科学教育要从使命中培养兴趣

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■聚焦中小学科学教育系列报道(一)

今年9月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》提出,将激发青少年好奇心、想象力,增强科学兴趣和创新意识作为素质教育重要内容,把弘扬科学精神贯穿于教育全过程。中小学的科学教育该如何做?如何培养学生的科学精神和科学兴趣?中小学科学教师队伍如何进一步加强?为此,本刊推出“聚焦中小学科学教育系列报道”,邀请部分科学家、中小学校长来解答中小学科学教育中的关键问题,分享实践经验。今天刊发的是第一篇。

——编者

我大学毕业60多年,对科学以及科学素质培养有所体会。我们不单要讲科学,还要讲创新,科学素质教育的核心是创新。科学教育要从使命中培养出兴趣,进而发展为热爱,形成个人的追求,才能形成真正的创新。

创意产生效益 才是真正的创新

创新和科学创意有何区别?科技工作者有了一个新的发现或发明,发表了高水平的论文,甚至可能得了奖,但这并不一定是一个创新,可能只是一个创意。我国的一些企业引进、仿制的产品,虽然有一些改进,也产生了很大的社会、经济效益,但并不是自己原创的,因此也不能叫作创新。

创新跟发明、发现、创意是两回事。什么叫创新?创新不仅需要有一个好创意,更要经过不断的努力和实践工作,使创意通过转化,产生经济效益或社会效益。创意与效益两者相加起来,才叫作创新。我们搞科学研究一定要立足于解决问题。

20世纪60年代,日本科学家下村脩发现水母里有一种荧光蛋白,在《Science》(《科学》)上面发表文章。后经几代科学家的努力,包括钱学森的侄子钱永健,他们将荧光蛋白标记在某些物质上(如一种药物或诊断试剂),进入身体后到了什么地方、代谢物质去了哪里等,从而提高诊治水平。这样就能在医学、化学上产生大量效益,他们也在2008年获得了诺贝尔化学奖。

科学教育要从使命中培养兴趣

科学创新应培养学生的四个素质

创新素质体现为开拓、求实、追求、协作,要着重培养学生这四方面的能力,打好文化素养、语文等基本功。

第一是开拓精神。胸肺科最常见的是慢性阻塞性肺疾病(慢阻肺)。这个病有四期,第一、二期患者无症状、轻症状,可以到处跑,第三期患者出现症状,第四期患者走不动路。中国差不多有一亿人得这个疾病,超过90%的都是一期和二期,没人管。现在医院管的是第三、第四期。今年世界卫生组织慢性阻塞性肺疾病诊治指南,也是不管不治疗。90%的病人都被忽视,只治疗那些晚期的。

我们团队进行开拓性研究,在社区里找到肺功能已经降低与慢阻肺一期、二期的患者,分成两组。一组给简单的一种药,另一组是用安慰剂。经过两年的治疗,我们发现第一组患者肺的通气功能增加了170毫升。但停药一年后,又下降到和用安慰剂那一组同样的水平。

实验结果说明早期治疗能够改善慢阻肺病,而且少量用药就行,不会发展到出现走路时气促、呼吸衰竭等三期、四期常见的慢阻肺症状。慢阻肺病等到这个阶段再治疗就晚了。相关成果在《新英格兰医学期刊》发表,我们正安排在全国进行推广试验,希望将来治疗慢阻肺能够有中国的模式。我想,这个例子充分体现了开拓精神的重要性。

第二是求实。坚持、尊重事实,是进行科学研究非常重要的素质。权威的意见不一定总是对的。亲身实践、亲眼所见才是最可信的,不唯上、不唯书、只唯实。

19年前,我接收了一个病人,病人情况恶化得非常快。通过病理观察发现,病人不像普通的肺炎,一定是某些病毒的感染,而且这个病有传染性。当时在北京有关部门一些专家根据尸检结果,认定是衣原体引起的肺炎。作为第一线的医生,我认为这不是致病的原因,而可能是致死的病原。在这样的情况下,我们坚持用自己的办法治疗,后来发现这实际上就是非典(SARS)冠状病毒,由于坚持了正确的治疗,结果广东的死亡率是最低的。

第三是追求。执着追求是成功的关键。我们花了30年开展一项针对肺癌的注射药物研究,尽管药物有效及安全,但缺点是缺乏理论及机制的支撑,所以不能说服很多专家,总觉得我们没根据,机制不清不足以信,每次都不同意。但我们一直坚信治疗的效果,并开展了相应的发病机制研究。终于到今年,相关成果获批。

最后是协作。我们用基础研究支持临床实践研究。做新冠肺炎诊断时,我们与从事信息专业的专家合作,用人工智能技术处理99万张CT片,采用深度学习技术,能够很好地预测病人是不是符合诊断标准,对他愈后、将来的转归(恶化还是好转)起着很大作用。很多年轻的医生、放射科医生经过学习后,就降低了错误率。所以AI、大数据、医学要结合起来。

引导孩子从小学会问问题

科学教育要从使命中培养兴趣

小学生不需要也不可能有很多发现或发明,但教师要从小学开始,引导他们善于发现问题,善于设计解决问题的方法,利用数学、科学、技术乃至历史去解决问题。这就是我们需要的素质——创新精神。

小学生做东西,他们问老师:“你看我对不对?”教师要问问他为什么,可能他有一些新的发现。教师要特别重视启发孩子自我思考的能力,鼓励孩子自己动手实践。这是科学研究非常重要的方面。

从小就培养学生多问“为什么”,如果不符合事实,就要不断去探索、解惑。很多学校将很棒的“背书匠”当作好学生,但我这数十年带了很多学生,那些成长为骨干的优秀学生,往往不是考试第一名的。他们都善于问问题、善于问“为什么”、善于问这个东西能不能解释客观现象,不能解释的话应该怎么做。

一方面,老师要让学生学会多问为什么;另一方面,若条件允许,让孩子在课余时间做一点简单的实验,引导他思考用什么方法解决问题。孩子受到训练后,将来就会明白,自己需要有创造力,而不是简单的背书。

中国的科学素质教育应重视“IMH”

STEM教育(Science科学、Technology技术、Engineering工程、Mathematics数学)偏重于理工,我不认为这个可以完全适用于中国。我们的社会科学、人文科学都要科学,科学素质培养不能光是理工方面。STS教育(Science科学、Technology技术、Society社会)扩展了科学的目标,突出个人的贡献,强调科学的文化解读、社会价值、人生意义,但比较空泛。

科学教育要从使命中培养兴趣

中国的科学素质教育应重视“IMH”,I是指Innovation(创新), M是指Sense of Mission(使命感), H是指Humanity(人文)。

第一,创新是科学素质的核心,小学、中学、大学应该进行创新,不只是单纯的发现和发明,这个是核心。

第二,科学素质教育的动力是使命感跟兴趣的结合。创新要靠兴趣,重要的是培养孩子的兴趣。爱因斯坦曾说:“热爱,是最好的老师。”诺贝尔奖获得者表示,最重要的是培养兴趣。孔子曰:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”

有了兴趣才会热爱,有了热爱才学会追求,是“我要做”,而不是“要我做”,这样才有可能出现创新。创新固然需要兴趣、好奇心,但在我国更需要使命感。1967年左右,当时正值抗美援越,我国的部队战士疟疾很严重,当时毛主席提出,要发动我们的科学家解决这个问题,于是许多人就开始投入基础临床研究。屠呦呦从北京医学院(今北京大学医学部)毕业后,做了很多研究,采用乙醚从中药青蒿中分离出青蒿素应用于疟疾治疗。屠呦呦和团队花了40多年,开创了疟疾治疗新方法,她2015年获得诺贝尔生理学或医学奖,她现在还去实验室开展一些工作。这说明做科学研究要有一种使命感——“我要做”。

在抗击新冠肺炎疫情期间,为什么许多科学家动力很大,疫苗能在8个月左右就赶出来?这就是使命感的力量。所以要培养学生的使命感,从小了解国家发展大势。通过这些教育,让孩子有比较宽阔的视野,可以更好地适应时代需要。

第三,人文精神的重点是协作精神。不管是原子弹、氢弹,还是现在的神舟十四号、发射的卫星,都是多少万人、几千个单位联合的结果。我们需要有这样的精神,从小就要培育学生协作的精神,协作精神寓于宽容和公正。

(作者系“共和国勋章”获得者、中国工程院院士、广州医科大学教授)

《中国教育报》2022年11月02日第5版

作者:钟南山

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