青少年科技教育的三個基本判斷和三個方向性策略

摘? 要：科技是國家的核心競爭力，科技教育是基礎。現代科技發展迅猛，科技教育需要與時俱進。雖然我國在科技教育方面成績斐然，但是在這方面，青少年依然存在動手能力不足、創新能力不強的問題。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方向性策略。

關鍵詞：青少年;科技教育;創新素養

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

作者簡介：倪閩景，全國政協委員，上海市教育委員會副主任，中學物理特級教師，研究方向為科學教育、創新教育。

一、科技是國家的核心競爭力

新科技的飛速發展及其應用正在極大地影響人類的發展進程。比如引力波，自從2016年2月11日美國科學家首次宣布探測到引力波以來，科學家們已經發現了多次引力波。前幾次都是雙黑洞合并產生引力波。現在已經可以發現兩個中子星合并發出的引力波，科學家探測到引力波的同時，也探測到了它的電磁波。這是項非常驚人的技術，在一百多年前還只是一個科學推斷。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家們研究的量子通信就被很多人關注。我們的思維、情感，可能都和量子糾纏有關。有人說人類和機器本質上的不一樣，可能正是因為量子糾纏。我國在量子計算機和量子通信方面的研究已經走在世界前列。再比如基因編輯和干細胞技術，上海市東方醫院干細胞基地已經可以從人體中提取一滴血，制成干細胞。干細胞提取以后，可以大量復制。人體細胞有上皮細胞、神經細胞、肌細胞等各種細胞，復制好的干細胞，可以轉換為諸如神經細胞等各種細胞，其應用將十分驚人。

我們所處的這個時代，每個人都可以便捷地獲取知識，每個人也都可以創造自己的知識，只要你的知識有品質、有特色，很快就會成為大家分享的焦點。埃隆·馬斯克從小在父親的引領下，對科技十分癡迷，也極富創造性。他在28歲的時候發明了“Paypal”，即一種在線支付工具，即時支付，即時到賬。后來他又與他人聯合創辦了特斯拉公司，這是一家制造高端電動汽車的公司，引發了世界純電動汽車技術的變革。2002年，他投資創建了太空探索技術公司，簡稱“SpaceX”，是實現載人升空的第一家民營企業。埃隆·馬斯克在互聯網、可持續能源和空間探索領域貢獻卓著。列舉這么多關于埃隆·馬斯克的成就，旨在說明技術可以讓一個人擁有極其強大的力量。

現在“00后”已經進入高校，這一代人有個很大的特點就是喜歡分享。眾所周知，分享需要條件，在物質極大豐富的時代，才能實現分享?，F在流行極簡主義、“斷舍離”等，就是因為物質極度豐富，才能做到。在物資匱乏的年代，是很難有現在這樣普遍的分享概念的。再如對于人們最重要的學習資源——書本，新的出版技術衍生出電子書，電子書已經使閱讀成本趨于零。大量古籍如《紅樓夢》，或者國外某些作家的一些原版書，只要進入公版，全部可以免費下載閱讀。青少年讀者們看都來不及，不像筆者少時一本書要看幾十遍，因為只有這本書。發達地區的很多少年兒童，去的國家非常多，他們的生活經歷和視野，已經和筆者這一代完全不一樣。

習近平總書記在“十九大”報告里，提到最多的一個詞是“偉大”?，F在是中華民族偉大崛起復興的時代，偉大時代的偉大發展，要靠什么？根本是要靠科技，科技則要靠人、靠教育。中國共產黨第十九屆中央委員會第五次全體會議提出，“堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐，面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，完善國家創新體系，加快建設科技強國。”我們的科技教育任重道遠。

二、對我國科技教育的三個基本判斷

（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中國公眾科學素養調查”課題組完成的最終分析數據表明，我國公民達到基本科學素質水平的比例僅為0.2%，與歐共體國家（1989年達到4.4%）相差21倍，與美國（1990年達到6.9%）相差33.5倍。第九次中國公民科學素質調查顯示，2015年我國公民具備科學素質的比例達到了6.2%，較2010年的3.27%提高了近90%，進一步縮小了與西方主要發達國家的差距。上海、北京和天津的公民科學素質水平分別為18.71%、17.56%和12%，位居全國前三位，分別達到了美國和歐洲世紀之交的水平。但是我們的科技教育依然存在著以下幾個方面的問題：

一是部分傳統文化中科學意味不足。雖然我國宋代就有了避雷針的技術，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，中國卻用它看風水。”

二是學校經常用非科學的方法來教授科學。有的科學教師只要能夠用語言把問題解釋清楚，就不會去動手，寧愿多講幾道題目，也不愿意認真做實驗，甚至認為做實驗是浪費時間。歸根結底，這是不理解科學教育的本質所致。科學教育的本質是讓學生發現問題，并自己尋找解決問題的方法。做實驗看似很費時間，但只有動手實踐才能培養學生的動手能力，只有自主探究才能培養學生的探究能力。

三是教學內容陳舊、教學方法單一。翻閱一下我們的科學教科書，就會發現其中的內容遠遠落后于科技發展。有人就把中學物理稱為“考古學”，這是因為教科書的內容已經不能代表科學界的觀點，再加上教師的教學方法單調，因此學生很難愛上科學課程。

（二）創新的本質是多樣化的大腦

從腦科學的角度看，學習的本質就是人在大腦中建立新的連接。實際上，人的知識是通過后天學習而來的。如果個體的經歷不同，學習內容和學習方法也不同，那么就會形成不一樣的大腦連接，而擁有不同知識連接的大腦是創新的源泉。創新并不是指知識多，而是把人的思維帶到一個從來沒有去過的地方。2002年諾貝爾化學獎獲得者田中耕一，他不是教授，也非碩博士，只是一個從日本東北大學電器工程專業畢業的本科生，但是他卻在化學領域開辟了新天地，在實驗中發現了生物大分子的質譜分析法，一舉獲得諾貝爾化學獎。這件事再次告訴我們，創新是每個人的本能。大約200萬年前，人類把石頭加工為砍砸器，從那時起人類就一直不停地創新，才有了今天的偉大成就。今天我們熟知的偉大的科學家們，不是因為他們偉大而創新，恰恰是因為他們創新而偉大。關鍵的問題是：他們是如何通過與眾不同的思維方法取得偉大的創新成就的？

（三）科技創新素養培育有基本方法

創新素養培育確實沒有普適的方法，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繪本，進行科技知識的啟蒙。

方法二：要經常參觀科技場館，參與科技活動和比賽?？萍紕撔滤仞B具有“童子功”的特點，過了高中階段，我們就很難再去培育學生科技方面較高的能力了。在中小學階段，如果有過科技創新的經歷，這對一個學生是否擁有科技創新素養至關重要。

方法三：建設家庭實驗室，給孩子玩結構性玩具。在歐美一些國家，有“車庫創新文化”的說法，因為很多創造發明最初來自車庫工場間。我們大多數家庭沒有車庫，但可以在家里布置一個創造發明角，打造一個家庭實驗室，只要配備一些科學小設備，比如顯微鏡等探究工具，孩子們就可以自己開展科學探究了。家長往往因為孩子是女孩就給她買洋娃娃，實際上，女孩如果從小玩搭積木等結構性玩具，對其形成科技素養很重要——玩什么樣的玩具，就會形成什么樣的思維。

方法四：建立實證和尊重科學的態度。證據是科學的核心，任何無法證明的東西，無論自認為多么正確，都不是科學?？茖W的態度是指質疑、求證和開放的態度。

方法五：提供豐富多樣的選擇，并積極保護孩子們的興趣。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，逐漸培養孩子的科學興趣，并保護這種興趣。很多孩子喜歡拆家里的小物件，這就是探究的開始。珍妮·古道爾小時候曾經躲在雞窩里一整天，想把雞蛋孵出小雞來。母親雖然焦急地找了一天，但并沒有責怪小珍妮，這讓珍妮·古道爾從此愛上了生命科學，成為研究黑猩猩的世界級專家。

方法六：培養持久的學習能力。偉大的創新都是持續學習、嘗試和探索的結果，在某一方面持久的學習是形成大腦多樣化的基礎，就是所謂的深度學習。

深度學習，首先應該是一種收斂的學習。什么是收斂？如果有一條拋物線，一個球在拋物線的里邊，如果讓它偏離一點，這個球就會回到底部，這叫收斂;但是如果這個球在拋物線的頂部，它就回不來了，這叫發散。深度學習顯然是收斂的學習。美國心理學家路易斯·特曼從1921年開始開展了一項長達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，最終結果顯示這個“天才軍團”幾乎全軍覆沒，沒有對社會做出什么創造性的貢獻，30%的男孩和33%的女孩甚至沒能大學畢業。1971年，美國心理學家朱利安·斯坦利啟動了一個超常兒童研究項目，在45年的時間里追蹤了美國5000名在某方面全國排名1%的超常兒童長大后的職業和成就。研究結果表明，參與研究的5000名兒童絕大部分最后成了一流的科學家、世界500強企業的首席執行官、聯邦法官等，其中包括扎克伯格、謝爾蓋·布林等人。這兩項追蹤研究的區別是，斯坦利用的不是智商測試，而是學術能力評估測試（SAT）的數學分數。一個人的成功到底和智商有什么關系？為什么數學能力強比智商高更能反映人的未來成就？研究表明，智商與學習的關聯性遠不如自我控制力和學習的關聯度強，也就是說，一個人的自我控制力越強，他就越容易形成深度學習，他將來獲得成功的可能性就越高。為什么數學能力比智商的預測力要好得多？智商高的人只是在最初學習的時候會學得更快一點，但是如果他沒有自我控制力，高智商在后面就顯示不出優勢。然而，數學學習除了對智商有要求以外，還要求孩子具備自我控制的能力。當學生達到在外界看起來十分專注、刻苦和勤奮，且自身認為十分自然的時候，學習就進入了深度學習的階段。

三、科技教育的三個方向性策略

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

（一）讓科技教育多樣化

我們一定要積極導向，通過應用高科技，讓每個人變得不一樣。在國際學生評估考試（PISA）中，上海學生的成績連續多次世界第一，我們跟國外的同行交流時，他們曾經問過這樣一個問題：“到底是美國的教育好，還是中國的教育好？”我認為從考試成績來看，上海的學生遙遙領先，美國的學生相對較差。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，從創新角度來看，美國的教育可能也有可取之處。創新不是一個人的事，創新不是智力高低，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人體驗不一樣的教育過程，形成不一樣的大腦。

（二）讓科技教育變得可積累

二十年前的學生做課題研究，主題涉及如研究垃圾處理等，現在的學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，學生的學習就沒有進步，究其原因是沒有積累，而科技教育可以做到這一點。上海市電教館主導研發了“研究型課程自適應學習平臺（MOORS）”，比如研究廢舊電池的處理，學生登錄后可以發現有很多人都在研究這項內容，于是就可以形成一個社群互相學習。前面的人做完的研究還可以留給后面的同學繼續研究，不需要每次研究都從零開始。實際上，數據技術能產生的最大好處就是把別人的學習成果變成自己學習的起點和基礎，把學習者的學習活動聯系起來。

上海還有實驗錄評系統，我們稱之為“實驗室2.0時代”。學生做實驗的時候可以全程攝像，學生有沒有做過實驗、實驗做到什么程度都可以跟蹤記錄。當然，這項技術還可用于對學生科技素養和動手能力進行考評。

（三）讓科技教育變得更有趣

人工智能技術的發展越來越快、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，人類也更有創造性。

科學的核心是探究，技術的核心是設計。如果沒有科技發展的支持，科技教育就永遠停留在低水平的探究和低水平的設計上。如果充分運用高科技，特別是應用人工智能技術，學生學到的知識技能就會達到更高階的水平。例如，如果沒有圖形計算器，在數學學習中，學生只能學到二次函數，但是如果應用圖形計算器，學生就可以學無數階的函數。同樣，從設計的角度看，戴上VR眼鏡以后，應用立體繪圖軟件，學生可以自由地立體作畫。顯然，這樣的設計沒有高科技支撐是不可能實現的。

世界圍棋高手柯潔曾經說過，“阿爾法狗”戰勝了人類圍棋高手，讓我們反思，人類三千多年因經驗積累下的圍棋知識可能全都是錯的。那么也許我們現在習以為常的學習方法，也可能是錯的。從今天開始，我們的教育也許就要從經典教育進入超級教育的階段，筆者把這個超級教育定義成四句話：一是基于腦科學的全腦學習;二是基于大數據的精準學習;三是基于人格化的創新學習;四是基于新技術的高階學習。

科技教育的新空間正在打開，讓我們解放思想，積極探索，把年輕一代培養成更有思想、更能探究、更能創造的未來世界的領導者和建設者。

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