以全新視角看待科技教育

曾箏

8月17日，“科技教育的新視野”分論壇由上海師范大學(xué)胡興昌教授主持，首都師范大學(xué)丁邦平教授、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)周榮庭教授、澳門大學(xué)魏冰教授、上海自然博物館顧潔燕教授和東南大學(xué)楊元魁博士5位領(lǐng)域?qū)＜?，圍繞科學(xué)教育進(jìn)行大跨度的研究和實(shí)踐分享。專家們從國(guó)際比較教育、科技史與科學(xué)哲學(xué)融合、新媒體輔助科學(xué)教育、博物館科學(xué)教育、腦科學(xué)基礎(chǔ)研究等不同角度切入，從國(guó)際到國(guó)內(nèi)，從校內(nèi)到校外為與會(huì)科技輔導(dǎo)員們帶來了科技教育的新視野。

加強(qiáng)基于本土的研究，推動(dòng)立法保障科學(xué)教育改革

丁邦平在主題發(fā)言中首先強(qiáng)調(diào)教育的目的是要培養(yǎng)完整的人。2014年，中國(guó)教育部印發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》中提出核心素養(yǎng)概念也印證了這個(gè)觀點(diǎn)。核心素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)了國(guó)家對(duì)下一代的素質(zhì)期待，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)和實(shí)踐創(chuàng)新6大素養(yǎng)。

從國(guó)際比較的視角出發(fā)，丁邦平提出學(xué)?？茖W(xué)教育改革需要人大立法保障。美國(guó)2001年通過《不讓一個(gè)孩子掉隊(duì)》法案，2015年由總統(tǒng)奧巴馬簽署《每一個(gè)學(xué)生成功法案》，通過法律保障所有的兒童都在閱讀、數(shù)學(xué)、科學(xué)3個(gè)核心學(xué)科上接受良好的教育。有了法律的保障，美國(guó)在科學(xué)教育改革上投入的經(jīng)費(fèi)也是驚人的，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2010-2011學(xué)年，美國(guó)幼兒園至高中12年級(jí)階段，教育總共花費(fèi)了6320億美元，公共教育經(jīng)費(fèi)成為美國(guó)在軍備支出之后最大的公共開銷。日本早在1953年頒布的《理科教育振興法》就開宗明義地規(guī)定：理科教育作為構(gòu)建文化型國(guó)家的基礎(chǔ)，具有重要的教育使命。2016年，日本政府根據(jù)《科學(xué)與技術(shù)基本法》制定了“科學(xué)與技術(shù)基本規(guī)劃”，對(duì)普及科技教育的經(jīng)費(fèi)投入、人員落實(shí)等情況作了詳細(xì)的規(guī)定。反觀中國(guó)，在1993年頒布的《科學(xué)技術(shù)進(jìn)步法》、2002年頒布的《科學(xué)技術(shù)普及法》方面，都沒有涉及到科技教育方面的規(guī)定。

歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)教育政策制定、教師教育改革、科學(xué)教育課程評(píng)價(jià)改革，都是以堅(jiān)實(shí)可靠的科學(xué)教育研究為基礎(chǔ)的。與國(guó)際社會(huì)相比，我們國(guó)家的科學(xué)教育改革主要是依靠行政主導(dǎo)、以往經(jīng)驗(yàn)和借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)教育理論，極度缺少本土化的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)支撐。但問題是，我國(guó)的科學(xué)教育改革是基于中國(guó)文化傳統(tǒng)和現(xiàn)有國(guó)情展開的，由于中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家處在不同的發(fā)展階段，我國(guó)科學(xué)教育改革面臨的基本問題與發(fā)達(dá)國(guó)家的不完全一樣。所以，過于依賴其他國(guó)家改革的經(jīng)驗(yàn)實(shí)際上并不能很好地解決中國(guó)科學(xué)教育存在的問題。

充分認(rèn)識(shí)創(chuàng)新的腦機(jī)制，基于大概念開展科技教育

楊元魁從腦科學(xué)研究出發(fā)，談創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為與會(huì)者帶來了一個(gè)全新的視角。楊元魁認(rèn)為，從腦科學(xué)角度看，科技教育的目的是培養(yǎng)全面知情的決策者，使學(xué)生具有進(jìn)行正確決策的知識(shí)基礎(chǔ)和相應(yīng)能力。

人最重要的能力是個(gè)性化的、在不同背景下針對(duì)不同目標(biāo)的決策和創(chuàng)新能力。人和人之間最大的差異在于決策能力不一樣，由于遺傳和環(huán)境的交互作用，每個(gè)人的決策網(wǎng)絡(luò)是不一樣的。當(dāng)然，要發(fā)展出比較好的決策和創(chuàng)新的能力，需要很多能力的結(jié)合，例如執(zhí)行功能和社會(huì)情緒能力，并不是一蹴而就的。就創(chuàng)新的類型來說，一種是日常創(chuàng)新，這是每一個(gè)人都具備的能力；另一種是杰出創(chuàng)新，這是極少數(shù)人才具有的能力。決策是創(chuàng)新的核心過程，決策可以分成兩個(gè)大的系統(tǒng)：一類是依靠感知形成判斷，即常說的直覺；另一類是推理決策系統(tǒng)。不管是哪一類決策，其基礎(chǔ)都是掌握概念和建立模型。能否有效地掌握概念、建立模型會(huì)影響人們的決策判斷能力和創(chuàng)新能力，這就需要我們?yōu)閷W(xué)生提供基于大概念的科技教育。

關(guān)于創(chuàng)新的腦機(jī)制研究，科學(xué)界已經(jīng)有了很多研究成果。首先，人腦中并沒有專門負(fù)責(zé)創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)或組織。其次，在人腦的6個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和凸顯網(wǎng)絡(luò)與創(chuàng)新能力的相關(guān)度較高。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)創(chuàng)新思維的產(chǎn)生，執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)創(chuàng)新思維的評(píng)估，凸顯網(wǎng)絡(luò)起著非常重要的雙向調(diào)節(jié)工作。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是創(chuàng)新的腦機(jī)制里很值得關(guān)注的部分，這一組腦區(qū)在認(rèn)知工作開始的狀態(tài)下，比如說做數(shù)學(xué)題或者思考事情的時(shí)候，反而比靜息狀態(tài)時(shí)還要更加安靜，所以往往又被稱為“靜默網(wǎng)絡(luò)”。此外，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)還與“心智游移”這種很有意思的心理現(xiàn)象有關(guān)，也就是我們常說的走神兒或開小差兒。研究表明，人出現(xiàn)最有價(jià)值創(chuàng)新的時(shí)候，往往不是在非常專注的情況下，而正是在心智游移的過程中產(chǎn)生的，所以要客觀地看待孩子走神兒的現(xiàn)象。此外，對(duì)于記憶的分子生物學(xué)研究表明，當(dāng)人形成長(zhǎng)期記憶時(shí)，神經(jīng)元連接處的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化。也就是說，如果孩子在生活當(dāng)中形成了錯(cuò)誤概念，對(duì)后續(xù)的學(xué)習(xí)會(huì)有非常嚴(yán)重的影響。因此，我們應(yīng)當(dāng)從小開展基于大概念和探究的科技教育，并且高度重視科技教師的培養(yǎng)。

在真實(shí)情景中促進(jìn)參觀者學(xué)習(xí)

在開放式的學(xué)習(xí)環(huán)境下，如何激發(fā)參觀者的興趣，如何應(yīng)對(duì)不同人群的學(xué)習(xí)需求，是博物館教育面臨的巨大挑戰(zhàn)之一。2015年，上海自然博物館開展了一項(xiàng)參觀行為研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，觀眾在參觀過程中知覺型的對(duì)話是最多的，聯(lián)系和概念型的對(duì)話最少。兩三個(gè)月后的回訪發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)參觀體驗(yàn)比較深入的觀眾在自然科學(xué)方面的興趣、行為和態(tài)度都有所提升。顧潔燕介紹到，博物館展品是以主題和問題導(dǎo)向設(shè)計(jì)的，其最大的特點(diǎn)是為公眾營(yíng)造一個(gè)沉浸式的實(shí)際場(chǎng)景，讓參觀者主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索。

上海自然博物館采取半結(jié)構(gòu)式、分眾化的博物館學(xué)習(xí)課程，并且基于問題和項(xiàng)目，在博物館情景中進(jìn)行。博物館目前把18歲以下的青少年劃分了4個(gè)學(xué)段，根據(jù)不同的目標(biāo)設(shè)計(jì)彈性化課程。例如，面向?qū)W齡前兒童的親子教育項(xiàng)目，是常設(shè)展廳的短期課程；面向小學(xué)生的“探索者聯(lián)盟”活動(dòng)鼓勵(lì)他們分小組在展廳完成闖關(guān)游戲；面向初中生的“青少年科學(xué)詮釋者”項(xiàng)目，則是包含實(shí)驗(yàn)、展廳參觀、講解、選題闡述、公眾分享等20個(gè)課時(shí)的學(xué)習(xí)；配合初高中的研學(xué)旅行活動(dòng)，博物館還開展了探索性的工作，把博物館的內(nèi)容作為學(xué)習(xí)引子，引導(dǎo)學(xué)生回到學(xué)校后再進(jìn)行系列探究。

顧潔燕說：“由于博物館課程的多樣性和觀眾學(xué)習(xí)需求的多樣化，學(xué)習(xí)效果的評(píng)估是博物館教育領(lǐng)域的共同難題。需要借鑒學(xué)校教育評(píng)估、社會(huì)學(xué)評(píng)估的方法，建立博物館學(xué)習(xí)效果評(píng)估體系?！?/p>

講好科技故事，新媒體手段助力教育

《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到要培養(yǎng)學(xué)生的好奇心、質(zhì)疑精神、批判性思維和團(tuán)隊(duì)合作精神，還提到要關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)與環(huán)境之間的關(guān)系。這實(shí)質(zhì)上體現(xiàn)的就是情感、態(tài)度與價(jià)值觀，可以跟科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)聯(lián)系起來。一個(gè)非常好的教學(xué)策略，就是把科學(xué)的內(nèi)容當(dāng)成故事講，把科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)融入課程當(dāng)中，介紹科學(xué)理論體系的建構(gòu)、技術(shù)的發(fā)展，幫助學(xué)生在大的歷史時(shí)間、空間下感知科技和社會(huì)的關(guān)聯(lián)?？茖W(xué)史和科學(xué)哲學(xué)可以幫助學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)是如何建構(gòu)的，是如何與社會(huì)互動(dòng)的，還能引發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的思考，比如說科學(xué)能不能解決一切問題，科學(xué)結(jié)論是否會(huì)有修正。

要讓科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)在公眾中得到更廣泛的傳播，目前還在起步和探索階段。目前比較好的策略是用歷史的科學(xué)故事講述。把科學(xué)發(fā)展歷程中的人物活動(dòng)作為故事背景，通過故事的方式呈現(xiàn)科學(xué)的觀點(diǎn)，呈現(xiàn)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)等。隨著技術(shù)手段的多樣化和進(jìn)步，業(yè)界也開展了利用新媒體手段促進(jìn)科學(xué)傳播的工作，取得了一定成果。比如《美麗化學(xué)》視頻，使用最新的4k高清攝影機(jī)捕捉化學(xué)反應(yīng)中的繽紛色彩和微妙細(xì)節(jié)，使用三維電腦動(dòng)畫和互動(dòng)技術(shù)，展示近年來在《自然》和《科學(xué)》等國(guó)際知名期刊中報(bào)道的美麗化學(xué)結(jié)構(gòu)，通過一種震撼又吸引人的方式將化學(xué)的美麗和神奇通過數(shù)字技術(shù)和媒體傳遞給大眾。

達(dá)成基本學(xué)習(xí)要求，全面提高學(xué)生科技素養(yǎng)水準(zhǔn)

澳門的學(xué)校以私立為主，學(xué)校在課程設(shè)置和教師招聘方面有極大的自主權(quán)，學(xué)校類別多樣化，教學(xué)質(zhì)量有很大的差異，教師主導(dǎo)型的教學(xué)方法和紙筆考試為主的學(xué)生的評(píng)價(jià)方式比較普遍。

魏冰是澳門科學(xué)課程改革項(xiàng)目的主要負(fù)責(zé)人。他介紹到，澳門的課程包括制度課程、項(xiàng)目課程和課堂課程3級(jí)。制度課程是基于澳門的社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化狀況，確立科學(xué)素養(yǎng)的教育目標(biāo)。項(xiàng)目課程則圍繞科學(xué)素養(yǎng)，對(duì)各年級(jí)階段學(xué)生分別提出學(xué)習(xí)要求。澳門的課程改革依據(jù)國(guó)際科技課程發(fā)展趨勢(shì)，基于《澳門中小學(xué)自然科學(xué)教育專項(xiàng)評(píng)鑒報(bào)告》而設(shè)立，其中心目標(biāo)是提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水準(zhǔn)，主要方式是“基本學(xué)力要求”，要求學(xué)生在完成各教育階段的學(xué)習(xí)后應(yīng)具備的基本素養(yǎng)，包括基本的知識(shí)、技能、能力、情感、態(tài)度及價(jià)值觀，每個(gè)階段的教學(xué)，不論教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式如何，教學(xué)結(jié)果需要在基礎(chǔ)性、現(xiàn)實(shí)性、發(fā)展性3個(gè)特性方面達(dá)到一定的要求，同時(shí)關(guān)注學(xué)生對(duì)未來社會(huì)的需求和發(fā)展。