<p class="ql-block">是時候鍛造新的科學(xué)教育了！不能再“老生常談”“追古懷遠(yuǎn)”</p><p class="ql-block">錢旭紅（中國工程院院士、華東師范大學(xué)校長）</p><p class="ql-block"> 自近代科學(xué)誕生以來，科學(xué)教育就成為了教育的重要內(nèi)容。</p><p class="ql-block"> 從歷史來看，我國過去的科學(xué)教育，培養(yǎng)了大批具有一定科學(xué)知識和先進(jìn)技能的產(chǎn)業(yè)工人，推動我國迅速從一個傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)國轉(zhuǎn)向一個工業(yè)大國，也從側(cè)面培養(yǎng)了群眾的科學(xué)思維和科學(xué)精神，取得了積極的成效。但我國的科學(xué)教育，已經(jīng)越來越不能跟上時代發(fā)展的要求了，急需新的理念、師資和體系。仍只注重傳授知識，甚至是陳舊的知識。</p><p class="ql-block"> 我國科學(xué)教育的最大問題是，囿于知識傳授，遠(yuǎn)離最新前沿，甚至傳授的還是陳舊的科學(xué)知識。當(dāng)科學(xué)教育變成“老生常談”和“追古懷遠(yuǎn)”，而不是展現(xiàn)世界上正在進(jìn)行的激動人心的前沿科學(xué)競爭時，學(xué)生何來現(xiàn)實(shí)的臨場感和求知的興奮感？</p><p class="ql-block"> 比如，很多教師向?qū)W生傳授平面幾何，卻不知為何人人需要學(xué)習(xí)平面幾何。其實(shí)學(xué)生要學(xué)的是其中的形式邏輯，要培養(yǎng)的是形式邏輯思考能力。而到正式教授形式邏輯時，教師又忘記去關(guān)聯(lián)最新的量子邏輯。我們長期教授以笛卡爾、牛頓為代表的經(jīng)典科學(xué)和經(jīng)典思維方式，對量子科學(xué)日新月異的進(jìn)展介紹很少。其實(shí)這方面研究我國已處于全球前列，如果及時傳播，能讓學(xué)生有新鮮代入感，讓他們有初步的量子概念和量子思維模式。</p><p class="ql-block"> 又如，我們在化學(xué)方面大量教授基于瓶瓶罐罐實(shí)驗(yàn)裝置的“靜態(tài)化學(xué)”，而對“動態(tài)化學(xué)”涉及很少。“動態(tài)化學(xué)”包括最新的微流化學(xué)、芯片實(shí)驗(yàn)室等，其特點(diǎn)是安全綠色環(huán)保，極易與人工智能對接，正急速改變當(dāng)今的科研范式和產(chǎn)業(yè)形態(tài)。</p><p class="ql-block"> 不可否認(rèn)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展迭代，傳統(tǒng)的以知識為主要內(nèi)容的科學(xué)教育，已經(jīng)無法追趕技術(shù)更新的腳步。課堂上傳授的知識或許在學(xué)生畢業(yè)的那一刻就已經(jīng)被更新替代。</p><p class="ql-block">分科教育和標(biāo)準(zhǔn)化帶來的負(fù)面影響</p><p class="ql-block"> 我國科學(xué)教育的形式，主要呈現(xiàn)為分科教育和標(biāo)準(zhǔn)化兩大特點(diǎn)。</p><p class="ql-block"> 分科教育的優(yōu)勢是能最大化鞏固學(xué)科知識，其弊端則是人為地對學(xué)科進(jìn)行了劃分，不利于學(xué)生采取更關(guān)聯(lián)的視角來理解科學(xué)的整體意義，也局限了學(xué)生用多學(xué)科知識解決具體問題的可能性。</p><p class="ql-block"> 標(biāo)準(zhǔn)化以“課標(biāo)”和“知識點(diǎn)”為代表，所有的教學(xué)、考核內(nèi)容都圍繞知識點(diǎn)展開，然后根據(jù)知識點(diǎn)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)答案。這種模式有助于學(xué)生對知識的掌握，卻割裂了“知識”與“真實(shí)世界”的有機(jī)聯(lián)系，科學(xué)實(shí)踐被徹底忽視。</p><p class="ql-block"> 科學(xué)一直在推陳出新，常常帶來顛覆性變化，標(biāo)準(zhǔn)答案只是基本合格答案，如果沒有非標(biāo)準(zhǔn)答案，永遠(yuǎn)不會有卓越全面的答案。非標(biāo)準(zhǔn)答案是比標(biāo)準(zhǔn)答案更珍貴的答案，因?yàn)槠渚哂信行浴?chuàng)造性以及個體藝術(shù)性。就像所有非標(biāo)的零件設(shè)備都很昂貴，而標(biāo)準(zhǔn)的比較便宜，因?yàn)楹笳呖梢院唵未笠?guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p class="ql-block"> 人所認(rèn)為的真相，可能只是真實(shí)世界的“冰山一角”?？茖W(xué)是一個動態(tài)概念，是在不斷進(jìn)步的相對概念。所謂科學(xué)就是能夠證偽，能明確告知哪里是失效的邊界和有效的前提條件，否則就成為神學(xué)或者迷信。任何一個簡單問題都可能是復(fù)雜問題，任何一個復(fù)雜問題也可以“大道至簡”。</p><p class="ql-block"> 比如，大家熟知的熱脹冷縮是通常規(guī)律，源自經(jīng)典的熱運(yùn)動、布朗運(yùn)動。但這是有認(rèn)知局限的規(guī)律。水在低溫下，即在接近零攝氏度的一定溫度范圍內(nèi)是冷脹熱縮，之所以如此是因?yàn)橛辛孔有缘臍滏I的存在，有氫鍵的液體都應(yīng)該有類似的規(guī)律和現(xiàn)象。而如果在受限的空間達(dá)到微納尺度以下，在大多數(shù)溫度下，水的熱運(yùn)動、布朗運(yùn)動可能會消失，體積可能縮小，能量變化不再通過熱而變成遠(yuǎn)紅外光，從而充分體現(xiàn)量子性而呈現(xiàn)超流規(guī)律和現(xiàn)象。</p><p class="ql-block"> 分科教育和標(biāo)準(zhǔn)化，給當(dāng)前愈發(fā)重要的學(xué)科交叉和科學(xué)應(yīng)用帶來了嚴(yán)重的負(fù)面影響。我國的科學(xué)教育亟待重塑。</p><p class="ql-block">科學(xué)教育的真正核心：思維與精神</p><p class="ql-block">當(dāng)前科學(xué)教育的核心，是要培養(yǎng)學(xué)生以科學(xué)精神為靈魂、以科學(xué)思維為核心、以科學(xué)知識為基礎(chǔ)，通過科學(xué)方法自主地探究世界、創(chuàng)造知識、應(yīng)用實(shí)踐的能力。</p><p class="ql-block"> 科學(xué)精神的樹立，是科學(xué)教育的靈魂。對科學(xué)精神有許多不同的解釋。我認(rèn)為，在中國當(dāng)前的文化語境下，科學(xué)精神應(yīng)該包括三個方面，即以獨(dú)立判斷為代表的質(zhì)疑精神，以謙遜包容為代表的開放精神，以想象創(chuàng)造為代表的探索精神。</p><p class="ql-block"> 在培養(yǎng)訓(xùn)練科學(xué)精神方面要找到合適的切入點(diǎn)，比如，從地心說、日心說、黑洞說等故事或者觀察切入，從巫神、瘟疫、顯微鏡、病毒等故事或者實(shí)驗(yàn)切入，就是一些可取的方式。</p><p class="ql-block"> 科學(xué)思維的養(yǎng)成，是科學(xué)教育的核心?？茖W(xué)思維包括多個方面，我認(rèn)為主要有邏輯思維和形象思維，以及在此基礎(chǔ)上的批判性思維和創(chuàng)造性思維。前兩者是基礎(chǔ)，后兩者是在此之上的提升。這四者缺一不可——僅有邏輯沒有形象，就會缺乏創(chuàng)造；僅有形象沒有邏輯，則是空想。這都不是科學(xué)。當(dāng)然，科學(xué)思維還應(yīng)包括最前沿的量子邏輯等。</p><p class="ql-block"> 科學(xué)方法的掌握，是科學(xué)教育的關(guān)鍵。科學(xué)教育不能僅僅是理論上的教育，還應(yīng)該是科學(xué)實(shí)踐的教育，特別要鼓勵親自動手和觀察，將身邊的事物作為對象和材料?？茖W(xué)精神、科學(xué)思維、科學(xué)知識只有應(yīng)用于科學(xué)實(shí)踐才能體現(xiàn)出價值?？茖W(xué)實(shí)踐，包括但不限于科學(xué)實(shí)驗(yàn)、發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等形式。只有讓學(xué)生積極投身科學(xué)實(shí)踐，才算是完整的科學(xué)教育，如此才能進(jìn)入創(chuàng)造型社會、研究型社會。而這也是我們當(dāng)前的科學(xué)教育最為缺乏的部分。</p><p class="ql-block"> 在科學(xué)實(shí)踐教育方面，我們可以借鑒相對成熟的STEM/STEAM教育。STEM是Science（科學(xué)）、Technology（技術(shù)）、Engineering（工程）、Maths（數(shù)學(xué)）這四個單詞的縮寫。STEM教育起源于美國，它所著力培養(yǎng)的是由科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)組成的STEM素養(yǎng)，而所謂STEM素養(yǎng)并不是上述四種素養(yǎng)的簡單組合，而是學(xué)生在雜亂無章的學(xué)習(xí)情境中的問題解決能力。</p><p class="ql-block"> 新世紀(jì)的第二個十年，人們?nèi)找嬲J(rèn)識到科學(xué)技術(shù)與人文之間的緊密關(guān)系，因此又把Art置入其中。美國30年的STEAM發(fā)展呈現(xiàn)出兩大趨勢：一是從高等教育走向基礎(chǔ)教育；二是從分科走向融合?！?015年地平線報告：K12版》提出，“STEAM學(xué)習(xí)的崛起”將成為“未來一至兩年技術(shù)驅(qū)動K12教育的重要趨勢”。這些趨勢對我國科學(xué)教育發(fā)展有著極大的借鑒作用。</p><p class="ql-block"> 值得注意的是，科學(xué)教育不僅涉及自然科學(xué)，也應(yīng)包括工程科學(xué)，以及社會科學(xué)、人文科學(xué)，是實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要內(nèi)容和重要途徑。</p><p class="ql-block"> 一方面，從現(xiàn)代社會的發(fā)展來看，自然、社會、人文、工程已經(jīng)越來越緊密地結(jié)合在一起。比如,啟動一個工程項(xiàng)目要進(jìn)行環(huán)境評估，要征求群眾的意見。另一方面，社會人文對自然、工程的發(fā)展有著重要影響?？萍己退囆g(shù)人文發(fā)展的核心都是創(chuàng)造力，而創(chuàng)造來源于想象，人文藝術(shù)可以提供給人們無盡的想象。同時，科技也需要人文來制約平衡，否則就會變成脫韁的野馬，帶來嚴(yán)重的倫理問題。</p><p class="ql-block">科學(xué)教育師資培養(yǎng)：走新路</p><p class="ql-block"> 科學(xué)教育和人才培養(yǎng)是一個系統(tǒng)性的工程，需要我們研究人才成長的規(guī)律、科學(xué)教育的規(guī)律，研發(fā)優(yōu)質(zhì)的科學(xué)教育資源，培訓(xùn)科學(xué)教育的師資等。</p><p class="ql-block"> 具體到科學(xué)教育相關(guān)師資培養(yǎng)的方式，應(yīng)該注重兩個方面的教育，一是思維教育，一是創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育。</p><p class="ql-block"> 思維教育，有別于一般的通識教育，應(yīng)更加關(guān)注學(xué)生對科學(xué)、文化發(fā)展過程中形成的各種思維模式的掌握。華東師大開設(shè)了《人類思維和學(xué)科史論》系列課程，就是讓學(xué)生對各學(xué)科歷史發(fā)展中具有重要意義的思維突破和轉(zhuǎn)折有所了解，讓學(xué)生知道一個學(xué)科發(fā)展的思維脈絡(luò)，進(jìn)而提煉總結(jié)科學(xué)規(guī)律、方法，提升學(xué)生的思維能力。我們就是要面向全社會的創(chuàng)新、創(chuàng)造需求，為大學(xué)基礎(chǔ)階段和中小學(xué)基礎(chǔ)教育培養(yǎng)具有思維教育、通識教育能力的未來新師資。</p><p class="ql-block"> 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，其目的不是為了孩子創(chuàng)業(yè)或者真能做出什么創(chuàng)新，而在于激發(fā)孩子的探索精神，特別是探索與基礎(chǔ)科學(xué)相關(guān)的領(lǐng)域，并防止簡單地局限于傳統(tǒng)的科學(xué)分科，彌補(bǔ)單科、分科教育的不足，形成全科、跨學(xué)科的氛圍。重在發(fā)掘?qū)W生興趣和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐及動手能力。要防止與大學(xué)的分科教育簡單重復(fù)或者對應(yīng)，在啟發(fā)理論思考的同時，鍛煉動手能力。</p><p class="ql-block"> 要在現(xiàn)有的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的基礎(chǔ)上，形成綜合性、項(xiàng)目制的科學(xué)創(chuàng)新課程，將科學(xué)教育作為綜合性的、跨學(xué)科的、興趣和能力培養(yǎng)的項(xiàng)目制課程，以該理念培養(yǎng)具有企業(yè)家精神、科學(xué)家能力、教育家情懷的卓越師資，人數(shù)不在于多，而在于精。華東師大2018年開始高度重視創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，后來居上，不僅位居師范類大學(xué)第一，在全國各類高校中也名列前茅。</p><p class="ql-block"> 在此基礎(chǔ)上，可以將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育向基礎(chǔ)教育適度延伸。如華東師大二附中提出，該校所有的學(xué)生要參與小課題研究，這就是很好的基礎(chǔ)教育領(lǐng)域創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育內(nèi)容。</p>