破除青少年科学素养提升的瓶颈

今天我主要想和大家分享四个故事。

磷的发现者——创新不怕愚蠢最怕相同

大家知道，磷的发现者亨尼格·布朗特是德国商人，同时也是一位炼金术士。他观察到人的尿液是金黄色的，由此猜想尿里是不是有黄金。于是，他疯狂收集了5000升人的尿液去提炼。最后，他虽然没有提炼出黄金，却提炼出了一种全新的物质——白磷。这个故事发生在1669年。

几乎在同一时间点，牛顿在1668年完成了对万有引力定律的研究，也开始炼金。牛顿所有的手稿里面有1/3是研究科学的，剩下2/3是研究炼金术的。但是研究炼金术的牛顿什么都没有发现，而这个不是科学家的德国商人却发现了磷。这个故事告诉我们什么？

第一，科学教育不是高科技教育。有的学校会花费大量财力，比如50万元买一个3D打印机，学生只要按一个按钮就可以了，实际上这不是科学教育。科学教育的本质是发现现象，建立现象和概念之间的关系。亨尼格·布朗特就善于发现现象，由尿液的颜色是黄的，猜想尿液里面可能有黄金。尽管他的想法是错的，但是最终促成了科学发现。

第二，科学研究具有不确定性。我们现在的科学研究问题出在哪里？比如说，有的高校在很长一段时间内，做科学研究时，对于要买多少试管、要买什么药品全部是事先定好的。这样能产出科学研究成果吗？一旦所有的东西都想清楚了，结果也就很清楚了。而科学具有很大的不确定性。科学家最重要的精神是什么？是牺牲精神。1万个科学家里面，可能只会有1个有大的成就。不是说我们的学生从事科学研究就一定会有发现，如果一辈子没有发现，你愿意从事科学研究吗？这需要巨大的牺牲精神。

第三，创新是行动，不行动永远没有创新。你看到这个尿是黄色的，你就去炼，尽管最后炼出来的不是黄金，但是会有新的发现。创新如果一直停留在大脑中，最终就不会有创新。

亨尼格·布朗特发现磷的故事给我们最根本的启示是，创新不怕愚蠢，创新最怕相同。如果今天在座的人的想法都是一样的，你做的我也做，那么我们就不会有创新。

30年研究mRNA——创新没有天选之人

这个故事的主人公是2023年诺贝尔奖生理学或医学奖的获奖者之一卡塔琳·考里科。她和另一位获奖者德鲁·韦斯曼一起发现了核苷碱基修饰，就是对RNA一个小的核苷进行修整，让人类用mRNA的时候产生的副作用大大减少，使得mRNA在新冠疫情期间仅用了半年的时间就转变成了疫苗，拯救了人类。

为什么要说卡塔琳·考里科呢？考里科是匈牙利人，她爸爸是一个屠夫，考里科从小就跟着学做屠夫的下手。后来，她虽然成了科学家，但她在匈牙利拿了博士学位后，于1990年迁到了美国，在宾夕法尼亚大学医学院做了一个普通的兼职教授。说是教授，实际上没有正式教职。她在很长一段时间里都拿不到经费，写的文章都很难发表。1995年，她的教职降到了最低，2013年提前退休。

这个故事告诉我们什么？创新没有天选之人，每个人，即使没有拔尖的创新能力，都可以创新。一个人之所以能成为“拔尖创新人才”，是因为他有了创新的成果，而且这个成果必须得到大家的认可。

现在为止，教育界普遍认为“拔尖创新人才”都是天才，所以会想尽办法在初中里找出最优秀的学生，集中到几所学校去培养。这个做法一直存在争议，因为根本就没有所谓的“拔尖创新人才”，成为“拔尖创新人才”的人中，有聪明的人，也有笨的人。在这个层面上，对于“拔尖创新人才”的理解，实际上是我们教育最核心的内容。每年有这么多高考状元，但是很少有成为“拔尖创新人才”的。

2019年，诺贝尔奖获得者丁肇中先生在复旦大学做了一次讲座。他在讲座上说过，他几乎认识每一位活着的诺贝尔奖获得者，有90多位，其中考试考第一名的一个都没有，考最后一名的有几个。创新不在于本人是否优秀，而是其想法与众不同，并且愿意去实践。

当然，现代科学和亨尼格·布朗特那个时代的科学还是有一些不一样的。在400年前，只要有台望远镜，去看星星、看月球，就会有新发现；只要有一架显微镜，去看人家从来没有看过的世界，就会有新发现。但是，我们现在已经身处不同的时代，这个时代的创新要有三个基本要求：

第一，要有基本的思维能力。没有基本的思维能力是不可能有发明创造的。而这种能力来源于我们的学科教育，语文、物理、化学、数学等，我把它们称为“硬课”，只有这些“硬课”才能帮助我们构筑强大的思维能力。

第二，要有先进的工具。现在的科学发展离不开先进的工具。

第三，要有持之以恒的行动和坚韧不拔的毅力。在有了基本的思维能力和先进的工具后，要想获得重大的突破，还需要我们有坚韧的毅力，不抛弃、不放弃，像考里科那样，花30年研究mRNA。请大家注意，一个热点被爆出来后，往往已经不再是一个重大发现了，比如现在的人工智能ChatGPT。真正的重大发现都是很冷僻的。因为太冷僻了，大家都不注意、不关心，所以当你走在最前沿的时候，会发现这是个“无人区”，要忍受很漫长的寂寞。

《暗淡蓝点》照片——科学需要人文的滋养

我建议大家去上海天文馆观看《暗淡蓝点》的照片。天文馆每天有40万人抢4000张票，经常有人投诉买不到票。为什么这么多人愿意去看上海天文馆？因为它不仅是科技馆，更是一个思想馆、一个人文馆。我这里讲一个展品，叫《暗淡蓝点》，它在天文馆“征途”展区的最后一站。当您从展区出来的时候，回头一看，就能看见一个探测器“旅行者一号”挂在天空当中。故事讲的是1990年2月14号，“旅行者一号”将要飞离太阳系。这个时候，它的能源已经很少了。行星天文学家卡尔·萨根要求NASA让“旅行者一号”转过头来，拍一张太阳系的“全家福”，于是就有了这样一张照片。其中，地球所占的位置只有这张图片里面的0.12个像素，是非常暗淡的一个像素。

照片发布以后，卡尔·萨根专门写了一首诗。这首长诗里面的一段，在天文馆里也可以看到。

再看看那个光点吧

它就在那里

那就是我们的家园

我们的一切

你所爱的每一个人

你所认识、听说过的每一个人

漫漫历史长河中的芸芸众生

都在它上面度过了自己的一生

这个故事告诉我们什么？科学需要人文的滋养，科学本身就是十分深刻的人文。我们现在一讲到科技创新，满脑子都是要培养科学家和工程师。我告诉大家，全球出现过5个世界科学中心，最早是意大利，后来是英国、法国、德国、美国。而在这五个国家成为世界科学中心之前，首先涌现的都是人文和艺术的创新，这个世界要允许科技创新，更要鼓励人文艺术创新，包括我们的教育创新。我们现在的科学教育，物理、化学、生物课程几乎都来自西方，我们的教育是跟着别人的，凭什么人才超越别人？凭什么科技超越别人？只有教育先创新，人才和科技才能创新。

亚里士多德在《形而上学》里讲到，哲学和科学的诞生需要三个必不可少的条件：好奇、闲暇、自由。好奇是很容易的，每个人看到奇怪的现象都会表现出好奇，好奇心不需要培养，你只要不扼杀它就可以了。但是闲暇和自由是很难得的。我们现在的孩子有闲暇吗？有自由吗？所以，我们一讲到科学，大家首先想到的是数学公式和复杂的仪器，这两项东西一出来，很多人就被吓跑了。实际上，科学最重要的不是公式，只要按照理性的学习过程，就可以掌握科学的公式，哪怕是爱因斯坦的广义相对论。复杂的科学仪器也是同样的，只要我们按照某一个学习路径学习，最终都会掌握仪器的使用方法。真正难的是我们的想象力。

把梦当真的人——最好的科学教育就在身边

最后这个故事是上个月（编者注：2023年9月）我在嘉兴参加一个会议的时候，著名作家余华讲的。他引用了《一千零一夜》的故事，说的是巴格达有一个富人坐吃山空，变成了穷人。他在晚上总做一个梦，梦里有一个智者对他说，你现在没有钱，赶快去开罗，你的财富在开罗。第二天，他就去了开罗。到开罗的第一天晚上，他住在庙里，庙里来了很多小偷，警察把小偷和他一起抓起来。富人说：“我不是小偷。”警察便问他来干什么，他说：“我做了一个梦，有人告诉我，我的财富在开罗，我就来了。”警察局长嘲笑他是一个笨蛋，说：“我也天天做梦，梦到我的财富在巴格达，而且就在一个银灰色砖墙的院子里，东边一棵柏树下面。”富人一听，这不就是我家吗？他赶紧回家一挖，果然挖到了宝藏。

这个故事告诉我们什么？最好的科学教育就在我们身边，最重要的科学教育的力量就是我们自己，宝藏就在我们身边。

那么，我们的教育优势在哪里？

第一个优势，全世界再也找不到一个民族，能像我们的孩子那样刻苦耐劳。这是我们的优势，我们的孩子能够忍受别人无法忍受的艰辛。

第二个优势，我们人多。哪怕现在的出生率已经很低，原来一年要出生2000多万人，现在一年只有900多万人，但这个数量也是非常可观的。我们每年有900多万的孩子诞生，我们的教师都在全心全意为孩子们的未来开展教学。这就是我们的“宝藏”。

最后我们要想“宝藏”转化成科技创新，只需要一步，那就是多样化。如果教师的教学方法都是一样的，那是行不通的。如果大学永远只看分数，更是行不通的。在这个层面上，如果我们到现在都还没有想清楚，那么我们在科技教育、科技创新方面永远会碰到瓶颈。我们需要的是多样化，我们每个人、每个孩子都可能有创新拔尖的机会，我们每个人、每个教师都能够为拔尖创新奠基。

结语

对于科学教育来说，它不仅是要培养科学家、工程师，也要培养规划科技战略的人、制定科技法规的人、制定科技金融政策的人。科技产业的壮大也需要科技创业孵化方面的人才，也需要科技哲学、科技传播、科幻创作方面的人才。只有形成一个科创的生态，我们国家才能够成为世界的科技中心。

我们应该将希望寄托于每位教师、每个孩子身上，而不是寄托在100个人身上，寄托在我们认为的天才孩子身上。

所以，如何来破解瓶颈？如何实现科学教育的创新？我相信，今天这四个故事会给大家带来一些启发。

（作者：全国政协委员，民进上海市委副主委，上海科技馆馆长。文章为作者在第六届IEIC国际教育创新大会科技教育论坛主旨演讲，演讲题为《破除青少年科学素养提升瓶颈，做好科学教育加法》，作者授权刊发，有删减。）