倪闽景：科学教育正迎来一个拐点

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作者 | 倪闽景 全国政协委员、上海科技馆馆长

小时候，我只有两个世界，一个是物质世界，由木头、桌子、屋子等组成的，还有一个是精神世界，在我的脑子里。

但是，现在的孩子生下来就有一个全新的世界：数字世界。他们是立体动物，我们是平面动物。所以，现在孩子的科学教育和我小时候就应该不一样。

回顾过去70年，我们见证了数字时代、分子生物学时代和太空时代。然而，我们的科学教育似乎并没有跟上这些变化的步伐。

如今，站在科学范式转折点上，科学教育也正迎来一个拐点。

1

创造力的来源：

在兴趣和志趣之外，还要“有趣”

人如何进行创新？创新过程始于观察现象，提出问题，并将问题转化为研究课题。

例如，孩子们常会好奇地提问：“妈妈，为什么你没有长胡子，而爸爸却有？”这类问题虽好，但并不构成科学研究的起点。真正的科学问题应当能够激发进一步研究。

如果孩子能使用显微镜或放大镜来探索问题，表明具备了初步的科学素养，而不是简单的提问。这也解释了创造力的来源：对某一事物的痴迷，并把兴趣转化为志趣。

兴趣是大脑对探索未知的奖励，通过分泌多巴胺和产生α波来让我们感到愉悦。当一个人对某事感兴趣时，会投入大量时间探索，即使他人可能认为这是愚蠢的。如果当兴趣消退，仍能持续研究，便上升为志趣。

而在兴趣和志趣之外，还要“有趣”。我见识过的所有科学家几乎都很有趣，这个“有趣”不是指很幽默，而是视角独特，富有远见，给他们带来了极大的创造力。

布朗特因为对黄金的渴望而意外发现了磷元素就是个很典型的例子。他注意到人的尿液呈黄色，便推测其中可能含有黄金，于是收集了5000升尿液进行实验，最终虽然没有得到黄金，却炼出了白磷。这一发现使他的名字载入了化学史册。

此外，富有创造力的人通常具有某些规律性的特点，如《创造力：心流与创新心理学》中研究了91位富有创新精神的顶尖人才，总结出创新型人才的10种明显对立的性格：

1.富有创造力的人通常精力充沛，但也会经常沉默不语、静如处子；

2.富有创造力的人很聪明，但有时又很天真，爱因斯坦就是这样的人；

3.富有创造力的人有时喜欢秩序有时又破坏规矩；

4.富有创造力的人可以在想象、幻想与牢固的现实感之间切换；

5.富有创造力的人似乎兼容了内向与外向这两种相反的性格倾向，生活中的狄拉克腼腆内向，但是在科学研究时的狄拉克却是热情似火还有点话痨；

6.富有创造力的人非常谦逊，同时又非常骄傲；

7.富有创造力的女性比其他女性更坚强，富有创造力的男性比其他男性更敏感、更少侵略性，因此，富有创造力的个体不仅拥有自身性别的优势，还具有另一种性别的优势；

8.富有创造力的人既传统、保守，又反叛、反传统；

9.富有创造力的人对自己工作充满了热情，同时又非常客观地看待自己的工作，保持了很强的开放性；

10.富有创造力的人在研究时既能感到痛苦煎熬，又能享受巨大的喜悦。

2

创新就是

“经常犯错，总有一次是对的”

人的思维可以分为三种：分析思维、创造性思维和实用性思维。

分析思维者往往是学术成绩优异的学生。创造性思维者可能成绩平平，但天生能提出好点子，喜欢独立思考。实用性思维者可能学业成绩不佳，但在特定领域可能创造出意想不到的成就。

三种思维方式的差异与个人成长经历密切相关，因为大脑中微小的连接差异可能导致不一样的“脑回路”。所以在探讨思维的本质时，不得不关注大脑的发展，这是教育工作者和家长一张重要的地图。

对每个人来说，新学习总是以形成脑神经元的新连接来学会已有的知识。每个新生儿的大脑中都含有神经元，这些神经元通过树突和轴突相互连接，但尚未被髓鞘所包裹。

为什么人6岁时的学习能力最强？因为这个年龄阶段，人的神经元连接达到最高峰，树突和轴突数量众多。与此同时，髓鞘开始形成，尽管还很脆弱，但已经足够让信息在神经元之间传导。

更有趣的是，每当我们学习新知识，大脑就会形成新的连接回路。然而，这些回路有时会出错，这种所谓的“神经搭错”有时会导致创新思维的产生。

一些人的大脑更容易产生这种“搭错”，他们因此更具创新性。这解释了为什么有人说科学家是“神经病”，因为他们的大脑更容易形成新的连接。

相反，如果我们永远是对的，那就不大容易搭错。那些大脑不易出错的人可能不太容易产生新思维。

3

科学教育的精神：

创新没有天选之人，人人可以创新

诺贝尔物理奖得主丁肇中说过一句话：“我几乎认识每一位获得诺贝尔物理学奖的科学家，我可以负责任地说，这中间几乎没有一个考第一名的。”这说明，成绩好不等于有创新能力。相反，那些成绩不佳的学生，由于他们追求独特，稀奇古怪，更有可能成为创新者。

无独有偶，诺贝尔奖获得者迈克尔·莱维特也强调了犯错在科学探索中的重要性，他提到顶尖科学家99%的时间都在犯错。

拔尖创新人才有三个显著的品质：一是自主，有行动力；二是对特定领域保持浓厚的兴趣；三是面对困难时的坚韧不拔。这些品质与考试成绩无关。一个孩子如果具备自主、专注和韧性，即使没有进入顶尖大学，也有可能取得成功。

需要提及的是，我们一直存在一个普遍但错误的观点，即认为女性的数理逻辑能力天生不如男性。主要依据是实验显示的成年男性的顶叶比女性更为发达，从而推论男性在数理能力方面具有优势。

然而，这种结论忽略了一个关键事实：新生儿的顶叶并无差异。性别差异的形成更多是后天环境和教育的结果。例如，女孩收到的礼物常常是芭比娃娃，而给男孩的是乐高和玩具枪，这种差异会在早期就开始影响孩子们的空间想象能力。

而随着观念的进步，女性在科学领域的成就越来越受到认可，诺贝尔奖获得者中女性的比例也在逐渐上升。这表明，性别不应成为评价科学能力的标准。

总之，科学教育的精神是，“创新没有天选之人”，人人可以创新。

4

站在科学范式转折点上，

人人都是科学教育工作者

著名科学家詹姆士·格雷，把科学技术发展史总结为四个范式阶段。

“第一范式”称为实验科学，核心是发现新现象；“第二范式”称为理论科学，核心是研究现象背后的因果规律；“第三范式”称为计算科学，核心是寻找巨量现象之间的相关性；“第四范式”称为数据科学，主要是基于人工智能和大数据技术，而非科学家自身大脑智慧来研究，创新越来越倚重新现象的发现和想象力。

科学的“第四范式”更在于其创造性，而且其基本特征是科学自身的工具化，将让每个人拥有更强大的创造能力。

因为我们利用新技术的成本已经越来越低，机会也越来越多，每个人通过自由研究产生新发现的可能性也在同步增长。这意味着，普通人也可以深度参与科学探索和新世界的创造。

这对未来科学教育的影响将十分深远：人人都可以成为创新者，人人都是科学教育的工作者，全球科学教育正朝着“为创新而学”转向，培养想象力将成为科学教育的主线。

5

当下，迫切需要重构

基于新科技观的科学教育

当前普遍认为，科学教育的目的是普及科学知识，提高公众对科学的认识和理解，促进科学与社会的交流和互动，推动科技进步和社会发展。

这无疑是正确的，但也存在一个很大的问题，即把科学技术看成绝对正确的结论。这本质上是一种牛顿时代的科学教育观，迫切需要重构基于新科技观的科学教育。

科学教育要面向全体学生，突出多样化和实践性

拔尖创新人才需要多样化的大脑和强大的行动力，因此好的科学教育有两个基本要求，一是能不能给孩子们多样化的学习经历，二是能不能给孩子们动手实践的机会。

机器很快能把人类所有的知识都学会，但是创造力从来不是因为拥有完美知识而产生的，人类的创造力来自局限，甚至来自犯错。不完美的教育，包括教育过程中出现的缺点和错误，都有可能是创造大脑多样化的机会，这是人类应对人工智能挑战的最好回应。

科学教育的主要目的不再是掌握知识的多少，而是更突出科学大概念和科学的态度

这个时代的基本特征是信息过剩，与之对应的是每个人大脑的学习能力没有相应提升，学习时间也没有增长。因此每个人的学习能力停滞不前和世界知识加速增长之间的矛盾越发突出。

科学知识的多少不再是重要指标，而注意力却成为重要的学习目的。这个注意力聚焦的点就是科学大概念，即系统与平衡、守恒与演变、规模与层次、结构与功能、多样与共生、模块与控制、连接与极限、周期与进化、虚拟与共生。

用“模仿-构建-想象”的逻辑来实现学生实践能力的提升

创新能力的提升需要在实践中实现，背后的行动逻辑是“模仿-构建-想象”。

所谓模仿，就是按照视频、说明书或者重复教师做过的科学实验，学习者自己要复原做出来。

所谓构建，是在模仿实验过程中鼓励学生构建问题。实验的结果如果产生许多高质量问题，这样的科学实验才有价值。如果实验结果是以没有问题结束的，那就不是科学实验。

所谓想象，是针对学生构建的问题鼓励想象和创新。有些问题可以作为孩子的科学课题去研究，就从问题上升到了课题。真正的想象力基于实验或观察来发现现象，始于对现象背后问题的发散性思考，成于科学大概念在某个实际问题上跨界的大脑连接。

构建大中小学校科学教育一体化的贯通机制

科学教育是一项接力比赛，要培育出大批高质量的创新人才，需要在每一个环节都能够很好地完成相应的培育任务，进行一体化机制设计。

首先是要实现科学教育的系统转向。

价值取向上，从过度追求现实功利目标转向追求人类共同发展与国家科技自立自强的双重价值；质量评价上，从过度注重知识学习和考试成绩，转向全面发展的评价；培养模式上，改变高度统一的标准化模式，更加注重多样化为导向的教学；教师专业成长上，克服单纯强调掌握学科知识和教学技能的倾向，更加注重教师教育境界和专业能力的提升；管理方式上，从依靠行政手段发文件、做规划，转向更加注重思想领导和专业引领。

其次是形成分阶段的科学教育目标要求。

低幼阶段的科学课程应该更加关注孩子们对自然世界的好奇心培育，形成最基础的发现新现象和提出新问题的能力——锻造感官能力与兴趣；

在初高中阶段，应该在学科化的科学教育中增强动手实践能力、强调概念的形成和证据意识，能够超越兴趣，形成对某个领域的志趣——锻造思维能力与志趣；

到了高校，在掌握基础的研究方法和基础专业知识的同时，应该按照专业方向尽快了解相关学科的前沿领域，并以研究的方式学习、以协同的方式去攻关。

6

科学教育的三个支点

观察的进阶

观察是科学教育的起点，它与现象紧密相关，所有现象都需通过感官来感知。“看”与“观察”的区别在于，观察是发现别人未曾注意到的事物，是对细节的深入洞察。建立在观察基础上的实验，则是通过实际操作来验证或探究现象的过程。

然而，即便是实验，我们也只能观察到局部现象，而非全貌。所有观察都是局部观察。正如《沉思录》中所说：“我们听到的一切都是观点，而非事实；我们看到的一切都是视角，而非真相。”——这正是观察的本质。

学科学习的价值

学科最大的优势是结构化，这种结构化是知识、概念、原理、理论一层层叠加关联的过程。一旦这些结构化的学科事实被人掌握，就会上升到学科观念层面，从而使学科思维能力上升到普遍的问题解决能力。

学科学习的过程可以锻造我们的思维能力，即使学习的是语文，这种能力也是可迁移的。因此，不要认为文科生就无法在科学领域取得成就，恰恰相反，文科生培养的思维能力同样可以在科学领域发挥重要作用。

非正式教育的价值

人的全面而有个性的发展，有的时候并不能通过高度课程化的正规教育实现，而是需要比较宽松和相对自由的环境里养成。校外教育，如科技馆的参观，可以点燃孩子们的人生梦想。

有时候，家长带孩子出去游山玩水，但孩子对大自然的风景不感兴趣，却能对一只小蚂蚁观察数小时，这表明他们已经找到了自己的兴趣点。

非正式教育的目的就是帮助孩子们发现并培养自己的兴趣。无论是对食物的热爱还是其他任何事物，都可能成为他们未来成就的起点。比如有的孩子特别喜欢吃，那么恭喜你，吃也是可以成为“大家”的。

来源丨 优教育《倪闽景：超越兴趣，让科学教育转向“为创新而学”》；中国高等教育《倪闽景：站在科学范式转折点上的科学教育》，有删减

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来源丨中国高等教育

编辑丨智库君

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