破除青少年科學素養提升的瓶頸

今天我主要想和大家分享四個故事。

磷的發現者——創新不怕愚蠢最怕相同

大家知道，磷的發現者亨尼格·布朗特是德國商人，同時也是一位煉金術士。他觀察到人的尿液是金黃色的，由此猜想尿里是不是有黃金。于是，他瘋狂收集了5000升人的尿液去提煉。最后，他雖然沒有提煉出黃金，卻提煉出了一種全新的物質——白磷。這個故事發生在1669年。

幾乎在同一時間點，牛頓在1668年完成了對萬有引力定律的研究，也開始煉金。牛頓所有的手稿里面有1/3是研究科學的，剩下2/3是研究煉金術的。但是研究煉金術的牛頓什么都沒有發現，而這個不是科學家的德國商人卻發現了磷。這個故事告訴我們什么？

第一，科學教育不是高科技教育。有的學校會花費大量財力，比如50萬元買一個3D打印機，學生只要按一個按鈕就可以了，實際上這不是科學教育。科學教育的本質是發現現象，建立現象和概念之間的關系。亨尼格·布朗特就善于發現現象，由尿液的顏色是黃的，猜想尿液里面可能有黃金。盡管他的想法是錯的，但是最終促成了科學發現。

第二，科學研究具有不確定性。我們現在的科學研究問題出在哪里？比如說，有的高校在很長一段時間內，做科學研究時，對于要買多少試管、要買什么藥品全部是事先定好的。這樣能產出科學研究成果嗎？一旦所有的東西都想清楚了，結果也就很清楚了。而科學具有很大的不確定性。科學家最重要的精神是什么？是犧牲精神。1萬個科學家里面，可能只會有1個有大的成就。不是說我們的學生從事科學研究就一定會有發現，如果一輩子沒有發現，你愿意從事科學研究嗎？這需要巨大的犧牲精神。

第三，創新是行動，不行動永遠沒有創新。你看到這個尿是黃色的，你就去煉，盡管最后煉出來的不是黃金，但是會有新的發現。創新如果一直停留在大腦中，最終就不會有創新。

亨尼格·布朗特發現磷的故事給我們最根本的啟示是，創新不怕愚蠢，創新最怕相同。如果今天在座的人的想法都是一樣的，你做的我也做，那么我們就不會有創新。

30年研究mRNA——創新沒有天選之人

這個故事的主人公是2023年諾貝爾獎生理學或醫學獎的獲獎者之一卡塔琳·考里科。她和另一位獲獎者德魯·韋斯曼一起發現了核苷堿基修飾，就是對RNA一個小的核苷進行修整，讓人類用mRNA的時候產生的副作用大大減少，使得mRNA在新冠疫情期間僅用了半年的時間就轉變成了疫苗，拯救了人類。

為什么要說卡塔琳·考里科呢？考里科是匈牙利人，她爸爸是一個屠夫，考里科從小就跟著學做屠夫的下手。后來，她雖然成了科學家，但她在匈牙利拿了博士學位后，于1990年遷到了美國，在賓夕法尼亞大學醫學院做了一個普通的兼職教授。說是教授，實際上沒有正式教職。她在很長一段時間里都拿不到經費，寫的文章都很難發表。1995年，她的教職降到了最低，2013年提前退休。

這個故事告訴我們什么？創新沒有天選之人，每個人，即使沒有拔尖的創新能力，都可以創新。一個人之所以能成為“拔尖創新人才”，是因為他有了創新的成果，而且這個成果必須得到大家的認可。

現在為止，教育界普遍認為“拔尖創新人才”都是天才，所以會想盡辦法在初中里找出最優秀的學生，集中到幾所學校去培養。這個做法一直存在爭議，因為根本就沒有所謂的“拔尖創新人才”，成為“拔尖創新人才”的人中，有聰明的人，也有笨的人。在這個層面上，對于“拔尖創新人才”的理解，實際上是我們教育最核心的內容。每年有這么多高考狀元，但是很少有成為“拔尖創新人才”的。

2019年，諾貝爾獎獲得者丁肇中先生在復旦大學做了一次講座。他在講座上說過，他幾乎認識每一位活著的諾貝爾獎獲得者，有90多位，其中考試考第一名的一個都沒有，考最后一名的有幾個。創新不在于本人是否優秀，而是其想法與眾不同，并且愿意去實踐。

當然，現代科學和亨尼格·布朗特那個時代的科學還是有一些不一樣的。在400年前，只要有臺望遠鏡，去看星星、看月球，就會有新發現；只要有一架顯微鏡，去看人家從來沒有看過的世界，就會有新發現。但是，我們現在已經身處不同的時代，這個時代的創新要有三個基本要求：

第一，要有基本的思維能力。沒有基本的思維能力是不可能有發明創造的。而這種能力來源于我們的學科教育，語文、物理、化學、數學等，我把它們稱為“硬課”，只有這些“硬課”才能幫助我們構筑強大的思維能力。

第二，要有先進的工具。現在的科學發展離不開先進的工具。

第三，要有持之以恒的行動和堅韌不拔的毅力。在有了基本的思維能力和先進的工具后，要想獲得重大的突破，還需要我們有堅韌的毅力，不拋棄、不放棄，像考里科那樣，花30年研究mRNA。請大家注意，一個熱點被爆出來后，往往已經不再是一個重大發現了，比如現在的人工智能ChatGPT。真正的重大發現都是很冷僻的。因為太冷僻了，大家都不注意、不關心，所以當你走在最前沿的時候，會發現這是個“無人區”，要忍受很漫長的寂寞。

《暗淡藍點》照片——科學需要人文的滋養

我建議大家去上海天文館觀看《暗淡藍點》的照片。天文館每天有40萬人搶4000張票，經常有人投訴買不到票。為什么這么多人愿意去看上海天文館？因為它不僅是科技館，更是一個思想館、一個人文館。我這里講一個展品，叫《暗淡藍點》，它在天文館“征途”展區的最后一站。當您從展區出來的時候，回頭一看，就能看見一個探測器“旅行者一號”掛在天空當中。故事講的是1990年2月14號，“旅行者一號”將要飛離太陽系。這個時候，它的能源已經很少了。行星天文學家卡爾·薩根要求NASA讓“旅行者一號”轉過頭來，拍一張太陽系的“全家福”，于是就有了這樣一張照片。其中，地球所占的位置只有這張圖片里面的0.12個像素，是非常暗淡的一個像素。

照片發布以后，卡爾·薩根專門寫了一首詩。這首長詩里面的一段，在天文館里也可以看到。

再看看那個光點吧

它就在那里

那就是我們的家園

我們的一切

你所愛的每一個人

你所認識、聽說過的每一個人

漫漫歷史長河中的蕓蕓眾生

都在它上面度過了自己的一生

這個故事告訴我們什么？科學需要人文的滋養，科學本身就是十分深刻的人文。我們現在一講到科技創新，滿腦子都是要培養科學家和工程師。我告訴大家，全球出現過5個世界科學中心，最早是意大利，后來是英國、法國、德國、美國。而在這五個國家成為世界科學中心之前，首先涌現的都是人文和藝術的創新，這個世界要允許科技創新，更要鼓勵人文藝術創新，包括我們的教育創新。我們現在的科學教育，物理、化學、生物課程幾乎都來自西方，我們的教育是跟著別人的，憑什么人才超越別人？憑什么科技超越別人？只有教育先創新，人才和科技才能創新。

亞里士多德在《形而上學》里講到，哲學和科學的誕生需要三個必不可少的條件：好奇、閑暇、自由。好奇是很容易的，每個人看到奇怪的現象都會表現出好奇，好奇心不需要培養，你只要不扼殺它就可以了。但是閑暇和自由是很難得的。我們現在的孩子有閑暇嗎？有自由嗎？所以，我們一講到科學，大家首先想到的是數學公式和復雜的儀器，這兩項東西一出來，很多人就被嚇跑了。實際上，科學最重要的不是公式，只要按照理性的學習過程，就可以掌握科學的公式，哪怕是愛因斯坦的廣義相對論。復雜的科學儀器也是同樣的，只要我們按照某一個學習路徑學習，最終都會掌握儀器的使用方法。真正難的是我們的想象力。

把夢當真的人——最好的科學教育就在身邊

最后這個故事是上個月（編者注：2023年9月）我在嘉興參加一個會議的時候，著名作家余華講的。他引用了《一千零一夜》的故事，說的是巴格達有一個富人坐吃山空，變成了窮人。他在晚上總做一個夢，夢里有一個智者對他說，你現在沒有錢，趕快去開羅，你的財富在開羅。第二天，他就去了開羅。到開羅的第一天晚上，他住在廟里，廟里來了很多小偷，警察把小偷和他一起抓起來。富人說：“我不是小偷。”警察便問他來干什么，他說：“我做了一個夢，有人告訴我，我的財富在開羅，我就來了。”警察局長嘲笑他是一個笨蛋，說：“我也天天做夢，夢到我的財富在巴格達，而且就在一個銀灰色磚墻的院子里，東邊一棵柏樹下面。”富人一聽，這不就是我家嗎？他趕緊回家一挖，果然挖到了寶藏。

這個故事告訴我們什么？最好的科學教育就在我們身邊，最重要的科學教育的力量就是我們自己，寶藏就在我們身邊。

那么，我們的教育優勢在哪里？

第一個優勢，全世界再也找不到一個民族，能像我們的孩子那樣刻苦耐勞。這是我們的優勢，我們的孩子能夠忍受別人無法忍受的艱辛。

第二個優勢，我們人多。哪怕現在的出生率已經很低，原來一年要出生2000多萬人，現在一年只有900多萬人，但這個數量也是非常可觀的。我們每年有900多萬的孩子誕生，我們的教師都在全心全意為孩子們的未來開展教學。這就是我們的“寶藏”。

最后我們要想“寶藏”轉化成科技創新，只需要一步，那就是多樣化。如果教師的教學方法都是一樣的，那是行不通的。如果大學永遠只看分數，更是行不通的。在這個層面上，如果我們到現在都還沒有想清楚，那么我們在科技教育、科技創新方面永遠會碰到瓶頸。我們需要的是多樣化，我們每個人、每個孩子都可能有創新拔尖的機會，我們每個人、每個教師都能夠為拔尖創新奠基。

結語

對于科學教育來說，它不僅是要培養科學家、工程師，也要培養規劃科技戰略的人、制定科技法規的人、制定科技金融政策的人。科技產業的壯大也需要科技創業孵化方面的人才，也需要科技哲學、科技傳播、科幻創作方面的人才。只有形成一個科創的生態，我們國家才能夠成為世界的科技中心。

我們應該將希望寄托于每位教師、每個孩子身上，而不是寄托在100個人身上，寄托在我們認為的天才孩子身上。

所以，如何來破解瓶頸？如何實現科學教育的創新？我相信，今天這四個故事會給大家帶來一些啟發。

（作者：全國政協委員，民進上海市委副主委，上海科技館館長。文章為作者在第六屆IEIC國際教育創新大會科技教育論壇主旨演講，演講題為《破除青少年科學素養提升瓶頸，做好科學教育加法》，作者授權刊發，有刪減。）