◎摘  要  科學(xué)發(fā)展經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)科學(xué)、理論科學(xué)、計(jì)算科學(xué)三個(gè)范式的演變，由于強(qiáng)人工智能的突破，科學(xué)將進(jìn)入數(shù)據(jù)科學(xué)新范式，這個(gè)范式的基本特征是科學(xué)自身的工具化，將讓每個(gè)人擁有更強(qiáng)大的創(chuàng)造能力。站在科學(xué)范式的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，科學(xué)教育將更加關(guān)注多樣化和實(shí)踐性，更加突出科學(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和想象力，更加重視科學(xué)大概念，重視大中小學(xué)?？茖W(xué)教育的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)。

◎關(guān)鍵詞  科學(xué)教育；科學(xué)范式；現(xiàn)象；多樣化；科學(xué)大概念

所謂“范式”，是指一種理論體系或理論框架。1962年，范式（paradigm）這一概念由美國著名科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫恩提出，其在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書中定義科學(xué)范式為：“那些被觀察和被檢查的、那些會(huì)被提出的相關(guān)問題以及其希望被解答的問題如何組織、科學(xué)結(jié)論如何被解釋?！?/span>

科學(xué)研究正在進(jìn)入“第四范式”

計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的學(xué)界泰斗、數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域的著名科學(xué)家詹姆士·格雷，2007年在一次科學(xué)大會(huì)上做了題為“科學(xué)方法革命”的演講，把科學(xué)技術(shù)發(fā)展史總結(jié)為四個(gè)范式階段，他指出數(shù)據(jù)科學(xué)已成為科學(xué)研究的“第四范式”?！暗谝环妒健狈Q為實(shí)驗(yàn)科學(xué)，是基于觀察和實(shí)驗(yàn)獲取經(jīng)驗(yàn)和證據(jù)的科學(xué)，比如古人鉆木取火或者伽利略的比薩斜塔實(shí)驗(yàn)，核心是發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象；“第二范式”稱為理論科學(xué)，是幾百年來在探究自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)上把規(guī)律抽象形成簡潔統(tǒng)一的科學(xué)理論，分析、建模、演繹是主要研究方法，比如萬有引力定律和相對(duì)論，核心是研究現(xiàn)象背后的因果規(guī)律；“第三范式”稱為計(jì)算科學(xué)，是近幾十年來，科學(xué)家通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)于復(fù)雜問題進(jìn)行模擬、仿真的研究方式，比如氣象預(yù)報(bào)、核反應(yīng)和病毒傳播等，這些研究的現(xiàn)象還是能被人識(shí)別和理解的，主要研究者是人而非機(jī)器，計(jì)算機(jī)只是進(jìn)行計(jì)算輔助，其核心是尋找巨量現(xiàn)象之間的相關(guān)性；“第四范式”稱為數(shù)據(jù)科學(xué)，從基因測序、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、深空星系到覆蓋全球的社交媒體，這些研究對(duì)象的復(fù)雜性導(dǎo)致單個(gè)研究者窮盡一輩子都無法了解其全貌，更有許多超越人類感官能力極限的現(xiàn)象，而人工智能卻能夠通過機(jī)器學(xué)習(xí)在短時(shí)間內(nèi)把握與分析，因此“第四范式”主要是基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)而非科學(xué)家自身大腦智慧來研究的一種方式，是對(duì)超大規(guī)模的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性研究基礎(chǔ)上的“涌現(xiàn)”研究。

科學(xué)的“第四范式”，其研究的關(guān)鍵步驟已經(jīng)不再以人的思維為主導(dǎo)，而是通過科學(xué)自身的工具化，直接從復(fù)雜現(xiàn)象的大數(shù)據(jù)分析得到問題解決方案，并不代表因果關(guān)系。我們之所以還把它稱為科學(xué)，主要是因?yàn)檫@種研究方法和解決問題的方案，仍具有十分重要的科學(xué)特征：可證偽性和可重復(fù)驗(yàn)證性?？茖W(xué)的“第四范式”與以往的科學(xué)研究范式不同之處，更在于其創(chuàng)造性。傳統(tǒng)科學(xué)一再告誡我們：我們只能發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，不能改變自然規(guī)律。但是科學(xué)的“第四范式”拓展了這個(gè)論斷：“我們只能發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律，不能改變自然規(guī)律，但是我們能夠創(chuàng)造自己的新規(guī)律?！痹跊]有大腦之前，宇宙中只存在一個(gè)物質(zhì)世界，所有物質(zhì)、能量、信息都在按照自然規(guī)律，不斷促進(jìn)這個(gè)物質(zhì)世界的進(jìn)化。有了大腦之后，世界新增了一個(gè)精神世界，所有物質(zhì)、能量、信息在物質(zhì)世界與精神世界之間不斷復(fù)雜化。生命是有創(chuàng)造力的，比如人類可以創(chuàng)造宏偉的城市，甚至未來可能到月球上定居，但是這種創(chuàng)造力依然利用了自然物質(zhì)與自然規(guī)律。而人類創(chuàng)造的數(shù)字世界則十分不同，我們能在數(shù)字世界里創(chuàng)造與自然物質(zhì)和自然規(guī)律毫不相干的事物，未來智能機(jī)器的自主思維必然會(huì)超越人類想象力的限制，創(chuàng)造我們無法想象的新世界。當(dāng)科學(xué)自身被深度數(shù)字化，實(shí)際上讓人類通過與機(jī)器協(xié)同，擁有了在數(shù)字世界里如上帝般的創(chuàng)造能力，用新技術(shù)研究自然現(xiàn)象的相關(guān)性，也能用新技術(shù)創(chuàng)造新的相關(guān)性，這是復(fù)雜科學(xué)自身帶來的新的涌現(xiàn)。

而科學(xué)研究的“第四范式”，預(yù)示了一個(gè)全新的可能性：人人都是科技工作者的時(shí)代來臨了。以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為例，農(nóng)業(yè)的空間必然會(huì)拓展到農(nóng)村耕地之外，城市會(huì)出現(xiàn)垂直大樓農(nóng)場，每個(gè)家庭會(huì)出現(xiàn)果蔬中心，甚至在航天空間站、未來星際旅行器和外星球人類集聚點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)農(nóng)作物生產(chǎn)的基地。在這些地方，每個(gè)生產(chǎn)者都會(huì)充分利用新的科技，以適應(yīng)不同環(huán)境來實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的方式，也會(huì)從自然生長的方式，發(fā)展到利用生物技術(shù)直接合成碳水化合物、蛋白質(zhì)、多種維生素等合成生產(chǎn)，在生產(chǎn)前、生產(chǎn)中和生產(chǎn)后，都需要對(duì)全流程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析以生成可靠的產(chǎn)品，這些工作本質(zhì)上都是具有科技人員屬性的崗位。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)如此，其他領(lǐng)域的生產(chǎn)和拓展更會(huì)呈現(xiàn)出崗位科技化的特征。

我們的世界里有符合因果關(guān)系的規(guī)律，也有以混沌為特征的無序；有能被我們感知和想象的現(xiàn)象，也有超乎我們所有極限的時(shí)空存在。站在科學(xué)范式的轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，科學(xué)教育需要對(duì)科學(xué)研究的四個(gè)范式找到有效的教育方法，因?yàn)榭茖W(xué)研究需要在不同的研究對(duì)象、領(lǐng)域中采取不同的研究范式。

創(chuàng)新越來越倚重新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和想象力

科學(xué)自身的工具化，意味著普通人也可以深度參與科學(xué)探索和新世界的創(chuàng)造，雖然有組織的大科學(xué)研究將在基礎(chǔ)科學(xué)方面越來越重要，但是一個(gè)人利用新技術(shù)的成本已經(jīng)越來越低，機(jī)會(huì)也越來越多，因此每個(gè)人通過自由研究產(chǎn)生新發(fā)現(xiàn)的可能性也在同步增長。對(duì)科技生產(chǎn)、科學(xué)研究所需要的基礎(chǔ)性知識(shí)與訓(xùn)練，將聚焦到科學(xué)現(xiàn)象的判斷和對(duì)科學(xué)工具的模塊式組合應(yīng)用，這對(duì)未來科學(xué)教育的影響將十分深遠(yuǎn)。人人都可以是科技工作者，人人都可以成為創(chuàng)新者，全球科學(xué)教育正朝著“為創(chuàng)新而學(xué)”轉(zhuǎn)向。

創(chuàng)新有三種基本形式：新思想、新發(fā)現(xiàn)與新發(fā)明。一是新思想。學(xué)習(xí)的本質(zhì)是塑造人的大腦，通過學(xué)習(xí)，已有的知識(shí)在我們大腦中的體現(xiàn)是一個(gè)個(gè)腦神經(jīng)元形成的回路，這些腦神經(jīng)回路在某種情況下會(huì)突然產(chǎn)生自組織現(xiàn)象，產(chǎn)生從未有過的新連接，代表了新思想的產(chǎn)生。當(dāng)然，新思想需要經(jīng)過事實(shí)的證明才能成為真正的新理論。二是新發(fā)現(xiàn)。人們?cè)谔剿髯匀皇澜绲男袆?dòng)中，由于各種意外情況，會(huì)呈現(xiàn)出新現(xiàn)象并被偶然發(fā)現(xiàn)。這種由行動(dòng)帶來的意外從而實(shí)現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)，是科學(xué)史中經(jīng)常發(fā)生的情況。三是新發(fā)明。布萊恩·阿瑟在《技術(shù)的本質(zhì)》中指出：“現(xiàn)象是技術(shù)賴以產(chǎn)生的必不可少的源泉。所有的技術(shù)，無論多么簡單或者多么復(fù)雜，實(shí)際上都是在應(yīng)用了一種或幾種現(xiàn)象之后喬裝打扮出來的。”技術(shù)的進(jìn)步就是在對(duì)現(xiàn)象的深入認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，新現(xiàn)象與舊技術(shù)的組合從而產(chǎn)生新發(fā)明的過程。任何新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，必然會(huì)在某個(gè)新的技術(shù)發(fā)明中體現(xiàn)。

新思想、新發(fā)現(xiàn)與新發(fā)明，都是自然現(xiàn)象與人類思維深度互動(dòng)的產(chǎn)物，但是強(qiáng)人工智能的出現(xiàn)，開啟了人腦之外的智慧，人類思維能力大概率會(huì)被機(jī)器超越，科學(xué)自身的工具化必將不斷深度加強(qiáng)，新思想、新發(fā)現(xiàn)與新發(fā)明等創(chuàng)新行動(dòng)，會(huì)轉(zhuǎn)移到自然現(xiàn)象與機(jī)器思維深度互動(dòng)的新范式?，F(xiàn)象發(fā)現(xiàn)以后的分析基本上會(huì)交給機(jī)器處理，因此發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象作為科技新發(fā)展的重要性將進(jìn)一步凸顯，科學(xué)教育中培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的能力成為關(guān)鍵，而通過觀察獲取新現(xiàn)象存在著很大的復(fù)雜性。馬可·奧勒留在《沉思錄》中有一個(gè)十分經(jīng)典的判斷“我們聽到的一切都是一個(gè)觀點(diǎn)，不是事實(shí)。我們看到的一切都是一個(gè)視角，不是真相”?？茖W(xué)現(xiàn)象與觀察之間存在三種復(fù)雜的情況。第一種復(fù)雜情況是：觀察者的位置與被觀察的對(duì)象之間的不同關(guān)系，會(huì)使被觀察到的現(xiàn)象產(chǎn)生巨大差異。管中窺豹、盲人摸象是指所有觀察都是局部觀察，也正因?yàn)槲覀儾皇撬袞|西都能看見，才看得見，我們不是所有聲音都能聽見，才聽得見。而從不同尺度的空間和不同尺度的時(shí)間來觀察同一個(gè)事物，其獲得的現(xiàn)象也會(huì)存在巨大差異。第二種復(fù)雜情況是：觀察者自身因素會(huì)對(duì)同一事物的觀察產(chǎn)生不同結(jié)果。所謂的科學(xué)現(xiàn)象是客觀世界通過感覺系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為觀察者腦中認(rèn)識(shí)到的那部分意識(shí)，但是這種轉(zhuǎn)化很大程度上是基于人腦中原來已存在的那部分大腦神經(jīng)元連接，所以人類觀察到的世界，并非世界本身，而是世界的現(xiàn)象在我們?nèi)四X中的投影。第三種復(fù)雜情況是：宇宙中我們已知的物質(zhì)、能量只占世界的4%，更多的物質(zhì)與能量我們可能永遠(yuǎn)不能感知。之所以中微子、引力波還能被我們通過精密的技術(shù)發(fā)現(xiàn)，是因?yàn)樗鼈冞€能與我們已知的物質(zhì)之間發(fā)生較弱的相互作用，但是那些暗物質(zhì)、暗能量似乎不和我們已知的物質(zhì)世界產(chǎn)生作用，這種復(fù)雜性對(duì)我們?nèi)祟惖奶魬?zhàn)也是最大的。技術(shù)雖然可以幫助人類看見原本看不清的東西，但技術(shù)卻無法讓人類看見那些與我們能感知到的世界不發(fā)生作用的東西，我們只能用自己可以想象的東西來理解它，因此培養(yǎng)想象力將成為科學(xué)教育的主線。實(shí)際上，通過想象力來理解的世界肯定不是世界本來的樣子，但想象力從來就是讓我們的認(rèn)知更貼近世界本原的最根本動(dòng)力，只不過我們很長一段時(shí)間以來被巨大的科技成就所蒙蔽，形成了過度相信和依賴?yán)硇缘膬r(jià)值。

站在科學(xué)范式轉(zhuǎn)折點(diǎn)上重構(gòu)科學(xué)教育

當(dāng)前，普遍認(rèn)為科學(xué)教育的目的是普及科學(xué)知識(shí)，提高公眾對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解，促進(jìn)科學(xué)與社會(huì)的交流和互動(dòng)，推動(dòng)科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展。這個(gè)判斷無疑是正確的，但也存在一個(gè)很大的問題，主要原因是把科學(xué)技術(shù)看成絕對(duì)正確的結(jié)論，科普活動(dòng)中人們處于被動(dòng)的狀態(tài)來接受已知的科學(xué)原理和方法，本質(zhì)上來說這是一種牛頓時(shí)代的科學(xué)教育觀，迫切需要重構(gòu)基于新科技觀的科學(xué)教育。

1.科學(xué)教育要面向全體學(xué)生，突出多樣化和實(shí)踐性

教育具有兩面性。我國改革開放四十多年來取得的巨大成就證明：我們的基礎(chǔ)教育可以批量培育出非常好的一般科技工作者；但是從原創(chuàng)性的要求來看，統(tǒng)一的選拔考試帶來的統(tǒng)一的教學(xué)方式，讓孩子們擁有了差不多的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維方式，拔尖創(chuàng)新人才卻會(huì)被扼殺。拔尖創(chuàng)新人才需要多樣化的大腦和強(qiáng)大的行動(dòng)力，因此好的科學(xué)教育有兩個(gè)基本要求，一是能不能給孩子們多樣化的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，二是能不能給孩子們動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)。機(jī)器很快就能夠把人類所有的知識(shí)都學(xué)會(huì)，但是創(chuàng)造力從來不是因?yàn)閾碛型昝乐R(shí)而產(chǎn)生的，人類的創(chuàng)造力來自局限，甚至來自犯錯(cuò)。因?yàn)槿毕菥哂卸鄻踊膬?yōu)勢，完美不具有。不完美的教育，包括教育過程中出現(xiàn)的缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，都有可能是創(chuàng)造大腦多樣化的機(jī)會(huì)，這是人類應(yīng)對(duì)人工智能挑戰(zhàn)的最好回應(yīng)。

人工智能作為強(qiáng)大的新工具，將進(jìn)一步拓寬、放大人類對(duì)現(xiàn)象的感知能力，集成與強(qiáng)化工具折疊時(shí)間的本領(lǐng)，因此而釋放出來的時(shí)間，可以讓我們每個(gè)人去深度體驗(yàn)自然世界、產(chǎn)生情感連接、涌現(xiàn)思想價(jià)值、擁有更豐富的想象力。人類未來對(duì)AI的領(lǐng)導(dǎo)力，也必將來自人類多樣化的行動(dòng)力和想象力。

2.科學(xué)教育的主要目的不再是掌握知識(shí)的多少，而是更突出科學(xué)大概念和科學(xué)的態(tài)度

這個(gè)時(shí)代的基本特征是信息過剩，與之相對(duì)應(yīng)的是每個(gè)人大腦的學(xué)習(xí)能力并沒有相應(yīng)提升，我們每個(gè)人所能擁有的學(xué)習(xí)時(shí)間也沒有增長，因此每個(gè)人的學(xué)習(xí)能力停滯不前和世界知識(shí)加速增長之間的矛盾越發(fā)突出——我們每個(gè)人再努力學(xué)習(xí)、掌握再多的知識(shí)，在爆炸式增長的知識(shí)面前也是越來越無知，更是不可能與不知疲倦的智能機(jī)器相比。既然現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)從尋求現(xiàn)象之間的因果關(guān)系，演變?yōu)榉治鍪挛镏g的相關(guān)性，甚至是研究超越因果關(guān)系與相關(guān)性之上的涌現(xiàn)，那么科學(xué)知識(shí)的多少不再是重要指標(biāo)，而注意力卻成為重要的學(xué)習(xí)目的，這個(gè)注意力聚焦的點(diǎn)就是科學(xué)大概念，即系統(tǒng)與平衡、守恒與演變、規(guī)模與層次、結(jié)構(gòu)與功能、多樣與共生、模塊與控制、連接與極限、周期與進(jìn)化、虛擬與共生。

強(qiáng)大的科學(xué)工具，將把邏輯分析與推演能力推向極致，將把人作為工具的工作逐步替代，這會(huì)進(jìn)一步凸顯人與人之間關(guān)系的重要性。科學(xué)教育傳遞科學(xué)的態(tài)度，就是要更加關(guān)注科學(xué)倫理，關(guān)注科學(xué)與人的關(guān)系，更加關(guān)注人自身的創(chuàng)造性體驗(yàn)。研究表明，拔尖創(chuàng)新人才有的看上去很聰明，有的看上去笨笨的，但他們往往都有三個(gè)很突出的素質(zhì)：一是很自主，有行動(dòng)力；二是很專注，對(duì)某個(gè)領(lǐng)域特別有興趣，形成了超越常人的知識(shí)富集和能力特長；三是有韌性，碰到困難能堅(jiān)持。無論成績好壞，都是能夠培養(yǎng)這三個(gè)素養(yǎng)的，這是教育真正的價(jià)值與力量，也是科學(xué)教育要培育的關(guān)鍵態(tài)度。

3.用“模仿-構(gòu)建-想象”的邏輯來實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)踐能力的提升

學(xué)校教育越來越呈現(xiàn)出高度的結(jié)構(gòu)化，追求更精細(xì)的知識(shí)管理和學(xué)習(xí)時(shí)間管理，把一切校內(nèi)活動(dòng)課程化，表面上實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)效率的不斷提升，但是也帶來了兩個(gè)嚴(yán)重的負(fù)面影響：一是學(xué)生們?cè)谛５淖杂蓵r(shí)間被剝奪，缺少發(fā)呆時(shí)間，缺少做自己想做事情的機(jī)會(huì)，缺少犯錯(cuò)的空間。這導(dǎo)致師生關(guān)系緊張、學(xué)生心理狀況不斷惡化；二是學(xué)生在校內(nèi)的學(xué)習(xí)內(nèi)容高度一致化、標(biāo)準(zhǔn)化，這種情況不斷強(qiáng)化學(xué)生之間的競爭性，減少孩子興趣的多樣化，在不斷加劇教育內(nèi)卷的情況下，阻礙了以多樣性為本質(zhì)的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)通道。

有關(guān)于創(chuàng)造力來源的研究認(rèn)為，創(chuàng)造力的本質(zhì)是一種行動(dòng)，創(chuàng)新能力的提升需要在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)，這個(gè)行動(dòng)邏輯就是“模仿-構(gòu)建-想象”。所謂的模仿，就是按照視頻、說明書或者重復(fù)教師做過的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)者自己要復(fù)原做出來。這個(gè)過程看似簡單，實(shí)際上包含著材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)次序的先后和實(shí)驗(yàn)技能的把握，甚至還包含意外事件出現(xiàn)時(shí)需要正確去應(yīng)對(duì)。當(dāng)孩子能夠模仿著完成實(shí)驗(yàn)，可以自己表演實(shí)驗(yàn)給別人看，那么就進(jìn)入了一個(gè)科學(xué)探究的新領(lǐng)域。

所謂的構(gòu)建，是在模仿實(shí)驗(yàn)過程中，鼓勵(lì)學(xué)生構(gòu)建問題，一般情況下，在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生自然會(huì)涌現(xiàn)許多問題，但還是可以事先教給孩子們一些提問的方法，比如為什么要這樣做？有什么辦法可以讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯？器材或材料的工作原理是什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)實(shí)生活中有什么用嗎？簡而言之，“為什么”“是什么”“有什么用”是產(chǎn)生問題的最基本方法，可以放在任何環(huán)節(jié)來提問。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如果產(chǎn)生許多高質(zhì)量問題，那么這樣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)才有價(jià)值。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果是以沒有問題結(jié)束的，那就不是科學(xué)實(shí)驗(yàn)。有了問題，學(xué)生可以自己去網(wǎng)上尋找答案，或者咨詢老師和專家，甚至自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來探究尋找答案。

所謂的想象，是針對(duì)學(xué)生構(gòu)建的問題，鼓勵(lì)學(xué)生去想象和創(chuàng)新，有些問題十分深刻，也許是一個(gè)未知的科學(xué)問題，那么可以作為孩子的科學(xué)課題去研究，這樣就從問題上升到了課題，當(dāng)學(xué)生們自主深度閱讀、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、自主完成實(shí)驗(yàn)探究、自主分析形成研究報(bào)告、自我評(píng)價(jià)時(shí)，實(shí)際上就是像科學(xué)家、工程師一樣地學(xué)習(xí)和研究了，將來就能成為愿意投身科學(xué)研究事業(yè)的人。因此，真正的想象力基于實(shí)驗(yàn)或觀察來發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，始于對(duì)現(xiàn)象背后問題的發(fā)散性思考，成于科學(xué)大概念在某個(gè)實(shí)際問題上跨界的大腦連接。

4.著力構(gòu)建大中小學(xué)校科學(xué)教育一體化的貫通機(jī)制

科學(xué)教育是一項(xiàng)接力比賽，一方面要把前人創(chuàng)造的科學(xué)技術(shù)知識(shí)與技能傳承下去，一方面還要在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)有創(chuàng)新意識(shí)和能力的新的探索者。從孩子一出生，大腦的塑造就開始了，要培育出大批高質(zhì)量的創(chuàng)新人才，需要在每一個(gè)環(huán)節(jié)都能夠很好地完成相應(yīng)的培育任務(wù)，這確實(shí)需要對(duì)科學(xué)教育進(jìn)行宏觀的一體化機(jī)制設(shè)計(jì)。

首先是在科學(xué)教育的價(jià)值取向上，要從過度追求現(xiàn)實(shí)功利目標(biāo)轉(zhuǎn)向追求人類共同發(fā)展與國家科技自立自強(qiáng)的雙重價(jià)值；在科學(xué)教育質(zhì)量評(píng)價(jià)上，要從過度注重知識(shí)學(xué)習(xí)和考試成績，轉(zhuǎn)向全面發(fā)展的評(píng)價(jià)；在學(xué)生培養(yǎng)模式上，要改變高度統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化模式，更加注重多樣化為導(dǎo)向的教學(xué)；在科學(xué)教師專業(yè)成長上，要克服單純強(qiáng)調(diào)掌握學(xué)科知識(shí)和教學(xué)技能的傾向，更加注重教師教育境界和專業(yè)能力的提升；在科學(xué)教育管理方式上，要從依靠行政手段發(fā)文件、做規(guī)劃，轉(zhuǎn)向更加注重思想領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)引領(lǐng)。

其次是形成分階段的科學(xué)教育目標(biāo)要求。低幼階段的科學(xué)課程應(yīng)該更加關(guān)注孩子們對(duì)自然世界的好奇心培育，只有大自然才有最豐富的色彩、最豐富的聲音、最豐富的形狀和最豐富的運(yùn)動(dòng)形式，讓孩子們?cè)趯?duì)自然世界的觀察和探究中形成興趣，形成最基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和提出新問題的能力——鍛造感官能力與興趣；在初高中階段，應(yīng)該在學(xué)科化的科學(xué)教育中增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐能力、強(qiáng)調(diào)概念的形成和證據(jù)意識(shí)，能夠超越興趣，形成對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的志趣——鍛造思維能力與志趣；到了高校時(shí)，在掌握基礎(chǔ)的研究方法和基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)該按照專業(yè)方向盡快了解相關(guān)學(xué)科的前沿領(lǐng)域，并以研究的方式學(xué)習(xí)、以協(xié)同的方式去攻關(guān)。新的科學(xué)范式，最大的特點(diǎn)是科學(xué)的工具化，也就是說大學(xué)生完全有能力利用科學(xué)工具實(shí)現(xiàn)新科學(xué)發(fā)現(xiàn)和新技術(shù)發(fā)明，核心是了解前沿、敢于探索、不怕犯錯(cuò)——鍛造研究能力與癡迷。這個(gè)系統(tǒng)性的機(jī)制設(shè)計(jì)，需要有一個(gè)貫通大中小學(xué)的國家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)來統(tǒng)整。

站在科學(xué)范式轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，科學(xué)教育必須堅(jiān)持面向全體學(xué)生，倡導(dǎo)多樣化的學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)方式，大幅度增加動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)，提升青少年發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象的能力，突出培育科學(xué)大概念，增強(qiáng)問題意識(shí)與批判精神，實(shí)現(xiàn)從科學(xué)興趣到科學(xué)志趣的超越。

【作者：倪閩景，單位：上海科技館】

（原載2024年第11期《中國高等教育》）