科学教育的理想模式是基于问题的跨学科教育

同济大学第二附属中学胶州路校区门口有两条马路，周边聚集了十几个人数较多的居民社区。每逢早晚高峰时段，校门的交通拥堵和安全问题总是让师生们揪心。怎样改善学校门口的交通状况？老师们把生活中的真实情境作为科学课的课题，抛给了学生们。学生们利用多学科知识、小组合作式地寻求答案。学生们的研究成果集结为《公交化校车与老年社区公交一体化设计——以长寿地区为例》的课题，学校老师也在此基础上研发出了《交通安全进课堂》的校本课程。

对此，学生们感叹道：“原来数学在实际生活中是这样运用的！”老师们也说，一个城市规划项目的研究，充分调动了学生在地理、数学、信息技术等课堂上学习的知识与方法，，让学生体会到了什么是学以致用。

昨天（29日），“2017年科学教育国际论坛”同济大学第二附属中学举行，中外专家围绕“以问题为导向的教与学”这一主题展开探讨。他们一致认为：如今科学教育应该是基于现实生活情境的跨学科教学，让学生在不断寻求问题解决方法的过程中发展学习能力，并建立对于世界的认识。

基础教育阶段是创新品格养成的关键时期

英国皇家工程院院士、剑桥大学工程学院院长大卫·卡德维尔（David Cardwel）教授介绍说，在英国，每四个人里面就有一人在学习工程技术。中国工程师的数量是英国的20倍，即便如此，全球范围内工程师的缺口仍达到几千万人。他认为，从高等教育和社会需求的视角来看，科学教育对于社会经济发展和创新人才选拔培养至关重要。

何为创新人才？在华东师范大学第二附属中学副校长娄维义看来，创新人才必备的素养包含创新品格素养、创新能力素养以及知识结构素养。也就是说，创新人才除了需要较高的知识水平外，还应该具备执着的精神和创造力。

有人说，比尔·盖茨、马克·扎克伯格以及乔布斯都有一个共同特点，他们在没有完成高等教育时就研发出了影响人类生活的产品。足以见得，他们的创新能力和意识，早在大学之前就已经形成。娄维义解释说，创新品格包含创新意识和志趣，创新意识的形成与学生的自信、独立人格、质疑品格和问题意识息息相关；而学生的志趣则源于好奇心和兴趣。这些品质，恰恰是在基础教育阶段养成的。

中外都对跨学科的科学教育进行探索

正是因为看到了科学教育的重要性，大卫·卡德维尔教授介绍说，剑桥大学工程学院的人才培养模式也在不断创新——每个学生在入学前两年都要进行工程大类专业通识教育，并分别在一二年级完成主题性的团队合作任务。

比如，刚入学时，每四个大学生组成一个团队，他们将在在一周时间内，利用乐高搭建出一个工程类作品；进入大二，每六个学生会组成一个团队，自行设计、建构、测试并演示自主导航车。大卫·卡德维尔称，整个研究过程中，学生基于问题、综合利用多个领域的专业知识完成任务。更重要的是，学生在研究过程中学会了如何沟通和协作。

美国斯坦福大学教育学院教授乔纳森·奥斯本（Jonathan Osborne）曾参与美国K12科学教育标准的制定，他说，在美国，科学被看作是一种解决问题的方式。科学课程包含提问、计划和实施探究、分析和解读数据、采用数学工具、构建解释、建立和使用模型、建立和评价论点以及交流和解释科学信息等环节。

上海中小学科学教育的情况如何？上海市教委教研室主任徐淀芳给出了一组数据：目前，上海小学学段有340个课时的科学教育，约占基础型课程的7.5%；初中学段有476课时的科学教育，约占基础型课程的13.2%；高中学段有434课时的科学教育，约占基础型课程的18%左右。上海科学教育的内容大致分为物质科学、生命科学、地球余宙与空间科学、科学技术与社会和科学的历史与本质等。

此外，沪上不少学校也针对如何开展科学教育做出有益探索。同济二附中校长陆杰表示，该校创新性地将教师教研团队重组为理工组、人文组、外语组和艺体组教研团队，并利用各类创新实验室开发了八门跨学科课程；华东师大二附中已经积累了20余年科学教育的探索经验，其中包含基于“问题研究”的课堂教学、基于“问题研究”的项目研究和科技创新班的建设。

发展科学教育切莫忽视文化土壤的培育

剑桥大学教授、英国皇家学会会员、古海洋学创始人之一夏克列顿教授除了喜欢探究海洋的秘密之外，还是一位业余音乐家。在剑桥，他开设的课程是《音乐物理》；语言学家赵元任也是物理学家、数学家和音乐家。他18岁进入康奈尔大学主修数学、选修物理音乐。23岁考入哈佛攻读研究生学位，主修哲学和音乐；《阿凡达》电影导演卡梅隆迷恋海洋，他乘坐7米长的深潜器，单身潜入深10898米的马里亚纳海沟……“科学本来是好玩的，是文化的一部分，推动科学的原始动力往往是有趣。”中国工程院院士、同济大学海洋学院教授汪品先列举了不少科学与艺术融合的故事。

“科学具有两重性，科学的果实是第一生产力，科学的土壤则是先进文化。”汪品先说，科学和艺术的共同点，都是创造思维、创新冲动。由此可见，科技和文化间的断层，不利于创新思维的发展。他建议，上海应充分发挥海派文化特色，搭建科学和文化的桥梁，培养文化人的科学兴趣和科学家的文化素养，这是摆在教育者们面前的又一挑战。

徐淀芳也说，未来，上海开展以问题为导向的科学教育还有许多环节需要反思。相对而言，科学教育“读书”“做题”的时间较多，“实践”时间太少，强化实践是未来深化科学教育改革的基本方向；其次，科学教育的内容需要与时俱进，要进一步密切科学教育内容与学生生活和科技发展的联系，增加工程类、人工智能等内容；同时，科学教育还要加强教学研究，将老师的指导、学生的活动和环境的创设建立有机联系。

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