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　　原標題：倪閩景：科學(xué)教育正迎來一個拐點

　　小時候，我只有兩個世界，一個是物質(zhì)世界，由木頭、桌子、屋子等組成的，還有一個是精神世界，在我的腦子里。

　　但是，現(xiàn)在的孩子生下來就有一個全新的世界：數(shù)字世界。他們是立體動物，我們是平面動物。所以，現(xiàn)在孩子的科學(xué)教育和我小時候就應(yīng)該不一樣。

　　回顧過去70年，我們見證了數(shù)字時代、分子生物學(xué)時代和太空時代。然而，我們的科學(xué)教育似乎并沒有跟上這些變化的步伐。

　　如今，站在科學(xué)范式轉(zhuǎn)折點上，科學(xué)教育也正迎來一個拐點。

　　創(chuàng)造力的來源：

　　在興趣和志趣之外，還要“有趣”

　　人如何進行創(chuàng)新？創(chuàng)新過程始于觀察現(xiàn)象，提出問題，并將問題轉(zhuǎn)化為研究課題。

　　例如，孩子們常會好奇地提問：“媽媽，為什么你沒有長胡子，而爸爸卻有？”這類問題雖好，但并不構(gòu)成科學(xué)研究的起點。真正的科學(xué)問題應(yīng)當能夠激發(fā)進一步研究。

　　如果孩子能使用顯微鏡或放大鏡來探索問題，表明具備了初步的科學(xué)素養(yǎng)，而不是簡單的提問。這也解釋了創(chuàng)造力的來源：對某一事物的癡迷，并把興趣轉(zhuǎn)化為志趣。

　　興趣是大腦對探索未知的獎勵，通過分泌多巴胺和產(chǎn)生α波來讓我們感到愉悅。當一個人對某事感興趣時，會投入大量時間探索，即使他人可能認為這是愚蠢的。如果當興趣消退，仍能持續(xù)研究，便上升為志趣。

　　而在興趣和志趣之外，還要“有趣”。我見識過的所有科學(xué)家?guī)缀醵己苡腥?，這個“有趣”不是指很幽默，而是視角獨特，富有遠見，給他們帶來了極大的創(chuàng)造力。

　　布朗特因為對黃金的渴望而意外發(fā)現(xiàn)了磷元素就是個很典型的例子。他注意到人的尿液呈黃色，便推測其中可能含有黃金，于是收集了5000升尿液進行實驗，最終雖然沒有得到黃金，卻煉出了白磷。這一發(fā)現(xiàn)使他的名字載入了化學(xué)史冊。

　　此外，富有創(chuàng)造力的人通常具有某些規(guī)律性的特點，如《創(chuàng)造力：心流與創(chuàng)新心理學(xué)》中研究了91位富有創(chuàng)新精神的頂尖人才，總結(jié)出創(chuàng)新型人才的10種明顯對立的性格：

　　1.富有創(chuàng)造力的人通常精力充沛，但也會經(jīng)常沉默不語、靜如處子；

　　2.富有創(chuàng)造力的人很聰明，但有時又很天真，愛因斯坦就是這樣的人；

　　3.富有創(chuàng)造力的人有時喜歡秩序有時又破壞規(guī)矩；

　　4.富有創(chuàng)造力的人可以在想象、幻想與牢固的現(xiàn)實感之間切換；

　　5.富有創(chuàng)造力的人似乎兼容了內(nèi)向與外向這兩種相反的性格傾向，生活中的狄拉克靦腆內(nèi)向，但是在科學(xué)研究時的狄拉克卻是熱情似火還有點話癆；

　　6.富有創(chuàng)造力的人非常謙遜，同時又非常驕傲；

　　7.富有創(chuàng)造力的女性比其他女性更堅強，富有創(chuàng)造力的男性比其他男性更敏感、更少侵略性，因此，富有創(chuàng)造力的個體不僅擁有自身性別的優(yōu)勢，還具有另一種性別的優(yōu)勢；

　　8.富有創(chuàng)造力的人既傳統(tǒng)、保守，又反叛、反傳統(tǒng)；

　　9.富有創(chuàng)造力的人對自己工作充滿了熱情，同時又非?？陀^地看待自己的工作，保持了很強的開放性；

　　10.富有創(chuàng)造力的人在研究時既能感到痛苦煎熬，又能享受巨大的喜悅。

　　創(chuàng)新就是

　　“經(jīng)常犯錯，總有一次是對的”

　　人的思維可以分為三種：分析思維、創(chuàng)造性思維和實用性思維。

　　分析思維者往往是學(xué)術(shù)成績優(yōu)異的學(xué)生。創(chuàng)造性思維者可能成績平平，但天生能提出好點子，喜歡獨立思考。實用性思維者可能學(xué)業(yè)成績不佳，但在特定領(lǐng)域可能創(chuàng)造出意想不到的成就。

　　三種思維方式的差異與個人成長經(jīng)歷密切相關(guān)，因為大腦中微小的連接差異可能導(dǎo)致不一樣的“腦回路”。所以在探討思維的本質(zhì)時，不得不關(guān)注大腦的發(fā)展，這是教育工作者和家長一張重要的地圖。

　　對每個人來說，新學(xué)習(xí)總是以形成腦神經(jīng)元的新連接來學(xué)會已有的知識。每個新生兒的大腦中都含有神經(jīng)元，這些神經(jīng)元通過樹突和軸突相互連接，但尚未被髓鞘所包裹。

　　為什么人6歲時的學(xué)習(xí)能力最強？因為這個年齡階段，人的神經(jīng)元連接達到最高峰，樹突和軸突數(shù)量眾多。與此同時，髓鞘開始形成，盡管還很脆弱，但已經(jīng)足夠讓信息在神經(jīng)元之間傳導(dǎo)。

　　更有趣的是，每當我們學(xué)習(xí)新知識，大腦就會形成新的連接回路。然而，這些回路有時會出錯，這種所謂的“神經(jīng)搭錯”有時會導(dǎo)致創(chuàng)新思維的產(chǎn)生。

　　一些人的大腦更容易產(chǎn)生這種“搭錯”，他們因此更具創(chuàng)新性。這解釋了為什么有人說科學(xué)家是“神經(jīng)病”，因為他們的大腦更容易形成新的連接。

　　相反，如果我們永遠是對的，那就不大容易搭錯。那些大腦不易出錯的人可能不太容易產(chǎn)生新思維。

　　科學(xué)教育的精神：

　　創(chuàng)新沒有天選之人，人人可以創(chuàng)新

　　諾貝爾物理獎得主丁肇中說過一句話：“我?guī)缀跽J識每一位獲得諾貝爾物理學(xué)獎的科學(xué)家，我可以負責任地說，這中間幾乎沒有一個考第一名的。”這說明，成績好不等于有創(chuàng)新能力。相反，那些成績不佳的學(xué)生，由于他們追求獨特，稀奇古怪，更有可能成為創(chuàng)新者。

　　無獨有偶，諾貝爾獎獲得者邁克爾·萊維特也強調(diào)了犯錯在科學(xué)探索中的重要性，他提到頂尖科學(xué)家99%的時間都在犯錯。

　　拔尖創(chuàng)新人才有三個顯著的品質(zhì)：一是自主，有行動力；二是對特定領(lǐng)域保持濃厚的興趣；三是面對困難時的堅韌不拔。這些品質(zhì)與考試成績無關(guān)。一個孩子如果具備自主、專注和韌性，即使沒有進入頂尖大學(xué)，也有可能取得成功。

　　需要提及的是，我們一直存在一個普遍但錯誤的觀點，即認為女性的數(shù)理邏輯能力天生不如男性。主要依據(jù)是實驗顯示的成年男性的頂葉比女性更為發(fā)達，從而推論男性在數(shù)理能力方面具有優(yōu)勢。

　　然而，這種結(jié)論忽略了一個關(guān)鍵事實：新生兒的頂葉并無差異。性別差異的形成更多是后天環(huán)境和教育的結(jié)果。例如，女孩收到的禮物常常是芭比娃娃，而給男孩的是樂高和玩具槍，這種差異會在早期就開始影響孩子們的空間想象能力。

　　而隨著觀念的進步，女性在科學(xué)領(lǐng)域的成就越來越受到認可，諾貝爾獎獲得者中女性的比例也在逐漸上升。這表明，性別不應(yīng)成為評價科學(xué)能力的標準。

　　總之，科學(xué)教育的精神是，“創(chuàng)新沒有天選之人”，人人可以創(chuàng)新。

　　站在科學(xué)范式轉(zhuǎn)折點上，

　　人人都是科學(xué)教育工作者

　　著名科學(xué)家詹姆士·格雷，把科學(xué)技術(shù)發(fā)展史總結(jié)為四個范式階段。

　　“第一范式”稱為實驗科學(xué)，核心是發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象；“第二范式”稱為理論科學(xué)，核心是研究現(xiàn)象背后的因果規(guī)律；“第三范式”稱為計算科學(xué)，核心是尋找巨量現(xiàn)象之間的相關(guān)性；“第四范式”稱為數(shù)據(jù)科學(xué)，主要是基于人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，而非科學(xué)家自身大腦智慧來研究，創(chuàng)新越來越倚重新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和想象力。

　　科學(xué)的“第四范式”更在于其創(chuàng)造性，而且其基本特征是科學(xué)自身的工具化，將讓每個人擁有更強大的創(chuàng)造能力。

　　因為我們利用新技術(shù)的成本已經(jīng)越來越低，機會也越來越多，每個人通過自由研究產(chǎn)生新發(fā)現(xiàn)的可能性也在同步增長。這意味著，普通人也可以深度參與科學(xué)探索和新世界的創(chuàng)造。

　　這對未來科學(xué)教育的影響將十分深遠：人人都可以成為創(chuàng)新者，人人都是科學(xué)教育的工作者，全球科學(xué)教育正朝著“為創(chuàng)新而學(xué)”轉(zhuǎn)向，培養(yǎng)想象力將成為科學(xué)教育的主線。

　　當下，迫切需要重構(gòu)

　　基于新科技觀的科學(xué)教育

　　當前普遍認為，科學(xué)教育的目的是普及科學(xué)知識，提高公眾對科學(xué)的認識和理解，促進科學(xué)與社會的交流和互動，推動科技進步和社會發(fā)展。

　　這無疑是正確的，但也存在一個很大的問題，即把科學(xué)技術(shù)看成 正確的結(jié)論。這本質(zhì)上是一種牛頓時代的科學(xué)教育觀，迫切需要重構(gòu)基于新科技觀的科學(xué)教育。

　　科學(xué)教育要面向全體學(xué)生，突出多樣化和實踐性

　　拔尖創(chuàng)新人才需要多樣化的大腦和強大的行動力，因此好的科學(xué)教育有兩個基本要求，一是能不能給孩子們多樣化的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，二是能不能給孩子們動手實踐的機會。

　　機器很快能把人類所有的知識都學(xué)會，但是創(chuàng)造力從來不是因為擁有完美知識而產(chǎn)生的，人類的創(chuàng)造力來自局限，甚至來自犯錯。不完美的教育，包括教育過程中出現(xiàn)的缺點和錯誤，都有可能是創(chuàng)造大腦多樣化的機會，這是人類應(yīng)對人工智能挑戰(zhàn)的最好回應(yīng)。

　　科學(xué)教育的主要目的不再是掌握知識的多少，而是更突出科學(xué)大概念和科學(xué)的態(tài)度

　　這個時代的基本特征是信息過剩，與之對應(yīng)的是每個人大腦的學(xué)習(xí)能力沒有相應(yīng)提升，學(xué)習(xí)時間也沒有增長。因此每個人的學(xué)習(xí)能力停滯不前和世界知識加速增長之間的矛盾越發(fā)突出。

　　科學(xué)知識的多少不再是重要指標，而注意力卻成為重要的學(xué)習(xí)目的。這個注意力聚焦的點就是科學(xué)大概念，即系統(tǒng)與平衡、守恒與演變、規(guī)模與層次、結(jié)構(gòu)與功能、多樣與共生、模塊與控制、連接與極限、周期與進化、虛擬與共生。

　　用“模仿-構(gòu)建-想象”的邏輯來實現(xiàn)學(xué)生實踐能力的提升

　　創(chuàng)新能力的提升需要在實踐中實現(xiàn)，背后的行動邏輯是“模仿-構(gòu)建-想象”。

　　所謂模仿，就是按照視頻、說明書或者重復(fù)教師做過的科學(xué)實驗，學(xué)習(xí)者自己要復(fù)原做出來。

　　所謂構(gòu)建，是在模仿實驗過程中鼓勵學(xué)生構(gòu)建問題。實驗的結(jié)果如果產(chǎn)生許多高質(zhì)量問題，這樣的科學(xué)實驗才有價值。如果實驗結(jié)果是以沒有問題結(jié)束的，那就不是科學(xué)實驗。

　　所謂想象，是針對學(xué)生構(gòu)建的問題鼓勵想象和創(chuàng)新。有些問題可以作為孩子的科學(xué)課題去研究，就從問題上升到了課題。真正的想象力基于實驗或觀察來發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象，始于對現(xiàn)象背后問題的發(fā)散性思考，成于科學(xué)大概念在某個實際問題上跨界的大腦連接。

　　構(gòu)建大中小學(xué)校科學(xué)教育一體化的貫通機制

　　科學(xué)教育是一項接力比賽，要培育出大批高質(zhì)量的創(chuàng)新人才，需要在每一個環(huán)節(jié)都能夠很好地完成相應(yīng)的培育任務(wù)，進行一體化機制設(shè)計。

　　首先是要實現(xiàn)科學(xué)教育的系統(tǒng)轉(zhuǎn)向。

　　價值取向上，從過度追求現(xiàn)實功利目標轉(zhuǎn)向追求人類共同發(fā)展與國家科技自立自強的雙重價值；質(zhì)量評價上，從過度注重知識學(xué)習(xí)和考試成績，轉(zhuǎn)向全面發(fā)展的評價；培養(yǎng)模式上，改變高度統(tǒng)一的標準化模式，更加注重多樣化為導(dǎo)向的教學(xué)；教師專業(yè)成長上，克服單純強調(diào)掌握學(xué)科知識和教學(xué)技能的傾向，更加注重教師教育境界和專業(yè)能力的提升；管理方式上，從依靠行政手段發(fā)文件、做規(guī)劃，轉(zhuǎn)向更加注重思想領(lǐng)導(dǎo)和專業(yè)引領(lǐng)。

　　其次是形成分階段的科學(xué)教育目標要求。

　　低幼階段的科學(xué)課程應(yīng)該更加關(guān)注孩子們對自然世界的好奇心培育，形成最基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和提出新問題的能力——鍛造感官能力與興趣；

　　在初高中階段，應(yīng)該在學(xué)科化的科學(xué)教育中增強動手實踐能力、強調(diào)概念的形成和證據(jù)意識，能夠超越興趣，形成對某個領(lǐng)域的志趣——鍛造思維能力與志趣；

　　到了高校，在掌握基礎(chǔ)的研究方法和基礎(chǔ)專業(yè)知識的同時，應(yīng)該按照專業(yè)方向盡快了解相關(guān)學(xué)科的前沿領(lǐng)域，并以研究的方式學(xué)習(xí)、以協(xié)同的方式去攻關(guān)。

　　科學(xué)教育的三個支點

　　觀察的進階

　　觀察是科學(xué)教育的起點，它與現(xiàn)象緊密相關(guān)，所有現(xiàn)象都需通過感官來感知。“看”與“觀察”的區(qū)別在于，觀察是發(fā)現(xiàn)別人未曾注意到的事物，是對細節(jié)的深入洞察。建立在觀察基礎(chǔ)上的實驗，則是通過實際操作來驗證或探究現(xiàn)象的過程。

　　然而，即便是實驗，我們也只能觀察到局部現(xiàn)象，而非全貌。所有觀察都是局部觀察。正如《沉思錄》中所說：“我們聽到的一切都是觀點，而非事實；我們看到的一切都是視角，而非真相。”——這正是觀察的本質(zhì)。

　　學(xué)科學(xué)習(xí)的價值

　　學(xué)科最大的優(yōu)勢是結(jié)構(gòu)化，這種結(jié)構(gòu)化是知識、概念、原理、理論一層層疊加關(guān)聯(lián)的過程。一旦這些結(jié)構(gòu)化的學(xué)科事實被人掌握，就會上升到學(xué)科觀念層面，從而使學(xué)科思維能力上升到普遍的問題解決能力。

　　學(xué)科學(xué)習(xí)的過程可以鍛造我們的思維能力，即使學(xué)習(xí)的是語文，這種能力也是可遷移的。因此，不要認為文科生就無法在科學(xué)領(lǐng)域取得成就，恰恰相反，文科生培養(yǎng)的思維能力同樣可以在科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

　　非正式教育的價值

　　人的全面而有個性的發(fā)展，有的時候并不能通過高度課程化的正規(guī)教育實現(xiàn)，而是需要比較寬松和相對自由的環(huán)境里養(yǎng)成。校外教育，如科技館的參觀，可以點燃孩子們的人生夢想。

　　有時候，家長帶孩子出去游山玩水，但孩子對大自然的風(fēng)景不感興趣，卻能對一只小螞蟻觀察數(shù)小時，這表明他們已經(jīng)找到了自己的興趣點。

　　非正式教育的目的就是幫助孩子們發(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)自己的興趣。無論是對食物的熱愛還是其他任何事物，都可能成為他們未來成就的起點。比如有的孩子特別喜歡吃，那么恭喜你，吃也是可以成為“大家”的。