科技教育，讓高品質(zhì)思維隨成長遠(yuǎn)行

鄧曉婷

離“八一·少年行”衛(wèi)星的發(fā)射已過去七年。

這顆由中學(xué)生全程參與研制的衛(wèi)星，曾讓北京市八一學(xué)校轟動一時。而當(dāng)所有的喧嘩沉潛下來，作為八一學(xué)校的領(lǐng)頭人，校長沈軍一直在復(fù)盤，繁榮的科技活動、科技課程背后，科技教育的可持續(xù)性是否真實地發(fā)生了？每當(dāng)學(xué)生坐在環(huán)境優(yōu)越、設(shè)備先進(jìn)的科技教室里學(xué)習(xí)，那些于手中從無到有的工程項目，能否引起他們對于科學(xué)思維以及自我成長的探問？

他希望從八一走出去的學(xué)生，都能經(jīng)由一個器件、一次好奇，以針芒之微，觀世界之大；能夠在遞遷之中，洞悉社會需求，涵養(yǎng)、迸發(fā)創(chuàng)造的愿望，尤其是在與八一血緣相系的航天、國防領(lǐng)域，成長為具有廣泛科學(xué)素養(yǎng)的工程師。

科技教育不是一場活動

從建立“天工苑”“開物苑”，再到成立以箭、星、站、器四個航天實驗室為主的航天少年科學(xué)院，多年來，八一學(xué)校一直在為學(xué)生提供更好的科技教育環(huán)境。從活動、項目、課程的量變中，無限接近教育的本質(zhì)目標(biāo)——育人。

在不斷優(yōu)化的科技教育體系中，令沈軍擔(dān)憂的是，評價導(dǎo)向、教師素養(yǎng)、課程鏈接、貫通培養(yǎng)等方面，仍然有一些捉襟見肘的問題?！拔覀兊某踔?，是希望學(xué)生在科技課程中內(nèi)化相關(guān)的能力和素養(yǎng)，比如設(shè)計思維、工程思維。但到初三或高三，這些項目課程基本停止了，科技教育在全國范圍內(nèi)都有‘兩張皮的現(xiàn)象?！彼J(rèn)為，如果這個導(dǎo)向不改變，科技教育將永遠(yuǎn)是一場轟轟烈烈的學(xué)生活動。

自STEM教育引入國內(nèi)，各地中小學(xué)都在積極嘗試。沈軍留意到，在當(dāng)前的STEM教學(xué)中，大部分教師習(xí)慣于把實驗的目標(biāo)、器材、流程甚至誤差分析全部整理好“打包”交給學(xué)生，卻沒有讓學(xué)生明白“為什么做”，這同樣也是科技教育最欠缺的環(huán)節(jié)?！氨热缥覀冏鲂l(wèi)星，很多學(xué)生并不清楚為什么要做，是老師讓‘我做？還是‘我想增加一些有趣的體驗？這些都不是教育的初衷，我們的初衷是想讓學(xué)生選出自己感興趣的命題，進(jìn)而學(xué)會觀察世界，了解社會需求，激發(fā)他們創(chuàng)造的愿望，這才是拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的第一步。”

同理心是工程設(shè)計的起點。他指出，當(dāng)下科技課程最大的問題，和很多藝術(shù)課程一樣，如何模仿以及技巧性的方法教了很多，但如何用藝術(shù)表達(dá)自己的情感和思想，以所見所聞進(jìn)行創(chuàng)作，是很多學(xué)生所缺失的?！耙苍S培養(yǎng)創(chuàng)造思維的第一步我們就做錯了，八一學(xué)校前幾年有很多科技成果，做完之后我‘沾沾自喜，后來我覺得當(dāng)時學(xué)生獲得的東西，或許僅僅是一份關(guān)于制作技巧的收益，是不可持續(xù)的。表面的繁榮背后，科技教育的價值在哪？”

他察覺到，“學(xué)生在科學(xué)研究過程中，往往會發(fā)現(xiàn)自己的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠，然后回過頭去找數(shù)學(xué)老師，這時教育就是被動的。作為特色科技高中，數(shù)學(xué)這條主線必須抓”?！?—1”的原始創(chuàng)新，看似與我們的現(xiàn)實生活沒有直接聯(lián)系，但它確實是所有工程技術(shù)的理論起點。沈軍說，讓學(xué)生理解為什么做，其實就是讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題，這是一個完整的鏈條。一系列的探問和反思，是八一學(xué)?？萍冀逃掷m(xù)發(fā)展的動力。

學(xué)科知識要走向應(yīng)用

“八一學(xué)校誕生于炮火硝煙，我們不能忘本。但紅色教育的抓手不能淪為說教，一定要有歸宿。于八一學(xué)校而言，它的落腳點就是國防和航天。航天工業(yè)和國防工業(yè)是一個龐大的集成系統(tǒng)，我們的科技教育要將其具體拆分成課程要素，以校本形式，用學(xué)科方式培養(yǎng)學(xué)生在這兩個領(lǐng)域解決問題的能力。”

在一輪又一輪的迭代升級中，八一學(xué)校以“學(xué)科主體+科技特色”統(tǒng)整建設(shè)路線，以國家課程教材內(nèi)容為主體，各學(xué)科合作開發(fā)科技特色課程。突出數(shù)、理、化、生學(xué)科課程在培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)思維能力方面的關(guān)鍵作用，同時重視人文社科類課程對學(xué)生科技素養(yǎng)提升的重要作用，對國家課程教材內(nèi)容進(jìn)行學(xué)科內(nèi)、學(xué)科間、跨學(xué)科主題整合；基于學(xué)生的生涯規(guī)劃，開發(fā)科技特色課程，包括數(shù)學(xué)課程、高級實驗室課程、社團課程以及暑期學(xué)校課程等。

以衛(wèi)星課程為例，其貫通小學(xué)、初中、高中，依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展，逐一開設(shè)“航天科技基礎(chǔ)實踐”“1U立方星設(shè)計”“衛(wèi)星工程與實踐”“立方星人工智能載荷設(shè)計與應(yīng)用”等課程，讓學(xué)生從初步認(rèn)識火箭原理、衛(wèi)星平臺、深空探測等航天基礎(chǔ)知識，到深入了解衛(wèi)星測控原理，掌握衛(wèi)星跟蹤、衛(wèi)星遙測、衛(wèi)星遙控等概念，再到強化他們的復(fù)雜問題解決、深度學(xué)習(xí)能力，以及發(fā)展創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

隨著課程的完善，教師素養(yǎng)的提升變得更為緊迫。學(xué)?？萍夹畔⒅行闹魅卫钿J說，有些彎路是必須要走的?！皩τ诎艘换蛘叽蟛糠只A(chǔ)教育學(xué)校而言，在科技教師師資方面，我們面臨的困難是相同的。一是數(shù)量不夠，二是沒有工程背景，我們只能靠不斷地學(xué)習(xí)，在實踐中提升素養(yǎng)?！苯陙恚艘粚W(xué)校不斷開拓外部資源，邀請高校、科研院所具有工程背景的專家或教師來學(xué)校磨課，在不斷地觀摩、學(xué)習(xí)中，幫助教師內(nèi)化科技專業(yè)知識和素養(yǎng)。

“對于老師而言，教授知識只是一個方面，教育手段才是我們的專業(yè)和強項?！鄙蜍姀娬{(diào)，在科技教育中，教師要勇于走進(jìn)“第三空間”，走出教師跟學(xué)生之間的課堂空間、教師和教師之間的教研空間，進(jìn)入跨學(xué)段、跨學(xué)科、跨崗位領(lǐng)域。

科技教師傅悅銘說：“開展科技教育需要具備一定的綜合能力，要運用很多學(xué)科知識，這些知識單科看起來雖然并不難，但需要我們綜合應(yīng)用到實際問題的解決中?？萍加幸粋€挺大的魅力，它本身是不斷進(jìn)步的，我們永遠(yuǎn)都在接觸更新的事物?！苯衲晔罴?，在傅悅銘的指導(dǎo)帶領(lǐng)下，初一（3）班的沈躍然等4名同學(xué)參加了“海鱸魚”水下機器人競賽，并取得了好成績。沈躍然同學(xué)在設(shè)計報告中總結(jié)道：這是團隊經(jīng)過多輪頭腦風(fēng)暴，不斷迭代設(shè)計、反思的結(jié)果。

高品質(zhì)思維在于激發(fā)自我

盡管八一學(xué)校在全國各類科技比賽中屢獲殊榮，但沈軍仍有清醒的認(rèn)識：“我們不能因為拿了很多獎項，就說明科技教育辦好了。這是一個誤判。因為科技教育不能只面向‘金字塔頂端的學(xué)生?！彼J(rèn)為，特色教育的要義是培養(yǎng)一種可持續(xù)的素養(yǎng)，一種在每個學(xué)生身上都能體現(xiàn)的特質(zhì)。

沈軍用“高品質(zhì)思維”來概括這種特質(zhì)。近年來，高考命題更加指向真實環(huán)境，在學(xué)生已有的知識水平基礎(chǔ)上，學(xué)校的著力點在于設(shè)計一系列問題，用真實的情境引起思維的挑戰(zhàn)?！熬哂懈咂焚|(zhì)思維的學(xué)習(xí)要有一個解決問題的方法庫，遇到問題要調(diào)動哪些資源，和文獻(xiàn)閱讀能力、信息收集能力、合作學(xué)習(xí)能力息息相關(guān)。當(dāng)遇到一道不會做的題，有些學(xué)生會選擇‘躺平，直接問老師，而一個具有高品質(zhì)思維的學(xué)生，一定會帶著自己的思考去提問?！?/p>

在2023年北京市舉辦的金鵬科技論壇中，初二（5）班的付婷宇獲得了一等獎。采訪中，她告訴記者：“一開始我認(rèn)為數(shù)學(xué)很冰冷，它只是建立在邏輯結(jié)構(gòu)上的知識。但在不斷做題的過程中，我感受到了一些巧合。比如在做與‘（a+b）的N次方相關(guān)的題型時，我突然發(fā)現(xiàn)它與楊輝三角之間是有聯(lián)系的，那一瞬間我覺得數(shù)學(xué)或者說整個理科都非常奇妙。”

VEX-IQ機器人社團成員、高一（4）班的潘赫銘說，作為一名編程手，他最感興趣的，是機器人設(shè)計背后的運行邏輯，“在寫程序之前，我會在大腦里將相關(guān)的程序運行一遍，梳理邏輯，最終抽絲剝繭，分析明白，然后再去看哪些地方需要調(diào)整，我很喜歡這種感覺”。

除了高思維品質(zhì)的培養(yǎng)，沈軍強調(diào)，面向航天、國防領(lǐng)域的科技教育，一定要培養(yǎng)孩子的格局和境界?！鞍艘粚W(xué)校始終要堅持需求導(dǎo)向，從國家急迫需要和長遠(yuǎn)需求出發(fā)，瞄準(zhǔn)‘卡脖子的關(guān)鍵核心技術(shù)，為國家培養(yǎng)航天、國防領(lǐng)域的人才?！?/p>

高二（6）班的王歆皓表示，他之所以喜歡“火箭原理與設(shè)計”這門課，一方面因為它和物理知識息息相關(guān)，另一個方面，來源于他對航天的興趣?！斑@兩年中國航天發(fā)展得很快，我非常好奇是什么支撐著中國航天從‘一窮二白走向了欣欣向榮，我想了解這背后的規(guī)律和技術(shù)發(fā)展的過程，并將這些收獲應(yīng)用到我個人今后的成長中。”

能看到學(xué)生對學(xué)習(xí)和未來有獨立的見解，沈軍深感欣慰。面對復(fù)雜多變的未來，八一學(xué)校的科技教育還有很長的路要走，但在思想的洞見處和創(chuàng)造的志趣中，定會有持續(xù)的突破。