在今年的两会期间，出现了聚焦青少年科创教育高质量发展、拔尖人才培养等有关重视科学教育的提案，与不久前中共中央总书记习近平主席提出的“做好科学教育加法”不谋而合，可见科学教育已然成为当下炙手可热的议题。
放眼国内外，我们的科学教育处于什么样的地位，又有哪些方面需要提升？科技创新人才到底该怎样培养？本文中，现代教学技术教育部重点实验室主任、义务教育科学课程标准修订组组长胡卫平教授一一回答了有关问题，并基于相关研究提出一些方向与参考。
阅读本文，你将收获以下内容：
※ 国家高度重视科学教育的原因是什么？
※ 我们的科学教育还有哪些提升空间？
※ 依据科技创新人才的特质，我们如何培养这类人才？
全国政协委员、上海市教育委员会副主任倪闽景在今年两会上带来两个提案：一方面聚焦青少年科创教育高质量发展，指出科创教育是童子功，孩子们需要更多动手动脑的实践机会，学校的科学课程要更加贴近生活、跟上时代的步伐；另一方面是重视各种各样的拔尖人才培养。
关于拔尖人才培养的提案，全国政协委员、江苏省泰州市姜堰区实验小学教育集团校长高金凤也在两会期间指出，要进一步重视与支持基础教育阶段拔尖创新人才早期的培养，包括开展相关立法研究、开发规模化测评体系、探索贯通培养机制等几个方面。
从“为科学教育做加法”到两会中关于创新人才、科创教育的声音，我们不难看出，科学教育在当下成为了炙手可热的议题。
国家为何如此重视科学教育与创新人才？
放眼国际，我们的科学教育又处于怎样的位置，有哪些亟待提升的空间？
科技创新人才又该如何培养？
带着上述问题，我们独家对话了现代教学技术教育部重点实验室主任、义务教育科学课程标准修订组组长胡卫平教授，聆听他对于创新人才培养以及科学教育的研究与建言。
思维智汇：您认为国家当下高度重视科学教育的原因在哪里？
胡卫平：当今科技革命、产业革命和教育革命快速发展，世界创新格局深度调整，大国博弈日趋激烈，因此我们现在处于一个百年未有之大变局。
从我们国家本身的情况来看，我们现在是要实现中华民族的伟大复兴，在国际竞争中立于不败之地，那么我们必须推进科技自立自强，必须提高我们的自主创新能力。我在想，如果说文化是一个国家的软实力，那科技就是硬实力。国家的经济、社会的发展，特别是创新型国家的建设，科技是关键。
在人才培养方面，由于世界各个国家都在加强和改进科学教育，提高科技创新人才的培养的水平，在这个过程中，我们国家也采取了一些措施，特别是最近几年，党和国家高度重视创新人才的培养，以及科技教育和创新的问题，所以在二十大的报告中提出，我们要将教育、科技和人才统筹考虑，要推进科技自立自强，要有创新发展驱动的战略等等。创新的关键在于人才，而人才成长的关键期是儿童、青少年时期，所以中小学是培养创新人才最重要的一个阶段。
从我的理解来讲，科学教育有几大功能。
首先从个人发展的角度，第一个功能是提高学生的科学素养，包括科学观念、科学思维、探究实践和态度责任四个维度。第二个功能，也是更需要关注的一点，是培养科技创新后备人才。因为我们不仅要提高每一个人的素养，而且要能够培养一批具有科学家潜质的、愿意从事科学研究的一些创新人才。如果从国家的视角来讲，科学教育首先可以促进全民科学素质的提升，其次还可以推进经济社会的发展，第三个可以促进科技的自立自强。
所以科学教育既有个人价值也有社会价值，无论怎么样去抓科学教育都不为过。中共中央总书记习近平在中共中央政治局就加强基础研究第三次集体学习中提出，在教育双减中做好科学教育的加法，就说明了科学教育的价值与重要性，以及国家对科学教育的高度重视。
整体来说，科学教育对于培养科技创新后备人才、推进国家科技自立自强、促进经济社会的发展以及实现中华民族的伟大复兴，都具有重大的战略意义。
思维智汇：基于您这些年的研究和观察，您认为我们国家科学教育还有哪些可提升的空间？
胡卫平：近些年，特别是新世纪以来，我们国家的课程改革也推动了科学教育的改革，但是实际上我们国家的科学教育与国际相比确实还有一定的差距。基于我们的研究，我觉得还存在两大问题。
第一，从意愿上来说，我们的青少年从事科技职业的意愿不强。
这里有几个数据：
一个是2020年国家的义务教育质量监测报告，报告提出我们仅有18.8%的学生将来愿意从事科技相关职业。
另外一个就是PISA项目（国际学生能力测试）的两个数据，一个是统计2015年上海市、北京市、浙江省、江苏省四个较发达省市的学生将来想从事科技相关职业的意愿，比例为16.8%，而美国同年龄阶段的比例基本上是38%，OECD的平均比例是24.5%；到了2018年，我们这个比例提高到了24.9％，而美国提高到了45.2%。
从比例上来说，我们的差距是较大的。我想这也是为什么习近平总书记多次谈到好奇心是人的天性，对学生科技素质的培养要从娃娃抓起，以及要激发学生的好奇心、想象力和探究欲。实际上好奇心和探究欲都是内在的动机，与职业的意愿基本是一致的。
小学阶段是保持学生的好奇心，激发学生探究欲的最关键时期，也是一个启蒙阶段，但这个阶段我们现在也确实存在一些问题。
比如说，现在我们小学开课的情况比较低。国家在义务教育课程方案里提出“义务教育阶段的科学需占到总课时的8%到10%”，但是现在大部分省份开课情况只能达到5.8%，达不到最低的要求，甚至这5.8%的课时当中还会被其他学科占用。侧面可以看出我们的政府和学校，包括家长对科学教育的重视是不够的。
第二个层面从科学教育本身来讲，也包含几个方面的问题。
首先从培养的过程来讲，我们的课程的综合性不够，缺少一个从小学到高中毕业的系统设计。
最近几年的课程改革特别强调进阶设计，但是由于在小学阶段用的是科学（即综合的课程），但在初中阶段，除了浙江，其他大部分的省份都是分科教学。而分科教学和综合课程的一些部分是无法衔接的，比如技术与工程部分以及跨学科的概念，这两点在分科课程中无法形成进阶设计。
第二个问题就是教学，我们的教学水平不是特别高。
从2020年国家质量监测的数据来看，只有52.4%的老师在探究式教学层面处于一个比较高的水平（科学主导的教学方式就是探究与实践）。
第三，我们的教学现在即使是探究，也只是重视了探究的程序与探究中的操作，却忽视了探究中学生的积极思维。
根据相关的研究表明，学生创新素质中最核心的创造性思维能力，从12岁到17岁呈持续下降的趋势。除了创造性思维，我们学生的基础性思维也不容乐观。2009年，俄亥俄州立大学的包雷教授在science上发了一篇文章，该文章研究指出，我们中国一流大学的大一学生和美国对等的大学生相比，在力学知识和电磁学知识方面，中国的学生远远强于美国的学生，但是到推理能力的维度，两个国家的学生是一样的。
这就说明知识的学习并不能真正地提升学生的思维，但思维又是素养的核心。所以我们在这次课程改革提出，我们要实施能够促进学生深度学习的思维型探究与实践。
综上，从培养的过程来讲，不论是我们的开课的情况、课程本身的情况、还是我们教学的情况，都有改进的余地。实际上科学教育的发展是一个生态，但是目前我们科学教育的社会生态、资源整合以及学科建设都与国外存在一些差距，需要继续完善与建设。
思维智汇：我们知道从上世纪90年代开始，您和团队就已经在做关于科技创新人才培养这方面的一些研究了。在此过程中，您有什么发现？
胡卫平：科技创新人才的发展，实际上我们从98年就开始来做这样的研究，我们研究的主题叫科学创造力，在这个过程中我们确实有一些发现。
首先，一开始我做的研究是“中英青少年科学创造力发展的比较研究”。
当时我开发了一个科学创造的测评的量表，目前这个量表是国际上使用最广的。该量表有7个维度，我们发现在其中6个维度上，中国的学生要低于英国的学生，只有一个维度高于英国的学生——即问题解决能力，这与我们长期练习做题是有关系的。
还有一个重要的发现，中国学生在技术创造里最关键的成分——创造性产品的设计能力持续下降。
关于这个问题后来我做了一些研究，发现持续下降不是一个一直存在的规律，而是与我们的教育教学活动息息相关的。因此我们调研了一些学校，发现对科技创新重视的学校，学生有大量的课外活动，在此基础上学生的创造性产品设计能力就下降得比较慢。
基于这样一个问题，我们就有了开发一个活动课程的想法——即现在我们形成的“学思维”活动课程。这个课程目前全国有几千所学校在使用，并且我们在国家自然科学基金的支持下，研究了这个课程对学生大脑的功能的影响。我们发现经过一年比较规范的教学活动，一周一节课就可以改变学生大脑的功能，这一结论也得到了脑科学的证明。
围绕学生创造力发展，我们还做了一系列的研究，比如我们在国家自然科学的基金的支持下做的动机对学生创造力的影响的研究，第一个课题就叫“动机对学生创造力的影响”，第二个课题是“任务动机与合作动机对学生团队创造力影响”的研究，还包括一些我们和科协组织的包括五大学科参加奥赛的一些人进行了回溯的研究等等。
经过这些年的研究，我们得出来一个很重要的结论：内在动机对创新起着至关重要的作用。但现在不论孩子们的学习、国家的科技管理的制度，还有人才的机制等等，大部分仍然停留在外在动机。
根据科技创新与科技创造力的影响因素和影响机制的大量研究，我们发现学校、家庭、包括社会传媒等等，都会影响学生的创造性人格，而创造性人格会影响学生创造力。因此，我们要加强学校的创新环境，家庭的创新教育和社会的创新文化建设。
针对此问题，我们开发了学校的创新指数作为我们测评体系中的一个部分。最近，我们现代教学技术教育部重点实验室与中国科协青少年科技中心联合建立了科技创新后备人才成长规律研究中心，来主要围绕着国家科技人才培养的重大需求，比如英才计划、科技创新大赛、项目学科大赛等等。
经历这一系列研究，我们一方面总结了国际范围内20世纪50-60年代关于创造力、创新人才的研究成果，另一方面系统总结了我们自己从98年到现在的研究成果，建立了一个理论体系，叫做科技创新后备人才成长规律研究。
在这个研究里面，我们把科技创新后备人才的必备特征、影响的因素、鉴别和选拔，还有培养的路径，都做了系统的梳理和总结，提出来了一些方式，这些方式可以成为我们未来进行人才选拔与培养的一个很重要的依据。例如今年中国科协将要举办的青少年科技创新大赛的方案，基于我们的研究成果进行了修改，并计划8月份在武汉举行。
思维智汇：科技创新人才有哪些典型特质，基于此我们应该如何培养科技创新人才？
胡卫平：我们要培养科技创新人才，首先要考虑科技创新后备人才的特质，具体包括以下四个维度。
第一个维度是知识，知识是创新的前提，包含广博与精深两个层面。广博指的是具有较广博的知识基础和合理的知识结构；精深指的是对知识有深度的理解，掌握学科和跨学科的思想方法，并善于用这些知识和方法解决真实情境中的复杂问题。
第二个是动机，这个维度强调的是内在动机，我把它也称作成就动机，就是为国家的发展能够有强烈的成就动机。
第三是思维，包括基本思维与高阶思维两个方面。基本的思维指的是抽象思维、形象思维、直觉思维；高阶思维指的是批判性思维和创造性思维。在创新后备人才必备特征模型结构图中，左半边都是思维，标志着思维是创新后备人才最核心的特征。
最后一个维度是人格。不同专家经过多年的研究提出不同的创新人格特点，我们经过概括和总结之后，大体上包含了非智力因素（勤奋努力、冒险精神、意志坚强、独立自信）与智力因素（思维开放、想象丰富、质疑品格、容忍模糊）两个层面。
以第二个维度为例，我们如何激发学生的内在动机？在思维型教学理论中，有一个基本的原理是动机激发。就是在一定的情境下，利用诱因使已形成的需要由潜在状态变为活动状态，形成对目标活动的积极性。思维型教学理论强调在教学过程中通过创设良好的教学情境、设置适当的问题激发学生内在的学习动机。
外在的动机怎样转化为内在的动机？针对这个问题，我提出了一个动机的整合模型。从抽象性的维度来讲，我们需要从情境动机到领域动机再到一般动机；从自主性的维度来讲，我们需要从外在动机让学生过渡到内在动机。
因此，教学中的每一节课所创设的情境都要重视，从每一个活动的设计出发，让学生在情境中产生内在的动机。
▲动机的整合模型
从内在动机的激发的机制来讲，因为内在动机产生于需要，情境影响着动机，品质又决定了动机，基于此，我们提出了三个激发动机的策略：
激发学习需要，
创设良好情境，
形成记忆的品质。
▲内在动机的激发机制
在教学过程中，激发动机要作为一个目标，要贯穿教学的全过程，同时想办法把外在动机转化成内在动机。当然一开始外在的动机不是绝对不要，但是我们要想办法强化内在的动机，让外在的动机转化为内在的动机。
再以培养学生的思维能力为例，关于这一点，我们提出了思维能力三维立体结构模型，包含以下三个维度：
第一个维度X是思维的内容；
第二个维度Y是思维的方法；
第三个维度Z是思维的品质。
▲思维能力的三维立体结构模型
这三个维度是完成思维活动所具有的心理特征，也就是说一个人思维能力的高低取决于这三个维度，思维能力三维立体结构模型中每一个小方体的体积就是创新思维能力的一个基本要素。这个模型提示我们在教学过程中，要让学生掌握思维方法，同时训练学生思维的品质，这也是培养学生思维能力最可操作的办法。
目前，有两种途径来培养学生思维能力。
第一个途径是“学思维”活动课程，该课程就是基于这个模型来开设的。“学思维”活动课程设计是基于思维方法外显、以思维方法为主线设计的一个课程。从内容上来讲，它涵盖了日常生活、艺术、社会、数学、语文、科学等领域，涵盖15种基本的思维能力和创造性的思维能力。我们既可以通过课程来训练学生的基本的思维能力，也可以训练学生综合思维能力。
教师如果教过“学思维”活动课程，在学科教学中的教学水平会有质的提升，教师完全可以用“学思维”活动课程中观察的方法迁移教授其他学科的课程。
▲“学思维”活动课程促进创造力发展的可塑性机制
人教版语文学科中有《菜园里》这一课，本课中有很多蔬菜，如果学生都没有观察过豆椒、黄瓜、茄子、萝卜等蔬菜的话，那他就无法分析每样蔬菜的特点。因此在语文学科的学习中，实际上需要让学生去观察事物，再去描写事物。
“学思维”活动课程不同于学科教学，学科教学中多长时间要完成多少内容的教学是有规定的，但是在“学思维”活动课程中没有要求，因此教师可以把重要的精力放在如何培养学生的思维能力上，为教师实施思维型教学搭建了一个台阶。教师通过“学思维”活动课程掌握了思维型教学的基本方法以后再迁移到学科中去，就能够比较有效地提高教师自身的专业能力。
另外一个途径就是基于学科教学培养学生的思维能力。
在这个途径中，首先在教学过程中需要让学生掌握思维的方法。掌握思维的方法的前提条件，是我们每位老师能够明确不同内容涉及到了哪些思维方法，以及每一个思维方法怎么去培养。
比如在一学期中的教研活动中，教师可以研究各个学科分别有哪些思维方法，这些思维方法在某一个具体内容中如何反映，这种方法怎么样教给学生，以及怎么样在课堂教学中渗透这些方法。这样就能够有效提高学生的思维能力，提高考试成绩，提高学生创新素质。
总体来说，科学教育是培养人的一个过程，是一个生态，而不仅仅是一门学科或者几节课程。
作者 | 胡卫平
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