青少年科技教育的三个基本判断和三个方向性策略

摘  要：科技是国家的核心竞争力，科技教育是基础。现代科技发展迅猛，科技教育需要与时俱进。虽然我国在科技教育方面成绩斐然，但是在这方面，青少年依然存在动手能力不足、创新能力不强的问题。作者分析了我国青少年科技教育方面存在的问题以及世界上对科技教育的新认识，提出了让科技教育更多样、科技教育可积累和科技教育更有趣这三个方向性策略。

关键词：青少年;科技教育;创新素养

中图分类号：G316 文献标识码：A 文章编号：1004-8502（2021）02-0010-05

作者简介：倪闽景，全国政协委员，上海市教育委员会副主任，中学物理特级教师，研究方向为科学教育、创新教育。

一、科技是国家的核心竞争力

新科技的飞速发展及其应用正在极大地影响人类的发展进程。比如引力波，自从2016年2月11日美国科学家首次宣布探测到引力波以来，科学家们已经发现了多次引力波。前几次都是双黑洞合并产生引力波。现在已经可以发现两个中子星合并发出的引力波，科学家探测到引力波的同时，也探测到了它的电磁波。这是项非常惊人的技术，在一百多年前还只是一个科学推断。引力波未来究竟有什么用，仍未可知。

再如，以潘建伟为代表的科学家们研究的量子通信就被很多人关注。我们的思维、情感，可能都和量子纠缠有关。有人说人类和机器本质上的不一样，可能正是因为量子纠缠。我国在量子计算机和量子通信方面的研究已经走在世界前列。再比如基因编辑和干细胞技术，上海市东方医院干细胞基地已经可以从人体中提取一滴血，制成干细胞。干细胞提取以后，可以大量复制。人体细胞有上皮细胞、神经细胞、肌细胞等各种细胞，复制好的干细胞，可以转换为诸如神经细胞等各种细胞，其应用将十分惊人。

我们所处的这个时代，每个人都可以便捷地获取知识，每个人也都可以创造自己的知识，只要你的知识有品质、有特色，很快就会成为大家分享的焦点。埃隆·马斯克从小在父亲的引领下，对科技十分痴迷，也极富创造性。他在28岁的时候发明了“Paypal”，即一种在线支付工具，即时支付，即时到账。后来他又与他人联合创办了特斯拉公司，这是一家制造高端电动汽车的公司，引发了世界纯电动汽车技术的变革。2002年，他投资创建了太空探索技术公司，简称“SpaceX”，是实现载人升空的第一家民营企业。埃隆·马斯克在互联网、可持续能源和空间探索领域贡献卓著。列举这么多关于埃隆·马斯克的成就，旨在说明技术可以让一个人拥有极其强大的力量。

现在“00后”已经进入高校，这一代人有个很大的特点就是喜欢分享。众所周知，分享需要条件，在物质极大丰富的时代，才能实现分享。现在流行极简主义、“断舍离”等，就是因为物质极度丰富，才能做到。在物资匮乏的年代，是很难有现在这样普遍的分享概念的。再如对于人们最重要的学习资源——书本，新的出版技术衍生出电子书，电子书已经使阅读成本趋于零。大量古籍如《红楼梦》，或者国外某些作家的一些原版书，只要进入公版，全部可以免费下载阅读。青少年读者们看都来不及，不像笔者少时一本书要看几十遍，因为只有这本书。发达地区的很多少年儿童，去的国家非常多，他们的生活经历和视野，已经和笔者这一代完全不一样。

习近平总书记在“十九大”报告里，提到最多的一个词是“伟大”。现在是中华民族伟大崛起复兴的时代，伟大时代的伟大发展，要靠什么？根本是要靠科技，科技则要靠人、靠教育。中国共产党第十九届中央委员会第五次全体会议提出，“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，完善国家创新体系，加快建设科技强国。”我们的科技教育任重道远。

二、对我国科技教育的三个基本判断

（一）我国的科技教育取得了很大成就，但问题依然突出

1998年12月，中国科普研究所“96中国公众科学素养调查”课题组完成的最终分析数据表明，我国公民达到基本科学素质水平的比例仅为0.2%，与欧共体国家（1989年达到4.4%）相差21倍，与美国（1990年达到6.9%）相差33.5倍。第九次中国公民科学素质调查显示，2015年我国公民具备科学素质的比例达到了6.2%，较2010年的3.27%提高了近90%，进一步缩小了与西方主要发达国家的差距。上海、北京和天津的公民科学素质水平分别為18.71%、17.56%和12%，位居全国前三位，分别达到了美国和欧洲世纪之交的水平。但是我们的科技教育依然存在着以下几个方面的问题：

一是部分传统文化中科学意味不足。虽然我国宋代就有了避雷针的技术，但通常是从“辟邪”的角度来解释的。鲁迅先生在《电的利弊》一文中尖锐地指出：“外国用火药制造子弹御敌，中国却用它做爆竹敬神;外国用罗盘针航海，中国却用它看风水。”

二是学校经常用非科学的方法来教授科学。有的科学教师只要能够用语言把问题解释清楚，就不会去动手，宁愿多讲几道题目，也不愿意认真做实验，甚至认为做实验是浪费时间。归根结底，这是不理解科学教育的本质所致。科学教育的本质是让学生发现问题，并自己寻找解决问题的方法。做实验看似很费时间，但只有动手实践才能培养学生的动手能力，只有自主探究才能培养学生的探究能力。

三是教学内容陈旧、教学方法单一。翻阅一下我们的科学教科书，就会发现其中的内容远远落后于科技发展。有人就把中学物理称为“考古学”，这是因为教科书的内容已经不能代表科学界的观点，再加上教师的教学方法单调，因此学生很难爱上科学课程。

（二）创新的本质是多样化的大脑

从脑科学的角度看，学习的本质就是人在大脑中建立新的连接。实际上，人的知识是通过后天学习而来的。如果个体的经历不同，学习内容和学习方法也不同，那么就会形成不一样的大脑连接，而拥有不同知识连接的大脑是创新的源泉。创新并不是指知识多，而是把人的思维带到一个从来没有去过的地方。2002年诺贝尔化学奖获得者田中耕一，他不是教授，也非硕博士，只是一个从日本东北大学电器工程专业毕业的本科生，但是他却在化学领域开辟了新天地，在实验中发现了生物大分子的质谱分析法，一举获得诺贝尔化学奖。这件事再次告诉我们，创新是每个人的本能。大约200万年前，人类把石头加工为砍砸器，从那时起人类就一直不停地创新，才有了今天的伟大成就。今天我们熟知的伟大的科学家们，不是因为他们伟大而创新，恰恰是因为他们创新而伟大。关键的问题是：他们是如何通过与众不同的思维方法取得伟大的创新成就的？

（三）科技创新素养培育有基本方法

创新素养培育确实没有普适的方法，但却有基本的方法。

方法一：要多阅读科技方面的书籍，观看科技方面的影视片。对于年龄较小的孩子而言，他们可以多看一些科学绘本，进行科技知识的启蒙。

方法二：要经常参观科技场馆，参与科技活动和比赛。科技创新素养具有“童子功”的特点，过了高中阶段，我们就很难再去培育学生科技方面较高的能力了。在中小学阶段，如果有过科技创新的经历，这对一个学生是否拥有科技创新素养至关重要。

方法三：建设家庭实验室，给孩子玩结构性玩具。在欧美一些国家，有“车库创新文化”的说法，因为很多创造发明最初来自车库工场间。我们大多数家庭没有车库，但可以在家里布置一个创造发明角，打造一个家庭实验室，只要配备一些科学小设备，比如显微镜等探究工具，孩子们就可以自己开展科学探究了。家长往往因为孩子是女孩就给她买洋娃娃，实际上，女孩如果从小玩搭积木等结构性玩具，对其形成科技素养很重要——玩什么样的玩具，就会形成什么样的思维。

方法四：建立实证和尊重科学的态度。证据是科学的核心，任何无法证明的东西，无论自认为多么正确，都不是科学。科学的态度是指质疑、求证和开放的态度。

方法五：提供丰富多样的选择，并积极保护孩子们的兴趣。孩子们天生就是好奇的，在他们的生活里，我们要尽量为他们提供丰富多样的选择，逐渐培养孩子的科学兴趣，并保护这种兴趣。很多孩子喜欢拆家里的小物件，这就是探究的开始。珍妮·古道尔小时候曾经躲在鸡窝里一整天，想把鸡蛋孵出小鸡来。母亲虽然焦急地找了一天，但并没有责怪小珍妮，这让珍妮·古道尔从此爱上了生命科学，成为研究黑猩猩的世界级专家。

方法六：培养持久的学习能力。伟大的创新都是持续学习、尝试和探索的结果，在某一方面持久的学习是形成大脑多样化的基础，就是所谓的深度学习。

深度学习，首先应该是一种收敛的学习。什么是收敛？如果有一条抛物线，一个球在抛物线的里边，如果让它偏离一点，这个球就会回到底部，这叫收敛;但是如果这个球在抛物线的顶部，它就回不来了，这叫发散。深度学习显然是收敛的学习。美国心理学家路易斯·特曼从1921年开始开展了一项长达35年的天才追踪研究，追踪了1500多名智商超过135的天才儿童。然而，最终结果显示这个“天才军团”几乎全军覆没，没有对社会做出什么创造性的贡献，30%的男孩和33%的女孩甚至没能大学毕业。1971年，美国心理学家朱利安·斯坦利启动了一个超常儿童研究项目，在45年的时间里追踪了美国5000名在某方面全国排名1%的超常儿童长大后的职业和成就。研究结果表明，参与研究的5000名儿童绝大部分最后成了一流的科学家、世界500强企业的首席执行官、联邦法官等，其中包括扎克伯格、谢尔盖·布林等人。这两项追踪研究的区别是，斯坦利用的不是智商测试，而是学术能力评估测试（SAT）的数学分数。一个人的成功到底和智商有什么关系？为什么数学能力强比智商高更能反映人的未来成就？研究表明，智商与学习的关联性远不如自我控制力和学习的关联度强，也就是说，一个人的自我控制力越强，他就越容易形成深度学习，他将来获得成功的可能性就越高。为什么数学能力比智商的预测力要好得多？智商高的人只是在最初学习的时候会学得更快一点，但是如果他没有自我控制力，高智商在后面就显示不出优势。然而，数学学习除了对智商有要求以外，还要求孩子具备自我控制的能力。当学生达到在外界看起来十分专注、刻苦和勤奋，且自身认为十分自然的时候，学习就进入了深度学习的阶段。

三、科技教育的三个方向性策略

面对世界科技的快速发展和不一样的青少年，我们的科技教育确实需要不一样的策略。无论是课内还是校外，我们的科技教育可从三个重要的方向去探索和实践：

（一）让科技教育多样化

我们一定要积极导向，通过应用高科技，让每个人变得不一样。在国际学生评估考试（PISA）中，上海学生的成绩连续多次世界第一，我们跟国外的同行交流时，他们曾经问过这样一个问题：“到底是美国的教育好，还是中国的教育好？”我认为从考试成绩来看，上海的学生遥遥领先，美国的学生相对较差。但是，我们上海的孩子都一样好，而美国孩子是不一样的差，合在一起，从创新角度来看，美国的教育可能也有可取之处。创新不是一个人的事，创新不是智力高低，而是思维不同。多样化的科技教育，其最大的益处是可以让我们每个人体验不一样的教育过程，形成不一样的大脑。

（二）让科技教育变得可积累

二十年前的学生做课题研究，主题涉及如研究垃圾处理等，现在的学生大部分的研究课题还是一样的，办法和思路与二十年前没有什么两样。这样看来，学生的学习就没有进步，究其原因是没有积累，而科技教育可以做到这一点。上海市电教馆主导研发了“研究型课程自适应学习平台（MOORS）”，比如研究废旧电池的处理，学生登录后可以发现有很多人都在研究这项内容，于是就可以形成一个社群互相学习。前面的人做完的研究还可以留给后面的同学继续研究，不需要每次研究都从零开始。实际上，数据技术能产生的最大好处就是把别人的学习成果变成自己学习的起点和基础，把学习者的学习活动联系起来。

上海还有实验录评系统，我们称之为“实验室2.0时代”。学生做实验的时候可以全程摄像，学生有没有做过实验、实验做到什么程度都可以跟踪记录。当然，这项技术还可用于对学生科技素养和动手能力进行考评。

（三）让科技教育变得更有趣

人工智能技术的发展越来越快、越来越有力量，并且更具有操作性，我们的生活也因此变得更有趣、更有意义，人类也更有创造性。

科学的核心是探究，技术的核心是设计。如果没有科技发展的支持，科技教育就永远停留在低水平的探究和低水平的设计上。如果充分运用高科技，特别是应用人工智能技术，学生学到的知识技能就会达到更高阶的水平。例如，如果没有图形计算器，在数学学习中，学生只能学到二次函数，但是如果应用图形计算器，学生就可以学无数阶的函数。同样，从设计的角度看，戴上VR眼镜以后，应用立体绘图软件，学生可以自由地立体作画。显然，这样的设计没有高科技支撐是不可能实现的。

世界围棋高手柯洁曾经说过，“阿尔法狗”战胜了人类围棋高手，让我们反思，人类三千多年因经验积累下的围棋知识可能全都是错的。那么也许我们现在习以为常的学习方法，也可能是错的。从今天开始，我们的教育也许就要从经典教育进入超级教育的阶段，笔者把这个超级教育定义成四句话：一是基于脑科学的全脑学习;二是基于大数据的精准学习;三是基于人格化的创新学习;四是基于新技术的高阶学习。

科技教育的新空间正在打开，让我们解放思想，积极探索，把年轻一代培养成更有思想、更能探究、更能创造的未来世界的领导者和建设者。

【参考文献】

[1]肯·理查森【英】. 武越译.基因、人脑和人类潜能[M].北京：中信出版社，2018.

[2]诺曼·道伊奇【美】. 洪兰译.重塑大脑，重塑人生[M].北京：机械工业出版社，2015.

[3]大卫·迪绍夫【美】. 陈舒译.元认知：改变大脑的顽固思维[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4]吴国盛.科学的历程[M].长沙：湖南科技出版社，1995.

[5] 凯文·凯利【美】. 东西文库译.失控[M].北京：新星出版社，2010.

[6]尤瓦尔·赫拉利【以色列】. 林俊宏译.人类简史：从动物到上帝[M].北京：中信出版社，2012.

[7]倪闽景.人工智能与科技教育[J].教育参考，2018（01）：2-3.

[8]倪闽景.学习的本质与深度学习[J].现代教学，2019（Z1）：6-7.

[9] 倪闽景.当知识增长速度远超人类学习速度，未来教育面临八大趋势[EB/OL].（2017-11-06）.https：//www.jiemodui.com/N/85851.html.