指向拔尖創新人才早期培養的“金字塔”科學課程構想

【編者按】

黨的二十大報告強調，要“全面提高人才自主培養質量，著力造就拔尖創新人才”。青少年時期是學生形成創新素養和科學精神的敏感期和關鍵期。習近平總書記在二十屆中共中央政治局第三次集體學習時作出“要在教育‘雙減中做好科學教育加法”的明確指示。教育部等十八部門聯合印發《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》，系統部署在教育“雙減”中做好科學教育加法?？茖W教育加什么、怎么加，是我們需要思考的關鍵點。為此，《本期聚焦》邀請南京師范大學郝京華教授、南京市科學教研員楊健及揚州市維揚實驗小學，分別從科學課程構建、科技活動創新、學?？萍紕撔氯瞬排囵B三個維度撰文，為解答科學教育加法題、建立拔尖創新人才早期培養機制提供借鑒與參考。

摘要：全面提高人才自主培養質量，必須重視拔尖創新人才的早期培養。指向拔尖創新人才早期培養的小學科學課程應該呈金字塔型。底層是面向全體學生的國家科學課程，主要培養學生的創新意識、創造性思維。中間是面向部分學生的校本科技課程，在滿足學生個性發展的同時讓學生全方位地了解各科技領域的概貌，為未來的專業和職業選擇做好鋪墊。塔尖是面向少數學生的企業課程，發掘具有創新潛力的、對某一領域具有極大興趣的學生。

關鍵詞：拔尖創新人才早期培養；科學教育；課程建設

中圖分類號：G623.6 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2023）12-0003-05

通俗地講，拔尖人才可以是各行各業的出類拔萃者，而拔尖創新人才則專指拔尖人才中原創能力卓越者。正是這些原創能力卓越者，書寫著人類的文明，影響著社會的發展。對這類人才的渴求，是當今企業、地區乃至國家共同的心愿，中國也不例外。如何建立一個科學、規范的人才選拔與培養體系，是我們需要探討的問題。

研究表明，拔尖創新人才的培養不應始于高校，而應更早。只有這樣，才能使拔尖創新人才的培養根深葉茂，源遠流長。拔尖創新人才的早期培養是個大課題，涉及政策制度、培育方案、評價指標等多個方面，本文僅從小學科學課程的角度提出若干建議，擬為上述宏大主題的求解貢獻一滴水、一粒沙。

筆者構想的小學科學課程應該呈金字塔型。金字塔的底層是面向全體學生的國家科學課程，金字塔的中間是面向部分學生的校本科技課程，金字塔的塔尖是面向少數學生的企業課程。同樣指向拔尖創新人才的培養，但不同層級的課程目標、課程內容各不相同。

一、面向全體學生的科學課程的構想

面向全體學生的科學課程指向的不應是拔尖，而是創新。因為創新意識、創造性思維、創造能力不應該是拔尖人才的“專利”，而應該是每一位生活在現代社會的人的基本素養。其理由之一是科技的快速發展逼著普通百姓也得跟上時代變化的節奏，也得不停地思考：新科技于我有何意義，應該如何分享新科技可能帶給我的紅利。對科技發展敏感的人不會抱怨新科技可能讓自己丟掉飯碗，而是盡可能讓自己搭上科技發展的便車。那些生活在邊遠貧困地區，通過互聯網銷售自家土特產，過上好日子的農民足以證明這一點。其理由之二是隨著人的發展需求層次上升，人們渴望實現自己的能力或者潛能，并使之完善化。馬斯洛的需求層次理論指出，最高層次的精神需求是自我實現——個人潛力得到充分發展，釋放創意，且創意能被認可是獲得自我實現的有效途徑。那些曾經有過大喊“啊哈，我有辦法了！”經歷的人一定有過自我實現時那種無比美妙的高峰體驗。

正因為如此，《義務教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“2022版課標”）強化了科學思維，尤其是創新思維，具體體現是把科學思維列為科學素養的一個重要維度。2022版課標指出，科學思維是從科學的視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，主要包括模型建構、推理論證、創新思維等。創新思維體現在：從不同的角度分析、思考問題，提出新穎有價值的觀點和解決問題的方法[1]4-5?？茖W素養的另一維度——探究實踐對創新思維也有所提及。探究實踐包括科學探究以及技術與工程實踐。2022版課標指出，技術與工程實踐能力體現在了解技術與工程的一般過程和方法，針對實際需要明確問題，提出有創意的方案，并根據科學原理或限制條件進行篩選[1]5。這些表述為小學科學課程的實施指明了方向。

（一）科學探究中的創新思維問題

科學教師早已經熟悉了科學探究的要素（流程）：提出問題，作出假設，制訂計劃，收集信息，處理信息，得出結論，表達交流，反思評價。但對要素涉及的科學思維還比較陌生，且重視不夠。受傳統教學目標觀念的影響，科學教師一般會將教學的重心放在科學概念的講授上，因為其掌握與否易于檢測，而對那些不能立竿見影的目標，如推理論證、模型建構、創新思維等缺乏滴水穿石、聚沙成塔的耐心與能力。當然這一現象的產生是因為教學受時空的局限，試想40分鐘的時間怎么可能完成真正的科學探究？一節課內完成的科學探究，只能是良構的探究——探究的路徑是清晰的，探究的結果是可預期的，如電磁鐵磁力的大小或溶解的快慢與什么因素有關等問題。良構的探究是帶引號的探究，是作為教學法的探究，與探究路徑不清晰、探究結果不可預期的非良構探究有很大區別。良構探究的主要學習對象是科學概念，創新思維只能是附加學習效果。非良構的探究對創新思維貢獻更大，但現行科學課程欠缺這種探究。

無論是良構的還是非良構的科學探究，若想培養學生的創新思維，都不能只走探究的流程，忽視探究中的思維，應在探究流程的各個環節為學生提供激發創新思維的機會。我們以“養蠶”為例?！梆B蠶”有各種課程設計的思路：可以單純從養蠶的技術角度進行設計；可以從培養觀察能力的角度進行設計，如撰寫觀察日記；可以從探究的角度進行設計，如提供現成的問題：能否用萵筍葉喂蠶？剪開的蠶繭能變成蛾子嗎？若想培養學生的創新思維能力，則應該盡可能多地讓學生提出他們想研究、能研究的問題，且最好是別人從未提出過的問題：蠶寶寶都是蛻四次皮嗎？每次蛻皮間隔的時間都一樣嗎？蠶寶寶為什么要蛻皮？濕桑葉能否喂蠶寶寶？其他昆蟲也會蛻皮嗎？……這些都是小學生自己提出的問題。探究的問題越多，建立假設、設計實驗的機會就越多，鍛煉創新思維的機會也就越多?？茖W課程需要為學生提供更多非良構的探究，讓學生真實體驗探究過程中可能遇到的失望、沮喪、期盼、喜悅等感受。

（二）技術與工程實踐中的創新思維問題

坦率地說，技術與工程實踐為學生提供創新思維的機會更多。因為技術與工程實踐的本質就是要創造性地解決問題，即便是若干成熟技術的合成，也包含著創新的因素。前者如要滿足客戶“朝北的房間冬天也能曬到太陽”的要求，工程師團隊除了要絞盡腦汁想各種點子，還要考慮工期、經費等問題；后者如聯合收割機，可能沒有新技術的發明，但能將割、揚、裝等工作整合在一起，也是一種創新。

迄今為止，我國義務教育階段的工程技術還沒有像有些國家一樣從科學課程中獨立出來，而是包含在科學課程中，故其分量是有限的。但分量越是有限，越應該精心設計?？v觀現行的有關設計，大多還是局限在科技小制作方面，如做一個投石器、喂鳥器、凈水器等。這些器物因有現成的樣式，故無論是教師還是學生，都會不自覺地傾向于依葫蘆畫瓢地制作，這對創新思維的鍛煉是有限的，學生得到鍛煉的僅是動手能力。為小學生提供他們力所能及的工程技術項目并不是件容易的事。

項目化學習是一個設計思路。項目化學習要求學生在一段時間內通過研究應對一個真實的、有吸引力的復雜問題、課題或挑戰?！绊椖俊庇腥齻€典型特征：臨時性（有確定的開始和結束時間）、獨特性（也叫一次性，是項目的挑戰所在）、漸進性（逐步細化、逐步清晰、逐步完善）。

我們以南京市教研室策劃的一個STEM項目為例。學生利用自主制作的中國古代樂器和智能演奏機器人，完成機器人自己尋找樂器，演奏20個以上音符的任務。作品要求：中國古代樂器的長寬高都為1000mm；樂器制作必須利用可回收的材料，不得使用商業成品；樂器不得自主發聲，必須由樂手通過物理方式振動發聲；樂手從指定地點出發，自主尋找中國古代樂器，自主演奏樂器。該項目具有工程技術項目的本質屬性：有檢測標準。

真正的STEM項目學習是需要時間和空間的，如何解決時空局限是一個待解決的問題。這時，我們可以采取另一個思路——用逆向工程解決小學生知識不足、創新困難、時空有限的問題。逆向工程是指通過拆裝現成的產品探究其中的結構、機理，進而仿制或超越。小學生可以通過拆裝玩具探究其中的科學原理并釋放改進的創意，這樣，難度會大大降低。

總之，我國人口基數大，通過科學課程培育小學生創新思維能力還有很大的提升空間。無論他們將來是否能成為拔尖創新人才，都可以從重視創新思維的科學課程中獲益。具有創新思維能力的人越多，拔尖創新人才水平也會越高。

二、面向部分學生的科學課程構想

在小學，與科學教育有關的另一類課程是學校的科技選修課程及科技社團課程。這部分課程是為滿足學生個性發展而開設的，基本上都是校本課程——或由學校組織教師自行設計，或選用他人設計的現成課程，自由度比較高，模式也多樣。但是，縱觀各類校本科技課程，仍存在一些問題。

一是有較強的功利性。學校開設的科技類課程大多與有相應比賽的項目掛鉤，如航模、車模、機器人、頭腦奧林匹克等。這部分課程僅為少數學生服務，且以賽點為訓練重點，較少關注科技原理的系統學習。修習的學生未必都對這些課程感興趣，很可能是為學校爭取榮譽或升學加分而學習。二是課程設計缺少頂層規劃。學校開設的科技課程類型十分龐雜，課程分散，系統性不強。如，機器人、趣味編程、電子百拼、科學實驗、無線電測向、中草藥栽培等，基本上是由有某方面特長的教師開設。三是課程內容結構不成體系。學校開設的科技類課程水平在入門級與初級之間徘徊（參賽隊另當別論），缺少進階課程。四是學生選課缺少指導，常常是望文生義，盲目選課。學生既不知道所選的課程要學哪些內容，也不知道是否為自己的興趣所在。這樣的科技課程對拔尖創新人才的培養益處不大。

選修、社團課程既然是為滿足學生個性發展服務的，那么就應該盡可能多地向學生展現工程技術領域的概貌（因有學科競賽保障著科學拔尖創新人才的培養，故此文不贅述）。傳統的工程技術領域包括機械工程、建筑工程、電氣（電子）工程、化學工程，當然還有更多新興的交叉領域，如航空航天工程、醫學工程、環境工程、信息工程、能源工程等。這些領域恐怕連高中生也不一定十分清楚，導致他們在報考專業時也比較盲目。大學念到一半想轉專業的或畢業以后想轉行的學生不在少數，浪費自己的青春不說，還浪費了人才資源。反觀那些心甘情愿坐冷板凳的科技工作者，其對專業的了解與熱愛是他們能夠潛心研究的重要因素。

選修或社團的校本科技課程能否在工程技術領域為學生多開一扇窗呢？筆者在一所小學做了嘗試。我們設計了一個少兒工程院，下設四個中心：機械中心、建筑中心、能源中心和交通中心。每個中心都有系統的課程。以交通中心的課程為例。課程分為陸運、空運和水運三個板塊，每個板塊又分為若干次級主題。為了讓全體學生都能對工程技術有一個概略的了解，我們設計了一部分通識課，好讓所有小學生大體了解各工程領域的概貌及課內所學在各領域的活化和運用。進階課帶有一部分淺顯的專業色彩，如農業機械、建筑機械、醫療機械的基本結構等，還有系列性的“小小工程師”帶工具箱的課程，如“小小機械工程師”“小小道橋工程師”“小小船舶工程師”“小小電氣工程師”等。

修習進階工程技術課程采用雙向選擇的方式。學生可以根據在通識課上獲得的對工程技術領域的了解及自己的興趣做出選擇，教師則可以根據平時對學生的觀察并借助一些評價量表對學生進行選拔。多元智能的首創者、哈佛大學的加德納教授為選拔學生提供了有用的思想和工具。加德納認為，問題不在于一個人有多聰明，而是這個人怎樣聰明，在哪個方面聰明。這一思想突破了用IQ一把尺子測量學生智力的傳統，讓一些智商不一定高，但其他方面能力卓越的學生可以成為拔尖創新人才。例如，可以從這些表現中判斷學生具有視覺/空間智能：能輕松地拆東西，能精確地描繪圖畫，喜歡用圖解或用其他可視的材料來表述觀點，喜歡以看或觀察的方式學習，喜歡謎語、迷宮或其他具有挑戰性的視覺作品，喜歡模型和三維圖像。具有視覺/空間智能的學生更適合從事工程技術領域的職業。

總之，在滿足學生個性發展的科技選修及社團課程中應盡可能地讓學生全方位地了解各科技領域的概貌，進而發現自己的興趣所在，為未來的專業和職業選擇做好鋪墊，拔尖創新人才應該與興趣和能力傾向匹配。

三、面向少數學生的科技課程

面向少數學生的科技課程是為那些對某一科技領域不僅感興趣，且呈現“癡迷”“衣帶漸寬終不悔”個性特征的學生而設置的課程。所謂的“軍迷”“車迷”“飛機迷”大多具有這種性格。這些發燒友不僅能如數家珍地向你展示他們的各種模型杰作，掌握的專業知識也很豐富。這些人是偏才、怪才，但也極有可能成為某領域拔尖創新的人才。

現行的高考制度盡管有高校點招、特招的相關政策，但許多這樣的學生還是被大學拒之門外，高考成績仍然是他們難以跨越的攔路虎?！吨袊嗄陥蟆吩泩蟮肋^一個真實案例：福建省的胡鈴心被美國某出版社譽為“航空航天天才少年”，高考分數離省控線卻有8分之差。高中時，他曾經設想將客機的空間與飛船的速度相結合制成“高超音速客機”，并為此撰寫了1萬多字的創新設計方案，獲得福建省科技創新競賽一等獎。正是這份設計方案使南京航空航天大學破格錄取胡鈴心[2]。但許多像胡鈴心一樣的人卻沒那么幸運。

為了發掘這些偏才、怪才的創新潛力，許多國家設置了面向少數學生的科技課程，也稱為“企業課程”，如德國著名企業西門子、博世、寶馬、奔馳都有自己的企業課程，體系化的課程從小學一直進階到高中。這些課程并不是專門為科技發燒友設置的，但發燒友會從修完全部課程的人群中浮現出來。修完全部該企業課程的學生，企業會頒發相關證書，許多名牌大學認可這些證書，并將其作為錄取的重要參考，有的企業還會為這些學生提供獎學金。

企業課程的好處一是可以為中小學生提供較為系統的前專業課程，讓那些有志向的學生對該專業有充分的了解；二是可以為企業儲備專業的拔尖創新人才，使企業能不斷獲得新鮮血液，這樣做的結果是企業的長盛不衰。

企業課程雖然是有關某工程領域的課程，但在小學起始階段的課程具有一舉兩得的性質——既照顧到基礎教育的教育目標，又照顧到企業的教育目標。我們以寶馬公司設計的兒童汽車課程中的一課為例。

1.你理想中的汽車是什么樣子的？它是大車還是小車？高高的還是扁扁的？它是什么顏色的？深色的還是淺色的？它會使用什么動力？汽油？電能？水能還是其他？

2.你理想中的汽車需要具有什么功能呢？它可以帶著我翻山越嶺，它可以帶著我飛速狂奔，它可以帶著全家去旅游，它可以……

3.你希望你的汽車可以：走在坑坑洼洼的石頭路上也如履平地，在市中心能方便地找到停車位，無論我逛街買了多少東西都能塞得進去……

4.你希望你的汽車有：幾扇門？幾個座位？還有什么是一輛車必不可少的？GPS？音樂播放器？雨刮器？

為你理想中的汽車畫張畫吧，在汽車工業里，沒有什么是不可能的！你可以以電視上見過的汽車為藍本，也可以放任自己天馬行空地創造自己夢想中的汽車……

誰能說這樣的汽車課程過于專業，于基礎教育無益！這里既有巧妙的知識傳授，又為學生留有釋放創意和思考的空間，扶放有度。整個課程非常注意與學校課程的銜接，如車胎與摩擦力的銜接、方向盤與輪軸的銜接等。在這里，汽車成為某些科學知識學習的載體。

需要指出的是，企業課程的設計必須是跨專業的，因為企業不懂中小學生的教育，中小學校又不懂企業，故只有這兩個不同領域的人聯手，互通有無，相互取長補短方能設計出理想的企業課程。上述德國企業課程的設計就是教育界課程專家與企業專家合作研發的成果，有的已經有上百年的歷史。真希望中國的大企業也能為中國的孩子設計出企業課程，也能發放相關證書，也能作為高校錄取的參考，因為真正熱愛這個行當的學生才最有可能成為拔尖創新人才。

多年前我曾經與一位新加坡的同行有過一次談話，至今記憶猶新。他說他很羨慕中國，我問他羨慕什么，他說羨慕人多，我問他為什么，他說：“人多，腦袋多；腦袋多，創造力就強?！边@個邏輯成立嗎？有可能！前提是讓每一個中國人都有一顆充滿創新意識和創新能力的腦袋！科學教育可以為此做貢獻。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育科學課程標準（2022年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王燁捷.胡鈴心：“科創之星”這樣煉成[N].中國青年報，2012-04-24（3）.

責任編輯：殷偉