重視科學精神在高校實驗改革中的作用

陳 燁， 袁小平

(中國礦業大學 信息與控制學院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

20世紀初，美國教育學家杜威(johndewey)和桑代克(Edward L.Thorndike)圍繞教育研究范式形成了不同的學術立場，根據他們的價值取向、基本觀點及其教育研究方法，將其分為以杜威為代表的實驗主義取向和以桑代克、賈德為代表的科學主義取向。在20世紀美國教育制度化初期，針對教育研究的路徑和方法兩種主義進行了長期的爭論，實驗主義傾向于合作式的教育取向，科學主義傾向于將教育科學視為客觀知識，而這些知識是在實驗室的研究項目中產生的，隨后科學主義成為美國教育系統中主導的思維模式。

我國著名學者胡適認為杜威的實驗主義有“思維5步”：發現問題，調查問題，提出解決問題的各種假設，對這些假設進行推斷，以實踐來驗證或修改假設。認為世界上所有的事物都在變化之中，真實才是看待事物的研究手段，并且認為經驗是人類生存和適應世界的根本，人類應從事實中訓練自我及尋找真理，從經驗中探究事物本質并養成創造能力，他認為實驗是真理的唯一試金石，要以懷疑一切的精神去解決疑難，胡適把他的觀點總結為“大膽假設，小心求證”。雖然胡適的觀點在社會學上存在著眾多缺陷，但是在自然科學上還是有利于科學研究。在學術爭論中，美國教育界逐漸接受了科學主義的觀點，并形成了基本的工作和組織模式。

本文旨在通過挖掘美國教育體系和我國教育體系中的科學精神上的差異，揭示兩種教育學術取向的相互促進關系，并且提出我國高等教育中的實驗創新存在的缺乏科學精神的問題及相應改進措施。

1 “科學主義”內核驅動下的美國教育“質量”問題

二戰后，科學主義始終是美國高校課程改革的主導思維模式，但是這種模式是否和社會發展相互促進始終處于爭論狀態，美國人針對實際問題是以“實用主義”為標準，不同于我國教育改革的傳統方案。

目前，美國教育界通常認為中學階段基礎教育質量較低，落后于重視基礎教育的東亞國家，因此十分重視中學階段的教育改革，但是一直難以進行有效的教育改革。美國中小學階段存在的主要問題是過分偏重于“縱容”性教育思想。一直以來，很多美國人認為青少年應當將時間主要投入到創新工作上，而不應當將時間都放到基礎課程的學習。埃德蒙·金認真分析了美國教育的各個層面，認為美國在青少年“放縱”式的教育是基于移民國家的自由化的教育思路，這種思路強調擺脫專制的束縛，不追求“普遍化”“絕對化”，而是強調未來發展的文化原則，并尋求迅速解決當前或未來的實際問題的途徑。美國是世界上最大和最重要的發達國家，其強大的工業生產能力使很多美國家庭認為青少年不需要很早進入社會謀生，應當在學校做自己喜歡做的事情，認為學校的主要任務是監管而不是培訓[1]。

在教育觀念和管理角度來看，美國的“縱容”教育和追求高質量教學存在著矛盾，從教育目標上來看，學生家長和學校管理者都很贊成教育的“社會化”。因此，美國的中小學教育沒有重視傳統教育的東亞國家對于青少年給予的沉重的壓迫感，是一個無拘無束的地方，可以做自己想做的事情。埃德蒙·金[1]指出“美國小學是沙漠上的綠洲，那里沒有成人世界的生活壓力，是兒童的花園，從很多方面來看都比福祿倍爾的幼兒園更為理想。”可以看出，教育質量始終是美國教育的追求方向，但是這種以“科學主義”為目標的改革和美國的自由化價值觀主導的生活原則存在著難以調和的矛盾，導致了美國中小學的基礎教學質量低下。

2006年5月，亞洲社會團體(Asia Society)發布了《全球化時代的數學和科學教育：美國能從中國學習到什么》報告，其中提到了美國的科學教育已經嚴重落后于很多亞洲國家，尤其是中國。前總統奧巴馬對美國和強調傳統基礎教育的差距感到擔憂，他在一次演講中也指出“在很多的國際教育類比賽中我們已經落后了！在國際數學奧林匹克競賽中我們只得到了第九名。在優秀比例中，相比新加坡中學生，我們只是3∶1，所以我們只有1/3的孩子，也就是13和14歲的孩子可以得到好成績。”，為提高美國中學教育中數學和科學標準，奧巴馬在2009年美國國家科學院第146屆年會上提出了“競爭卓越”的教育計劃，計劃在未來10年內大幅提高美國學生在國際數學和科學成績的排名。美國現總統特朗普也很重視中學教育的基礎教育問題，他提名的美國教育部長人選 Betsy DeVos擔任美國兒童聯合會主席，該聯合會的主要宗旨是改善美國青少年教育。并努力推動教育系統改革和研究可持續的公共教育政策，給父母提供更多給自己孩子教育方式的選擇機會。

從以上美國領導人的演講和采取的措施可以看出，目前美國教育機構已經看到了教育中存在的問題，正在尋求改變，這種改變對我國教育系統的改革有一定的參考價值。

2 “科學主義”對后續教育的引領作用

美國的高等教育準確地將“科學主義”貫穿于課程改革，美國高等教育的這種思想和相應的方法對中小學的“縱容”教育起到了很好的“后天補償”的效果，但是也掩蓋了中小學教育的基礎教育過于薄弱的缺點。美國高校中“科學主義”對后續的碩士或者博士的教育更起到了引領的作用，強化了對科學研究的“科學主義”精神，“科學主義”在美國教育體系中的地位是原則性的存在，這種導向使美國的科技水平始終處于國際領先地位。因此我國的高等教育改革要充分重視“科學主義”的導向，吸收美國的科技立國的思想意識和成功的實踐經驗。教育學家馬驥雄[2]曾提到美國的高等教育系統形成于19世紀60年代，經過170多年的發展才到現在的規模。由此可見，美國高等教育系統的建立過程是和美國的國家經濟發展過程相一致，并且與美國科技立國的脈搏同步。

借鑒美國成功的高等教育體系，重視傳統的基礎教育是我國教育的特色，我國的高等教育改革不能不重視學生本科后的深入教育質量。引入“科學主義”到我國本科教育的方法不但提升了本科生科學思考的能力，也引領了后續的碩士和博士教育，更深層次的提升了我國的科學研究水平，同時還倒逼中小學課程改革，引領中小學走科學主義道路。值得注意的是隨著我國的經濟發展，各高校逐漸加大了科研績效的業績考核工作，高校教師對帶領的碩士和博士生也加大了科研任務要求。目前普遍存在的問題是由于主導本科教育的課程設置過多關注驗證理論和理論的學習，使剛入校的碩士缺乏“科學主義”精神和實踐能力，這種情況使我國高校中進行科學研究主力的是博士生而不是碩士生。

美國高等教育體系中，由于在20世紀之初美國便在中小學開展了課程現代化的改革，在中學的課程設置中便考慮到了學生進入大學后的科學研究的適應性能力。雖然美國中學教育的基礎教育仍然很薄弱，但是這種以中學“科學主義”教育為基礎的改革促進了美國高等教育本科階段的科學水平，保證了本科階段學生便具有了很高的科學素質，在本科階段學生便可以進行較高的科學研究，對比我國的博士生階段才進行科學研究的現狀，可看出美國從事科研活動的學生年齡至少比我國多出7年的時間，這失去的7年時間造成了我國和美國科研水平的差距。

美國教育學家泰勒曾經評價美國的課程編制，認為美國學校應當編制能引起大多數學生的科學興趣，既能滿足于基本的教學需要，又能滿足于大學教育所需的科學研究素養的培育[3]，結合這種認識，我國應當加大本科教育階段的“科學主義”的教育，給本科后的我國高校輸送更多更優秀的人才，其著力點在于本科課程教學中的科學精神的培養，著眼點在高校教師和教材，確立課程現代化的科學主義取向和高等教育發展的關系。為高校輸送具有高水平科學意識的本科新生，縮短青年學者投入科學研究的時間。

3 以“實驗主義”為主體的高等教育

隨著我國經濟的高速發展，社會急需高校提供大量的工業技術性人才，為了適應這種需要，我國高校建立了整套面向社會工業生產需要的應用性人才培養的教育系統，這種系統重點在于是以“實驗主義”為主導的短期重實用性為目標。比如易紅[4]指出“實驗教學體系建設模式是高校適應創新人才培養的基礎”，強調了實驗主義在高等教育中的重要作用，并認為高校創新性人才培養的主要途徑便是實驗，需要“在實驗中認識世界，在實驗中改造世界”。陽太林[5]認為“具有高度創新能力的合格人才的最有效途徑便是實驗教學的改革”，齊永欽[6]更深刻指出“實驗教學的根本目的或者終極目標是創新能力的培養”，吳雪梅等[7]認為深化高校內部教育體制改革的目的便是實驗室改革。近年來，隨著我國各高校越來越重視引進高素質人才，很多教育界學者提出了人才建設方面對高校實驗室改革方面存在的問題或者改進措施，張運楚[8]對弱化驗證性實驗和實驗教學師資隊伍結構失調等問題提出了實驗與理論教學一體化教學模式的觀點和相關措施，史海峰[9]根據高校實驗室隊伍建設過程中存在的問題,從管理理念、機制體制、職業發展、和考核聘任等方面提出了改進措施。

雖然短期來看，重視應用性的高等教學體系給國民經濟的發展起到了幫助，但是由于缺乏在年輕的大學生中進行“科學主義”的培養方案，所以一些需要長期投入才能產生科學成果的基礎性和前沿性的科研課題沒有投入到本科階段的教學活動中，從而給我國的人才戰略、經濟建設和科學發展帶來了負面影響。

4 高校創新實驗中創新因素的現狀

作為高等教育中重要一環的實驗教學有著特殊的意義，是學生將理論知識和實際相結合的重要途徑，一般情況下，高校實驗通常包括3種類型，驗證性實驗、設計性實驗和創新性實驗。目前通常的改革措施是協調3種實驗的時間比例。但是，這種改革方式沒有體現或者只是部分體現了“科學主義”。

4.1 高校職稱評定體系過分傾向“科學主義”

二戰后，因冷戰需要，美國政府通過一系列的“危機公關”方法刺激了自上而下的教育改革措施的實施，政府對高校教育系統進行了深入干預，但是地方分權的教育管理整體架構沒有變化，原有的課程管理方式沒有改變。自《國防教育法》頒布直至20世紀末的美國國家教育標準出臺，改革目標并沒有遠非改革設計者所預想。因此美國的高校教育改革一直糾纏于科學主義相關的科學教育師資素質問題，二戰結束以后，美國的科學教育質量始終受到其專業化程度不高的困擾，這也導致改革的政策制定者一再強化危機意識并將很大的努力放在教師培訓上。

從教育管理角度說，我國高校實施的專業技術職務任職資格評審是對教師綜合素質能力進行評價的重要標準。評審標準以高校教師獲得的各方面成果為標準,學術論文無疑是評價教師獲得學術成果的重要組成部分。隨著我國經濟的快速發展，高等教育在經濟發展中的作用變得更為重要，但是以論文為中心的評職體系被很多高校認為是短期內增強學校綜合排名的重要標準，這種功利化的評職體系導致了基礎教育的科學主義改革缺失。

職稱論文評價機制的改革的目的是將高校基礎教育和執行教育職能的教職工相結合，不僅要調動教師個人的科學主義精神，而且還不能影響作為高校主體的學生的科學教育。職稱制度改革的一個組成部分。高校崗位設置需要改變當前的以文章為評價主體的職稱評審模式。職稱評聘工作作為高校的一種社會行為,應當更加重視學生的科學主義精神的培養，但是我國目前高校評審體系過多偏重于教師個人的價值提升，因此，改革高校職稱評審制度應當有利于促進高校教育科學主義精神，進行5個方面的改革：①完全下放具備自主評審條件的高校職稱評審權。②加強新辦本科和大專層次院校的基礎教育，體現學生科學精神的課程教學改革項目評審指導。③針對研究型、研究專業型、專業技能型這3類職業技術類型職稱評定標準中加入體現學生科學主義的創新績效評價體系。④研究自主職稱評審以及崗位聘任的相關規定。⑤完善教學和科研崗位在是否提升了學生科學水平目標的績效管理與考核程序,制定崗位競聘的約束機制。

4.2 實驗內容本質上還是驗證性試驗

目前普遍采用的驗證性實驗、設計性實驗和創新性實驗三種實驗類型得到的結果并沒有實質性的創新內容，以理工科本科教育中的電子科學與技術課程中的創新性實驗設定為例，學生基本上采用的是教師提供的建議的若干電子設計題目，個別學生采用了全國電子設計大賽的題目，可以看出這些題目往往都是有設計模板，學生做的不過是更高層次上的帶有更高難度的驗證性實驗，在設計方法上王波[10]提出了將可編程邏輯器件CPLD/FPGA引人到電子課程設計，采用計算機輔助設計與仿真技術，徐振方[11]提出在電子綜合設計中打破課程界限設計研究性課題，加入電子系統設計，同時引入CPLD/FPGA的嵌入式系統的設計內容。類似的改革方案還有很多，在設計內容上的改革大同小異，本質上來看往往是采用最新的技術解決較為簡單的模式化問題。

4.3 缺乏具備“科學主義”的高素質實驗教師

長期以來，大多數高校的實驗室專職的技術人員由于不是科研崗位，科研意識較為薄弱，很難將前沿科學引入到實驗教學中。而且很多高校為了填補實驗室人員的缺失，硬性的規定將新引進的高素質人才規定在實驗室鍛煉1～2年才能進入系部教學崗位，這種措施表面上來看能夠短時間緩解實驗人員的短缺，但是由于實驗崗位的特殊性，引進人才并沒有足夠的耐心投身于教改工作。這種短期內的措施造成了只有實驗人員才能有足夠時間設計和管理學生創新實驗，由于高校的實驗人員普遍存在著工作量大，工作內容多，不僅要完成實驗教學任務，還要負責設備檢修維護，除了做好實驗指導外，還要熟練掌握現有設備的原理性能，很難提出和全流程的管理學生的創新性實驗，更無法引導學生設計具備研究性的實驗。

4.4 缺乏具備“科學主義”的科學實驗

目前我國高校中各類實驗課程中設置的創新性實驗通常是模板式的應用性實驗，缺乏真正意義上的科學實驗，有意思的是我國中小學在中小學試驗內容中反而加入了大量的科學實驗，一定意義上反而推動了高校的實驗改革，比如姜華[12]在2007年提出生物實驗中加入了科學實驗，在教學中模擬科研方式教學，鼓勵學生進行自主性科研，不僅使學生的實驗能力有了提高，也使學生的科學水平有了很大提高，學生在校階段發表SCI和EI文章數量也逐年增加，原高校實驗室工作研究會理事長[13]在2001年在高校管理學科中提出了“模擬實驗來選擇人才”的科學實驗想法，并取得了好的結果。林夏水[14]早在1998年便提出了在計算機教育中應當引入科學實驗的思路，但是沒有給出具體的措施。蔣景華[15]在2006年也發文強調了科學實驗的重要性，主張在實驗教學中結合某一科學現象或科學實時延伸實驗內容。可見，科學實驗的想法多年前就提出了，但是很多高校沒有充分重視，主要原因是高校注重科研績效的短視行為，因此應當充分重視研究高校科學主義的實驗改革。

5 在實驗室改革中引入“科學主義”的措施

實驗作為高等教學的一個重要組成部分有其特殊的意義，實驗教學是對課堂所學知識的直觀認識、自然規律的直接體現，并且在科學研究、科學探索中實驗又是理論驗證和基本數據的來源。實驗在教學和科研中具有不可替代的重要地位，為縮短高校學生進入科學研究的時間，必須在實驗教改中引入“科學主義”的改革思想和相應措施。

5.1 高校各學科實驗課程中加入科學實驗內容

科學實驗的引入需要充分利用實驗設備的優勢，在現有的實驗設備基礎上研究科學實驗內容。以數字電子技術課程為例，多數高校都開設了數字電路綜合電子設計課程，不少學生都選擇了制作尋跡小車，通過傳感器來控制小車的走動，這種小車只是實現了小車的基本要求，創新水平不高，基于小車的科學實驗內容可以加入智能算法來控制小車的移動，研究基于現實的物流系統中的智能分揀系統做初步的研究。

5.2 將學術成果和實驗內容相結合

長期以來，實驗教育在高校本科教育體系中往往得不到學術上的認可，通常都認為實驗教育是驗證性的實驗，對創新性實驗的認識往往停留在表層，本質上來說是更高技術上的驗證性實驗。這種驗證性實驗不僅得不到科研人員的科研興趣，更加重了學生和實驗教師的實驗任務，并沒有受到學生的足夠重視。因此，應當加大科學實驗的教改資金投入，研究相應的科學實驗的設備，建立適應本科階段實驗教學的科學實驗體系。科學實驗內容要跟上時代潮流，促進學生的科學研究積極性，提升學生對未知事物的懷疑精神，一旦這種科學精神在本科階段得到提升，將大大提升本科生的科學素養，縮短大學在校生投入科研的時間。要配套科學實驗的相關先進實驗裝置和管理方法，蔣景華[16]在2000年提出了在做學問、用先進的儀器設備及推動科技進步3方面建立科學性實驗室的措施。因此不僅要打破基礎實驗室和專業實驗室的界限，還要開放高端科研設備的使用，充分調動從事科研一線的教師投身到科學實驗的教改活動，最終促進高等教育的科研水平。

5.3 鼓勵學生自己設置科學實驗內容

姜華[12]在2007年進行的生物科學實驗的改革中，提出了在指導教師的指導下自主設置科學實驗內容的措施，鼓勵學生根據自身的學習科目和參與的科研訓練計劃及參與的各類課程相關的競賽內容研究實驗內容，從遼寧師范大學生物科學實驗的成功經驗可發現學生自身才是科學實驗的主體，實驗教師甚至可以邀請科學素養高的學生加入科學實驗的教改研究。

6 結 語

高校的創新實驗是實施素質教育和培養學生的創新精神的重要途徑，實驗室的創新實驗改革不是簡單的文檔和任務的問題，是一項系統性的教學改革，涉及到實驗隊伍培養、實驗室硬件資源和科學實驗的設計等方面，需要學生的參與，引入“科學主義”到實驗室的課程建設中來，這樣多層次和多學科的科學實驗改革方案是一種較為切實可行的高校實驗改革模式。