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武向平:面向現代化的青少年科學素質養成

2023年09月22日15:54 |
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9月19日,2023世界公眾科學素質促進大會在北京首鋼園開幕。本屆大會將持續2天,安排17個大會報告和8個專題論壇。在會議開幕式上,中國科學院院士武向平作了題為《面向現代化的青少年科學素質養成》的主旨演講,以下為演講內容:

一個簡單的算術加法,把現在中小學和高中同學年齡加27,我們就知道2025年世界的建設者是誰了。你會看到小學到大學的學生,那時候他們已經30多歲,接近50歲了未來,他們將是世界建設者。科技將主導未來世界發展,現在實施科學教育就希望青少年具備科學知識、掌握科學方法,養成科學思維,理解科學精神。

我們現在面對的是公平教育,特別是在中國,我們是以考試為基礎的公平教育。這是第一個層次。下一個層次的教育應該是素質教育。隻有提升青少年的科學素質,在這個基礎上我們未來才能產生科技精英。

什麼是科技精英?他要能提出顛覆性的理論,發明顛覆性的技術,能夠引領世界科技大潮。從公平教育到素質教育這一步是要靠集體——我們全社會共同努力實施,通過科學普及和科學教育等等方式,從科學教育到科技精英這一步我們要通過群體來培養。在我們國家從國家到地方都有一系列的青少年科學人才培養計劃。比如針對中學生的英才計劃,中國科協舉辦的青少年科學計劃等等,都是為了提升青少年科學素質的。這樣的平台上我們青少年可以跟大師在一起,跟科學家在一起,走進實驗室,這樣他們成長的非常快。

比如英才計劃實施時,我們有很多經驗看到這些青少年茁壯成長,保留了他們的科學興趣。這些計劃讓孩子們開闊了視野。但是這些是非系統性的,培養時間比較短。

英才計劃基本就是1年時間,受益面很小,不是每一個學生都能受益。真正要提高全體青少年科學素質我們現在實施科學教育。希望把科學、數學、人文、藝術等全部融合起來的教育模式。在科學教育裡我們強調四個要點:傳播科學知識,教授科學方法、培養科學思維、理解科學精神。

科學教育和傳統學科教育是不一樣的,學科教育是傳授基礎科學知識,科學教育主要強調科學思維和方法。所以,科學教育有人說它是一種綜合性的課程,其實不是,在我們小學課程裡它是一個單科課程。

科學教育和傳統教育另一個區分,傳統課程都是數學、物理、化學都是長期知識積累基礎上形成的,是每一個青少年不能選擇、必須學習的課程。基本就是知識灌輸,給群體實施的。而科學教育不是這樣。它是希望把科學、數學、技術、工程、藝術等學科融合在一起,給孩子們實施教育,使得每一個在校學生能夠在其中找到自己的一個興趣點,然后 保留下來。所以科學教育不僅僅局限在科學,也包括了人文和藝術和工程。所以科學教育是因材施教,培養個人興趣。我們傳統課程是群體教育,是給大家灌輸知識。

科學教育理論上是養成性教育。我們在學校裡給孩子們教數學課,不是為了把他培養成數學家。我們在學校裡實施一系列的課程,都是希望孩子們養成這樣的思維方式。所以現在目前在學校裡推行科學教育,並不是讓將來每一個小孩子都成科學,而是他們能有像科學家一樣的思維。這才是培養主要的目的。

科學教育除了科學思維以外,還有兩大輔助功能。 第一是科學知識的擴展功能,第二是科學知識的 融合功能。我們想在科學教育裡學到基礎學科裡學不到的東西,比如人工智能、深空深海探測、導航等等,我們希望在科學課裡給孩子們擴展前沿知識。

第二我們希望學生能把所有知識融合起來,起到一個融合的作用。分享兩個例子,什麼是知識的擴展和融合。古人常說,一尺之棰,日取其半,萬世不竭。這就是說,物質是無限可分的。但是,寫成數學公式,一尺是三分之一米,除二就是每天分一半。數學公式能寫出來。但是物理學家會告訴你,分到一個月的時候,這個時候就分到原子核的尺度了,到普朗克尺度了, 還能再分嗎?分到這個時候就不能再分了。

所以我們能看到這個例子,我們有人文、有哲學, 也有數學、物理,把它結合起來。孩子們留下什麼感覺?他知道物質不是無限可分的。他會信嗎?不一定。他還會問無限小不行,那能不能無限大。所以問一個問題就是宇宙是否無限大。結果,天文學家告訴你說,尺度也不可以無限大,我們觀測宇宙要靠光去觀測,每秒隻有30萬公裡。你觀測的宇宙隻有453億光年,永遠不能超過這個尺度去。

自然界裡有很多這樣的例子,比如說自然界不存在攝氏零下300度。自然界光速不可超越。我們生活在四維時空,我們相信五維是不存在的。自然界的熵隻能增加不能減小。等等等等。這反應了我們認知水平,並不表示真的不能突破。

每一個小孩都有一個天性,永遠不會被束縛。 你告訴他有極限,即將被束縛,他會突破這些極限。這些知識點會留在他的心裡, 將來有一天任何一個被突破都是自然科學的巨大突破,會給人類帶來巨大福利。

再舉第二個例子,中國人常說做人要上善若水。當然你也可以冰清玉潔,你也可以叱咤風雲 ,但是物理上來講一個大氣壓下,你是水,你不努力你就會變成冰,零點以下就變成冰了。但是你要努力,可以升華到100多以上變成氣,可以叱咤風雲。

再問一個問題,地球上有多少水。把地球上的水放在一起做成一個水球,直徑1384千米。地球上的水永遠這麼多嗎?科學家告訴你,不會,會消失的。將來有一天你必須離開地球,要找到地球2.0才可以。通過這樣的故事可以讓孩子們做到知識融合,記住這些知識點,將來可以找到世界難題是什麼。

我們在科學教育裡特別強調成功不可復制的。我們不能讓愛因斯坦復活給孩子們講一次報告。所以我們不能讓孩子們重復老路,不要太迷信榜樣的力量。所以重要的一點就是要讓孩子們做不一樣的事情。每一個孩子都有自己的天性,他們天真浪漫。每個孩子不管生活在農村還是城市,他們在小時候科學興趣非常濃,有非常好的好奇心。所以我們要提早介入,不管農村還是城市。現在農村地區和城市發展還有不平衡,希望更多科學家能關注農村青少年的成長。他們也有自己的好奇心。我們希望每一個孩子保持自己的個性、天性,將來能做最好的自己。

科學教育裡還強調,讓孩子們忍受失敗。我們不能光讓孩子們看到成功的力量,也要知道,很多的成功都是建立在失敗的基礎上的。我們經常被問到,一個科學家最后沒有得諾貝爾獎,那他還能不能做科學?不是的。隻要他們為人類做出了貢獻,他們工作都應該被承認,都應該生活得幸福。任何一個成功是多次是積累的,讓孩子們從小學會對失敗的忍受程度。

我們要特別強調科學和永遠 正確不能劃等號。科學的生命力在於它從不承認自己是絕對正確的東西。科學知識本身就是一個具有不同層次可信度的幾何體,沒有什麼是完全確定的東西。我們科學還在發展。

科學教育裡我們要給孩子們講科學也是有邊界的,它反應了我們今天的認知水平。牛頓發生萬有引力定律。我們利用萬有引力定律,解釋了太陽系八大行星的運動。我們利用萬有引力定律把衛星發上了天。但是一個學生問老師,牛頓的萬有引力定律是距離平方反比呢,為什麼距離平方成反比。我想,沒有任何老師可以回答這個問題,因為這是目前我們的認知水平,我們科學還要發展。所以,科學是不斷發展的開放體系。科學教育裡最強調的就是科學精神,科學精神就是承認不存在終極的理論。

科學家也在不斷發展,自我更新、追求卓越。特別是在中國,科學教育在蓬勃發展的時期。我們起步比較晚,但是政府非常重視,我們正在發展。但是,我們的環境現在還處在一個初級階段,公民素質的比例非常低,去年僅僅達到12.93%。我們2035年的目標也僅僅是25%。這種情況下進行科學教育還比較困難。比如鄉村科學老師比例比較低。這樣的事實擺在面前。目前國家非常重視這方面的培養工作,我們要加強科學教育專業招生擴大規模,優化科學教師培養。特別是今年,我們國家18個部門聯合發文,關於加強新時代中小學科學教育的工作。具體到要把科學課程開好,由校領導或者專家擔任副校長,設立一名科技輔導員,結對一所具有科普能力的機構,甚至每個學校都要有一名有理工類 碩士學位的人做科學老師,有非常多的舉措提升我們的科學教育。

去年我們國家出台了科學教育新課標,把科學分成物質科學、生命科學、地球宇宙科學、技術工程四個方面。我們強調了跨學科概念。我們特別強調,要體現中國特色。教育部特別強調,科學家,特別是一線科學家一定要參與到小學的科學類課程的標准制訂和實踐中去。我希望這個舉措有助於我們改善科學課的內容和教育方式。

特別是去年,我國教育部和科學院聯合開展了我國科學教育改革戰略的研究。我們期望建立全社會參與和全領域覆蓋的科學教育體系,希望在校內、校外、政府、企業、家庭、場館參與,覆蓋從幼兒園一直到大學各個階段科學教育的內容和實施目標。

科學教育雖然我們起步很晚,但是未來可期,我們已經通過20年的努力具備了一小批中小學生,具備了科學家的素質。我們的好處就是,每個孩子都有一個科學夢,群體非常巨大。隻要全社會共同努力,通過制度保障和實施科學教育,通過15年的領域我們能夠從公平教育基礎跳到下一個層次,就是素質教育。再經過15年的努力,我們相信 一定能夠有很多孩子成長為科技精英,把世界變成美麗、幸福、溫暖、祥和的家園。(來源:永州新聞網)

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(責編:邢鄭、楊鴻光)

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