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科技强国建设亟需提高青少年科学素养

青少年的整体科学素养是建设科技强国的决定性因素,青少年必将成为建设科技强国的主力军。当前,我国正在加快建设科技强国的新征程中,迫切需要提升青少年科学素养。近日,教育部、中国科协发布《关于利用科普资源助推“双减”工作的通知》,要求各地各校引进科技馆等场馆的科普资源到校开展课后服务,丰富青少年的科普类课后服务活动项目,在助推“双减”工作落地的同时,有力促进青少年科学素养的提升。然而,据教育部基础教育质量监测中心日前发布的《2020年国家义务教育质量监测——科学学习质量监测结果报告》显示,全国仅有18.8%的八年级学生期望长大后从事科学相关职业。同时,有关数据表明,我国每年工科毕业生总量为400多万,是美国的10倍,超过世界工科毕业生总数的1/3。在过去的10年时间里,中国培养的理工科博士人数一直稳步增加,已经远超美国。但支撑我国产业转型升级的人才储备尤其是高层次、创新型工程技术人才仍然不足,其中真正热爱科学、愿意终身从事科学研究的人才更是严重不足。因此,重视提高青少年的科学素养,培育一大批具备科学家潜质的青少年群体,夯实加快建设科技强国人才基础,已经成为青少年教育的当务之急。

一、当前青少年科学素养培养方面存在的问题

科学素养不仅包括基于概念和原理的科学知识、基于动手操作和实践运用的科学技能,而且强调对科学探索的强烈兴趣、好奇心和执着专注、追求真理的科学精神,以及尊重科学伦理的健全人格。中国学生发展核心素养中六大素养之一的科学素养主要是指科学精神,包括理性思维、批判质疑、勇于探究。由于培养方面存在一些问题,我国青少年科学素养还不高。

(一)培养目标与理念缺乏对学生主体的关注,尊重学生主体愿望和志趣培养不足

以往过于根据宏观政策和经济发展要求来设计培养方案,而缺乏对于学生主体的关注,缺乏从尊重学生主体愿望和志趣培养的角度,重视激发青少年发自内心的强烈兴趣和科学探索精神。数据表明,我国青少年学生未来从事科学研究的意愿偏低,即使是一些未来有科学潜能的拔尖人才也缺乏长期专注科学研究的兴趣与探究精神。2018年OECD对全球60多个国家的PISA测试,中国四省联队(北京、上海、浙江、江苏)虽然获得科学、阅读、数学的总分第一。但是,出乎意料的是,在科学和数学成绩最好的学生中,只有15%的男生和不到10%的女生期待成为数学和工程专业人士,这一比例远远低于OECD调查国家的平均水平。近年来,中国已派不少学生参加国际上的数学、物理、化学、生物和信息学等学科奥林匹克竞赛并获得不少奖牌,但其中很大一部分奥赛获奖者被保送上一流大学后却没有选择其奥赛获奖的专业,由此可见通过学科竞赛的形式并没能解决青少年对科学的兴趣问题,仅是成为上名牌大学的入场券。很多世界单科排名第一的专业也往往招不到高考高分学生,高考高分学生往往选择的是金融等热门专业。值得反思的是,奥赛获奖或高考高分并不等同于具备科学兴趣和科学精神。青少年学生的科学教育亟需把“突出学生的主体地位”落到实处,提升学生的科学素养,而不能只看科学测试或竞赛成绩。

(二)培养内容习惯于培养聚合性思维,对发散性思维培养不足

当前,国内高校和中小学校仍习惯以教师讲解为主的掌握式教学培养学生的聚合性思维,不善于培养发散性思维。一方面,想象力是一种发散性思维和对知识的“远迁移”能力,与创造性思维密切相关,是未来智能时代高层次、创新型理工科人才急需具备的能力,是一种由此及彼的跨领域、跨学科、跨行业、超常规的迁移、类比、幻想等能力。中科院的有关调查表明,中国青少年缺乏科学精神和科学想象力。另一方面,科学推理能力是持续探索科学问题的重要科学素养,需要基于不同角度、不同层面提出大量、独特的发散式假设,再基于证据进行推理、论证、批判和质疑的能力以及模型建构的意识和能力。这些虽已纳入基础教育阶段自然科学类课程的国家课程标准之中,但是在学校实际教学过程中,往往容易被应试教育的刷题、记忆解题套路的形式所取代。相关数据表明,我国青少年科学推理能力不足。2015年OECD组织的PISA测试结果发现,与美国等发达国家相比,我国四省(北京、上海、浙江、广东)15岁的青少年学生更擅长解决与科学知识有关的问题,在科学推理能力上则处于劣势。

(三)培养方式倾向于熟记知识和解题套路,探究式学习方法运用不足

我国青少年的科学教育被考试分数等外部功利性目的所驱使,过于注重科学知识和解题套路的记忆背诵,尚未充分运用以学生为主体的探究式、体验式学习方式,动手实验不足。2020年国家义务教育质量监测结果发现,尽管九成以上中小学校均配备了实验室、实验设备器材等科学教学资源,但实验室资源使用率有待提高。在科学教学过程中,急需重视并创设各种条件让青少年经历“准备-观察-体验-参与-实践”等科学探索的全过程,在体验式、探究式学习过程中激发对科学探究的好奇心和兴趣,掌握科学探究的思维过程与能力。

(四)培养形式习惯以学校课堂教学为主导,校外教育资源数量及利用不足

校外教育资源包括社会上的博物馆、科技馆等场馆教育资源和行业企业的教育资源。其中,科技馆是以场馆形式开展科学教育的重要基地,是学校科学课程学习的重要补充。目前,科学教育的校外资源数量及利用不足,主要表现在:第一,2020年中国拥有所有权或使用权的科技馆数量达1000个,其中免费开放的科技馆数量达933个,此外还有1202个流动科技馆。日益增多的科技馆,成为提高全民科学素养尤其是青少年科学素养、开展科普教育的重要基地。但是,相对于庞大的中小学生数量而言,科技馆数量仍显不足。第二,从对科技馆已有教育活动现状的调研发现,科技馆等场馆的科教活动开发设计水平整体上落后于场馆的硬件建设。科技类场馆虽然硬件建设较多,但在科技教育活动的设计开发上明显不足。由于缺乏相应的教育活动设计,一些科技馆主要展示相关的科技展品,多数观众只能体会到新鲜、有趣,很少了解相关的科技原理,更谈不上通过动手实验感受科学探索的乐趣。第三,我国行业企业参与科技人才培养的长效机制尚不健全。研究发现,企业在培养目标制定、课程体系修订等理工科人才培养核心环节的参与比例不超过30%。急需继续加强青少年科学素养的跨边界融合培养,努力构建学校教育、社会场馆教育、行业企业教育等多方资源的融合共享机制。

二、深化多方合作、全方位提升青少年的科学素养

党的十九届五中全会提出,要把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。作为科协组织,要主动从服务科技强国建设的国家战略出发,会同本地教育部门,以助推“双减”政策落地为契机,积极指导、支持科技馆等科普教育基地做好科普教育活动进校园,以丰富课后服务活动。同时,进一步拓宽视野,主动深化馆校合作,凝聚各界优秀科技人才助推青少年科学素养提升,为培养高层次科技创新人才奠定坚实基础。

(一)注重志趣导向的主动学习,聚焦多维度科学素养的全面提升

青少年的素质是决定一个国家竞争力的重要基础,而科学素养又是青少年综合素质中重要的组成部分。2020年,习近平总书记在科学家座谈会上强调,“好奇心是人的天性,对科学兴趣的引导和培养要从娃娃抓起,使他们更多了解科学知识,掌握科学方法,形成一大批具备科学家潜质的青少年群体”。要把习近平总书记重要讲话精神落到实处,第一在持续深化教育教学改革创新、推进义务教育优质均衡发展的过程中,更加注重青少年学习科学的自主性和主导性,引导青少年从功利导向的被动学习转向志趣导向的主动学习,从为了追求高分考好大学而学习科学到为了探究科学的兴趣而学习科学。第二更加聚焦培养最新科学知识、科学探究和推理能力、想象力和好奇心、健全人格等多维度、综合性的科学素养。健全的人格表现为在科学探究过程中的顽强意志、追求真理的执着精神、自主意识、合作精神、为国家、社会和全人类谋福利的责任感和奉献精神。第三进一步理顺相应的科技教育评价体系,落实以科学探究能力和科学精神为主导的多维评价体系,实现科学教育的育人功能和创新人才培养目标。

(二)深化馆校合作的平台机制,做优科技馆等场馆的科普教育功能

探索将全国所有科技馆、气象馆、天文馆、植物园、动物园等场馆园区资源都纳入中小学科学教育实践基地,优惠或免费向中小学生开放。各级科协组织应联合教育部门,指导相关场馆加强与中小学校在科学教育方面的全方位合作。首先,加强科协组织对科技馆等场馆的专业指导,加强与地方经信委、科委等联系对接,随时更新本地科技发展的一线信息,提升科技馆展示本地产学研最新成果的水平,彰显本地科技教育的前沿性和独特性。其次,加强科技馆等场馆与学校的对接,深度合作开发科普教育活动或精品科普课程。科技馆等场馆也应主动研究学校的科学教育课程标准,聚焦科学素养的培养,主动创造和提供符合馆校双方共同目标的科教项目和科普课程;学校应充分利用“双减”政策下的课后服务时间,主动将场馆教育资源引进来,或走出去到场馆开展教育活动,充分利用场馆的科技教育功能丰富课后服务活动。再次应将场馆教育中的展品教育活动开发与场馆硬件建设、展品布展的规划设计同步进行,以创设优质丰富的科普教育活动。如,基于科学史的发展主线梳理科技馆展品之间逻辑关系,将各个展品联合起来重新布展,对照中小学课程要求设计适合于不同年龄段青少年的教育活动,使他们了解展品是在怎样的社会背景下产生、发展和应用的,从而对科学史有比较清晰全面地认识,并通过科学展品讲述背后的科学人物、重大科学事件,激发他们探索科学的兴趣。最后利用科技馆等科普教育基地的实验资源,开发与中小学科学课程配套的实验室教育,设计场景式、体验式、探究式的科学实验活动,弥补中小学科学课程中实验室教育的不足。如,面向青少年开发分年级、分层次的馆校合作科学实验课程。

(三)深化多元合作的专业化发展,提高科学教育人员的综合能力

拓宽科技教育人员的综合能力,提高他们边实践边总结工作的反思能力。以科技馆等场馆科技教育人员为例,除了展厅讲解辅导外,还要加强科学实验、科学表演、教具开发、展览研发等多方面的能力。为此,可从以下几方面开展:第一,应加强对现有的科技教师和科普辅导人员的培训,更新其知识体系、改进科技教育教学方法,鼓励教师运用场景式、体验式、互动式、探究式的教学方式,运用XR、AR、VR等高科技教学手段,增强科学教育对青少年的吸引度。第二,鼓励各行各业的科技专家、专业人员尤其是高校教授加入到科普教育者的队伍之中,建立多元合作的科普教育教师队伍,以课题项目研究为合作抓手,共同开发多样化的优质科普教育活动,同时也促进自身的专业化能力发展。第三,探索在合作中共同打造具有场馆特色的STEM课程,将科学知识以真实情境展现,自然而然地激发青少年对科学的探索兴趣和求知欲。STEM课程强调跨学科融合,注重实践能力和创新能力的培养,是提高青少年科学素质、培养复合型创新人才的科技教育主流方向。一些科技馆已探索将STEM教育融入科技馆教育、融入中小学科学课程。例如,中国科技馆的“火星探索”、上海科技馆的“STEM科技馆奇妙夜”和浙江省科技馆的创客空间“AST Space”。有的地方科技馆还通过合作出版了体验科学系列的物理版、化学版、生物版等馆本课程。

(四)加强场馆信息化建设,促进科技教育均衡发展

推进科普乡村行,继续做好科普大篷车、流动科技馆等移动科普活动,在让农村青少年能获得科学活动的直观现场体验的同时,提高科技馆等场馆的信息化建设水平,加快利用信息化手段促进科普教育资源共建共享,搭建场馆信息发布平台,为科教活动发布和反馈评估建立渠道。一方面,与乡村学校结对,尝试开展网络录播、直播等新型的互联网科技教育方式,探索为农村青少年提供远程实时互动展品、远程操作展品、远程展品辅导、讲解和答疑,甚至远程动手实验操作等,利用智能时代的信息化工具实现面向实验器材和科学教育师资都不足的乡村中小学校开发远程科技课程。另一方面,以科技教育信息化手段促进科技教育的城乡一体化发展。在省级层面设立科技教育的专项资金,通过项目申报、定点扶持等方式,对科技教育薄弱地区开展对口联建活动,通过网络优质课程共享、科技教育场馆共建联建、科技教育活动课程联合开发与共享等,促进中西部农村贫困地区的科技教育发展。

)全社会协同营造热爱科学的良好氛围助力搭建青少年多渠道成长成才的教育新生态

充分发挥高校、企业、家长、社会、新闻媒体等多方面的合力,形成整个社会热爱科学的良好氛围,共同激发青少年对科学的兴趣和追求科学的精神,助力我国人才培养模式从唯分数的单一人生赛道向多样化的人人成才立交桥的教育新生态转变。第一充分利用各高校现有的科学装置、科学展馆、科学设备以及大型高科技企业如三一重工的工程机械博物馆、实验室等,主动为中小学生提供参观体验学习的科学教育场所,提供更多的科普教育公共服务。第二让家长主动承担对孩子进行科学教育的责任,主动激励和引领孩子对科学的兴趣。第三,各级主流媒体包括电视台、电影公司应主动制定相关科学教育节目、开辟科技栏目,增加科学相关内容,以艺术手段呈现科学有趣的一面,激发青少年对科学的兴趣。四,动员全社会包括商场、饭店、车站、机场等都有意识地布置科学展示和科技互动活动设施等,随时随地让青少年接触到科学、感受到科学的魅力,实现全社会共同助力青少年科学素养培养的国之大计。

(作者:王瑰曙,系湖南省科协党组书记、常务副主席)

[责任编辑:王驰]