青少年科技教育的三個(gè)基本判斷和三個(gè)方向性策略

摘? 要：科技是國家的核心競爭力，科技教育是基礎(chǔ)?，F(xiàn)代科技發(fā)展迅猛，科技教育需要與時(shí)俱進(jìn)。雖然我國在科技教育方面成績斐然，但是在這方面，青少年依然存在動(dòng)手能力不足、創(chuàng)新能力不強(qiáng)的問題。作者分析了我國青少年科技教育方面存在的問題以及世界上對科技教育的新認(rèn)識，提出了讓科技教育更多樣、科技教育可積累和科技教育更有趣這三個(gè)方向性策略。

關(guān)鍵詞：青少年;科技教育;創(chuàng)新素養(yǎng)

中圖分類號：G316 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-8502（2021）02-0010-05

作者簡介：倪閩景，全國政協(xié)委員，上海市教育委員會(huì)副主任，中學(xué)物理特級教師，研究方向?yàn)榭茖W(xué)教育、創(chuàng)新教育。

一、科技是國家的核心競爭力

新科技的飛速發(fā)展及其應(yīng)用正在極大地影響人類的發(fā)展進(jìn)程。比如引力波，自從2016年2月11日美國科學(xué)家首次宣布探測到引力波以來，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了多次引力波。前幾次都是雙黑洞合并產(chǎn)生引力波?，F(xiàn)在已經(jīng)可以發(fā)現(xiàn)兩個(gè)中子星合并發(fā)出的引力波，科學(xué)家探測到引力波的同時(shí)，也探測到了它的電磁波。這是項(xiàng)非常驚人的技術(shù)，在一百多年前還只是一個(gè)科學(xué)推斷。引力波未來究竟有什么用，仍未可知。

再如，以潘建偉為代表的科學(xué)家們研究的量子通信就被很多人關(guān)注。我們的思維、情感，可能都和量子糾纏有關(guān)。有人說人類和機(jī)器本質(zhì)上的不一樣，可能正是因?yàn)榱孔蛹m纏。我國在量子計(jì)算機(jī)和量子通信方面的研究已經(jīng)走在世界前列。再比如基因編輯和干細(xì)胞技術(shù)，上海市東方醫(yī)院干細(xì)胞基地已經(jīng)可以從人體中提取一滴血，制成干細(xì)胞。干細(xì)胞提取以后，可以大量復(fù)制。人體細(xì)胞有上皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞等各種細(xì)胞，復(fù)制好的干細(xì)胞，可以轉(zhuǎn)換為諸如神經(jīng)細(xì)胞等各種細(xì)胞，其應(yīng)用將十分驚人。

我們所處的這個(gè)時(shí)代，每個(gè)人都可以便捷地獲取知識，每個(gè)人也都可以創(chuàng)造自己的知識，只要你的知識有品質(zhì)、有特色，很快就會(huì)成為大家分享的焦點(diǎn)。埃隆·馬斯克從小在父親的引領(lǐng)下，對科技十分癡迷，也極富創(chuàng)造性。他在28歲的時(shí)候發(fā)明了“Paypal”，即一種在線支付工具，即時(shí)支付，即時(shí)到賬。后來他又與他人聯(lián)合創(chuàng)辦了特斯拉公司，這是一家制造高端電動(dòng)汽車的公司，引發(fā)了世界純電動(dòng)汽車技術(shù)的變革。2002年，他投資創(chuàng)建了太空探索技術(shù)公司，簡稱“SpaceX”，是實(shí)現(xiàn)載人升空的第一家民營企業(yè)。埃隆·馬斯克在互聯(lián)網(wǎng)、可持續(xù)能源和空間探索領(lǐng)域貢獻(xiàn)卓著。列舉這么多關(guān)于埃隆·馬斯克的成就，旨在說明技術(shù)可以讓一個(gè)人擁有極其強(qiáng)大的力量。

現(xiàn)在“00后”已經(jīng)進(jìn)入高校，這一代人有個(gè)很大的特點(diǎn)就是喜歡分享。眾所周知，分享需要條件，在物質(zhì)極大豐富的時(shí)代，才能實(shí)現(xiàn)分享。現(xiàn)在流行極簡主義、“斷舍離”等，就是因?yàn)槲镔|(zhì)極度豐富，才能做到。在物資匱乏的年代，是很難有現(xiàn)在這樣普遍的分享概念的。再如對于人們最重要的學(xué)習(xí)資源——書本，新的出版技術(shù)衍生出電子書，電子書已經(jīng)使閱讀成本趨于零。大量古籍如《紅樓夢》，或者國外某些作家的一些原版書，只要進(jìn)入公版，全部可以免費(fèi)下載閱讀。青少年讀者們看都來不及，不像筆者少時(shí)一本書要看幾十遍，因?yàn)橹挥羞@本書。發(fā)達(dá)地區(qū)的很多少年兒童，去的國家非常多，他們的生活經(jīng)歷和視野，已經(jīng)和筆者這一代完全不一樣。

習(xí)近平總書記在“十九大”報(bào)告里，提到最多的一個(gè)詞是“偉大”?，F(xiàn)在是中華民族偉大崛起復(fù)興的時(shí)代，偉大時(shí)代的偉大發(fā)展，要靠什么？根本是要靠科技，科技則要靠人、靠教育。中國共產(chǎn)黨第十九屆中央委員會(huì)第五次全體會(huì)議提出，“堅(jiān)持創(chuàng)新在我國現(xiàn)代化建設(shè)全局中的核心地位，把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐，面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，完善國家創(chuàng)新體系，加快建設(shè)科技強(qiáng)國。”我們的科技教育任重道遠(yuǎn)。

二、對我國科技教育的三個(gè)基本判斷

（一）我國的科技教育取得了很大成就，但問題依然突出

1998年12月，中國科普研究所“96中國公眾科學(xué)素養(yǎng)調(diào)查”課題組完成的最終分析數(shù)據(jù)表明，我國公民達(dá)到基本科學(xué)素質(zhì)水平的比例僅為0.2%，與歐共體國家（1989年達(dá)到4.4%）相差21倍，與美國（1990年達(dá)到6.9%）相差33.5倍。第九次中國公民科學(xué)素質(zhì)調(diào)查顯示，2015年我國公民具備科學(xué)素質(zhì)的比例達(dá)到了6.2%，較2010年的3.27%提高了近90%，進(jìn)一步縮小了與西方主要發(fā)達(dá)國家的差距。上海、北京和天津的公民科學(xué)素質(zhì)水平分別為18.71%、17.56%和12%，位居全國前三位，分別達(dá)到了美國和歐洲世紀(jì)之交的水平。但是我們的科技教育依然存在著以下幾個(gè)方面的問題：

一是部分傳統(tǒng)文化中科學(xué)意味不足。雖然我國宋代就有了避雷針的技術(shù)，但通常是從“辟邪”的角度來解釋的。魯迅先生在《電的利弊》一文中尖銳地指出：“外國用火藥制造子彈御敵，中國卻用它做爆竹敬神;外國用羅盤針航海，中國卻用它看風(fēng)水。”

二是學(xué)校經(jīng)常用非科學(xué)的方法來教授科學(xué)。有的科學(xué)教師只要能夠用語言把問題解釋清楚，就不會(huì)去動(dòng)手，寧愿多講幾道題目，也不愿意認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)，甚至認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)是浪費(fèi)時(shí)間。歸根結(jié)底，這是不理解科學(xué)教育的本質(zhì)所致。科學(xué)教育的本質(zhì)是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并自己尋找解決問題的方法。做實(shí)驗(yàn)看似很費(fèi)時(shí)間，但只有動(dòng)手實(shí)踐才能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，只有自主探究才能培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

三是教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)方法單一。翻閱一下我們的科學(xué)教科書，就會(huì)發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于科技發(fā)展。有人就把中學(xué)物理稱為“考古學(xué)”，這是因?yàn)榻炭茣膬?nèi)容已經(jīng)不能代表科學(xué)界的觀點(diǎn)，再加上教師的教學(xué)方法單調(diào)，因此學(xué)生很難愛上科學(xué)課程。

（二）創(chuàng)新的本質(zhì)是多樣化的大腦

從腦科學(xué)的角度看，學(xué)習(xí)的本質(zhì)就是人在大腦中建立新的連接。實(shí)際上，人的知識是通過后天學(xué)習(xí)而來的。如果個(gè)體的經(jīng)歷不同，學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法也不同，那么就會(huì)形成不一樣的大腦連接，而擁有不同知識連接的大腦是創(chuàng)新的源泉。創(chuàng)新并不是指知識多，而是把人的思維帶到一個(gè)從來沒有去過的地方。2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者田中耕一，他不是教授，也非碩博士，只是一個(gè)從日本東北大學(xué)電器工程專業(yè)畢業(yè)的本科生，但是他卻在化學(xué)領(lǐng)域開辟了新天地，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了生物大分子的質(zhì)譜分析法，一舉獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這件事再次告訴我們，創(chuàng)新是每個(gè)人的本能。大約200萬年前，人類把石頭加工為砍砸器，從那時(shí)起人類就一直不停地創(chuàng)新，才有了今天的偉大成就。今天我們熟知的偉大的科學(xué)家們，不是因?yàn)樗麄儌ゴ蠖鴦?chuàng)新，恰恰是因?yàn)樗麄儎?chuàng)新而偉大。關(guān)鍵的問題是：他們是如何通過與眾不同的思維方法取得偉大的創(chuàng)新成就的？

（三）科技創(chuàng)新素養(yǎng)培育有基本方法

創(chuàng)新素養(yǎng)培育確實(shí)沒有普適的方法，但卻有基本的方法。

方法一：要多閱讀科技方面的書籍，觀看科技方面的影視片。對于年齡較小的孩子而言，他們可以多看一些科學(xué)繪本，進(jìn)行科技知識的啟蒙。

方法二：要經(jīng)常參觀科技場館，參與科技活動(dòng)和比賽?？萍紕?chuàng)新素養(yǎng)具有“童子功”的特點(diǎn)，過了高中階段，我們就很難再去培育學(xué)生科技方面較高的能力了。在中小學(xué)階段，如果有過科技創(chuàng)新的經(jīng)歷，這對一個(gè)學(xué)生是否擁有科技創(chuàng)新素養(yǎng)至關(guān)重要。

方法三：建設(shè)家庭實(shí)驗(yàn)室，給孩子玩結(jié)構(gòu)性玩具。在歐美一些國家，有“車庫創(chuàng)新文化”的說法，因?yàn)楹芏鄤?chuàng)造發(fā)明最初來自車庫工場間。我們大多數(shù)家庭沒有車庫，但可以在家里布置一個(gè)創(chuàng)造發(fā)明角，打造一個(gè)家庭實(shí)驗(yàn)室，只要配備一些科學(xué)小設(shè)備，比如顯微鏡等探究工具，孩子們就可以自己開展科學(xué)探究了。家長往往因?yàn)楹⒆邮桥⒕徒o她買洋娃娃，實(shí)際上，女孩如果從小玩搭積木等結(jié)構(gòu)性玩具，對其形成科技素養(yǎng)很重要——玩什么樣的玩具，就會(huì)形成什么樣的思維。

方法四：建立實(shí)證和尊重科學(xué)的態(tài)度。證據(jù)是科學(xué)的核心，任何無法證明的東西，無論自認(rèn)為多么正確，都不是科學(xué)?？茖W(xué)的態(tài)度是指質(zhì)疑、求證和開放的態(tài)度。

方法五：提供豐富多樣的選擇，并積極保護(hù)孩子們的興趣。孩子們天生就是好奇的，在他們的生活里，我們要盡量為他們提供豐富多樣的選擇，逐漸培養(yǎng)孩子的科學(xué)興趣，并保護(hù)這種興趣。很多孩子喜歡拆家里的小物件，這就是探究的開始。珍妮·古道爾小時(shí)候曾經(jīng)躲在雞窩里一整天，想把雞蛋孵出小雞來。母親雖然焦急地找了一天，但并沒有責(zé)怪小珍妮，這讓珍妮·古道爾從此愛上了生命科學(xué)，成為研究黑猩猩的世界級專家。

方法六：培養(yǎng)持久的學(xué)習(xí)能力。偉大的創(chuàng)新都是持續(xù)學(xué)習(xí)、嘗試和探索的結(jié)果，在某一方面持久的學(xué)習(xí)是形成大腦多樣化的基礎(chǔ)，就是所謂的深度學(xué)習(xí)。

深度學(xué)習(xí)，首先應(yīng)該是一種收斂的學(xué)習(xí)。什么是收斂？如果有一條拋物線，一個(gè)球在拋物線的里邊，如果讓它偏離一點(diǎn)，這個(gè)球就會(huì)回到底部，這叫收斂;但是如果這個(gè)球在拋物線的頂部，它就回不來了，這叫發(fā)散。深度學(xué)習(xí)顯然是收斂的學(xué)習(xí)。美國心理學(xué)家路易斯·特曼從1921年開始開展了一項(xiàng)長達(dá)35年的天才追蹤研究，追蹤了1500多名智商超過135的天才兒童。然而，最終結(jié)果顯示這個(gè)“天才軍團(tuán)”幾乎全軍覆沒，沒有對社會(huì)做出什么創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)，30%的男孩和33%的女孩甚至沒能大學(xué)畢業(yè)。1971年，美國心理學(xué)家朱利安·斯坦利啟動(dòng)了一個(gè)超常兒童研究項(xiàng)目，在45年的時(shí)間里追蹤了美國5000名在某方面全國排名1%的超常兒童長大后的職業(yè)和成就。研究結(jié)果表明，參與研究的5000名兒童絕大部分最后成了一流的科學(xué)家、世界500強(qiáng)企業(yè)的首席執(zhí)行官、聯(lián)邦法官等，其中包括扎克伯格、謝爾蓋·布林等人。這兩項(xiàng)追蹤研究的區(qū)別是，斯坦利用的不是智商測試，而是學(xué)術(shù)能力評估測試（SAT）的數(shù)學(xué)分?jǐn)?shù)。一個(gè)人的成功到底和智商有什么關(guān)系？為什么數(shù)學(xué)能力強(qiáng)比智商高更能反映人的未來成就？研究表明，智商與學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)性遠(yuǎn)不如自我控制力和學(xué)習(xí)的關(guān)聯(lián)度強(qiáng)，也就是說，一個(gè)人的自我控制力越強(qiáng)，他就越容易形成深度學(xué)習(xí)，他將來獲得成功的可能性就越高。為什么數(shù)學(xué)能力比智商的預(yù)測力要好得多？智商高的人只是在最初學(xué)習(xí)的時(shí)候會(huì)學(xué)得更快一點(diǎn)，但是如果他沒有自我控制力，高智商在后面就顯示不出優(yōu)勢。然而，數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)除了對智商有要求以外，還要求孩子具備自我控制的能力。當(dāng)學(xué)生達(dá)到在外界看起來十分專注、刻苦和勤奮，且自身認(rèn)為十分自然的時(shí)候，學(xué)習(xí)就進(jìn)入了深度學(xué)習(xí)的階段。

三、科技教育的三個(gè)方向性策略

面對世界科技的快速發(fā)展和不一樣的青少年，我們的科技教育確實(shí)需要不一樣的策略。無論是課內(nèi)還是校外，我們的科技教育可從三個(gè)重要的方向去探索和實(shí)踐：

（一）讓科技教育多樣化

我們一定要積極導(dǎo)向，通過應(yīng)用高科技，讓每個(gè)人變得不一樣。在國際學(xué)生評估考試（PISA）中，上海學(xué)生的成績連續(xù)多次世界第一，我們跟國外的同行交流時(shí)，他們曾經(jīng)問過這樣一個(gè)問題：“到底是美國的教育好，還是中國的教育好？”我認(rèn)為從考試成績來看，上海的學(xué)生遙遙領(lǐng)先，美國的學(xué)生相對較差。但是，我們上海的孩子都一樣好，而美國孩子是不一樣的差，合在一起，從創(chuàng)新角度來看，美國的教育可能也有可取之處。創(chuàng)新不是一個(gè)人的事，創(chuàng)新不是智力高低，而是思維不同。多樣化的科技教育，其最大的益處是可以讓我們每個(gè)人體驗(yàn)不一樣的教育過程，形成不一樣的大腦。

（二）讓科技教育變得可積累

二十年前的學(xué)生做課題研究，主題涉及如研究垃圾處理等，現(xiàn)在的學(xué)生大部分的研究課題還是一樣的，辦法和思路與二十年前沒有什么兩樣。這樣看來，學(xué)生的學(xué)習(xí)就沒有進(jìn)步，究其原因是沒有積累，而科技教育可以做到這一點(diǎn)。上海市電教館主導(dǎo)研發(fā)了“研究型課程自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)（MOORS）”，比如研究廢舊電池的處理，學(xué)生登錄后可以發(fā)現(xiàn)有很多人都在研究這項(xiàng)內(nèi)容，于是就可以形成一個(gè)社群互相學(xué)習(xí)。前面的人做完的研究還可以留給后面的同學(xué)繼續(xù)研究，不需要每次研究都從零開始。實(shí)際上，數(shù)據(jù)技術(shù)能產(chǎn)生的最大好處就是把別人的學(xué)習(xí)成果變成自己學(xué)習(xí)的起點(diǎn)和基礎(chǔ)，把學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)聯(lián)系起來。

上海還有實(shí)驗(yàn)錄評系統(tǒng)，我們稱之為“實(shí)驗(yàn)室2.0時(shí)代”。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候可以全程攝像，學(xué)生有沒有做過實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)做到什么程度都可以跟蹤記錄。當(dāng)然，這項(xiàng)技術(shù)還可用于對學(xué)生科技素養(yǎng)和動(dòng)手能力進(jìn)行考評。

（三）讓科技教育變得更有趣

人工智能技術(shù)的發(fā)展越來越快、越來越有力量，并且更具有操作性，我們的生活也因此變得更有趣、更有意義，人類也更有創(chuàng)造性。

科學(xué)的核心是探究，技術(shù)的核心是設(shè)計(jì)。如果沒有科技發(fā)展的支持，科技教育就永遠(yuǎn)停留在低水平的探究和低水平的設(shè)計(jì)上。如果充分運(yùn)用高科技，特別是應(yīng)用人工智能技術(shù)，學(xué)生學(xué)到的知識技能就會(huì)達(dá)到更高階的水平。例如，如果沒有圖形計(jì)算器，在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生只能學(xué)到二次函數(shù)，但是如果應(yīng)用圖形計(jì)算器，學(xué)生就可以學(xué)無數(shù)階的函數(shù)。同樣，從設(shè)計(jì)的角度看，戴上VR眼鏡以后，應(yīng)用立體繪圖軟件，學(xué)生可以自由地立體作畫。顯然，這樣的設(shè)計(jì)沒有高科技支撐是不可能實(shí)現(xiàn)的。

世界圍棋高手柯潔曾經(jīng)說過，“阿爾法狗”戰(zhàn)勝了人類圍棋高手，讓我們反思，人類三千多年因經(jīng)驗(yàn)積累下的圍棋知識可能全都是錯(cuò)的。那么也許我們現(xiàn)在習(xí)以為常的學(xué)習(xí)方法，也可能是錯(cuò)的。從今天開始，我們的教育也許就要從經(jīng)典教育進(jìn)入超級教育的階段，筆者把這個(gè)超級教育定義成四句話：一是基于腦科學(xué)的全腦學(xué)習(xí);二是基于大數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)學(xué)習(xí);三是基于人格化的創(chuàng)新學(xué)習(xí);四是基于新技術(shù)的高階學(xué)習(xí)。

科技教育的新空間正在打開，讓我們解放思想，積極探索，把年輕一代培養(yǎng)成更有思想、更能探究、更能創(chuàng)造的未來世界的領(lǐng)導(dǎo)者和建設(shè)者。

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