教育转型与思维变革下的科普教育创新

摘 要 我国正处于新一轮技术革命和发展方式转变的历史交汇期，在大数据人工智能时代，人们的思维方式发生了巨大变革，科普创新教育应紧扣时代背景，关注世界科普教育趋势并及时消化吸收，推进在先进理念指导下的创新实践，从而达到一个新的高度。

关键词 反思教育 思维变革 创新发展

1 反思教育：向全球共同利益的理念转变

继1972年的《学会生存：教育世界的今天和明天》、1976年的《教育：财富蕴藏其中》之后，2015年联合国教科文组织发布了《反思教育：向全球共同利益的理念转变》。这篇引领未来教育发展的战略报告，重新定义了知识、学习、教育的概念，颠覆了许多传统的教育观念，对21世纪世界各国教育改革的进行和教育治理体系的建立具有重要意义。

报告将知识定义为“个人和社会解读经验的认知和方法”，不仅从外延上强调了知识的广泛性，也从内涵上强调了知识的多样性，尊重每一个群体和个体的认知。同时，报告将学习看作“由情境决定的多元化的过程和结果”，即在主体方面，学习既是个体的行为，也是集体的智慧结晶，在教育形式上推进正规教育、非正规教育以及非正式教育等多元教育方式的融合发展。

报告还特别指出，在21世纪的第二个10年，实现教育转型将成为一个核心问题，对于“利益”的理解要从“公共利益”转变为“共同利益”。这就意味着知识是人类的共同遗产，知识的创造、控制、获得、认证和运用需要共享，教育则被视为一项共同利益事业。而建立这一新的原则，就必须解决创造知识和控制知识等根本性问题。教育要关注大科学、人与环境、国家创新、人类命运等共同利益的问题，鼓励人们从“消费者”转变为“创造者”。近期备受关注的国产科幻片《流浪地球》，在一定意义上反映了人类命运共同体的概念。当太阳的能量逐渐消失的时候，接受着太阳恩惠的地球人，必然要另寻他们的共同家园。同时，影片也反映了在这一共同利益驱动下，人们顽强不屈、拼搏奋斗的精神。

另外，报告还重新解读了《教育：财富蕴藏其中》中提出的“学会求知、学会做事、学会做人、学会共处”教育四大支柱，特别强调了当今时代“学会做人”和“学会共处”的重要意义，并配以新的解读，使得其更为全面、丰富。报告所提出的“人人都是创造者”的新内涵，便是要求重视青少年的科普教育，更加关注对于好奇心的启迪、想象力的培育和创造力的激发。

2 摒弃浮躁，抓住创新的本质

近年来，科普教育创新活动虽然显得热闹非凡，却往往“没学到家”，存在“浮躁”的问题，并未从本质上推动创造力的开发。如图1所示，创新的方法和路径在于学习者的自主性、开放性、灵活性和创新性。在这一总目标下，创新教育主要通过三种活动方式进行核心能力的培养：

（1）探究。学习者在教育活动中积极探索和寻找出现各种情况的可能性，在活动中合作、共享，使好奇心得到启迪。

（2）捣鼓。学习者对材料、工具和方法等进行有目的的摆弄、测试和评估。

（3）改造。学习者利用或改造各种材料、工具，来改进或创造一种新产品、新方法。

然而，在我国的科普教育中，不少是利用现成的教材，采用按部就班的方式开展活动，这一做法不利于培养学生的创造力。相反，美国哈佛大学教育学院开展的“ABD项目”（Agency by Design）则将“仔细观察”“探索复杂性”“发现（改进的）机会”作为创客教育的三种核心能力，在创客活动过程中开展形成性评价。

青少年创客教育与科技创新教育存在显著的差别。例如，中小学机器人科技创新比赛上要求做一个“爬坡机器人”，由教师设定题目，而教师对最终的结果早已了然，实质是“从已知到已知”;而创客教育的目标是强调创造力培养，核心理念是讓学习者从一个知识的消费者变为知识的创造者，在过程中强调开源、开放、合作、共享。美国《创客杂志》（Make Magazine）的创始人戴尔·多尔蒂认为，创客教育是一种创新的学习方法，是经验学习而不是知识学习，关键在于学习如何创造的过程。

我们要按照创新的方法和路径来进行探索和实践，真正立足于青少年创新思维与创新方法的培养与创造力的开发。

（1）创新理念。主要通过探究、捣鼓、改造三种活动方式进行核心能力的培养，作为创造力培养的理论基础。

（2）案例集聚。按照社会化的机制，邀请熟悉创造力开发的专家、学者和社会力量，进行多元案例的收集，以形成创新教育的课题立意和主题选择。

（3）导师培训。创新教育不是在学校里做实验，而是要培养学生的发散思维和探究能力。

（4）编写手册。在辅导教师的帮助下，学习者自选题目，开展科学实践活动。

（5）做出成果。创新教育最终要将学习者培养成知识的“创造者”，使学习者能够形成富有创新思维与创造力的成果。

在上述过程中，“手把手教学生”的模式必须改变。创新教育是一个实践的过程，并非一蹴而就，要根据学习者的年龄、经历和认知程度，分级、逐步地实现这一目标。

3 大数据人工智能时代下的思维变革

科学技术的发展促进了人类社会的进步，然而，它的负面效应也危害着地球，人类面临着新的挑战，只有从全球共同利益出发，才能引导多元文化的冲突转变为融合，应对人类面临的可持续发展挑战。在大数据人工智能时代，人们的思维方式发生了巨大的变革。因此，为了适应时代的需求，就需要用新的思维方式实现科普教育的创新。

3.1 人工智能是怎样识别事物的？

以识别国王、男人、女人、女王为例，人的认知是当知道国王时，很快就可以判定出谁是女王，而人工智能是用逻辑思维和相关思维来进行判别。认知过程为：判定“国王”是“正国级的男人”，减去一个“男人”是“正国级”，加上一个“女人”则是“正国级的女人”，因此“正国级的女人”就是“女王”。这就是人工智能认识事物的一种新思维方式。

3.2 量子理论打破思维定式，引发新概念

以“墨子号”量子科学实验卫星的“量子纠缠分发实验”为例，当实验卫星飞临我国上空时，成功地发射出纠缠光子对，这些纠缠的光子被分别发射到1 203 km外的青海德令哈地面站和云南丽江地面站。

当德令哈地面站收到光子A时，丽江地面站就收到与光子A纠缠的光子B。如果光子A发生变化，德令哈地面站将以现代通讯方式，比如电子邮件，告知丽江地面站光子A的变化，再快的传递速度也无法超过光速。然而，当德令哈光子A变化时，因为光子A与光子B处于纠缠状态，按照量子隐形传态的概念，丽江地面站的光子B会立即发生相应的变化，不需要传递时间。光子A变化传输要比现代通讯传输快许多倍。

这实际上是一个“纠缠态”的问题，即两个粒子无论相距多远，从根本上它们是互相纠缠的，内秉是互相联系的，一个粒子的变化会影响另一个粒子，亦随之而变化。纠缠态的内秉纠缠变化，是一种非定域的概念，已经超出了现代经典物理学的范畴，而成为一种新的概念。

3.3 大数据的应用——相关性与因果关系

沃尔玛超市把啤酒和尿布摆在同一个货架上，可以让它们的销量双双上涨，这是通过分析海量的销售数据，挑出这两件看似毫不相干的商品组合起来，从而提升销售业绩的真实案例。原因是，妻子常常让丈夫下班时顺便带回尿布，然而丈夫关心的却是啤酒，看到就要拿一些。大数据的应用，不拘泥于因果关系而在于大趋势，只要啤酒和尿布放在同一个货架上，就会产生更好的销售量，这便是商家追求的目标。大数据所具有的大趋势将对指导现实和预测未来有着重要意义，这就是一种新的思维方式。

科普教育的发展，应该提高到思维方式的高度，来推进科普的创新。在创新教育中运用多种思维的方式进行实践，便是产生创新思维和创造力的基础。如：

（1）逆向思维。电被发明以后，法拉第认为电和磁存在必然的联系并且具有互相转化的关系，他根据逆向思维，坚信磁一定能生成电。经过10年的艰苦试验，他把一根条形磁铁插入一支缠着导线的空心圆筒里，在导线两端连接的电流计上，指针果然发生了微弱的转动，电流产生了。由此可见，我们要善于运用逆向思维，在实践活动中启发学习者。

（2）联想思维。联想是从一种事物的表象推进另一事物的过程，两者以某种“相似性”为中介沟通联系，有助于我们挖掘出记忆深处的有用信息，在头脑中显现相关联系。比如“鸡蛋壳”与“壳体结构”“青蛙的眼睛”与“电子眼”，就是富有创造性的、深层次的联想思维。

（3）相关性思维。人工智能是这样识别语言的：两个人以做核磁共振的方法，听同一个故事，一个用英语讲，一个用俄语讲，尽管他们听到的词汇不同，但大脑电磁波的走向是一致的，根据人工智能的深度算法，两个人就可以听明白同一个故事。说明人工智能识别语言与词汇无关，与语义有关。在深度学习中，我们要发现相关性的本质。

（4）发散思维与聚合。在创新实践过程中，需要先发散后聚合，组成一个创新活动的循环，以此优化项目，获得解决问题的最佳方案，这就是人们常用的创新思维模型。

不仅如此，灵感思维、有序思维、类比思维、跨界思维、逻辑思维、迭代思维、串接思维、群体思维等多元思维方式都可以应用于创新教育实践。无论在STEM教育、STEAM教育或创客教育等多项创新活动中，都十分关注运用这些思维方式进行融合创新。

同时，在展品创新方面，已出现不少反映科学思想、科学方法以及思维变革的展品，尤其是在场馆设计中的支撑性展品，更注重表达现代科普教育理念的内涵。

4 结语

回顾20世纪，苏联发射了第一颗人造卫星，引起了世界教育界的震惊，从而掀起了一场教育改革的浪潮。当时的美国教育界，尚处于批判杜威的实用主义而推崇布鲁纳的发现法的阶段。美国物理学家弗兰克·奥本海默在旧金山的一个马棚里，制作了500件以物理学为基础的匠心可贵的展品，得到了全世界的公认。他提出，要改变教育的方式，培养符合时代要求且具有创新思维和创造能力的一代新人。可见，奥本海默也是当今创客教育的鼻祖。

科普教育的创新是一个复杂的、综合的问题。在我国这块沃土上，在结出绚丽花朵的同时，也存在诸多的泥泞和困境。比如，有利于创新的环境尚不够完善，专利保护问题也有待解决，这些直接影响了部分企业的积极性。从我国的实际出发，建设科技强国，实施“大众创业、万众创新”战略，科普工作者担负着神圣的历史责任。展望未来的科普，不搞创新是没有出路的。在大数据人工智能的时代，公众对科普的诉求，不仅是学习科学知识，而且是运用科学的思维、科学的思想与科学的方法去生活與工作。

创新必须坚持科普教育的开放性，向世界各国学习，关注全球科普教育的发展走向，及时地消化吸收，推进在先进理念指导下的创新实践。从普及的意义上说，要重视提高全民科学素质的综合目标;在提高的层面上说，要关注创新思维和创造力的培养，以适应时代的需求。从思维变革方式提升科普创新教育的水平是对科普教育深化发展的有益探索，问题的关键是在创新理念指导下落实创新要素。科普事业是一个永远创新、永无止境的事业，我国科普创新教育的发展即将踏上新的征程，创造更美好的未来。

作者简介：李象益（1938—），男，教授，联合国教科文组织“卡林加科普奖”获奖者，中国自然科学博物馆学会名誉理事长，前国际博物馆协会执行委员会委员，国际博物馆协会科技博物馆委员会原副主席，中国科学技术馆原馆长，中国科学技术协会科普工作部原部长，中国自然科学博物馆学会原理事长，E-mail： lxy381030@126.com。