科学教育能解决人才之问吗？| 科学四十人闭门耕-专栏-知识分子
科学教育能解决人才之问吗？| 科学四十人闭门耕
2022/09/14
近日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》。文件要求，学校要加强科学教育，不断提升师生科学素质，积极组织并支持师生开展丰富多彩的科普活动。实际上，二战之后，美国等西方发达国家一直将发展科学教育视为国家战略。1999年，在布达佩斯召开的首届世界科学大会，也呼吁各个国家政府要把改进科学教育作为重中之重。眼下，我国进入了新的发展阶段，改革发展我国的科学教育、提升国民科学素养，对中华民族复兴大业来说是一项基础性、战略性的事业。我国的科学教育起步晚、发展慢、普及低，现在的中小学科学教育还差什么？如何解决科学教师数量和质量问题？教育公平背景下的科学教育评价体系怎么破？就这些问题，《知识分子》联合 “科学四十人”，邀请到北京师范大学科学教育研究院院长郑永和、清华附中校长王殿军和首都师范大学科学教育研究中心主任丁邦平，围绕基础教育阶段的科学教育问题，组织了科学四十人第三期闭门耕座谈。主持人为中科院古脊椎动物与古人类研究所研究员、中科院院士、《知识分子》总编辑周忠和。以下为文字实录。周忠和：从长远的人才培养、科技发展层面来说，我国在基础教育阶段推行科学教育的重要性和紧迫性体现在哪？郑永和：从国家的发展来说，我们进入了创新驱动发展的新阶段，有高质量发展的新要求。同时，国际上一些发达国家在科技上的 “卡脖子” 对我们造成了非常大的压力。从根本上说，推行科学教育要解决的是人才问题。改革开放的这三四十年中，大量曾经 “出去” 再 “回来” 的科学家在发挥作用，但未来面向剧烈的国际对抗，这个过程会受到很大阻碍，我们也必须解决科技自立自强过程中的人才自主培养。钱学森曾说 “为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才”，科学界教育界也一直希望能够回答这个问题。要解决 “钱学森之问”，我想一定要从创新人才培养的模式出发，应试教育的模式很难匹配创新人才培养的需求。周忠和：所以，科技发展归根结底还是要有创新活力的人才，而科学教育又是人才培养的第一步。记得之前一次开会，王殿军校长提到我们的人才到了研究生阶段缺少创新的力量，然后就 “怪罪” 到大学，大学推到中学，以此类推又可以推到小学教育上去。王校长在大学当过教授，后来又担任清华附中校长，一直大力推动科学教育，你觉得我国科学教育的现状如何？王殿军：目前，我国基础教育阶段的科学教育，相比发达国家差得很远，这与现行的教育体制有关，也可能与我们的文化传统有关。我们更强调知识性教育，把原有的知识教会学生，让学生记住概念和知识，往往容易教现成的东西。而除了科学知识之外，他还需要培养科学精神与科学素养，要用科学的思维方式去观察这个世界。一流的教育才能出一流的科学家，才能出一流的科研成果。不过，基础教育毕竟是面向所有学生的，不是每个学生都要成为顶尖的科学人才，他还要成为社会其他领域的人才。因此科学教育不仅仅是培养顶尖科学家，而是培养每个人在生活中的方方面面都有科学素养。周忠和：王校长认为现有的科学教育体系和发达国家有较大差距，是因为我们的科学教育理念是灌输型的。丁老师在研究科学教育理论方面有很深的造诣，你同意刚刚两位老师的看法吗？丁邦平：我同意王校长的判断。“科学” 本身就是近代以来中国从西方引进过来的。日本有科学教育学者做过相关研究，如东京理工大学小川正贤认为，对于东亚国家来说，科学和科学教育都是外来文化。我国的科学教育史，从1866年清廷朝开办的京师同文馆开办科学馆算起，这是一个起点。50年多后的1922年，梁启超做《梁启超：科学精神与东西方文化》的演讲，对 “什么是科学、什么是科学精神” 做了系统阐发，但这个时候科学教育仍没有普及。从1922年到现在，又整整过去了100年。1949年之前，我们主要学习美国，后来主要学习苏联，改革开放之后又开始向发达国家学习，因此我们的科学教育也可以说是引进的。最近20年，我们在进行科学教育上的改革，但我们讲的 “科学素养” “科学探究” 这些名词都是直接从国外引进的。中科院高能物理研究所研究员张双南在他的一个著名演讲《什么是科学？》里说，自己在英国读博士时，也不知道什么是科学。可见，在科学和科学教育的理念方面，我们与西方还是有很大差距的。周忠和：科学教育的目标是什么？从科学教育的理念出发，我们现在的中小学课程内容和教学形式应该怎么改革？有没有做过哪些方面的探索？王殿军：刚才丁老师讲的非常重要。咱们现代的科学教育还是在向西方学习，既然要学，就要踏踏实实地认真研究。但我觉得我们在这方面的学习还不够，我们把他们的科学教育学 “倒” 了，学成了 “学科教育”，有了数学、物理、化学、生物等学科，这些学科的大纲和教材都很系统，由很多专家精雕细刻而来。但我们忽视了一点，西方发达国家的科学教育可不是只有学科和学科考试，还有很多别的东西：科学是怎么来的，科学结论是怎么来的，成果是怎么来的，科学家是怎么成长起来的？我们仅仅只把 “学科教育” 学得比较到位和严谨，但这是不够的，不学学科不行，但只学学科也不行，西方这种跨学科的交叉学科，这种以问题为导向的项目式学习也很重要，他们在中小学阶段就注意这些方面的培养。周忠和：所以你涉及到一个关键的点：“科学” 还是 “学科”。只有学科是不够的。王殿军：对，我们的学科教育有很多地方做得不错，但这只是科学教育的一部分。美国有STEM教育（编者注：STEM是科学Science、技术Technology、工程Engineering与数学Mathematics四门学科英文首字母的缩写），最主要的特点是以问题为导向，这个问题用到哪个学科就学哪个学科，我们缺少的就是这种课程。西方已经走到了学科交叉融合的阶段，但我们还没有。在研究现实问题的时候，问题本身就是综合、多学科的，我们就得教孩子们综合运用各学科的知识来分析和解决问题。周忠和：我们的课程内容、教学形式，还停留在 “单一学科” 的程度，近年也有改革，你说说我们改革试点的情况。王殿军：清华附中10多年前就开始改革了，我们自己设立了系列课程和项目，最终效果我认为是非常好的。但为什么这种改革在全国推不下去，就是因为好多学校的老师或校长认为搞这种项目式研究与跨学科学习，对 “学科” 的学习帮助不大，怕影响成绩。周忠和：另外还有一点，清华附中的生源非常好，如果换到一般的学校可能达不到你这个效果，有没有这可能？王殿军：普通学校要想达到这种效果的可能性不大。因为这种跨学科的项目式学习提高的是人分析问题和解决问题的能力，如果我能解决实际问题，就意味着我也能很好地应付考试，因为知识都学过了。周忠和：也许清华附中的情况不一定有普遍性，郑老师，你觉得我们从教学的内容方式到评价等方面应该怎么改？郑永和：从教育政策及其实施的视角看，教育部现在已经做了相当多的努力，包括育人模式的转变、评价改革及资源均衡等等。如何让学生达到 “解决问题” 的培养目标，这其中已经有很多探索了，但我认为这个过程是非常漫长的。尤其在学校，老师们要接受这个理念也需要一个过程，然后他再去培养学生。学校和老师对于科学教育理念的接受是最困难的，但我相信有很多学校是可以走出来的。最近，我跟郑老师参加了教育部与中科院联合资助的一个科学教育改革战略研究项目。有一次项目研讨会上，一位被派到外省某个中学去的民大附中校长说，北京到那个地方也就100多公里，但那里的老师及学生家长的观念，跟北京是天差地隔的，所以他呼吁大家不能只关注北京的这些学校。其他省份学校的办学条件、师生观念、地方教育和行政部门对学校的要求与压力，和北京是完全不一样的。中国的情况很复杂，地区间差异大，像PISA考试（学生能力国际评价考试），江苏、浙江、上海、北京这些地方学生的成绩都是国际领先的，但它并不能代表中国教育的平均水平。周忠和：所以你觉得科学教育理念要推广，在中国还有一个漫长的道路。丁邦平：这是一个相当漫长的道路。即使在发达国家，例如美国，他们的探究教学实践已经搞了几十年，到现在也不能说美国所有的学校都是好的。我2007年曾在美国访学半年，在当地一些学校听课，发现美国也有不好的学校，他们的科学教学我听了也不感冒。周忠和：在教材编写和师资方面，还有哪些比较棘手的问题需要解决的？除了理念之外，有没有实际的问题，比如老师不够、没有教材等等？郑永和：师资困难我认为是非常重要的一个方面。我们最近做了一个小学科学教师的调查，发现70%的小学科学老师是兼任教师。想象一下，一个教英语的老师同时兼着教科学课，这会是个什么情景？周忠和：我听说还有不少学校的科学老师甚至是体育老师兼职的。郑永和：我们的调查显示，有23.6%科学老师的专业背景是汉语言文学（含师范），5.6%的是音体美（含师范）。虽然我们不要求所有的小学科学老师都是学理工科背景的，但他一定要有专业素养。70%的科学老师都是兼任教师，这个比例还是蛮大的，这是一个问题。另外，从学科背景来看，只有27.5%的老师是理工科背景，70%以上都是非理工科的。在这种情况下，科学老师对创新的理解肯定是有偏差的，你要让他按照科学教育的新模式去培养孩子的科学素养，这是非常漫长的。所以，我认为教师的工作一定要走在前面，然后要投入大量的资源来解决教材问题，这些需要尽快落实。我们这一轮课改的理念是先进的，但要真正落实到教材还需要一个过程，如何把学生的学习过程变成像科学家一样思考的过程，是需要教材编撰时进行探索的。周忠和：专职科学教师短缺的问题，有什么办法可以解决吗？现在我们的大学生就业还是有点困难的，可不可以让一些理工科背景的优秀大学毕业生去当小学科学教师？郑永和：你说得对，我觉得这是一个特别好的主意。我们曾经有调查显示，非师范类院校出身的理工科背景的学生考取教师资格证并从事教学工作，他们在科学教学方面表现的专业素养最佳。我们特别应该鼓励这些有意愿从事科学教育的理工科背景的年轻人，希望他们能够进到中小学。周忠和：王校长在清华附中应该不存在科学教师短缺的问题吧？王殿军：你要是说科学教师，那肯定有，但这些教师都达不到我的理想标准。博士毕业越往上走，学科就越学越窄，但我们的科学教育是强调跨学科的。举个例子，我曾经让学校老师开发过一个关于国际安全下科学技术的短课程，这与科技、国际政治等好多内容都有关系，所以最后需要8名老师才能把这门课上完。我们现在让老师去培养孩子的科学素养，他自己都没有，怎么培养别人呢？你说跨学科，他自己都没跨过，他跨不过去，他都博士毕业工作好多年了，别的学科都忘光了。我们的教育就是从师资培养开始的，你刚才那个建议我觉得非常好，要是能够把这些找不到工作的理工科学生训练一下，让他学学别的学科，提升一下科学素养，然后让他去中小学做科学教育老师，这是很好的。周忠和：最近教育部和中科院也在讨论，其中一项就是能不能利用假期给科学教师进行培训。关于大学教育这块，我们有科学教育专业招收本科生的学校吗？周忠和：丁老师，你觉得我觉得我们的师范学校甚至综合性大学，是不是应该开设这样的专业来招收更多的本科生？丁邦平：我完全同意。对科学教师，要分阶段来看。就小学教师而言，我们国家长期忽视这块，所以70%的小学科学教师都是兼职的，而且他们的学科背景跟科学有关的比例太小，因为过去20年主要是师范类院校在培养老师。早在上个世纪90年代，人教社有一个老先生叫刘默耕，他抓教学大纲编制的时候，就已经很重视小学科学的改革了，但是教师的培养没有跟上，一直到现在都还没有跟上，所以这一次，教育部下了很大的决心要改革这一块。谈到跟发达国家的比较，我具体讲讲与日韩小学科学教师的差距，人家至少都是本科毕业的，我们现有的很多科学老师是大专毕业。有些发达国家，比如美国，小学科学教师硕士毕业的比例都比较高，有些甚至是博士毕业的。周忠和：关于学科问题，从1988年启动义务教育课程改革开始，浙江省就在小学和初中推行科学课，浙江的初中科学课是不分科的，就用科学课代替了理化生。我去浙江的时候也问过当地老师，浙江省这么多年的改革效果怎么样，有没有什么困难？郑老师，此前有人做过这方面的研究吗？你对这个问题怎么看？郑永和：浙江的确是走在前面的，30多年来一直在坚持综合科学，追求树立孩子们整合性的科学理念。在参加PISA测试的北京、上海、江苏、浙江四个省市中，浙江从2015年科学成绩的第十提升到第一，所以我觉得浙江的做法肯定是有作用的。当然各地区是有差异的，浙江的理念需要深入研究。丁邦平：最近，浙江省教研室开了一个会，总结30年来的科学教育改革经验，可以说浙江在中国科学教育这块是开了一个好头，这是一个创举。有些省也在学他们，但因为这事很难，所以没有推广。难的原因是多方面的，浙江自己也是经历了30多年4个阶段的摸索，在省内推广的时候也遇到过阻力，包括院士的反对。直到2015年，浙江初中的综合科学教育才全面开花，因为他们培养了一批能够胜任综合科学课的教师（80%以上），而且学生的成绩也不错。周忠和：所以浙江也是通过30多年的探索，才有了现在的共识。王校长曾说科学教育不影响高考成绩，这个理念我觉得可能也需要很长时间才能让更多人接受。王殿军：我觉得浙江的经验非常好，给我国的科学教育带了个好头。不过，30年时间过去了，按照国际上对人才培养研究的做法，我们应该长期追踪通过这样培养出来的人，看看他们之后的发展情况。郑永和：是的，我们的科学教育之所以现在还相当落后，一个重要的原因就是我们的研究没跟上。我们在研究方面的投入太少，也没有一个科学教育的资助体系。中国的科学教育研究，从专家团队到经费都是比较缺乏的，无法开展刚刚王校长所提出的大规模的跟踪性研究。丁邦平：美国的国家科学基金从上世纪50年代开始就资助科学教育的研究，英国也是这样。我国台湾地区从1970年代就开始选拔理科教师到美国去读博士，现在已经有至少三代科学教育专家了。台湾有2000多万人口，有科学教育博士学位的研究者至少有100多人，浙江省6000多万人口有几个科学教育学者？据我所知是屈指可数的。周忠和：我们现在的科学教育仍有应试教育的影子，比如说对知识的死记硬背，这就涉及到如何评估科学教育的重量和学生的表现。我曾听到有家长抱怨，说自己的孩子对科学非常有兴趣，能力也不差，但考试成绩就不太好。我跟浙江的科学教师们探讨过这个问题，他们也有相关文件要求，说这种考试不能只是单纯笔试，还得结合其他形式。关于评价体系，除了学生的评价外，科学教师的评价也是需要重视的。丁老师，在教师和学生评价的问题上，你有什么看法？丁邦平：这确实是一个很大的问题。英国的高中生考试除了笔试之外，还有占总分数20%的实验操作，我国目前主要还是以学校的笔试测验为主。另外，国外教学中对科学实验是非常重视的，而我国学校对教材里规定的实验还不能落实到位，这是科学教育里的一个普遍现象。周忠和：你说的这个问题让我想到，中国科研里大学生的动手能力确实会弱一点。此外，现在我们的很多仪器设备都要靠进口，这其中当然有很复杂的因素，但跟我们的教育缺少培养动手能力、学校缺少设备等也应该有关系。王校长，从清华附中的情况来看，你怎么看学生动手能力的问题？王殿军：“动手” 在我看来实际上分两部分。第一部分是纯粹锻炼动手能力的验证性实验，比如理化生教材上的很多实验。实验如何操作，有哪些过程，最后出现什么现象，这些都是写在教材里的，严格按照步骤操作就行。这种训练能让孩子们搞清楚其中的原理。但科学教育除了这种实验之外，还应有探究性实验。这类实验没有人告诉你具体怎么做，学生需要在老师的指导下自己尝试，可能会失败或者达不到预期的效果，他分析原因调整后再做，这就有点像真实的科学研究了。我们现在的实验多是固定模式，缺乏探究性实验。现在国家有标准，比如义务教育验收的时候，会查学校实验室有几个，设备有几套，会评比和督导验证性实验，而这些很多县级中学都能达标。周忠和：动手能力的实验大学阶段才接触就晚了，我们很多训练实际上在中小学阶段就应该养成。科技界经常讨论 “从零到一” 的问题，相对来说我国的跟踪模仿做得很好，但是从零到一、从无到有的研究比较缺乏，是不是跟我们从小的这种教育模式有关？王殿军：有关系。我们理想的科学教育应该是有高水平的实验室，而且有研究性实验，问题让孩子们自己想，想完了给老师汇报，老师指导后再去做，最后自己答辩、找题目、做出成果。因此，我们必须在中小学阶段就去训练孩子们这种自主观察世界、发现问题、解决问题的能力。我们现在都是逼着学生学一些现成的东西，他根本就不感兴趣，其实孩子的天性是希望探究那些未知的领域。郑永和：已经有研究证明，如果孩子们按照应试模式走，然后再去走创新这条路，他过了一定的阈值就回不来了，也就是说，强化刷题之后，他的大脑机制都变了。中国科技界的创新能力一定要从娃娃抓起，小的时候就让他按照创新模式去走，启发他的心智，让他愿意去 “掺和”，愿意去做实验。周忠和：现在我们中学有很多竞赛，这个东西和想象中的探究式的科学教育有什么不一样？王殿军：我不想说竞赛好不好，但我认为竞赛和科学教育完全不是一回事。因为竞赛还是有一定的知识范围、方法和策略在的，它和真正的科学训练不一样，老师出的题都有标准答案，这也是某种意义上的纸笔测试，只不过测试更难、技巧更高，需要进行专门的特殊训练，不过也不能说竞赛就没有意义。周忠和：我们说了现在科学教育的很多现象，我觉得要发现问题才能找到解决之道。在我看来，中高考可能是根本的问题，这可能是最大的指挥棒。对于中高考，以及考试所涉及到的教育公平的问题，郑老师有什么看法？刚才王校长说 “科学教育和高考不矛盾”，这种思考是非常了不起的，但我觉得现阶段要让大家都接受这个观点很困难。所以这种情况下，如何平衡教育公平和教育理念的改革？郑永和：我觉得结合我们现在的人才需求，应该在考试内容上做深刻变革。将来的高考中考都应该有所变化，中高考只是科学教育问题其中的一个方面。我们现在正在推进育人模式的改革，同时后面的研究力量也要跟上，包括我们怎么样来实现资源的配置，这些是很系统的一个工程。周忠和：所以你认为，很难说是哪一个问题是最关键的。郑永和：我觉得现在没有哪个问题是最关键的，现在是要考虑从科学教育体系建设着手，提出系统的解决方案。王殿军：中高考是很关键的，但现在的中高考方案都在改革，尤其是高考方案，除了考试之外，还有综合素质的评价，我们叫 “多元录取”。当然，我们的教育除了科学教育，还有艺术教育、人文教育，有些孩子参加了特殊的项目，他的学习表现结果评价应该纳入到中高考的因素中，别让中高考笔试成绩成为100%。周忠和：除了教材、教师、考试，我觉得家长也是科学教育成效不可忽视的因素。中国家长的决定权很大。我们是不是能多尊重孩子的意见和兴趣，然后在升学制度方面做一些探索，这可能也是很有帮助的。丁邦平：其实我很同意郑老师说的，很难说哪一个因素特别关键，我们要从中国国情去考虑科学教育改革的问题。举个例子，美国的STEM教育为什么发展得这么快？很重要的一个原因就是它有立法来推进，有相关的制度设计，这是真正的 “依法治教”。日本1953年就颁布实施了《理科教育振兴法》，他们连从小学到中学到大学所需实验仪器的配备标准清单都列出来了。所以我之前也写过文章呼吁，我国要有专门的科学教育立法。周忠和：我们的科普法（编者注：《中华人民共和国科学普及法》）现在已经在修订阶段了。目前的科普法虽有一定的效果，修订其实还是有点笼统，所发挥的效果还是不如大家期待的那么好。丁邦平：科普法主要是科协系统提出来，通过全国人大颁布实施的，但是它对于学校科学教育几乎没有起到什么作用。郑永和：刚才丁老师说国外有相关法律，也有国家战略规划，但我们国家就科学教育来说现在没有这些部署。周忠和：我们假设有一个科学教育法，或者在教育法修订的时候把科学教育作为一些明确的条文纳进去，这样效果还是会不一样吧。科普法把所有人群都包括了，科学教育法的话，相对来讲还是指中小学的。郑永和：对，科学教育法是强制性的，科普法是非强制性的。一旦有了法律保障，科学教育产生的效果会完全不一样。王殿军：2013年，美国出台了《新一代科学教育标准》（Next Generation Science Standards，NGSS），中小学教材和学生知识能力方面的要求都要照着这个标准来。这个标准背后是专门的科学教育研究，我们连科学教育研究都没有，也没有师资，没有课程，没有科学的评价，那这怎么弄？周忠和：科学教育不仅仅是学校和科学教师的事，那中国的科技界能够起到什么作用？除了科技界，还有科技馆、博物馆、研学基地等，它们在推动我们国家科学教育方面又能起到什么作用？郑永和：我们科技创新人才的早期培养，不是教育界自身能解决的问题，必须要由科技界来介入。因为中小学老师在这方面有天然的不足，所以科技界任何形式的投入都是有意义的。科技馆等场所在这方面也很有优势，它有场地，有展品，有活动，有资源，能把许多学校做不到的事补充进来。周忠和：有两个问题，一是科技馆可能没有那么大的积极性，另外学生也没有那么多时间。郑永和：可以在每天下午3:30以后的课后时间，和科技馆合作开发一些中小学生喜闻乐见的科学活动，这也是国际上的一个趋势。第二，我认为还要有新的创举，要把全国的科技馆当成当地培养学校科学教育教师的一个中心，这样的话就能带动整个科学教育的活跃度。我希望科技馆在这些方面能发挥更大的作用。丁邦平：我是搞比较教育的，喜欢从比较的视角来看，国外科学家参与科学教育的广度和深度比我们要大得多。美国从1950年代开始科学教育改革，当时的科学教育改革就是科学家、而且是第一流的科学家来主导和推动的。而且美国的国家政策和法律都支持科学家做科学教育改革，科学家深度参与到科学教育改革中去，涉及课程教材、教师培训以及科学教育研究方面，相比而言，我国在这些方面要逊色一些。根据今天的讨论，我觉得科学研究、科学教育、科普这几个问题都是相关的。我们尤其还要把科技界与科学教育更好地结合起来，这可能是未来的一个发展趋势。再次感谢三位老师！在创办《知识分子》和《赛先生》等知名科学文化平台的基础上，智识学研社发起成立了民间科学交流平台 “科学四十人”。“科学四十人” 的成员包括数学、物理、化学、生物、医学等九个领域的领军科学家。“科学四十人” 致力成为先进的科学交流平台，积极推进国际科学交流和全球科技治理议题，汇聚各个领域的科学力量和专业知识、意见和影响力，推动人类可持续发展。“科学四十人” 得到了科汇致远公益基金会的大力支持。
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