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胡興昌教授主持，首都師范大學丁邦平教授、中國科學技術大學周榮庭教授、澳門大學魏冰教授、上海自然博物館顧潔燕教授和東南大學楊元魁博士5位領域專家，圍繞科學教育進行大跨度的研究和實踐分享。專家們從國際比較教育、科技史與科學哲學融合、新媒體輔助科學教育、博物館科學教育、腦科學基礎研究等不同角度切入，從國際到國內，從校內到校外為與會科技輔導員們帶來了科技教育的新視野。

加強基于本土的研究，推動立法保障科學教育改革

丁邦平在主題發言中首先強調教育的目的是要培養完整的人。2014年，中國教育部印發的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》中提出核心素養概念也印證了這個觀點。核心素養強調了國家對下一代的素質期待，綜合表現為人文底蘊、科學精神、學會學習、健康生活、責任擔當和實踐創新6大素養。

從國際比較的視角出發，丁邦平提出學校科學教育改革需要人大立法保障。美國2001年通過《不讓一個孩子掉隊》法案，2015年由總統奧巴馬簽署《每一個學生成功法案》，通過法律保障所有的兒童都在閱讀、數學、科學3個核心學科上接受良好的教育。有了法律的保障，美國在科學教育改革上投入的經費也是驚人的，據統計，2010-2011學年，美國幼兒園至高中12年級階段，教育總共花費了6320億美元，公共教育經費成為美國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》就開宗明義地規定：理科教育作為構建文化型國家的基礎，具有重要的教育使命。2016年，日本政府根據《科學與技術基本法》制定了“科學與技術基本規劃”，對普及科技教育的經費投入、人員落實等情況作了詳細的規定。反觀中國，在1993年頒布的《科學技術進步法》、2002年頒布的《科學技術普及法》方面，都沒有涉及到科技教育方面的規定。

歐美、日本等發達國家的科學教育政策制定、教師教育改革、科學教育課程評價改革，都是以堅實可靠的科學教育研究為基礎的。與國際社會相比，我們國家的科學教育改革主要是依靠行政主導、以往經驗和借鑒發達國家的科學教育理論，極度缺少本土化的基礎研究數據支撐。但問題是，我國的科學教育改革是基于中國文化傳統和現有國情展開的，由于中國與發達國家處在不同的發展階段，我國科學教育改革面臨的基本問題與發達國家的不完全一樣。所以，過于依賴其他國家改革的經驗實際上并不能很好地解決中國科學教育存在的問題。

充分認識創新的腦機制，基于大概念開展科技教育

楊元魁從腦科學研究出發，談創新人才培養，為與會者帶來了一個全新的視角。楊元魁認為，從腦科學角度看，科技教育的目的是培養全面知情的決策者，使學生具有進行正確決策的知識基礎和相應能力。

人最重要的能力是個性化的、在不同背景下針對不同目標的決策和創新能力。人和人之間最大的差異在于決策能力不一樣，由于遺傳和環境的交互作用，每個人的決策網絡是不一樣的。當然，要發展出比較好的決策和創新的能力，需要很多能力的結合，例如執行功能和社會情緒能力，并不是一蹴而就的。就創新的類型來說，一種是日常創新，這是每一個人都具備的能力；另一種是杰出創新，這是極少數人才具有的能力。決策是創新的核心過程，決策可以分成兩個大的系統：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。不管是哪一類決策，其基礎都是掌握概念和建立模型。能否有效地掌握概念、建立模型會影響人們的決策判斷能力和創新能力，這就需要我們為學生提供基于大概念的科技教育。

關于創新的腦機制研究，科學界已經有了很多研究成果。首先，人腦中并沒有專門負責創新的結構或組織。其次，在人腦的6個網絡中，執行控制網絡、默認網絡和凸顯網絡與創新能力的相關度較高。默認網絡負責創新思維的產生，執行控制網絡負責創新思維的評估，凸顯網絡起著非常重要的雙向調節工作。默認網絡是創新的腦機制里很值得關注的部分，這一組腦區在認知工作開始的狀態下，比如說做數學題或者思考事情的時候，反而比靜息狀態時還要更加安靜，所以往往又被稱為“靜默網絡”。此外，默認網絡還與“心智游移”這種很有意思的心理現象有關，也就是我們常說的走神兒或開小差兒。研究表明，人出現最有價值創新的時候，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生的，所以要客觀地看待孩子走神兒的現象。此外，對于記憶的分子生物學研究表明，當人形成長期記憶時，神經元連接處的結構會發生變化。也就是說，如果孩子在生活當中形成了錯誤概念，對后續的學習會有非常嚴重的影響。因此，我們應當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。

在真實情景中促進參觀者學習

在開放式的學習環境下，如何激發參觀者的興趣，如何應對不同人群的學習需求，是博物館教育面臨的巨大挑戰之一。2015年，上海自然博物館開展了一項參觀行為研究，結果發現，觀眾在參觀過程中知覺型的對話是最多的，聯系和概念型的對話最少。兩三個月后的回訪發現，當時參觀體驗比較深入的觀眾在自然科學方面的興趣、行為和態度都有所提升。顧潔燕介紹到，博物館展品是以主題和問題導向設計的，其最大的特點是為公眾營造一個沉浸式的實際場景，讓參觀者主動學習和探索。

上海自然博物館采取半結構式、分眾化的博物館學習課程，并且基于問題和項目，在博物館情景中進行。博物館目前把18歲以下的青少年劃分了4個學段，根據不同的目標設計彈性化課程。例如，面向學齡前兒童的親子教育項目，是常設展廳的短期課程；面向小學生的“探索者聯盟”活動鼓勵他們分小組在展廳完成闖關游戲；面向初中生的“青少年科學詮釋者”項目，則是包含實驗、展廳參觀、講解、選題闡述、公眾分享等20個課時的學習；配合初高中的研學旅行活動，博物館還開展了探索性的工作，把博物館的內容作為學習引子，引導學生回到學校后再進行系列探究。

顧潔燕說：“由于博物館課程的多樣性和觀眾學習需求的多樣化，學習效果的評估是博物館教育領域的共同難題。需要借鑒學校教育評估、社會學評估的方法，建立博物館學習效果評估體系。”

講好科技故事，新媒體手段助力教育

《小學科學課程標準》中提到要培養學生的好奇心、質疑精神、批判性思維和團隊合作精神，還提到要關注科學、技術、社會與環境之間的關系。這實質上體現的就是情感、態度與價值觀，可以跟科學史、科學哲學聯系起來。一個非常好的教學策略，就是把科學的內容當成故事講，把科學史、科學哲學融入課程當中，介紹科學理論體系的建構、技術的發展，幫助學生在大的歷史時間、空間下感知科技和社會的關聯。科學史和科學哲學可以幫助學生了解科學知識是如何建構的，是如何與社會互動的，還能引發學生對科學本質的思考，比如說科學能不能解決一切問題，科學結論是否會有修正。

要讓科學史和科學哲學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故事講述。把科學發展歷程中的人物活動作為故事背景，通過故事的方式呈現科學的觀點，呈現科學家的實驗等。隨著技術手段的多樣化和進步，業界也開展了利用新媒體手段促進科學傳播的工作，取得了一定成果。比如《美麗化學》視頻，使用最新的4k高清攝影機捕捉化學反應中的繽紛色彩和微妙細節，使用三維電腦動畫和互動技術，展示近年來在《自然》和《科學》等國際知名期刊中報道的美麗化學結構，通過一種震撼又吸引人的方式將化學的美麗和神奇通過數字技術和媒體傳遞給大眾。

達成基本學習要求，全面提高學生科技素養水準

澳門的學校以私立為主，學校在課程設置和教師招聘方面有極大的自主權，學校類別多樣化，教學質量有很大的差異，教師主導型的教學方法和紙筆考試為主的學生的評價方式比較普遍。

魏冰是澳門科學課程改革項目的主要負責人。他介紹到，澳門的課程包括制度課程、項目課程和課堂課程3級。制度課程是基于澳門的社會經濟文化狀況，確立科學素養的教育目標。項目課程則圍繞科學素養，對各年級階段學生分別提出學習要求。澳門的課程改革依據國際科技課程發展趨勢，基于《澳門中小學自然科學教育專項評鑒報告》而設立，其中心目標是提高全體學生的科學素養水準，主要方式是“基本學力要求”，要求學生在完成各教育階段的學習后應具備的基本素養，包括基本的知識、技能、能力、情感、態度及價值觀，每個階段的教學，不論教學內容和教學形式如何，教學結果需要在基礎性、現實性、發展性3個特性方面達到一定的要求，同時關注學生對未來社會的需求和發展。