不能以制作代替设计

    各类科技竞赛为主体的科技教育，以制作代替设计，轻视过程，表面看似尖子人才不少，但不符合创新人才成长规律。我们要让学生应用自己建构的科学知识解决实际问题，在问题解决过程中发现和织补知识漏洞，根据原理和测试数据逐步优化设计。

    不久前召开的全国两会上，多位人大代表和政协委员对中小学科学教育落后现状的严峻批评和急切建言，令人鼓舞，深感在中国梦的推动下，我国科学教育振兴有望。受那些真知灼见的感召，笔者要恳切补充一条：加强科学教育建设，还应将工程教育整合进基础教育阶段的科学课，以此定位科技中国梦的“育种工程”。

    美国教育：抓牢塔尖上的5%

    美国的教育目标，就是把最具创造能力的5%的高端人才牢牢抓在手中。

    在美读书时也听过一个“美国梦”：“世界上的人才和相应的工作都是呈金字塔型分布的，而塔尖上那5%的工作，是由最具创造能力的5%的高端人才完成的。美国的教育目标，就是把这5%的人才牢牢抓在手中。”这正说明，在世界各国的国力竞争中，科技和人才因素的决定性意义。

    “抓牢塔尖上的5%”这一美国梦，体现到奥巴马2010年国情咨文里，就是“美国绝不接受第二”，为此必然要大力“投资技术和教育”，因为“21世纪对抗贫穷的最佳计划，就是提供世界级的教育”。为让下一代的科学教育继续领先，2011年美国国家研究理事会发布了《K-12年级科学教育框架》（简称《框架》）。该《框架》内容标准新增了工程技术与科学应用维度，目的十分明确：一是让学生掌握工程设计过程的整体思路；二是让学生充分理解科学、技术、工程与社会的相互作用与关系。

    知识技术资源被视为这个时代最重要的国家战略资源，把“科学课”向“科技课”延伸，正是美国用以“抓牢塔尖上的5%”的教育对策。

    《框架》指出，整合工程教育是为了“在国家层面上强调科学、技术、工程与数学间的联系”：科学以了解自然世界为目标，工程视满足人的需要为己任，然两者在思维方法、认知观和实践上有不少相通之处，如都需基于理论模型做出解释或设计，都要收集分析数据进行验证或测试，都在专业共同体的质疑、挑战和批判中不断得到发展。两者还互为依托——新的科学发现往往促生新的技术，新的技术又会使新的科学研究方法成为可能。

    科技哲学早有这些认知，但据此将工程技术融入中小学科学教育，则属新尝试。现有研究表明，从人的需要出发构建问题情境，有利于点燃学生对科学的兴趣；让学生应用所学知识解决实际问题，有利于他们深入理解科学概念和工程设计过程；了解科技怎样改变着人与人、人与环境的相互作用方式，社会又是怎样推动和制约着科技的发展，有利于学生成长为具有决策能力的公民。美国教育研究者正是看中了整合教学的多元价值，才启动了培养科学与工程技术复合型人才的“育种工程”。

    我国中小学科技教育轻视过程

    科技教育轻视过程，以制作代替设计，盲目追求高精尖，“育种工程”蜕变成“揠苗助长工程”或“果实收集工程”。

    对比上述美国科技教育愿景，危机感顿生：我国中小学科技教育现状与实现中华民族伟大复兴的“中国梦”实不相称。

    据了解，目前我国的科技教育多游离于科学课之外，主要体现在以全国青少年科技创新大赛为龙头的各类科技竞赛上。表面看成果和专利越来越多，越来越尖端，涉及领域越来越广，似乎四大发明后的发明缺憾和人才缺口已填补在即。但基层科学教师却都知道一个“公开的秘密”：竞赛成果打造的基本模式是，一个或几个老师带一个或几个孩子“攻关”；至于航模、机器人、基因研究这样的高科技项目，不但学校要请专家手把手教尖子生操作，家长还需承担昂贵材料费。有些荣誉加身的学生，并未参与设计，甚至对发明背后的科学机理都缺少理解，他们在老师或专家的指挥下完成作品，有的仅在设计好的机器人调控程序中输入几个数字。

    我们的科技教育也在尝试走进课堂。如重庆规定小学必须开设科技教育课，具体形式自主选择。于是有学校削减科学课课时，让老师们单独备出一门科技活动课，也有学校试图将科技课融入原有的科学课。但据调查，两类科技课都常常被上成“手工制作课”，即使与科学课内容有关联，也往往流于表面，如学了风速就学做风车，设计及制作步骤都由老师给出，学生们依样画葫芦。

    科技教育轻易以制作代替设计，或盲目追求高精尖，“育种工程”就会蜕变成“揠苗助长工程”或“果实收集工程”。而且，让家境优越的学生超越成长阶段涉足尖端领域，不但有损教育公平，也未必能做到“可持续发展”。这样的高科技活动，与广泛培育科学与工程技术复合型人才的“世界级教育”目标相去甚远。

    科学教育不能急功近利

    从低年级起让孩子拥有融科学探究与工程设计于一体的活动课程，他们才能成长为竞争“塔尖上的5%”的实力型选手。

    美国科学教育界没有这么急功近利。

    他们整合工程教育，关注的是让学生应用自己建构的科学知识解决实际问题，在问题解决过程中发现和织补知识漏洞，根据原理和测试数据逐步优化设计。如某校学生学习杠杆原理时，配套的科技活动是设计从中世纪就有的甩石机；五年级学习力与运动时，某教师让学生设想自己是航空航天工程师，分组用吹塑纸和别针制作简易滑翔机模型，引导学生通过受力分析比较总结影响飞机飞行状况诸因素。学生一步步将倾斜绕弯倒栽葱的作品，改进为能平稳飞行较长距离的模型飞机；从起先只夸耀自己的飞机“酷”，到能运用物理原理讲解自己的设计，如“我的飞机像飞盘一样各部分重力均衡”“将机翼做得很大，是为了让更多空气流过机翼下面，得到更大举力”等。证实其教育有效的，并非制品的科技含量，而是学生能获得越来越清晰的工程设计思路，掌握将科学向“生产力”转化的要领。

    就像巴西足球和中国乒乓球的强大优势，要溯源到遍地开花的胡同小孩球队一样，“塔尖”之下，必须是坚实的塔身和深厚的地基。因此，只有重新定位我国科技“中国梦”的育种工程，从低年级起，就让中国孩子人人拥有融科学探究与工程设计于一体的活动课程，我们的新一代才能成长为竞争“塔尖上的5%”的实力型选手。

    （作者为西南大学教育学部副教授；本文为全国“十二五”教育科学规划国家一般项目“社会性课堂学习环境对科学探究学习有效性的影响”的阶段性成果，项目编号BFA110052）