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青少年階段科技創新人才早期培養問題探討

                                                           姜聯合

胡錦濤總書記在全國科技創新大會上指出要進一步完善人才發展機制，堅持尊重勞動、尊重知識、尊重人才、尊重創造的重大方針，統籌各類人才發展，建設一支規模宏大、結構合理、素質優良的創新人才隊伍。全國科技創新大會中指出要充分開發和利用教育資源促進青少年科技創新人才培養。青少年是創新科技人才成長的重要階段，也是人性品格以及興趣愛好培養的重要時期，科技創新性人才的早期培養更多是從青少年人才的教育開始?；谇嗌倌晏攸c和創新性人才要素，在青少年創新性人才的早期科技教育活動項目中，注重科學教育的功能實現，即開拓視野，提高素質，啟迪靈感；在項目的實施過程中，注重科學態度的量化訓練；項目體驗過程中，注重“科學記錄”在科學教育活動中的重要性；在項目的選擇上，注重科學疑難問題對青少年興趣的引導。科技創新人才早期培養應基于以下幾個方面：開拓科學視野，培養獨立思考的科學精神、科學實踐過程的規范引導、科學態度的量化訓練、典型科技教育項目的篩選、科技教育課程的設計和開發。

一、實現科技創新人才早期培養過程的關鍵要素

（一）創新性人才的特征要素

創新性人才需具備博專結合的專業知識、多元的思維結構、積極的個性品質、一定的創新能力【1】。博專結合的知識體系是創新活動的源頭之水；多元的思維結構是創新活動的核心要素，包括邏輯性思維、發散性思維、集聚性思維、聯想性思維、批判性思維、逆向性思維、類比性思維、辯證性思維、直覺、靈感的等；積極的個性品質是推進創新活動的動力源泉，較強的好奇心、求知欲、抱負心、進取心和自信心，勤奮鉆研、嚴謹求實精神，勇于標新立異、不迷信權威，執著、抗挫、堅忍不拔等； 創新能力要素包括豐富的想象力、敏銳的觀察力、超強的記憶力、較強的邏輯推理能力、知識應用和轉化的能力、善于發現問題的能力、獲取和選擇信息的能力、選擇和應用研究方法的能力、綜合分析能力、持續學習能力、團隊合作能力等。

（二）創新性人才人格早期培養

美國心理學家吉爾福特(J.Guilford)把富有創造性的人的人格特點總結為8個方面：1)有高度的自覺性和獨立性2)有旺盛的求知欲3）有強烈的好奇心4）知識面廣，善于觀察；5）工作中講求理性、準確性與嚴格性6）有豐富的想象力、敏銳的直覺，喜歡抽象思維7）富有幽默感，表現出卓越的文藝天賦8）意志品質出眾，能長時間地專注于某個感興趣的問題之中。這些人格特質都需要在青少年時期培養和形成。因此，1）要從小培養和訓練學生的創新性思維，營造寬容失敗、鼓勵創新的社會文化氛圍；2）要制定和實施培養創新人才政策；3）整合教育、科技、產業培養資源，實行“人才+項目+基地”的培養模式。

（三）實現青少年科學教育的３個重要功能

中小學科學教育主要的目的不在于教給青少年多少科學知識，而在于如何啟迪學生的智慧【2】,科技創新人才早期培養的基礎要實現科學教育的3個功能，即開拓青少年的科學視野，啟迪青少年的科學靈感，提高青少年科學素質。具備科學視野是創新性人才培養的前提，科學靈感是啟迪智慧性創造性工作的切入點，整體科學素質的提高是科技創新人才培養的基礎。

（四）培養獨立思考的科學精神

開展科技人才早期培養就是培養青少年鮮明的個性，做到因材施教，激發青少年的主動性和獨創性，培養其自主的意識、獨立的人格、批判的精神、敢于向權威挑戰的勇氣以及樹立科學的價值觀。

其中，科技創新性人才首要具備的關鍵要素要具有獨立思考的精神，獨立思考精神就是能夠從多重角度或者獨到的角度來分析問題和闡釋現象，堅持用一貫的科學研究標準和普世價值體系來對事物進行判斷，獨立思考精神是一個優秀人才的必備品質【3】，人的創造力更多來源于獨立思考。

（五）科學過程的規范引導

青少年在校內教育的成長過程中，所接受的科學教育是零散的、分散的，所接受的知識也是成果型的，是一種感性認識，缺乏對知識成果來源和推理過程的理性認識。因此對青少年科學教育的邏輯性引導就顯得非常重要而且必要。

科學過程的規范引導是培養青少年科技創新人才必備的前提要素，要將科學研究過程的全過程貫穿到科技教育中，包括篩選課題、課題選定、研究文獻獲取查詢、實驗設計、數據獲取、數據統計方法和分析、實驗結果闡述、實驗結論的比較分析及其問題討論。熟悉科學文獻與出版流程及論文寫作的基本過程等。

（六）科學態度的量化訓練

科學素養的形成是長期的，早期的科學教育將對一個人科學素養的形成具有決定性的作用【4】, 科學素養是一個優秀科技人才必備的基本素質，實踐證明，科學態度是影響學生科學素養的重要因素，在科技創新人才早期培養過程中，注重對青少年嚴謹科學態度的訓練是科技創新人才早期教育中的必不可少的環節。

在科技創新人才早期教育的過程中，注重科學記錄對科學態度的量化訓練，“科學記錄”作為科學教育活動的一個環節，是學生科學探究活動的過程及結果的書面呈現，顯示著學生親歷科學過程所留下的印跡【5】.在科學記錄過程中，從資料的搜集到實驗的每一個步驟、實驗數據的重復驗證、數據的記錄和統計分析，及論文文獻的掌握等環節，都體現了嚴謹的科學態度，科學記錄的量化訓練是早期人才培養中養成尊重科學原始記錄的重要手段。同時科學素養和科學態度的問卷及測試訓練也是科學態度量化訓練的有效方式，黃穎等【6】從 “對科學的興趣”、“對科學探究（事業）的支持”、“對資源和環境的責任心”3個指標分別在學生問卷調查、科學素養筆試題實施對科學態度的評估，澳大利亞昆士蘭大學科技教育項目SPARQed人才培養項目就科學課前和課后從兩個層面，即科學態度和科學過程理解，設置了科學態度的量化訓練問題38項【7】?？梢?，國內外對在科技教育過程和人才培養中都已將科學態度的量化訓練作為科技創新人才培養過程中的重要內容。

（七）典型科技教育項目的篩選

我國的科技教育資源非常豐富【8】，如何將科學技術資源成功轉為科技教育資源，在資源轉化過程中如何更有成效地實現科技創新人才早期培養的目標，一般來講，在典型科技教育項目的篩選上，需特別注重科學疑難問題對青少年興趣的引導，“自我決定理論”指出：每個個體都有自主的需求，當一個人從事的事情是來自于內在的喜好時，其行為的動機最強【3】。 同時在科技教育項目的篩選上，要注重項目易于學生對整個研究過程的理解參與，易于動手動腦參與項目實驗的設計，能提出問題進行項目結果的比較，項目選擇上能引導學生對實驗失敗或科學結果的正確認識，并能提出新的實驗方案。這些將更加有利于培養創新人才的獨立思考能力和批判思維。

（八）科技教育課程的設計

科技教育課程的開發和設計要充分考慮科技創新人才早期培養的特點，注重課程的目標定位、注重課程類型的系統性和全方位的展示、注重適合科技教育課程的教學方法。

科技教育課程的總體規劃應為興趣培養------實驗、觀察-----知識拓展-----科學過程訓練-------參與科技實踐活動和過程。

在課程目標定位上，充分考慮學生在科學態度和科學過程的理解，針對課堂內容，設置課前和課后問題，設置“科學職業生涯”討論，深層次激發學生科學熱情。課程教學中鼓勵學生提交對科學教育經歷、體驗及對本科學理解的故事或學生的感受和心得，加強興趣和對科學的理解，同時形成與科技教育課程配套的考察科目，實地體會科學實踐過程，使科技教育課程逐步形成固定的教材和規范，并建立科學教育資源庫和建立相關的網站。

在教學方法上注重教師的規范引導、學生的角色定位，使教與學融通，以教（學生）帶學（下一屆學生），互動討論。實際操作中考慮1)注重專業學科學習方法的引導:文獻和背景資料的理解；2）注重學科從點到面，從面到點的引導，邏輯思維及推理的過程；3）注重學習中科學過程、科學精神和科學生涯的引導；4）注重科學興趣的啟迪。

    課程類型可包括專項科學講座課、科學項目參觀考察課、科學生涯討論課、DIY科學展覽課和DIY科學設計課等。

二、國內外科技創新人才培養的體制機制和政策支撐

科技創新人才的早期培養涉及科技和教育兩個層面，在科技創新人才早期培養的體制建設中，要提升學校的科技素質教育能力，加大科學家參與學?？萍妓刭|教育力度，諾貝爾物理學獎得主萊德曼給科學教育支招，只有讓科學家參與科學教育，科學教育才搞得好。科學家切入科學教育是科技創新人才早期培養的必由之路。美國科學雜志《Science》發表主編的文章“重視科學教育”[9]：科學教育的目的需要科學家、教育工作者和決策者共同來思考，科學教育不只是把科學看成是對自然規律的發現，而是使學生具有知識和像科學家那樣思維的能力?？茖W教育不僅要基于實證和邏輯，還需要誠信、創新和對新思想的開放。

在科學家走進學校的科技教育實踐中，建立科學家和學?？萍冀處熀献髦贫群涂萍冀坛痰囊幏毒幹?，構建合理的科學教育評估體系。在政策支撐上，建立科技創新人才早期培養的示范基地和示范項目。國內外及歷史在這方面也有不少案例，在科技創新人才早期培養新課題研究中，可以開展1）國內外科技創新人才早期培養戰略、政策等研究和調研；2）國內外科技創新人才早期培養模式；3）國內外科技創新人才早期培養實踐過程；4）科技教育課程設計及規范探討及國內外例證；5）科技創新人才早期培養評價體系構建；6）科技創新人才早期培養中老師和學生的角色定位；7）科技教育課程規劃設計。

國與國間的競爭實際是人才的競爭，創新是決定未來競爭力的關鍵，而通過教育體系開發人力資源是未來創新的基礎，高素質創新創業人才是建設創新型國家的核心競爭力要素。科技創新人才的早期培養，是人才培養的基礎。發達國家在創新人才的早期培養中制定了國家層面的戰略和規劃。

“2061計劃”是美國科學促進協會聯合美國科學院、聯邦教育部等12個機構，于1985年啟動的一項面向21世紀人才培養、致力于中小學課程改革的跨世紀計劃，它代表著未來美國基礎教育課程和教學改革的趨勢?！?061計劃”在美國和兩方發達國家的未來發展戰略中具有極高的影響和地位，該計劃認為：美國的下一代必將面臨巨大的變革，而科學、數學和技術位居變革的核心，它們導致變革，塑造變革，并且對變革做出反應，它們對今日的兒童適應明日的世界十分重要。“2061計劃”還提出了未來兒童和青少年從小學到高中應掌握的科學、數學和技術領域的基礎知識的框架，包括主要學科的基本內容、基本概念、基本技能，學科間的有機聯系，以及掌握這些內容、概念和聯系的基本態度、方法和手段。由于1985年恰逢哈雷彗星臨近地球，改革計劃又是為了使美國當今的兒童——下世紀的主人，能適應2061年哈雷彗星再次臨近地球的那個時期科學技術和社會生活的急劇變化，故取名為“2061計劃”【10】。 為了實現這些目標，2010年發布了《關于造就下一代科學、技術、工程和數學創新者》報告，就充分開發學生的潛能、發現和培養所有人種的學生中的各類天才以及強化支持性的生態系統建設等方面提出了具體建議。美國還實施了RISE計劃，即“科學家參與教育的對策”，確定了科學家和工程師在K-12科學教育中所擔任的角色，通過這種做法，轉變學校學習氛圍，促進學生對科學課程的興趣。

20世紀90年代，澳大利亞聯邦政府開始推行“支持澳大利亞能力改進計劃（Backing Australia’s Ability 簡稱BAA）”，根據該方案的規定，澳大利亞聯邦政府于2003年公布了一份《澳大利亞教師：澳大利亞的未來——推進創新、科學、技術、數學發展》報告，指出了澳大利亞現行教育存在的弊端。為培養出一批優秀的科技、數學教師,并激發學生對科技、數學知識的興趣,開發學生的創新思維,從而培養出更多的世界頂尖級科學家,澳大利亞聯邦政府于2004年5月-2010年11月實施澳大利亞創新、科學、技術、數學教育推廣方案(Boosting innovation,science,technolo-gy and mathematics teaching,簡稱BISTMT方案),并出資3880萬美金以確保該方案的有效實施。該方案自2004年執行已取得不少成效,事實證明該方案的實施十分有利于澳大利亞科學、數學等教育領域的發展。2007年，澳大利亞聯邦教育、科學與培訓部發布了旨在促進科學教育與學習的《澳大利亞學?？茖W教育國家行動計劃2008-2012（Australian School Science Education National Action Plan 2008 – 2012）》。該行動計劃建議以全國性的合作行動來強調學?？茖W教育的重要性；建議全澳大利亞的學校將科學教育的改革聚焦于課程發展、改進學生測評、創新教師專業發展、實施教學標準以及增加科學教育時間等。

英國在1988年出臺的《英國1988教育改革法》，將科學列為核心課程，將技術列為基礎課程中僅次于現代外語的位置。在此之后，讓學生更多的掌握科學精神，科學思想和科學技術，成為學校教學的一個主要目標。英國各研究理事會把科普工作的重點都放在支持中小學校的科學教育上，各自設立面向學校的科普計劃。由研究人員利用最新的科技成果，開發新奇的、富于啟發性的科學教材和教學方法，供學校的教師使用。

我國全民科學素質行動計劃綱要（2011-2015）》實施未成年人科學素質行動中指出：完善基礎教育階段的科學教育，提高學?？茖W教育質量，著力提升中小學生的學習能力、實踐能力和創新能力，使中小學生掌握基本的科學知識和技能，體驗科學研究的活動過程，培養良好的科學態度與興趣。其中在科學教育與培訓基礎工程中指出：加強教材建設，改革教學方法，形成適應不同對象需求、滿足科學教育與培訓要求的教材教法。加強科學教育研究，按照普及性、基礎性、發展性的要求，促進科學課程的完善與發展，更新課程內容，提高中小學科學課程的教材質量，改進教學方法。以創新意識和實踐能力的培養為重點，促進學習方式的變革。

三、國內外科技創新人才早期培養實踐過程

（一）以澳大利亞為例，解析高端科技資源科普化——青少年科技教育項目內涵

科學教育是一個國家科學發展的重要延展，是將科學研究成果轉化成提高國民科學素養的重要手段，特別是青少年處于科學價值觀形成的關鍵時期，科學教育尤為突出重要。從澳大利亞青少年科技教育項目中可見一斑。

1、澳大利亞 CREST(CREativity in Science and Technology )教育項目，以科學興趣促進科學素養提升

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）是澳大利亞最大的科學教育普及機構，設立了眾多的青少年科學教育項目。其中“科學家在學校”項目將科學家和學校、老師連接在一起，共同開展科學教育活動。其中CREST(CREativity in Science and Technology )教育項目的特點是在高端科技資源的背景下，充分激發學生的科學熱情，以科學興趣引導青少年科學問題的提出，并請青少年自主設計科普展項或科學實驗過程，通過科學家對青少年設計項目的評估，再討論，與青少年一起深入科技教育要點。這種科學興趣的引導將長期持續提升青少年的科學素養。

2、昆士蘭SPARQ-ed? 項目(Students Performing Advanced Research Queensland)，以面對科學難題深入科學研究過程，體驗科學研究真迪，研究結果適時應用到科學博弈中

該項目是昆士蘭大學設立的青少年研究性成長項目，項目以昆士蘭醫學研究所研究項目為依托，對科學家在科學實驗過程中遇到科學難題為基點，就科學家遇到的科學問題進行實驗設計，青少年同步與科學家實驗，并開展討論會，實驗結果將作為科學項目依據。項目的整個實施過程易于早期科學人才的發現。

3、澳大利亞可持續發展學校聯盟（The Australian Sustainable Schools Initiative (AuSSI)），以實現國家可持續發展“科技資源”為科學問題，通過為青少年設定項目，以比較不同區域成果及展示帶動青少年科學成長歷程，并直接為科學發展服務

項目內容以水、能源、廢物利用、生物多樣性、氣候變化、交通、環境等問題為主題，挖掘科技資源并集約化，對不同區域的青少年就同一個科學問題在不同區域開展實驗活動，并組織青少年就實驗結果的異同展開討論，并分析原因，深入理解國家的可持續發展的戰略要求。其中水樣監測（Queensland Waterwatch monitoring and data ）項目是澳大利亞昆士蘭州高中學生廣泛參與的一個項目，該項目為相關 “水”研究科學家和科學項目也提供了重要數據。

4、昆士蘭科技大學高端科技資源課程開發教育項目，以大學高端科技資源為優勢，根據青少年不同年齡段特點，開發圖文并茂，富于實踐體驗的多種科技課程，并由專職的科學交流人員每周定期到各個學校為學生授課，形成統一的高端科技資源科技課程授課規范和模式。

該項目根據前沿科學動態設置，不僅為學校提供了高端的科技資源，而且有效結合了青少年學生的課程，增加了課程的前沿學術力度，加強了學校的科學教育力度，廣泛及時地提升了青少年科學素質。

（二）北京市35中科技創新人才培養實踐過程

2009年9月4日溫家寶總理到北京市35中調研聽課，極大地鼓舞了學校的信心，怎樣培養出更多更好的優秀人才，成為北京35中實踐教育、思考教育的主題。

2010年，“35中科技創新人才早期培養班”在這樣的背景下與中國科學院京區科學技術協會一道開展實踐的。“科技創新人才早期培養班” 充分利用中國科學院高端科技資源優勢、學科人才優勢、學科平臺優勢，將中國科學院前沿學科熱點轉化成學校的科技課程，并將科學家的資源，全面整合到35中“科技創新人才培養班”課程內容中。包括學校課堂科技課、科學院院所實踐課、科學考察和探索課等多種形式，形成“科技創新人才早期培養班”課程教學規范和教案標準。

“科技創新人才早期培養班”課程設計框架包括基礎必修課、綜合選修課程、中科院科技系列選修課程、研究性學習課程、社團活動課程。為保證課程落實到位，成立了課程研制領導組、建立了課程研制專家顧問組、并建立了課程發展激勵機制。

在整個“科技創新人才早期培養班”的學習過程中，制定了35中科技創新人才早期培養班實施方案、中國科學院科技系列課程講課規范，設置課科技教育課課前和課后問題，如：科技教育課程涉及學科對我們生活的影響；學科的相關概念；學科相關的書籍或雜志；本學科科學家研究生活和興趣；科學研究與中學生的關系；科學研究的目的；開展科學研究前背景資料的調研；對實驗結果的正確認識；交流在科學研究中的作用；科學研究成果的出版和發表過程。設置了科學職業生涯討論課內容，如： 科學職業生涯的過程和討論； 對科學家最感興趣工作的討論；對科學研究工作最困惑的問題討論；描述學生心目中的科學工作等。

在“科技創新人才早期培養班”的實踐過程中，貫穿了獨立思考精神的訓練、科學態度的訓練、科學過程的規范引導。科學家直接參與了科技教育的整個過程。

2012年 科技創新人才培養進入了新階段，35中與中科院專家一起在35中建立科學探索實驗室?？茖W探索實驗室建設目標：1）把科學知識的傳授與科學探索活動、科學研究方法應用相結合。鼓勵學生在日常生活中運用所學知識,領悟科學概念的物質力量。2）以學科或專題為主題，涵蓋國家關注的前沿領域（生命科學、信息技術、新能源、環境保護與農業發展等），高端實驗案例為導向，引領一定的科學技術方法，涵蓋學科學知識，探索中體驗科學研究過程，實驗室配備相關儀器和常規實驗技能儀器。3）凝練科學教育課程，形成規范的科學研究過程體系。4）改革教學方式,提高學生科學探究能力,注重培養全體學生的科學精神、掌握科學技能。使學生學習方式和教師教學行為由原來的偏重教師傳授轉變為立足學生的發展,著重于學生的主體性學習,把學習的主動權還給學生, 引導他們主要通過探究活動去認識自然,學習科學。通過學生參與科學探索實驗室工作，1）激發學生對科學的興趣,保護學生的好奇心。2）培養科學精神、態度與價值觀。3）掌握科學的知識和技能。4）形成科學探究的行為和習慣。5）建立教材和學生評估系統。

四、科技教育探究式教學和課程開發

一些國際著名的科學家，包括諾貝爾獎獲得者，在國際上發起了推進5歲至12歲兒童科學教育的國際聯合行動，旨在幫助發展中國家開展探究式科學教育。如在1993年成立的國際科學聯盟科學能力建設委員會（ICSU-CCBS），2003年成立的國際科學院聯合組織探究式科學教育網絡（IAP-IBSE）。多元的思維結構是創新活動的核心要素。對5-13歲兒童的探究式的科學教育在美國已經有50年的歷史，并且在不斷發展和改善。這些科學課程需要學生主動地參與探究，而教師是作為指導者，引導學生去研究問題。這種方法既保護了兒童生而具有的好奇心，又在有準備的教師指引下，對提高學生推理和解決問題的能力上是非常有效的。據統計，截至2006年，世界上有30多個國家開展了探究式科學教育。日本教育培養學生側重于知識的記憶和重述，這在知識社會里是很不夠的。了解知識是重要的，但是如何運用知識來解決問題更為重要。在這方面走在前列的國家是芬蘭、新西蘭、澳大利亞、荷蘭和加拿大。在2006年國際學生評價項目報告中，也分析了學生的科學態度，因為這是國家創新能力的標志。學生對科學的態度反映了這個國家未來在科學技術方面吸引人才的數量和質量，說明公眾對科學技術的理解和支持，所以人們對科學所持的態度是很重要的【11】。此外，已經證明通過探究式科學教育可以提高學生的閱讀和書寫能力，因為強調了在科學教育中的相互交流。

青少年科學素養的提高直接依賴于參與科技教育的課程和科學實驗的活動，特別是對于科技創新人才的早期培養，校外科技教育實踐課程開發和應用為針對性提高科技創新人才早期科學素質奠定重要基礎。

科技教育課程規劃設計應根據不同年齡段青少年的特點，將拓展青少年科學視野、啟迪青少年科學靈感、培養青少年科學興趣為目標，為科技創新人才早期培養開發適合不同年齡青少年科技教育實驗課程，并在實踐中應用和完善。科技教育實驗教程可從日常生活背景和現象中提煉出嚴謹的科學問題，通過科學實驗過程驗證科學現象，在科學實踐課程中使青少年思考科學問題，同時掌握科學方法和科學理論基礎知識。實驗教程可配套學生和教師兩個版本，教師版著重提供實驗學科背景資料，便于教師指導學生開展實驗課程，學生版注重學生的實踐和探究行為。每個科技實驗課程可包括科學問題、背景知識、實驗目的、材料和方法過程以及相關的延展思考問題。從科學現象和興趣出發，引發出相應的科學實驗內容，在課程開發設計過程中體現科學研究的全過程。同時針對青少年不同的年齡段，分類整合出不同的實驗課程，整個課程從科學興趣的培養到科學實驗過程的體驗以及延展引發新的問題等角度出發，逐層展開實驗課程體系?？萍冀逃龑嵺`課程開發規劃路徑為：凝練科學現象和問題———問題按學科分類———明確目的和實驗過程及材料設備———問題思考———備用延展文獻。

參考文獻

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9       重視科學教育.http://blog.ci123.com/weiyu/entry/339887

10    美國科促會2061計劃.http://2061.cast.org.cn

11    科學教育評價的國際發展新趨勢.http://www.student.gov.cn/kjfdy/153620.shtml