教育轉型與思維變革下的科普教育創新

摘 要 我國正處于新一輪技術革命和發展方式轉變的歷史交匯期，在大數據人工智能時代，人們的思維方式發生了巨大變革，科普創新教育應緊扣時代背景，關注世界科普教育趨勢并及時消化吸收，推進在先進理念指導下的創新實踐，從而達到一個新的高度。

關鍵詞 反思教育 思維變革 創新發展

1 反思教育：向全球共同利益的理念轉變

繼1972年的《學會生存：教育世界的今天和明天》、1976年的《教育：財富蘊藏其中》之后，2015年聯合國教科文組織發布了《反思教育：向全球共同利益的理念轉變》。這篇引領未來教育發展的戰略報告，重新定義了知識、學習、教育的概念，顛覆了許多傳統的教育觀念，對21世紀世界各國教育改革的進行和教育治理體系的建立具有重要意義。

報告將知識定義為“個人和社會解讀經驗的認知和方法”，不僅從外延上強調了知識的廣泛性，也從內涵上強調了知識的多樣性，尊重每一個群體和個體的認知。同時，報告將學習看作“由情境決定的多元化的過程和結果”，即在主體方面，學習既是個體的行為，也是集體的智慧結晶，在教育形式上推進正規教育、非正規教育以及非正式教育等多元教育方式的融合發展。

報告還特別指出，在21世紀的第二個10年，實現教育轉型將成為一個核心問題，對于“利益”的理解要從“公共利益”轉變為“共同利益”。這就意味著知識是人類的共同遺產，知識的創造、控制、獲得、認證和運用需要共享，教育則被視為一項共同利益事業。而建立這一新的原則，就必須解決創造知識和控制知識等根本性問題。教育要關注大科學、人與環境、國家創新、人類命運等共同利益的問題，鼓勵人們從“消費者”轉變為“創造者”。近期備受關注的國產科幻片《流浪地球》，在一定意義上反映了人類命運共同體的概念。當太陽的能量逐漸消失的時候，接受著太陽恩惠的地球人，必然要另尋他們的共同家園。同時，影片也反映了在這一共同利益驅動下，人們頑強不屈、拼搏奮斗的精神。

另外，報告還重新解讀了《教育：財富蘊藏其中》中提出的“學會求知、學會做事、學會做人、學會共處”教育四大支柱，特別強調了當今時代“學會做人”和“學會共處”的重要意義，并配以新的解讀，使得其更為全面、豐富。報告所提出的“人人都是創造者”的新內涵，便是要求重視青少年的科普教育，更加關注對于好奇心的啟迪、想象力的培育和創造力的激發。

2 摒棄浮躁，抓住創新的本質

近年來，科普教育創新活動雖然顯得熱鬧非凡，卻往往“沒學到家”，存在“浮躁”的問題，并未從本質上推動創造力的開發。如圖1所示，創新的方法和路徑在于學習者的自主性、開放性、靈活性和創新性。在這一總目標下，創新教育主要通過三種活動方式進行核心能力的培養：

（1）探究。學習者在教育活動中積極探索和尋找出現各種情況的可能性，在活動中合作、共享，使好奇心得到啟迪。

（2）搗鼓。學習者對材料、工具和方法等進行有目的的擺弄、測試和評估。

（3）改造。學習者利用或改造各種材料、工具，來改進或創造一種新產品、新方法。

然而，在我國的科普教育中，不少是利用現成的教材，采用按部就班的方式開展活動，這一做法不利于培養學生的創造力。相反，美國哈佛大學教育學院開展的“ABD項目”（Agency by Design）則將“仔細觀察”“探索復雜性”“發現（改進的）機會”作為創客教育的三種核心能力，在創客活動過程中開展形成性評價。

青少年創客教育與科技創新教育存在顯著的差別。例如，中小學機器人科技創新比賽上要求做一個“爬坡機器人”，由教師設定題目，而教師對最終的結果早已了然，實質是“從已知到已知”;而創客教育的目標是強調創造力培養，核心理念是讓學習者從一個知識的消費者變為知識的創造者，在過程中強調開源、開放、合作、共享。美國《創客雜志》（Make Magazine）的創始人戴爾·多爾蒂認為，創客教育是一種創新的學習方法，是經驗學習而不是知識學習，關鍵在于學習如何創造的過程。

我們要按照創新的方法和路徑來進行探索和實踐，真正立足于青少年創新思維與創新方法的培養與創造力的開發。

（1）創新理念。主要通過探究、搗鼓、改造三種活動方式進行核心能力的培養，作為創造力培養的理論基礎。

（2）案例集聚。按照社會化的機制，邀請熟悉創造力開發的專家、學者和社會力量，進行多元案例的收集，以形成創新教育的課題立意和主題選擇。

（3）導師培訓。創新教育不是在學校里做實驗，而是要培養學生的發散思維和探究能力。

（4）編寫手冊。在輔導教師的幫助下，學習者自選題目，開展科學實踐活動。

（5）做出成果。創新教育最終要將學習者培養成知識的“創造者”，使學習者能夠形成富有創新思維與創造力的成果。

在上述過程中，“手把手教學生”的模式必須改變。創新教育是一個實踐的過程，并非一蹴而就，要根據學習者的年齡、經歷和認知程度，分級、逐步地實現這一目標。

3 大數據人工智能時代下的思維變革

科學技術的發展促進了人類社會的進步，然而，它的負面效應也危害著地球，人類面臨著新的挑戰，只有從全球共同利益出發，才能引導多元文化的沖突轉變為融合，應對人類面臨的可持續發展挑戰。在大數據人工智能時代，人們的思維方式發生了巨大的變革。因此，為了適應時代的需求，就需要用新的思維方式實現科普教育的創新。

3.1 人工智能是怎樣識別事物的？

以識別國王、男人、女人、女王為例，人的認知是當知道國王時，很快就可以判定出誰是女王，而人工智能是用邏輯思維和相關思維來進行判別。認知過程為：判定“國王”是“正國級的男人”，減去一個“男人”是“正國級”，加上一個“女人”則是“正國級的女人”，因此“正國級的女人”就是“女王”。這就是人工智能認識事物的一種新思維方式。

3.2 量子理論打破思維定式，引發新概念

以“墨子號”量子科學實驗衛星的“量子糾纏分發實驗”為例，當實驗衛星飛臨我國上空時，成功地發射出糾纏光子對，這些糾纏的光子被分別發射到1 203 km外的青海德令哈地面站和云南麗江地面站。

當德令哈地面站收到光子A時，麗江地面站就收到與光子A糾纏的光子B。如果光子A發生變化，德令哈地面站將以現代通訊方式，比如電子郵件，告知麗江地面站光子A的變化，再快的傳遞速度也無法超過光速。然而，當德令哈光子A變化時，因為光子A與光子B處于糾纏狀態，按照量子隱形傳態的概念，麗江地面站的光子B會立即發生相應的變化，不需要傳遞時間。光子A變化傳輸要比現代通訊傳輸快許多倍。

這實際上是一個“糾纏態”的問題，即兩個粒子無論相距多遠，從根本上它們是互相糾纏的，內秉是互相聯系的，一個粒子的變化會影響另一個粒子，亦隨之而變化。糾纏態的內秉糾纏變化，是一種非定域的概念，已經超出了現代經典物理學的范疇，而成為一種新的概念。

3.3 大數據的應用——相關性與因果關系

沃爾瑪超市把啤酒和尿布擺在同一個貨架上，可以讓它們的銷量雙雙上漲，這是通過分析海量的銷售數據，挑出這兩件看似毫不相干的商品組合起來，從而提升銷售業績的真實案例。原因是，妻子常常讓丈夫下班時順便帶回尿布，然而丈夫關心的卻是啤酒，看到就要拿一些。大數據的應用，不拘泥于因果關系而在于大趨勢，只要啤酒和尿布放在同一個貨架上，就會產生更好的銷售量，這便是商家追求的目標。大數據所具有的大趨勢將對指導現實和預測未來有著重要意義，這就是一種新的思維方式。

科普教育的發展，應該提高到思維方式的高度，來推進科普的創新。在創新教育中運用多種思維的方式進行實踐，便是產生創新思維和創造力的基礎。如：

（1）逆向思維。電被發明以后，法拉第認為電和磁存在必然的聯系并且具有互相轉化的關系，他根據逆向思維，堅信磁一定能生成電。經過10年的艱苦試驗，他把一根條形磁鐵插入一支纏著導線的空心圓筒里，在導線兩端連接的電流計上，指針果然發生了微弱的轉動，電流產生了。由此可見，我們要善于運用逆向思維，在實踐活動中啟發學習者。

（2）聯想思維。聯想是從一種事物的表象推進另一事物的過程，兩者以某種“相似性”為中介溝通聯系，有助于我們挖掘出記憶深處的有用信息，在頭腦中顯現相關聯系。比如“雞蛋殼”與“殼體結構”“青蛙的眼睛”與“電子眼”，就是富有創造性的、深層次的聯想思維。

（3）相關性思維。人工智能是這樣識別語言的：兩個人以做核磁共振的方法，聽同一個故事，一個用英語講，一個用俄語講，盡管他們聽到的詞匯不同，但大腦電磁波的走向是一致的，根據人工智能的深度算法，兩個人就可以聽明白同一個故事。說明人工智能識別語言與詞匯無關，與語義有關。在深度學習中，我們要發現相關性的本質。

（4）發散思維與聚合。在創新實踐過程中，需要先發散后聚合，組成一個創新活動的循環，以此優化項目，獲得解決問題的最佳方案，這就是人們常用的創新思維模型。

不僅如此，靈感思維、有序思維、類比思維、跨界思維、邏輯思維、迭代思維、串接思維、群體思維等多元思維方式都可以應用于創新教育實踐。無論在STEM教育、STEAM教育或創客教育等多項創新活動中，都十分關注運用這些思維方式進行融合創新。

同時，在展品創新方面，已出現不少反映科學思想、科學方法以及思維變革的展品，尤其是在場館設計中的支撐性展品，更注重表達現代科普教育理念的內涵。

4 結語

回顧20世紀，蘇聯發射了第一顆人造衛星，引起了世界教育界的震驚，從而掀起了一場教育改革的浪潮。當時的美國教育界，尚處于批判杜威的實用主義而推崇布魯納的發現法的階段。美國物理學家弗蘭克·奧本海默在舊金山的一個馬棚里，制作了500件以物理學為基礎的匠心可貴的展品，得到了全世界的公認。他提出，要改變教育的方式，培養符合時代要求且具有創新思維和創造能力的一代新人。可見，奧本海默也是當今創客教育的鼻祖。

科普教育的創新是一個復雜的、綜合的問題。在我國這塊沃土上，在結出絢麗花朵的同時，也存在諸多的泥濘和困境。比如，有利于創新的環境尚不夠完善，專利保護問題也有待解決，這些直接影響了部分企業的積極性。從我國的實際出發，建設科技強國，實施“大眾創業、萬眾創新”戰略，科普工作者擔負著神圣的歷史責任。展望未來的科普，不搞創新是沒有出路的。在大數據人工智能的時代，公眾對科普的訴求，不僅是學習科學知識，而且是運用科學的思維、科學的思想與科學的方法去生活與工作。

創新必須堅持科普教育的開放性，向世界各國學習，關注全球科普教育的發展走向，及時地消化吸收，推進在先進理念指導下的創新實踐。從普及的意義上說，要重視提高全民科學素質的綜合目標;在提高的層面上說，要關注創新思維和創造力的培養，以適應時代的需求。從思維變革方式提升科普創新教育的水平是對科普教育深化發展的有益探索，問題的關鍵是在創新理念指導下落實創新要素。科普事業是一個永遠創新、永無止境的事業，我國科普創新教育的發展即將踏上新的征程，創造更美好的未來。

作者簡介：李象益（1938—），男，教授，聯合國教科文組織“卡林加科普獎”獲獎者，中國自然科學博物館學會名譽理事長，前國際博物館協會執行委員會委員，國際博物館協會科技博物館委員會原副主席，中國科學技術館原館長，中國科學技術協會科普工作部原部長，中國自然科學博物館學會原理事長，E-mail： lxy381030@126.com。