關于科學教育的若干思考

　　今天，我們或許應該從更廣闊的空間來審視科學教育：它對于所有的人都是不可缺少的；它不再以培養新一代的科技工作者為首要目標，而要以提高全體公民、特別是全體學生的科學素質為首要目標。這是因為，社會的持續發展和進步，不僅需要大批具有科技創新能力的專門人才，而且要求全體公民都具備基本的科學素質，以理解那些科技背景越來越厚重的社會問題，以參與那些社會屬性、經濟屬性和科學屬性糾纏在一起的重大決策。
　　從“美國科學教育之痛”說起
　　前不久，《科學美國人》雜志刊出一篇題為《美國科學教育之痛》的重頭文章，詳細講述了美國科學教育的當下困境：長期以來，由于種種原因，“重文輕理”和“重商輕理”在美國十分盛行。在基礎教育中，理科教育成了薄弱環節。由于待遇不夠好且得不到足夠的發展機會，美國很多理科教師紛紛跳槽轉行，以至于今天的美國，為孩子實施科學教育的，大多是沒有接受過科學訓練的老師。因此，這些老師培養出的學生，在科學素養上顯然存在“天生缺陷”。
　　這篇文章還舉出如下事實：在2012年初公布的2次Nation’s Report Card考試結果顯示，32%的美國8年級學生在科學方面達到“熟練”水平、35%在數學方面達到“熟練”水平。與此同時，2010年來自中國上海的學生在國際學生能力評估測試（International Student Assessment Test）中拿下了數學與科學的最高分，而美國學生卻居于中游水平。
　　同樣是《科學美國人》雜志，2年前還登過一篇文章，題為《科學教育的危機與變革》。該文開篇即指出：美國的科學教育正面臨危機。美國田納西州議員、科技內務部主席巴特·戈登發出警告：如果不調整教育模式，在不久的將來，中國和印度等國家的經濟就將超越美國。事實上，美國的教育確實已經漸漸落后，在2006年的國際學生能力評估測試中，15歲美國學生的科學學科平均成績在57個參評國家中，排名已經掉到第29；數學更差，排名第35（芬蘭學生排名第一）。
　　更早些，1989年9月號的《時代》雜志，曾以《美國科學教育的危機》為題載文稱：“從蘇聯人發射第一顆人造地球衛星至今32年以來，美國放松了培養數量更多、水平更高的物理學家、化學家、數學家、航空機械師和醫學人員的速度，使得科學教育事業后繼乏人。造成這種危機的原因是：美國科學教育事業處于一種千瘡百孔、混亂不堪的狀況之中。”
　　該文指出，美國科學家在登月、集成電路、基因工程和人造心臟等方面所取得的科學成就舉世矚目。但是，美國在研究和技術領域的霸主地位能否保持到21世紀，現在下結論還為時尚早。如果不大幅度地增加科學教育經費，并迅速地改進教學方法，不久美國將落于別國之后。
　　可見，科學教育的危機并不是沒有引起美國人的注意。事實上，自從1957年前蘇聯發射成功第一顆人造地球衛星以來，美國的決策層、教育界和企業界人士從來沒有像今天這樣重視科學與數學教育。可以說，是美國的經濟衰退以及中國日益增強的競爭力——包括中國學生在國際競賽中屢創佳績——逼迫他們采取行動的：上至總統奧巴馬，下至各位政要均宣稱，美國在科學和數學教育上的頹勢將對國家未來競爭力產生嚴重威脅。
　　為此，奧巴馬提出要向美國教育部門輸入一批朝氣勃勃的優秀人才。他開出的處方是：在2020年前培養100 000名高水平的數學與科學教師，并將此項工作列為國家重點任務之一，同時提高所有50個州內的科學與數學課程標準。他還在2011年發表國情咨文時宣稱：“如果我們想要贏得未來——如果我們希望未來在美國而不是在外國創造就業崗位——我們就必須也要贏得教育孩子的這場競賽。”
　　的確，是20世紀教育的進步推動了美國經濟的騰飛，使之成為世界上最富有的國家之一。盡管從很多方面來衡量，美國的教育體系已經出現了下滑，但從一些指標看，美國的高等教育體系仍然是全世界最優秀的，它培養出了大量科學家和工程師。不過，數學和科學成績差、大學學費和花費高等因素也制約了美國大學培養科學、技術、工程與數學畢業生的數量。現在，美國政府正采取措施應對上述挑戰，包括降低大學的費用，鼓勵各年級的課堂創新，擴大科學、技術、工程與數學教師的規模和質量，并鼓勵和促進學生和工人繼續接受科學、技術、工程與數學教育。其成效如何，還有待觀察。
　　科學教育的目標是提升科學素質
　　其實，美國在科學教育上所遭遇的難題，其他國家也都或多或少地存在。在我國，就有一個令學者們頗感困惑的問題：改革開放以來，我們沒少見到中國的學生在國內外的考試、大賽中屢獲金、銀大獎，但年復一年，卻沒有多少人成為世界科技領域里的拔尖人才。相比之下，一些國家的學生論考試成績不及我們，在科技發展中他們卻常有不俗的表現，這究竟是為什么？
　　另外，從1992年到2012年這20年當中，我國總計進行了8次科學素養調查，每次調查的主要結果一披露，就會在社會上引發或大或小的詰問和議論，這幾年尤甚。記得其中有一年出來的數字不升反降，令人大跌眼鏡：這些年里科普工作越來越受重視，相關投入也越來越大，怎么具備基本科學素養的公民的比例反倒走低了？
　　最近的一次糾結，是在第8次中國公民科學素養調查的主要結果于2010年底公布之后。它更多地源自于3.27%這個數字，而媒體緊跟其后附加的一個解讀，則使之顯得格外沉重：中國公民科學素養落后發達國家20年！適逢《全民科學素質行動計劃綱要》剛剛走完第一個5年，前述結論讓很多人想不明白：為什么我們的GDP已成為世界第二，而與公民科學素養相關的那個數字卻一直沒能實現“趕超”呢？
　　研究表明，科學素養水平基本上與一個人的受教育程度有明顯關系。因此，學者們形成的一個普遍共識是：在學校教育尤其是基礎教育階段，應該加強科學教育。
　　從國際視野看，提升公民科學素質本是各國科學普及與科學教育的題中應有之義。將科學素質作為一個專門主題而加以調查和討論，并由此引發科學教育改革，主要是從美國開始的。1958年，美國學者赫德將科學技術與社會的關系作為一個重要問題提出，并撰文首次建議將提升科學素質作為科學教育的目標。自此以后，科學素質逐漸成為美國科學教育的重大主題。同時，公民科學素養測評不斷檢驗著美國的科學教育成效。美國各界為此不斷加強學校的正規科學教育和社會非正規科學教育，公民的科學素養也因此而得到逐步提升。
　　科學、教育、創新這三者之間有著密切的關系。科學作為一種人類文化，是通過教育不斷得到傳承和發展的。科學教育關乎國家和民族的興衰。目前，國外在科學教育評價方面，科學素質的內容和標準已經從單純強調科學知識與技能的態勢，轉向更注重理解科學的本質、科學態度及其應用科學處理事務等方面。在正規教育系統內，科學素質教育目標實際上也促動了教育方式的改革和課程標準的調整。
　　隨著社會經濟的發展和科技的進步，國人對科學教育的認識也在不斷提升。越來越多的人認識到，一個國家綜合國力的提升，離不開科技創新。而科技創新的基礎在教育，科學教育又是其中尤為關鍵的一環。我國已將青少年科學創新素質培養提升到國家戰略的高度，這對廣大青少年及國家的未來無疑都有著十分重要的意義。
　　今天，我們或許應該從更廣闊的空間來審視科學教育：它對于所有的人都是不可缺少的；它不再以培養新一代的科技工作者為首要目標，而要以提高全體公民、特別是全體學生的科學素質為首要目標。這是因為，社會的持續發展和進步，不僅需要大批具有科技創新能力的專門人才，而且要求全體公民都具備基本的科學素質，以理解那些科技背景越來越厚重的社會問題（如核安全問題），以參與那些社會屬性、經濟屬性和科學屬性糾纏在一起的重大決策（如高水壩建設）。這是10位科學教育專家于2009年在一次國際研討會上達成的一個共識。
　　科學教師和家長肩負重要責任
　　談及科學教育，我們所熟悉的某些場景是：學校的科學不是作為探究的過程，而是更頻繁地作為成就的復述出現。為什么我們有這么多的科學盲？為什么人們容易受過分簡單的思想和虛假宣傳的影響？為什么他們對科學的不確定性感到迷惘？美國密歇根大學教授亨利·N·波拉克認為，部分原因在于大多數學生所接受的科學教育抑制了他們的自然科學直覺，許多學生甚至在小學和初中就對科學喪失了興趣。接下來的高等教育又讓這一問題延續下來，使得主修科學專業的畢業生是吸收了所有的“事實”而不是準備向這些事實挑戰。同樣的體制用于培訓新的小學和初中教師，這些受培訓的教師再重復這些模式……一個循環就這樣周而復始。
　　其實，這是許多國家共有的一種教育實踐，盡管許多人已然認識到，將科學作為一種探究過程比作為成就的匯總向公眾傳播更為重要。國外還有學者指出，“現在學校的科學教育無法使許多學生接觸到發展著的寬泛的科學知識，無法幫助學生了解他們周圍的事物。”這些問題的出現，對我們的科學教育提出了嚴峻的挑戰。
　　兩年前，美國國家研究委員會在一份題為《將科學帶進學校——科學，準備出發！》的報告中提出，應該從小學開始教授科學課程。跟以往建議不同的是，這份報告給出的方法，反映了神經科學家和心理學家的最新研究成果，包括兒童如何思考、如何獲取知識等。
　　此前，美國教育改革的主要目的是使其學生比其他國家學生更優秀，而這份報告提出要以科學能力為目標：能夠用科學的方法了解、運用和解釋自然界；能夠歸納和評價科學證據和科學解釋；能夠理解科學知識的本質和發展；能夠參加有意義的科學活動和演講。
　　上述4個目標相互關聯，共同勾勒出“實踐出科學”這一教育改革的主題。這意味著，最有效的學習經驗可以逐步擴展從事科學研究切實需要的知識和技巧，也就是說，盡量接近科學家在真實世界做科研工作時的真實過程。而提供適時幫助，并將學生已經掌握的知識聯系起來，引導他們成為有科學素養的公民，是科學教師的重要責任。
　　另外，科學教育中的家長因素也不容忽視。美國所做的一項持續多年的跟蹤研究獲得的數據表明，在家長們積極鼓勵孩子學習數學和科學課程的家庭中，有40%的孩子打算大學時主修STEMM（科學、技術、工程、數學及醫學），而那些未獲得這種鼓勵的孩子，僅有8%愿意學STEMM。換句話說，如果家長對科學不感興趣，那么他們的孩子將“輸在起跑線上”。此項研究的負責人喬恩·D·米勒建議：最理想的做法是家長、學生和教師都參與合作式的課后、晚間、周末及暑期科學活動，以促進數學與科學的學習。而且，這些活動應該在整個中小學階段持續開展，而不是只搞幾天或幾周。
　　值得一提的是，終身教育理念的出現，使得非正規科學教育與科學教育的結合更加緊密。兩者的互動和融合，非常有助于解決目前學校教育存在的一些問題，比如學生學習科學課程的興趣低、教師教學方法單調以及教科書存在的局限性，等等。越來越多的國家認識到，非正規科學教育是對現行教育體系的一種有效補充或延伸，它在激發青少年科學興趣、開闊青少年科學視野、提高青少年科學素養等方面具有不可替代的作用。
　　一些國家的青少年非正規教育，重視的并不是能夠學到多少知識，關鍵是學習的過程，即發現和探索科學的過程。此外，還強調對青少年進行科學精神、科學方法和科學態度的培養，幫助他們理解科學與社會的關系。有的國家已經建立起政府出資支持，科學博物館、大眾傳媒、科技團體等積極參與，企業等商業機構出資贊助，與學校教育緊密聯系的社會化組織框架。這些，對我國中小學非正規科學教育的發展方向，都具有一定的參考價