以全新视角看待科技教育

曾筝

8月17日，“科技教育的新视野”分论坛由上海师范大学胡兴昌教授主持，首都师范大学丁邦平教授、中国科学技术大学周荣庭教授、澳门大学魏冰教授、上海自然博物馆顾洁燕教授和东南大学杨元魁博士5位领域专家，围绕科学教育进行大跨度的研究和实践分享。专家们从国际比较教育、科技史与科学哲学融合、新媒体辅助科学教育、博物馆科学教育、脑科学基础研究等不同角度切入，从国际到国内，从校内到校外为与会科技辅导员们带来了科技教育的新视野。

加强基于本土的研究，推动立法保障科学教育改革

丁邦平在主题发言中首先强调教育的目的是要培养完整的人。2014年，中国教育部印发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》中提出核心素养概念也印证了这个观点。核心素养强调了国家对下一代的素质期待，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当和实践创新6大素养。

从国际比较的视角出发，丁邦平提出学校科学教育改革需要人大立法保障。美国2001年通过《不让一个孩子掉队》法案，2015年由总统奥巴马签署《每一个学生成功法案》，通过法律保障所有的儿童都在阅读、数学、科学3个核心学科上接受良好的教育。有了法律的保障，美国在科学教育改革上投入的经费也是惊人的，据统计，2010-2011学年，美国幼儿园至高中12年级阶段，教育总共花费了6320亿美元，公共教育经费成为美国在军备支出之后最大的公共开销。日本早在1953年颁布的《理科教育振兴法》就开宗明义地规定：理科教育作为构建文化型国家的基础，具有重要的教育使命。2016年，日本政府根据《科学与技术基本法》制定了“科学与技术基本规划”，对普及科技教育的经费投入、人员落实等情况作了详细的规定。反观中国，在1993年颁布的《科学技术进步法》、2002年颁布的《科学技术普及法》方面，都没有涉及到科技教育方面的规定。

欧美、日本等发达国家的科学教育政策制定、教师教育改革、科学教育课程评价改革，都是以坚实可靠的科学教育研究为基础的。与国际社会相比，我们国家的科学教育改革主要是依靠行政主导、以往经验和借鉴发达国家的科学教育理论，极度缺少本土化的基础研究数据支撑。但问题是，我国的科学教育改革是基于中国文化传统和现有国情展开的，由于中国与发达国家处在不同的发展阶段，我国科学教育改革面临的基本问题与发达国家的不完全一样。所以，过于依赖其他国家改革的经验实际上并不能很好地解决中国科学教育存在的问题。

充分认识创新的脑机制，基于大概念开展科技教育

杨元魁从脑科学研究出发，谈创新人才培养，为与会者带来了一个全新的视角。杨元魁认为，从脑科学角度看，科技教育的目的是培养全面知情的决策者，使学生具有进行正确决策的知识基础和相应能力。

人最重要的能力是个性化的、在不同背景下针对不同目标的决策和创新能力。人和人之间最大的差异在于决策能力不一样，由于遗传和环境的交互作用，每个人的决策网络是不一样的。当然，要发展出比较好的决策和创新的能力，需要很多能力的结合，例如执行功能和社会情绪能力，并不是一蹴而就的。就创新的类型来说，一种是日常创新，这是每一个人都具备的能力；另一种是杰出创新，这是极少数人才具有的能力。决策是创新的核心过程，决策可以分成两个大的系统：一类是依靠感知形成判断，即常说的直觉；另一类是推理决策系统。不管是哪一类决策，其基础都是掌握概念和建立模型。能否有效地掌握概念、建立模型会影响人们的决策判断能力和创新能力，这就需要我们为学生提供基于大概念的科技教育。

关于创新的脑机制研究，科学界已经有了很多研究成果。首先，人脑中并没有专门负责创新的结构或组织。其次，在人脑的6个网络中，执行控制网络、默认网络和凸显网络与创新能力的相关度较高。默认网络负责创新思维的产生，执行控制网络负责创新思维的评估，凸显网络起着非常重要的双向调节工作。默认网络是创新的脑机制里很值得关注的部分，这一组脑区在认知工作开始的状态下，比如说做数学题或者思考事情的时候，反而比静息状态时还要更加安静，所以往往又被称为“静默网络”。此外，默认网络还与“心智游移”这种很有意思的心理现象有關，也就是我们常说的走神儿或开小差儿。研究表明，人出现最有价值创新的时候，往往不是在非常专注的情况下，而正是在心智游移的过程中产生的，所以要客观地看待孩子走神儿的现象。此外，对于记忆的分子生物学研究表明，当人形成长期记忆时，神经元连接处的结构会发生变化。也就是说，如果孩子在生活当中形成了错误概念，对后续的学习会有非常严重的影响。因此，我们应当从小开展基于大概念和探究的科技教育，并且高度重视科技教师的培养。

在真实情景中促进参观者学习

在开放式的学习环境下，如何激发参观者的兴趣，如何应对不同人群的学习需求，是博物馆教育面临的巨大挑战之一。2015年，上海自然博物馆开展了一项参观行为研究，结果发现，观众在参观过程中知觉型的对话是最多的，联系和概念型的对话最少。两三个月后的回访发现，当时参观体验比较深入的观众在自然科学方面的兴趣、行为和态度都有所提升。顾洁燕介绍到，博物馆展品是以主题和问题导向设计的，其最大的特点是为公众营造一个沉浸式的实际场景，让参观者主动学习和探索。

上海自然博物馆采取半结构式、分众化的博物馆学习课程，并且基于问题和项目，在博物馆情景中进行。博物馆目前把18岁以下的青少年划分了4个学段，根据不同的目标设计弹性化课程。例如，面向学龄前儿童的亲子教育项目，是常设展厅的短期课程；面向小学生的“探索者联盟”活动鼓励他们分小组在展厅完成闯关游戏；面向初中生的“青少年科学诠释者”项目，则是包含实验、展厅参观、讲解、选题阐述、公众分享等20个课时的学习；配合初高中的研学旅行活动，博物馆还开展了探索性的工作，把博物馆的内容作为学习引子，引导学生回到学校后再进行系列探究。

顾洁燕说：“由于博物馆课程的多样性和观众学习需求的多样化，学习效果的评估是博物馆教育领域的共同难题。需要借鉴学校教育评估、社会学评估的方法，建立博物馆学习效果评估体系。”

讲好科技故事，新媒体手段助力教育

《小学科学课程标准》中提到要培养学生的好奇心、质疑精神、批判性思维和团队合作精神，还提到要关注科学、技术、社会与环境之间的关系。这实质上体现的就是情感、态度与价值观，可以跟科学史、科学哲学联系起来。一个非常好的教学策略，就是把科学的内容当成故事讲，把科学史、科学哲学融入课程当中，介绍科学理论体系的建构、技术的发展，帮助学生在大的历史时间、空间下感知科技和社会的关联。科学史和科学哲学可以帮助学生了解科学知识是如何建构的，是如何与社会互动的，还能引发学生对科学本质的思考，比如说科学能不能解决一切问题，科学结论是否会有修正。

要让科学史和科学哲学在公众中得到更广泛的传播，目前还在起步和探索阶段。目前比较好的策略是用历史的科学故事讲述。把科学发展历程中的人物活动作为故事背景，通过故事的方式呈现科学的观点，呈现科学家的实验等。随着技术手段的多样化和进步，业界也开展了利用新媒体手段促进科学传播的工作，取得了一定成果。比如《美丽化学》视频，使用最新的4k高清摄影机捕捉化学反应中的缤纷色彩和微妙细节，使用三维电脑动画和互动技术，展示近年来在《自然》和《科学》等国际知名期刊中报道的美丽化学结构，通过一种震撼又吸引人的方式将化学的美丽和神奇通过数字技术和媒体传递给大众。

达成基本学习要求，全面提高学生科技素养水准

澳门的学校以私立为主，学校在课程设置和教师招聘方面有极大的自主权，学校类别多样化，教学质量有很大的差异，教师主导型的教学方法和纸笔考试为主的学生的评价方式比较普遍。

魏冰是澳門科学课程改革项目的主要负责人。他介绍到，澳门的课程包括制度课程、项目课程和课堂课程3级。制度课程是基于澳门的社会经济文化状况，确立科学素养的教育目标。项目课程则围绕科学素养，对各年级阶段学生分别提出学习要求。澳门的课程改革依据国际科技课程发展趋势，基于《澳门中小学自然科学教育专项评鉴报告》而设立，其中心目标是提高全体学生的科学素养水准，主要方式是“基本学力要求”，要求学生在完成各教育阶段的学习后应具备的基本素养，包括基本的知识、技能、能力、情感、态度及价值观，每个阶段的教学，不论教学内容和教学形式如何，教学结果需要在基础性、现实性、发展性3个特性方面达到一定的要求，同时关注学生对未来社会的需求和发展。