科学教育将走向科创教育新阶段

项 华

北京师范大学物理与天文学院教授、博士生导师，教育部“全国青少年科技教育成果展示大赛”专委会副主任，全球华人探究学习学会常务理事，数字科学家计划创始人；现主持中国教育战略发展学会课题“新时代科创教育与学生创新能力发展方略研究”。

本刊编辑：近日，北京市教委发布《关于深入推进高中阶段学校考试招生改革的实施意见》，将语文、数学、英语、物理、道德与法治、体育与健康作为中考招生计分科目。其中，物理80分，包括闭卷笔试70分+实验操作10分。您对此有何看法？

项 华：我觉得这一举措符合北京地区基础教育改革精神，从“指挥棒”的层面促进义务教育新课标的实施与落地。科学是一个大系统，包含了众多科学子系统，比如物理学、化学、生物学、认知科学等等。物理学接近自然科学层面，属于科学中的核心学科。物理学从近代物理学发展到现代物理学的过程中，形成了一整套独特的科学思想和方法体系，正是这套独特的思想或者方法体系带动了其他科学子系统的发展，同时也是区别于其他科学学科的主要特征。另外，随着人类进入工商业文明，科学影响到社会的各个细胞，成为社会文明发展的主要推动力。由此看出，在学科科目越来越多、学科越分越细、学科身份越来越模糊的今天，将物理作为理科中唯一一门科目列入中考招生计分，体现了现代课程形成的“核心”概念，也就是体现了核心素养和核心课程的思想。由于科学本质上是经验学问，在物理考试中明确规定实验操作10分，也是物理学科核心素养培养要求的必然。

随着2022年版义务教育新课程方案的颁布，物理教育开始进入新物理教育阶段。新物理教育的目标是提高每位学生的物理学科核心素养水平。从这个新课程方案中可以看到学科教育变革的整体要求，即在人文素养的滋养下加强跨学科实践性。学科教育正在从学科知识教学走向学科能力培养或者学科核心素养水平提升。我们需要重新审视各个学科教育的本质、内容与方法。

本刊编辑：对于科学教育未来的创新发展，您有什么样的看法？

项 华：首先，通过梳理科学与科学教育的发展历史，我得出了科学教育发展的“三阶段说”。第一个阶段的科学教育是工业时代的科学知识教学，其核心是科学知识讲授与传递；第二个阶段的科学教育是工业时代的科技教育，其核心是科技能力的培养和技术的双刃性的关注；第三个阶段的科学教育是数智时代的科创教育，其核心是创造思维培养。需要说明的是，“三阶段说”不是后者取代前者的关系，而是后者在前者的基础之上教育重心的转移，比如第三个阶段的科创教育是在科学知识传递或者科技能力培养的基础之上，将重心放在创造思维培养上。所谓的创造思维是一种基于探究性实践与学科概念的问以致学、学以致用、用以致问的智慧思维方式。

其次，我在“三阶段说”基础之上，结合黑格尔的理论逻辑起点要求，给出了科创教育和创造思维的定义。所谓的科创教育就是智能时代的科学教育，它是技术或者数据密集型的探究性实践的科学教育活动。科创教育的核心或者逻辑起点是创造思维。创造思维由发散思维、直觉思维、逻辑思维、横纵思维、编制思维、设计思维、计算思维组成，创造思维的成果包括物质成果和精神成果。科创教育中的科学不仅仅是学校课程中的科学科目，而且是数智时代的大科学。像火的使用一样，计算机使得人类进入一个崭新的数智时代。21世纪的科学与技术正在面临着一场全新的、激动人心的转折。这场转折以整合或者聚合信息技术、纳米技术、生物技术和认知科学的整体科技观为特征，旨在全面提升人类能力和生命质量。它将关注点聚焦于人。

最后，我辨析了今天大家讲的STEM教育、创客教育、科创教育、PBL教学五个概念的异同点。这五个概念本质上是相同的，都是面向未来教育的实践理念或者方式，区别反映在来源上。STEM教育来源于学校教育系统内部的改革需求，面对未来教育，学校教育需要打破严重的学科条块分割，需要基于科学、技术、工程实践、数学的跨学科整合，STEM教育其实就是整合教育或者STS教育的具象化发展；创客教育来源于学校教育系统外部的第四次工业革命，基于互联网、大数据和人工智能等现代信息科技的第四次工业革命，出现了开源共享的、喜欢创意和造物的创客群体，创客是数智时代的先进生产力代表者，因此创客教育应运而生；科创教育来源于我国科学教育的话语体系，是针对我国素质教育而产生的；PBL教学来源于面向未来教育的主流教学范式。

值得一提的是，未来已来，科创教育话语体系在我国有群众基础，易于指导我国的教育创新实践，对于我国创新人才和拔尖人才培养具有特殊的意义。聚焦在创造性思维培养，科创教育的实施具有易理解、易对接传统教育等优势，应该特别引起关注。开展科创教育或者科学教育应该注意以下几点：第一，项目式学习（PBL）是抓手，创造思维培养是关键；第二，要在“双减”背景下基于科创教育构建学校课程，结合STEM教育和创客教育理念，创造丰富的面向未来的教学方法；第三，高校要设立科创教育专业方向，加强科创教育理论研究，培养科创教育人才；第四，要全学段、全学科、全口径、全视域推进科创教育或者科学教育。

本刊编辑：您是物理学专业背景，又是如何走上科创教育的学术道路的？

项 华：我本科读的是物理学专业。1986年我的本科毕业论文就是关于计算机在物理科研方面的应用研究，毕业时正赶上国际计算机辅助教学（CAI）热，而国内CAI才刚刚起步。毕业后我有幸从教于北京景山学校，一直到1998年。北京景山学校是中国教育改革创新的窗口学校。其间我注重教育技术在教学中的运用，开发了一些教学软件或媒体。我有3年时间师从我国著名基础物理教育家闫金铎先生攻读硕士学位。我的硕士毕业论文题目是《M图反馈法在物理教学中的尝试与应用》，文中根据国际上的概念图方法，研究出用纸笔等工具诊断学生物理学习认知结构的方法，现在看来这也可以算作广义的信息技术辅助学习。1998年，我调到北京师范大学物理学系从事本科物理课程与教学论的教学工作。幸运的是正赶上我国基础教育改革浪潮的兴起。其间，我主持过全国万名物理骨干教师国家级培训工作，还主持过国家物理新课程初中《科学》教材和教辅的编写工作及教师培训工作。更值得庆幸的是，我能够在2001年师从我国著名教育家顾明远先生和闫金铎先生，攻读博士学位。我的博士论文题目是《国内外信息技术与中学物理课程整合的比较研究——有序构建我国基础物理教育信息化体系》，从此我的学术研究开始定位在学科教育创新的整合、STEM教育、创客教育、科创教育。

到了北师大工作以后，我教的课是课程与教学论专业方向中的基础课程——中学物理教学概论，后来我确立了信息技术和物理教学整合的方向。在学科教育中开展信息技术与学科教学整合，涉及学科教育如何创新，信息科技带来的是社会各个行业的变化。在教育领域的学科教育里面也是如此，就是面临着如何创新的问题，所以我博士论文的方向就是技术环境下物理学科教育如何创新。

回顾我的学术生涯，三位恩师对我的学术思想影响非常大。第一位是顾明远先生，顾先生是中国教育学会会长。我刚刚读博士的时候，顾先生给我留的第一个作业就是让我去图书馆写一篇论文，主题是“什么是教育？”我到图书馆去查资料，翻阅了大量的关于教育的各种不同的界定，让我对教育有了更深的思考。顾先生的“没有爱就没有教育”“没有兴趣就没有学习”“教书育人在细微处”“学生成长在活动中”更是对教育真谛的准确诠释。第二位是闫金铎先生，他是中国物理教育学会理事长，在物理学科教育届是泰斗级的人物，他给我最大的影响就是他经常挂在口头的两个词——需要与可能。我们经常会面临这个问题，特别是对待一个先进的理念，我们要思考：需要是怎样的，但是现实的情况又是怎么样的？“需要”和“可能”要衔接好。闫先生的思想使我不仅仅停留在学术研究的层面，而是更进一步地思考先进的教育理念如何落地的问题。

第三位就是何克抗先生，何先生在信息技术、教育技术领域的一些论述是非常经典的。对我影响最大的有两个：一个是借助信息技术辅助中国教育的“跨越式发展说”；另一个是“整合”的本质说——信息技术要实现我国主流教学范式的转变。“整合”在国内是两条路线在走，一条是基于技术本身的路线，主要由教育技术学者推进；还有一条是基于学科内容的路线，主要由学科教育学者推进，两条路线切入点不一样，但是殊途同归。

本刊编辑：基于您的学术发展历程和您对科学教育未来发展的判断，您和您的团队在科学教育创新方面做了那些工作？

项 华：在探索科学教育创新的路上，我主要做了两件事情：一个是形成了学科教育创新的理论；另一个是形成了“数字科学家计划”现代科学新形态启蒙项目。其中“数字科学家计划”是我坚持了十多年的项目，我和我的团队克服了各种困难，有学术研究上的困难，也有实践当中遇到的困难。由于“数字科学家计划”是横向课题，完全靠自筹经费，我们“穿百家衣吃百家饭”地坚持下来的，这个过程是很不容易的。

目前我们看到贯通式创新人才培养的瓶颈在于教师的准备。在基础教育创新实践面前，作为培养职前教师的重要阵地，师范教育还是有点滞后于时代的，所以我开始带领我的团队探讨“新师范”教育的实施路径问题。“新师范”教育的理念是科创教育，核心工作是在科创教育理念下修改或者重构课程体系，主要阵地在课堂上。为此，我们基于二十年来“整合”经验在北京师范大学开发了两种“新师范”示范课程：一是物理系选修“中学物理教学与信息技术整合”课程，教学对象主要是学科教育领域中的物理学科教师；二是大学公选课程“A-STEM科创教育与项目式学习”，班级教学来自于各个院系的不同学科背景的学生。这两种示范课程采用科创教育S-3PBL模式，目前正处于推广阶段。其中“A-STEM科创教育与项目式学习”获得了2022年高等教育教学成果奖校级一等奖。

今年随着ChatGPT的出现，生成式人工智能（AIGC）让人们亲身感受到了人工智能时代带来的巨大冲击，是机遇还是挑战？是共生还是替代？是福址还是毁灭？它同样给教育领域提出了一个非常尖锐的问题：人工智能时代到底应该教给孩子们什么？怎样教？这已经是摆在我们面前的迫切需要回答的问题。虽然不好回答，但是传统教育的“刷题”模式所带来的优势在人工智能时代将荡然无存，因为AIGC是建立在大数据基础上的人工智能，这方面人脑是无法企及的。另外，在强人工智能面前，我们不能被机器绑架，成为思想上的奴隶，这就需要我们反思人类的学习方式，应该承认过去的认知学习不是人类唯一的方式，科创教育中的智慧创造思维应该能够给出破题思路。未来的人可以分为两类，一类是经过强人工智能赋能的人，另一类就是没有掌握强人工智能的人，这使得过去已经形成的数字鸿沟将变得更加巨大，只有前者才能适应未来环境。科创教育给出了一个不错的答案，因为科创教育的宗旨是培养创新人才，而创新人才培养的核心是创造思维培养，创新人才的思维方式是问以致学、学以致用、用以致问的闭环方式，只有这种创造思维培养方式能够很好地与强人工智能耦合，实现人机共生，更好地适应未来复杂的充满不确定性的环境。面对未来教育，我有一句话与同仁们共勉：未来虽然不好预测，但是今天的实践却决定了未来的走向，未来可持续发展之路在哪里？答案是，路在脚下。

编 辑：卢秋红