深圳中學(xué)：以“科教融合”提升學(xué)?？茖W(xué)教育水平

朱華偉

摘要我國科教融合正在從高等教育向基礎(chǔ)教育領(lǐng)域延伸。廣東省深圳中學(xué)基于“科教融合，創(chuàng)享未來”的理念，探索通過人才、課程、生態(tài)三重力量驅(qū)動，全面提升科學(xué)教育水平。學(xué)校以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)志趣為目標(biāo)，謀劃世界一流的師資格局，構(gòu)建多元高端的科學(xué)課程，營造良好互動的創(chuàng)新生態(tài)，為拔尖創(chuàng)新人才成長奠基，為解決我國關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供人才支撐。

關(guān)鍵詞 科學(xué)教育；科教融合；拔尖創(chuàng)新人才；創(chuàng)新生態(tài)；科學(xué)志趣

中圖分類號G63

文獻(xiàn)標(biāo)識碼B

文章編號1002-2384（2023）06-0023-03

加強科學(xué)教育、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)是青少年成長發(fā)展的需要，也是培養(yǎng)國家高水平科技創(chuàng)新人才的需要。2017年，廣東省深圳中學(xué)提出：“建設(shè)中國特色世界一流高中，培養(yǎng)具有中華底蘊和國際視野的拔尖創(chuàng)新人才?！弊源酥?，學(xué)校以“科教融合，創(chuàng)享未來”為理念，以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)志趣為目標(biāo)，實施人才、課程、生態(tài)三重力量驅(qū)動，全面提升科學(xué)教育水平，加強拔尖創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)，為解決我國關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)提供人才支撐。

科教融合一直被視為高等教育改革的方向，如今我國科教融合正在從高等教育向基礎(chǔ)教育領(lǐng)域延伸。中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)物理系教授朱邦芬在2023年清華校友基礎(chǔ)教育論壇上說：“杰出創(chuàng)新人才的培養(yǎng)與中小學(xué)教育有著非常密切的關(guān)系。從某種意義上說，中學(xué)對人的塑造、對一個人全面素質(zhì)的培養(yǎng)，是人才成長中最關(guān)鍵的一環(huán)。”在基礎(chǔ)教育階段通過科教融合的方式提升科學(xué)教育水平，不僅是落實立德樹人根本任務(wù)和黨的二十大統(tǒng)一部署的應(yīng)有之義，更是在為中國乃至世界未來發(fā)展培養(yǎng)更多拔尖創(chuàng)新人才厚植成長沃土。

一、人才驅(qū)動：謀劃世界一流的師資格局

教師是教育發(fā)展的第一資源，是立教之本，師資隊伍建設(shè)是提高科學(xué)教育質(zhì)量的首要因素。

其一，吸納優(yōu)秀人才，以創(chuàng)新型、學(xué)術(shù)型教師引領(lǐng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提升。深圳中學(xué)在教師隊伍建設(shè)方面，堅持“用優(yōu)秀的人教育下一代，培養(yǎng)出更優(yōu)秀的人”，踐行以人為本的管理理念，努力營造寬松和諧的工作氛圍，在生活上關(guān)心他們，在工作上幫助他們，在思想上引領(lǐng)他們。目前學(xué)校有博士教師100余人，清華、北大畢業(yè)的教師150余人，哈佛、麻省理工、牛津、劍橋等海外名校畢業(yè)的教師80余人。例如：教授“天文學(xué)基礎(chǔ)與前沿”的胡劍老師是清華大學(xué)博士、德國馬普天體物理研究所博士后，教授“Python編程與智能硬件”的高陽老師是本科、碩士、博士都在清華大學(xué)就讀的“三清”博士。這些創(chuàng)新型、學(xué)術(shù)型教師經(jīng)歷過嚴(yán)格的學(xué)術(shù)訓(xùn)練，都能夠獨立進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，開展科研實踐。因此，他們在從事科學(xué)教育的過程中會更加倡導(dǎo)研究性教與學(xué)，不是把知識作為既定的東西教給學(xué)生，而是使教學(xué)成為一種探索、創(chuàng)造的過程，從而啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，引領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)造性地運用新知識、新方法，不斷拓展視野，提高創(chuàng)新意識，養(yǎng)成科學(xué)精神。

其二，提供多元平臺，彰顯高學(xué)歷教師的教育教學(xué)優(yōu)勢。為了進(jìn)一步發(fā)揮博士人才的專業(yè)優(yōu)勢及其在學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展中的引領(lǐng)作用，深圳中學(xué)首創(chuàng)項目制博士工作室，探索高水平人才組團(tuán)式發(fā)展。首批成立的深圳中學(xué)博士工作室共七個，分別為丘成桐中學(xué)科學(xué)獎博士工作室、清華數(shù)學(xué)領(lǐng)軍計劃博士工作室、清華物理攀登計劃博士工作室、北大物理卓越計劃博士工作室、港澳課程研究博士工作室、iGEM博士工作室和科技創(chuàng)新博士工作室，涵蓋數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、信息、科技創(chuàng)新等多個學(xué)科領(lǐng)域。博士工作室以項目制為載體，通過跨學(xué)科博士共同攜手，聚焦拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，圍繞課程建設(shè)、學(xué)生發(fā)展、教育教研開展相關(guān)工作。

其三，拓展校外資源，為科學(xué)課程實施提供強力支持。深圳中學(xué)不僅擁有世界一流的校內(nèi)師資，而且有校外的學(xué)者、專家為課程引導(dǎo)和護(hù)航。例如：每月舉辦一次的深圳中學(xué)大講堂，曾邀請諾貝爾獎得主阿龍·切哈諾沃、羅杰·科恩伯格，菲爾茲獎、克拉福德獎、沃爾夫獎得主丘成桐院士，清華大學(xué)校長王希勤教授，西湖大學(xué)校長施一公院士，比亞迪董事長王傳福等海內(nèi)外著名學(xué)者、企業(yè)家為學(xué)生開設(shè)科普講座，內(nèi)容包括《我的科學(xué)生涯》《數(shù)學(xué)中的真與美》《突破利基，融通中外》《結(jié)構(gòu)之美》《比亞迪的夢想和責(zé)任》等。此外，學(xué)校的科創(chuàng)教育中心還與相關(guān)專家建立長效合作機(jī)制，開發(fā)并實施適合高中生修習(xí)的課程。

二、課程驅(qū)動：構(gòu)建多元高端的科學(xué)課程

深圳中學(xué)科學(xué)課程設(shè)計與實施的特點主要體現(xiàn)在前沿性、系統(tǒng)性、綜合性、實踐性和人文性五個方面。

其一，前沿性?？茖W(xué)一直在迭代更新，這也是科學(xué)的魅力所在。科學(xué)教育在科學(xué)知識的傳授方面，尤其要重視對前沿的、正在創(chuàng)造之中的科學(xué)知識的關(guān)注，讓最前沿的科技以學(xué)生易于理解、樂于接受的方式進(jìn)入課堂。例如：每周四下午，深圳中學(xué)博士教師會聚焦世界科技前沿，面向?qū)W生開設(shè)一場深圳中學(xué)博士講堂，涉及的領(lǐng)域包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、語言學(xué)、醫(yī)學(xué)等。再如：羅天摯老師開設(shè)的選修課“神奇的新材料”旨在介紹最前沿的材料科學(xué)研究，如碳納米管、超導(dǎo)體、石墨烯、形狀記憶合金等。羅老師在課上不僅通過實驗探索新材料的奇妙性質(zhì)、制備方法和應(yīng)用，而且通過案例介紹新材料在工業(yè)和科研中的實際應(yīng)用，同時引導(dǎo)學(xué)生閱讀最新的學(xué)術(shù)論文和研究報告，了解材料研究進(jìn)展，為他們未來的學(xué)術(shù)和職業(yè)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

其二，系統(tǒng)性?？茖W(xué)素養(yǎng)的提升需要從小抓起，進(jìn)行全方位貫通式培養(yǎng)。在初中階段，深圳中學(xué)與丘成桐院士合作設(shè)立丘成桐少年班，開設(shè)的必修課程包括數(shù)學(xué)競賽基礎(chǔ)、信息競賽基礎(chǔ)、騰訊DN.A網(wǎng)絡(luò)素養(yǎng)課程等，選修課程包括以認(rèn)識城市與生態(tài)環(huán)境為主題的人文素養(yǎng)課程，數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、信息學(xué)競賽課程等。高中階段設(shè)立華為-深圳中學(xué)數(shù)理實驗班、數(shù)理英才班等。以深圳中學(xué)數(shù)理英才班為例，在國家必修課程的基礎(chǔ)上，第一學(xué)期開設(shè)微積分、普通物理學(xué)等大學(xué)先修課程；從第二學(xué)期開始，根據(jù)學(xué)生的興趣方向，數(shù)學(xué)方向開設(shè)數(shù)學(xué)分析、高等代數(shù)、群論初步、微分方程等課程，物理方向開設(shè)物理競賽、理論力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計物理、電動力學(xué)、量子力學(xué)等相關(guān)課程。

其三，綜合性?？茖W(xué)教育不是寓于單一學(xué)科中，而是需要通過跨學(xué)科、多學(xué)科融合交叉的探究性課程學(xué)習(xí)去實現(xiàn)。以深圳中學(xué)每年都會指導(dǎo)學(xué)生參加的國際基因工程機(jī)器大賽（International Genetically Engineered Machine Competition，iGEM）為例，在這項比賽中學(xué)生不僅能應(yīng)用生物實驗技能，還鍛煉了編程、建模、工程、社會調(diào)查、媒體運營等方面的能力。2021年深圳中學(xué)代表隊的研究項目為“Gum Over（終結(jié)口香糖）”，聚焦城市街道上難以清除的口香糖問題。首先，學(xué)生通過實驗證明兩種生物酶可以分解口香糖中難以被降解的成分，決定開發(fā)一種基于生物酶的口香糖清潔劑。然后，負(fù)責(zé)實踐調(diào)查的學(xué)生發(fā)現(xiàn)夏季地面溫度普遍超過了生物酶的活性范圍，為了提高酶的熱穩(wěn)定性，學(xué)生設(shè)計改造蛋白的實驗，利用理性設(shè)計和定向進(jìn)化的方法設(shè)計了突變的酶。最后，負(fù)責(zé)運營的學(xué)生策劃了線下藝術(shù)展和公眾演講，提高了公眾對公共健康和城市衛(wèi)生的意識。這個由學(xué)生視角出發(fā)的項目以生物實驗為主線，結(jié)合工業(yè)設(shè)計、社會調(diào)查、活動策劃等方式，既提高了學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力，又培養(yǎng)了學(xué)生對社會問題的思考能力，提升了學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

其四，實踐性。中國傳統(tǒng)的教育重書本知識，重口頭講授，缺少對動手實踐能力的應(yīng)有重視；而大腦的開發(fā)、思維的開拓都要通過動手去實現(xiàn)，要產(chǎn)生創(chuàng)新思維，就要不斷通過自己的雙手去實踐。以朱峰老師開設(shè)的“智能機(jī)器人”課程為例，該課程涉及的基礎(chǔ)知識和技能包括機(jī)器人的構(gòu)造、電路、程序設(shè)計和傳感器應(yīng)用等，課程實施通過理論學(xué)習(xí)和實踐操作相結(jié)合的方式進(jìn)行。學(xué)生們會在課堂上學(xué)習(xí)機(jī)器人原理，了解基本的電路、控制和編程知識，然后親手搭建機(jī)器人、編寫程序、進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化等。這些實踐活動有助于學(xué)生熟悉機(jī)器人的構(gòu)造和工作原理，提高他們的實際操作能力和技能，進(jìn)而參加各類機(jī)器人競賽，提高解決問題的能力、工程思維水平和團(tuán)隊協(xié)作意識。

其五，人文性?？茖W(xué)教育是有溫度、有情感的教育，教師不僅要引領(lǐng)學(xué)生了解科學(xué)世界，更要引導(dǎo)他們關(guān)聯(lián)并關(guān)懷生活世界。一方面，歷史上的科學(xué)家和他們的科學(xué)發(fā)現(xiàn)及其對時代的影響，科學(xué)家在研究過程中所經(jīng)歷的挫折、失敗、錯誤都是科學(xué)教育的重要內(nèi)容?！皵?shù)學(xué)課里有華羅庚，物理課上有愛因斯坦，化學(xué)課里有拉瓦錫……”這是我常和學(xué)校各科教師強調(diào)的內(nèi)容。另一方面，我國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和科學(xué)歷史文化等內(nèi)容也是學(xué)校科學(xué)教育關(guān)注的重點。我校開展了一系列別具特色的校本課程學(xué)習(xí)和實踐活動，包括黨史學(xué)習(xí)、愛國教育、勞動教育、生存技能等課程，引導(dǎo)學(xué)生涵養(yǎng)中華底蘊，厚植家國情懷。此外，學(xué)校還充分利用新校區(qū)大面積的白墻，完成數(shù)學(xué)之美、物理之美、化學(xué)之美、生物之美、天文之美、AI之美、機(jī)械之美等文化墻的設(shè)計，讓學(xué)生在耳濡目染中了解科學(xué)史以及科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)與人類的內(nèi)在聯(lián)系，揭示科學(xué)豐富的人文內(nèi)涵，讓學(xué)生無時無刻不感受人文熏陶，沉浸于“無聲課堂”。例如：數(shù)學(xué)之美文化墻的內(nèi)容涵蓋中國古代數(shù)學(xué)家劉徽與祖沖之的生平與故事，圓錐曲線和雙螺旋線的定義與結(jié)構(gòu)，麥克斯韋方程與相對論和量子物理的密切關(guān)系等。

三、生態(tài)驅(qū)動：營造良好互動的創(chuàng)新生態(tài)

科學(xué)的本質(zhì)是創(chuàng)新，科學(xué)教育的靈魂就是要形成一種創(chuàng)新的生態(tài)。良好的創(chuàng)新生態(tài)不僅需要基礎(chǔ)設(shè)施等硬件支撐，還需要形成創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的制度安排、環(huán)境保障和文化氛圍。

其一，提供支持科學(xué)探索的條件保障。深圳中學(xué)融合優(yōu)質(zhì)資源，與華為、騰訊等著名企業(yè)，以及清華、北大等著名高校共建23個創(chuàng)新體驗中心和創(chuàng)新實驗室，并成立專門的科創(chuàng)教育中心，統(tǒng)籌各中心和空間規(guī)劃、課程設(shè)計等。近年來，學(xué)?；谶@些平臺新開設(shè)創(chuàng)新課程25門，其中我校教師獨立開發(fā)13門，與大學(xué)、企業(yè)合作開發(fā)12門，包括“深中騰訊AI+”“Python編程與人工智能”“產(chǎn)品三維設(shè)計與制造”等，涵蓋人工智能、計算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、天文學(xué)、生物科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等多個領(lǐng)域門類。

2023年剛剛落成的深圳中學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新體驗空間占地逾800平方米，是深圳中學(xué)科創(chuàng)空間改造的一次全新嘗試，內(nèi)部有機(jī)整合機(jī)器人、無人機(jī)、量子實驗室、比亞迪體驗中心、清華大學(xué)朱邦芬院士工作站等多個空間。工程技術(shù)創(chuàng)新體驗空間有助于教師在教學(xué)中開展學(xué)科融合和全鏈條整合，實現(xiàn)學(xué)生的跨學(xué)科學(xué)習(xí)和跨領(lǐng)域思考，不僅通過物理空間上的集聚提高了“科研密度”，而且提高了“創(chuàng)新濃度”。同時，各大學(xué)和企業(yè)也為學(xué)生提供了多元豐富的校外實踐空間，如大亞灣核電站、深圳市天文臺、深圳證券交易所，以及比亞迪、華大基因等企業(yè)，真正實現(xiàn)“校園無圍墻，課堂無邊界”。

其二，形成鼓勵創(chuàng)新創(chuàng)造的文化氛圍。物質(zhì)文化是基礎(chǔ)，精神文化是內(nèi)核。習(xí)近平總書記指出：“基礎(chǔ)教育既要夯實學(xué)生的知識基礎(chǔ)，也要激發(fā)學(xué)生崇尚科學(xué)、探索未知的興趣，培養(yǎng)其探索性、創(chuàng)新性思維品質(zhì)?！绷甓鄟恚钲谥袑W(xué)將科教融合的理念貫穿教育活動全過程，倡導(dǎo)“處處是創(chuàng)造之地，天天是創(chuàng)造之時，人人是創(chuàng)造之人”的教育思想，鼓勵學(xué)生善于奇思妙想并努力實踐，以創(chuàng)造之教育培養(yǎng)創(chuàng)造之才。學(xué)校因此逐漸形成了科學(xué)民主、多元和諧、開放包容的校園文化氛圍。在這樣的文化熏染中，深圳中學(xué)學(xué)生不僅提升了科學(xué)素養(yǎng)，而且在內(nèi)心播下科技創(chuàng)新的種子，歷年來在科學(xué)研究和各種國內(nèi)、國際科技創(chuàng)新大賽中均取得優(yōu)異成績。

我們認(rèn)為，學(xué)生接受科學(xué)教育的過程不僅是體驗前沿科技創(chuàng)新、感悟科學(xué)精神和科學(xué)家精神的過程，更是關(guān)心社會、關(guān)懷世界、獲得切實成長的過程。2023年，憑借“普易篩”項目入選國際科學(xué)與工程大獎賽中國國家隊的田一丁同學(xué)說，“普易篩”帕金森病早篩儀器項目的源起是他在網(wǎng)絡(luò)上看到一段1996年奧運會開幕式的短視頻。視頻里54歲的拳王阿里右手高舉奧運火炬，而左手卻在不停地顫抖。他說：“我的內(nèi)心感受到了極大的沖擊，作為一個世界級拳王，雙手理應(yīng)是阿里最信賴的武器，但帕金森病居然讓拳王無法自主控制自己的雙手?！狈浅Ｐ疫\的是，田一丁同學(xué)帶著疑問碰巧選修了英國南安普頓大學(xué)博士胡楠老師的綜合性科研課程。胡老師啟迪他用靜電場電勢檢測的辦法進(jìn)行易普及的帕金森病早期篩查，進(jìn)而有了后來的成果“普易篩”項目。除了項目本身取得的出色成績，學(xué)生通過此項目展現(xiàn)出的人文關(guān)懷、獲得的精神成長更加難得和寶貴。

教育是為未來培養(yǎng)人的，我們今天培養(yǎng)怎樣的學(xué)生，就會創(chuàng)造怎樣的未來。為此，深圳中學(xué)將一如既往地行走在“科教融合，創(chuàng)享未來”之路上。

（編輯 崔若峰）