意。中国的科学教育需要进行全面而深入的改革。
为解决未来全民科学素养整体水平提升的问题，基础教育阶段的科学教育应该面向所有学生。学校可以通过丰富多彩的科学教育内容和形式，为学生提供从课内到课外、从校内到校外、从书本到实验、从学习到研究的广阔平台和资源，充分发现和培养有科学天赋和潜力的学生。同时，学校应该探索正确的科学人才培养方式，让学生在宽松的环境里，自由而健康地成长，全面培养其科学素养。
科学素养究竟是指什么呢?一些专家和机构，比如J·D·米勒、J·杜兰特、经济合作与发展组织(OECD)的国际学生评估项目(PISA)，以及我国制定的《全民科学素养行动计划纲要》，都对科学素养的维度进行了较为详细阐释和说明。综合来看，我认为培养学生的科学素养应该围绕科学知识、科学能力和科学态度这三个维度进行。科学知识，既包括自然科学知识，也包括社会科学知识；科学能力，应强调培养学生的识别科学原理、运用科学方法、开展科学探究、运用技术设计等能力；科学态度，应强调培养学生对科学拥有持续的兴趣和内在发展动力等。
然而，我国中学科学教育的现状令人十分担忧。大多数学校都是进行分科教学，比如分成物理、化学、生物、通用技术与信息技术等学科，然后鼓励单科的学科竞赛。这样的做法过分地强调了分科教学，以及书本知识的系统性、难度和深度，缺少了培养学生创造性的跨学科学习体验，比如STEM课程、PBL(项目式学习)等。中学是迈向大学的重要阶段，应该在培养学生理解学科核心概念的同时，积极为他们提供跨学科学习体验、科学研究和探究的机会，以及加深他们对科学大概念的认知。
在《科学教育的原则和大概念》一书中，作者温·哈伦提出了围绕核心概念进行探究式的科学教育，明确了科学教育的10项原则和14个科学大概念。《以大概念理念进行科学教育》一书，则再次强调围绕核心概念进行探究式科学教育，保持了科学教育的10项原则和14个科学大概念，并提出课程内容、教学法、评测应该是一个统一的整体。14个大概念归类的话，可以分为物理科学领域、生命科学领域、地球与空间科学领域、技术工程与社会科学领域以及哲学领域。中学科学教育阶段应该围绕这几大领域的核心概念展开教学。
在教学模式上，我们应该从传统教育模式转向更加现代的STEM跨学科教育模式。根据布鲁姆的教育目标分类来看，传统的教学模式强调记忆、理解，然后是应用、分析，最后才会涉及评价和创造。课堂80%的时间都用在了记忆和理解方面，课后的活动也仅仅能实现“分析”这一教学目标。然而在采用STEM教学模式的课堂中，则完全相反。STEM课堂100%的时间都在强调和培养学生的分析、评价与创造能力。
我国一些重点中学，例如清华附中在科学教育领域一直积极进行着有意义的探索。学校为学生提供了丰富的课程，包括活动类课程、拓展类课程和研究类课程。活动类课程面向全体学生，力求通过活动类科学课程激发学生的研究兴趣、培养学生的科学素养；拓展类课程面向有研究兴趣、好奇心的学生；研究类课程面向有研究兴趣且有研究潜力的学生，该类课程旨在通过项目设计研究等提高学生的研究能力。除了为学生提供丰富的课程外，学校还努力为学生搭建校内、校外和国外的学习与展示平台，并充分结合自身的硬件条件，为学生开创了一系列课程。此外，学校还致力于为学生搭建创新的社团平台。除了培养有科学研究能力的人才，同时把所有对科学技术感兴趣的学生都纳入科技教育的范畴，通过科技讲座、科技社团和科学考察活动来激发学生的科学兴趣，提高学生发现和解决科学问题的能力。
我认为，真正做好科学教育，必须做到：为学生提供内容丰富、有层次的课程和活动；全面评价、全科开考、引入GPA(Grade Point Average，平均成绩点数）；在科学评价的基础上，改变选拔升学方式；让所有时间成为学生有意义的学习时间。
