科學教育的理想模式是基於問題的跨學科教育

同濟大學第二附屬中學膠州路校區門口有兩條馬路，周邊聚集了十幾個人數較多的居民社區。每逢早晚高峰時段，校門的交通擁堵和安全問題總是讓師生們揪心。怎樣改善學校門口的交通狀況？老師們把生活中的真實情境作為科學課的課題，拋給了學生們。學生們利用多學科知識、小組合作式地尋求答案。學生們的研究成果集結為《公交化校車與老年社區公交一體化設計——以長壽地區為例》的課題，學校老師也在此基礎上研發出了《交通安全進課堂》的校本課程。

對此，學生們感嘆道：「原來數學在實際生活中是這樣運用的！」老師們也說，一個城市規劃項目的研究，充分調動了學生在地理、數學、信息技術等課堂上學習的知識與方法，，讓學生體會到了什麼是學以致用。

昨天（29日），「2017年科學教育國際論壇」同濟大學第二附屬中學舉行，中外專家圍繞「以問題為導向的教與學」這一主題展開探討。他們一致認為：如今科學教育應該是基於現實生活情境的跨學科教學，讓學生在不斷尋求問題解決方法的過程中發展學習能力，並建立對於世界的認識。

基礎教育階段是創新品格養成的關鍵時期

英國皇家工程院院士、劍橋大學工程學院院長大衛·卡德維爾（David Cardwel）教授介紹說，在英國，每四個人裡面就有一人在學習工程技術。中國工程師的數量是英國的20倍，即便如此，全球範圍內工程師的缺口仍達到幾千萬人。他認為，從高等教育和社會需求的視角來看，科學教育對於社會經濟發展和創新人才選拔培養至關重要。

何為創新人才？在華東師範大學第二附屬中學副校長婁維義看來，創新人才必備的素養包含創新品格素養、創新能力素養以及知識結構素養。也就是說，創新人才除了需要較高的知識水平外，還應該具備執著的精神和創造力。

有人說，比爾·蓋茨、馬克·扎克伯格以及喬布斯都有一個共同特點，他們在沒有完成高等教育時就研發出了影響人類生活的產品。足以見得，他們的創新能力和意識，早在大學之前就已經形成。婁維義解釋說，創新品格包含創新意識和志趣，創新意識的形成與學生的自信、獨立人格、質疑品格和問題意識息息相關；而學生的志趣則源於好奇心和興趣。這些品質，恰恰是在基礎教育階段養成的。

中外都對跨學科的科學教育進行探索

正是因為看到了科學教育的重要性，大衛·卡德維爾教授介紹說，劍橋大學工程學院的人才培養模式也在不斷創新——每個學生在入學前兩年都要進行工程大類專業通識教育，並分別在一二年級完成主題性的團隊合作任務。

比如，剛入學時，每四個大學生組成一個團隊，他們將在在一周時間內，利用樂高搭建出一個工程類作品；進入大二，每六個學生會組成一個團隊，自行設計、建構、測試並演示自主導航車。大衛·卡德維爾稱，整個研究過程中，學生基於問題、綜合利用多個領域的專業知識完成任務。更重要的是，學生在研究過程中學會了如何溝通和協作。

美國斯坦福大學教育學院教授喬納森·奧斯本（Jonathan Osborne）曾參與美國K12科學教育標準的制定，他說，在美國，科學被看作是一種解決問題的方式。科學課程包含提問、計劃和實施探究、分析和解讀數據、採用數學工具、構建解釋、建立和使用模型、建立和評價論點以及交流和解釋科學信息等環節。

上海中小學科學教育的情況如何？上海市教委教研室主任徐淀芳給出了一組數據：目前，上海小學學段有340個課時的科學教育，約佔基礎型課程的7.5%；初中學段有476課時的科學教育，約佔基礎型課程的13.2%；高中學段有434課時的科學教育，約佔基礎型課程的18%左右。上海科學教育的內容大致分為物質科學、生命科學、地球余宙與空間科學、科學技術與社會和科學的歷史與本質等。

此外，滬上不少學校也針對如何開展科學教育做出有益探索。同濟二附中校長陸傑表示，該校創新性地將教師教研團隊重組為理工組、人文組、外語組和藝體組教研團隊，並利用各類創新實驗室開發了八門跨學科課程；華東師大二附中已經積累了20餘年科學教育的探索經驗，其中包含基於「問題研究」的課堂教學、基於「問題研究」的項目研究和科技創新班的建設。

發展科學教育切莫忽視文化土壤的培育

劍橋大學教授、英國皇家學會會員、古海洋學創始人之一夏克列頓教授除了喜歡探究海洋的秘密之外，還是一位業餘音樂家。在劍橋，他開設的課程是《音樂物理》；語言學家趙元任也是物理學家、數學家和音樂家。他18歲進入康奈爾大學主修數學、選修物理音樂。23歲考入哈佛攻讀研究生學位，主修哲學和音樂；《阿凡達》電影導演卡梅隆迷戀海洋，他乘坐7米長的深潛器，單身潛入深10898米的馬里亞納海溝……「科學本來是好玩的，是文化的一部分，推動科學的原始動力往往是有趣。」中國工程院院士、同濟大學海洋學院教授汪品先列舉了不少科學與藝術融合的故事。

「科學具有兩重性，科學的果實是第一生產力，科學的土壤則是先進文化。」汪品先說，科學和藝術的共同點，都是創造思維、創新衝動。由此可見，科技和文化間的斷層，不利於創新思維的發展。他建議，上海應充分發揮海派文化特色，搭建科學和文化的橋樑，培養文化人的科學興趣和科學家的文化素養，這是擺在教育者們面前的又一挑戰。

徐淀芳也說，未來，上海開展以問題為導向的科學教育還有許多環節需要反思。相對而言，科學教育「讀書」「做題」的時間較多，「實踐」時間太少，強化實踐是未來深化科學教育改革的基本方向；其次，科學教育的內容需要與時俱進，要進一步密切科學教育內容與學生生活和科技發展的聯繫，增加工程類、人工智慧等內容；同時，科學教育還要加強教學研究，將老師的指導、學生的活動和環境的創設建立有機聯繫。

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