科技教育与科技人才的培养.docx
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科技教育与科技人才的培养
科技教育与科技人才的培养
华东师范大学王顺义
一、杰出科技人才在科技研发中表现出的科学素质特征
1、科技人才队伍的“金字塔”结构。
科技人才队伍是众多的科学家的集合，但是在学科共同体内科学家们并不是平起平坐而处在同一个层次上。
事实上，学科共同体是一个金字塔结构，处在塔的顶端是科学权威，其下的层次分别是杰出、高级、中级科技人才，塔的底部层次是一般科技人才。
科学权威
杰出科技人才
高级科技人才
……
中级科技人才
一般科技工作者
图科技人才队伍的金字塔结构
图中金字塔每一层几何图形的表面积代表这一层科学家的人数，底层一般科学工作者人数最多，越往上层人数越少，顶端科学权威层人数最少。
学科共同体的金字塔结构是客观存在的，其原因是科学家们所取得的科学成果在数量上和质量上是发展不平衡的。
据统计，在科学家中一生发表100篇论文的比例是1∶1000，此外论文还有一个质量高低的问题。
因此，那些科学论文发表得多的、质量高的科学家就处在金字塔的上层，地位不同一般。
象爱因斯坦这样的科学家就属于科学权威层次，象玻尔、薛定锷、海森堡、狄拉克等科学家就属于杰出科技人才，……。
增强我国自主创新能力，建设创新型国家，其关键在于拥有一批杰出科技人才。
胡锦涛主席指出，“建设创新型国家，核心就是把增强自主创新能力作为发展科学技术的战略基点。
……科技创新，关键是人才”。
所谓“杰出科技人才”是指“国际一流”的科技尖子人才、“国际级”科学大师和科技领军人物。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》中制定的目标之一，是经过15年的努力，要在我国“涌现出一批具有世界水平的科学家和研究团队”，从而在科学发展的主流方向上取得一批具有重大影响的创新成果。
自1949年新中国成立以来，我国高等教育发展很快，为国家培养了大批高级和中级科技人才，有效地支撑我国五十多年来经济发展和科技事业自身的发展，取得了令人瞩目的成就。
但是，在我们培养的人才中，涌现出的“杰出科技人才”却为数不多。
这说明我们国家在杰出科技人才培养方面不是非常理想的。
这与我国当前建设创新型国家的战略目标是极不适应的。
这是我国教育界和科技界必须共同关注的一个迫切问题。
2、杰出科技人才的素质特征
具有完善的科技知识结构，掌握最前沿的科技知识，仍然是作为杰出科技人才素质的第一特征。
案例分析：
“为什么名不见经传的沃森和克里克能率先提出DNA的双螺旋结构模型”？
具有较高科学思想的造诣，是杰出科技人才素质的第二特征。
科学思想这个素质与科学研究的许多环节，如科学问题的提出、提供理论建构的蓝图、导致新理论的产生、奠定科学解释的本体论基础、对科学方法的辩护等，的有效开展有较大的关联性。
案例分析：
“”
1、诺贝尔化学奖获得者普里高津建立“耗散结构理论”
2、前苏联生物化学家奥巴林建立关于地球上生命起源的“团聚体学说”
3、普朗克在20世纪初提“能量子”概念
具有科学精神，是杰出科技人才素质的第三特征。
案例分析：
诺贝尔化学奖两次获得者英国化学家桑格（F.Sanger）
讲究科学方法，是杰出科技人才素质的第四特征。
案例分析：
杰出科技人才都是很讲究科学方法的，像亚里士多德、伽利略、波义耳、牛顿和爱因斯坦等科学大师，都在科学方法论上有精辟的见解，甚至可以说他们是科学方法的创始人和实践者。
高级科技人才与杰出人才的主要差别在哪里？
从国际上科学技术史的案例分析和统计结果来看，其差别主要不在于科技知识方面，因为他们在此方面的水平相差不大；而在于他们在科学思想、科学方法、科学精神素质的高低。
例如爱因斯坦比别人更强调科学方法，霍金比别人更关注科学思想，桑格比别人更具有科学精神，这是他们成为国际级科学大师的重要原因之一。
大凡杰出科技人才，在科学素质方面都是全面的。
二、科技人才培养的若干特点
“科技教育”是为学科共同体培养后续新生力量的唯一途径。
当然，我们这里所说的科技教育，是指与科学发展有关的高等教育，即“本科生教育”和“研究生教育”。
下面我来介绍一下西方发达国家科技教育建设的特征。
科技教育的第一重要特征是：
老一辈科学家总是严格地按照“学科范式”对后学者进行教育。
其理由是，科学家在科学研究中需要彻底依附于一种研究传统即范式。
T.库恩指出，作为一个富有创造性的科学家总是清醒地意识到，必须把现有范式及其理论作为研究的起点；他们相信现有范式及其理论能为自己常规性研究问题提供工具，使他们在解决问题时所向披糜；他们相信只要有充分的时间，现行范式及其理论就可以解决那些他们所遇到的反常问题，没有这种信仰，他们的工作就会是白白消耗时间和才能。
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、科技教育的功能，在于传承和发展学科范式，因为学科的常规科学研究时期是一个相当长的时期，它可能历经几代人甚至几十代人。
（2）、科技教育的最根本的目标，是要培养一大批能理解和掌握学科范式，并且能应用学科范式去有效地解决学科中难题的人才。
这样就为学科或科学的发展奠定了人力资源的基础。
这说明了在常规科学时期内，学科范式的连续性和继承性。
科技教育的第二重要特征是：
通过“教科书式”的课程教学方式，传授学科范式。
T.库恩指出，“自然科学科技教育的一个最显著的特点是：
它全部都是通过教科书进行的，特别是化学、物理、地质或生物专业的大学生和研究生们，都从专门为他们写的书本中获得这个学科的主旨。
”“教科书只是提出专业人员作为范式而接受的具体题解，然后要求学生自己用笔纸或在实验室中解题，这些问题无论在方法上还是在实质上都十分接近于教科书或相应的讲课给以引导的题目。
”“在贯彻这种教育的学徒期中，单独服从于一种严格传统（范式）的方法最能产生革新成果。
”“成熟科学研究者从博士研究开始，就连续工作于一个从他的教育及其同时代人的研究中导出的范式所适应的领域。
就是说，他力图阐明地图的地形细节，而事先已知地图的主要轮廓；他希望----如果他明智得足以了解这个领域的性质----有一天他可以研究那种预期现象没有发生的问题，这个问题是由于范式本身的根本弱点而出现了差错。
在成熟科学中，许多发现和所有新理论的预兆并不是无知，而是发觉现有的知识和信念出现了什么差错。
”
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、学科课程门类的设置要齐全，特别是专业基础课程和专业必修课程的设置要齐全，要能复盖学科范式的内容，否则会造成学生范式结构的不完备，因而造成其科研知识背景和能力上的瓶颈。
（2）、应注重课程的教材的建设和改革，教材不仅要准确地反映学科范式的内容，而且还应随范式的进化而不断改进和发展，同时教材在呈现方式上也应有利于学生有效地掌握学科范式。
这说明课程及其教材与学科范式的关联性。
明确这一点，对课程标准的研制及其教材的编写都有指导意义。
科技教育的第三重要特征是：
研究生培养制度是为学科队伍输送“高级人才”的主要通道。
现在，大学本科教育已逐步削弱了以前的精英教育的性质，它主要培养的是学科研究的一般人才。
学科研究的高级人才，得靠研究生（硕士、博士）培养制度来造就。
所以，一个国家或地区大力培养研究生就成了其加强学科队伍建设的重要一环。
现在世界上科学强国大学和研究机构具有每年培养大量高学位人才的能力，这为科学技术界输送高水平人才奠定了基础。
下面是美国在1993~2000年的培养人数。
科学技术领域
/年
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
培养研究生
435703
431114
422438
415148
407597
404809
411257
414570
接受博士后
24605
25709
26094
26518
26889
27401
28531
28953
因此,美国科学家和工程师拥有所属专业最高学位的比例很高。
例如在1982年，在就业的150万科学家中，大约90％在某一科学专业拥有他们的最高学位。
200万工程师中，将近70％在某个工程专业拥有他们的最高学位。
此外，用较为优裕的生活和工作条件吸引国外优秀研究生和人才，是美国科技人力资源建设的高明而有效的一招。
到1985年，在美国外国出生的科学家和工程师占美国科学家和工程师总数的17％。
目前已达到37％。
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、科学家队伍中的学位结构，高学历特别是学科中最高学位人数所占的比例。
（2）、硕士、博士研究生培养点的建设，包括学位授予的情况，培养点的数量，每年培养的人数，导师力量，课题建设，硬件条件等等。
由此可见研究生培养制度与高级科技人才造就之间的关系。
科技教育的第四重要特征是：
“名师出高徒”是为学科队伍输送“杰出人才”的重要途径。
所谓名师，是指导师权威。
杰出人才，是指一、二流的科学家。
科学知识我们往往可以通过学术论文或学术专著的学习获得；但作出这些科学知识的科学方法，一般是没有办法从学术论文和学术专著中获得的，因为其中反映不出这一点来。
要学习科学研究的方法，特别是科学发现的方法，往往只能师从导师权威，在其身边工作，参与其科学研究活动的全过程，揣摩他如何提出问题、如何组织观察实验、如何处理数据资料、如何建立假说、如何检验假说、如何修改假说，从而取得提高科学研究能力的“真经”。
美国科学社会学家朱克曼和默顿发现，在诺贝尔自然科学奖获得者中往往有师生关系，如诺贝尔奖获得者能斯特和米立根，米立根和安德森，安德森和格拉塞，费米和杨振宁、李政道，等等都是师生关系，这种案例有二十多对。
据统计，美国有44位诺贝尔奖获得者在他们年青时曾在63位老的诺贝尔奖获得者手下工作过。
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、提倡让学生走近学科大师，如有可能，最好能师从学科大师，做其研究生；或者做其博士后，在大师手下从事研究；或者邀请学科大师来校、来研究所讲学，为学生走近学科大师创造条件。
（2）、在教学过程中，提倡学生研读学科大师的论文、专著和回忆录，等等。
西方发达国家的这种经验，尤其应引起我们注意，因为我国当前最为缺乏的就是杰出科技人才。
科技教育的第五重要特征是：
“科研-教学-学习三结合（洪堡原则）”是现代研究生科技教育方式的发展趋势。
美国教育学家B.克拉克说，洪堡原则告诉我们“应该通过使学生参与科研来训练他们从事科研。
学生在实验室和研讨班，当他们对教授指定的科研问题或者他们自己提出的科研问题寻找答案时，他们就成为科研工作者，结果教授和学生成为搞科研的同事，在共同寻求以新知识的形式出现的真理的过程中携起手来。
以科研作为首要的成分，教授的作用在于把科研和教学结合起来——科研活动十分恰当地成为一种教学的模式。
学生的作用就是把科研和学习结合起来——科研活动转变为一种学习的模式。
因此，科研使教授和学生定向，把教学和学习合拢来成为促进知识的一个无缝的承诺之网，铸成了一个紧密的科研一教学一学习连结体。
”
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、提倡研究生参加导师的课题研究，通过参加课题研究来培养研究生的独立研究能力。
（2）、现在国内大学本科生教育有弱化科研活动的趋势，本科生很少参加课题研究活动，毕业论文也有走走形式的趋势，这对培养和提高本科生独立研究能力的效果甚少。
应改变这种状况。
●：
这种现代研究生科技教育方式，目前在我国高校和独立研究机构均有实践，但还有进一步提高的余地。
○：
科技教育的第六重要特征是：
全面提高科学人员的科学素养，才能为学科共同体提供合格人才。
从学科发展史来看，一个经常有原创性学科理论发现的科学家，往往具有如下较为全面的科学素养：
●掌握前沿科学理论（科学知识）;
●讲究科学探究的路线与方法（科学方法）;
●遵循正确的行为规范（科学精神）;
●了解时代的自然观思想（科学思想）。
鉴于科技教育的这一特征，在科技教育建设中应注意：
（1）、全面提高研究生的科学素养，要改变目前研究生仅只重视科学知识和外语的片面做法。
根据科学哲学与科学社会学的研究，对科学家科学素养的几个要素，它们的功能，培养目标，以及增强手段与机制，列表简述如下：
科学原创活动所涉及的认知要素和活动过程
科学家的原创能力
增强目标
增强手段与机制
知识平台：
科学理论（科学知识）
自然观（科学思想）
方法论（科学方法）
价值观（科学精神）
科学探究：
科学问题的提出和筛选
搜集资料
形成理论模型
检验、评价和修改模型
交流
知识平台的建构能力
科学探究能力
全面性
前沿性
实践性
有效性
个人努力←激励机制
职前教育
共同体内的交流合作
个人努力←激励机制
职前教育
共同体内的熏陶
（2）、在学科共同体内，也要形成一个讲究全面提高科学工作者科学素养的文化氛围。
●：
通过您上面的介绍，我们对西方发达国家科技教育的特征在总体上有所了解，这也是他们为什么科学人才辈出的原因所在。
科学工作者从事的科学学科研究活动，主要是在“国家科学院”、“大学”和大型企业的“研究、开发中心”三大社会圈子内进行的。
其组织形式主要是“研究所”，它是学科研究成果的生产基地，因而也称之为学科基地。
人们发现，一些国际上著名的研究所往往是人才辈出，如英国剑桥大学的卡文迪许实验室，从它出身的以及与
三、科技探究活动在人才科学素质培养中的作用
1、科技活动要突出科学探究的理念
科技活动之所以要突出科学探究的理念，其原因在于“学习科学是种能动的过程”。
《美国国家科学教育标准》指出：
“学习科学是学生们要亲自动手做而不是要别人做给他们看的事情。
在学习科学的过程中，学生们需要描述物体和作用过程，提出问题，获取知识，对自然现象作出解释，以多种不同方式对所作解释进行检验，最后是把自己的看法传递给别的人。
在《国家科学教育标准》中，“能动的过程”一语指的是体与脑的共同活动。
光是动手活动还不够——学生们还必须有动脑的活动。
科学教学必须让学生们参与以探究为目的的研究活动，使他们同老师和同学一起相互启发相互促进。
学生们需要将他们目前所掌握的科学知识同他们从多种渠道获得的科学知识联系起来；他们要把科学内容应用于新的问题里去；他们要参与解决问题，参与做计划，参与决策，参与小组讨论；他们还要参与跟能动的学习方法在原则上是完全一致的评价活动。
”
“学校的科学要反映作为当代科学实践之特点的理性传统与文化传统。
学生们要获得有关科学与自然界的丰富知识，就必须熟悉科学探究的手段、使用证据的规则、形成问题的方式和提出解释的方法。
使学生了解科学与数学的关系以及科学与技术的关系、认清科学的性质也应是对学生进行科学教育的一个组成部分。
”
“科学是格物致知的一种路径，其基本特点是以实证为判别尺度、以逻辑作论辩的武器、以怀疑作审视的出发点。
学生们应该加深对什么样的东西是科学、什么样的东西不是科学、科学能够做什么、科学不能做什么以及科学如何在文化中起作用这一系列问题的认识。
”（p.26-27）
在科技活动中突出科学探究，对青少年有如下作用：
（1）体验科学探究的历程，也就是说学生通过亲身进行“科学探究”活动，能对科学探究需要经历那些过程，有一个直接的感受，这对于他们今后的学习、工作都是长期起作用的。
（2）发展科学探究能力，也就是说对一个自然现象或者一个实际问题的探究与解决，以什么思路，如何动脑去思考，如何动手去做，要采用怎样的步骤和方法，这些能力都要求在科学探究活动的实践中逐步得到培养。
（3）增进对科学及科学探究的理解，由于科学就一定意义上说，它的本质就是科学探究，通过长期、持续不同科学探究的实践，自然会对科学探究究竟是怎么一回事，科学又是怎么一回事会加深理解。
（4）初步养成通过科学探究进行学习和解决问题的习惯，为终身学习与发展奠定基础。
因为科技活动中，学生通过科学探究的学习方式来学习科学，并尝试通过科学探究去解决简单问题的，天长日久，自然会逐步形成习惯，而这种习惯也必然会迁移到其他方面的学习与解决问题的过程中去，从小就养成的这种习惯必然会对他们的终身学习与发展发挥奠基性的作用，而这样的习惯对于每个现代公民适应迅速变化、发展着的新社会、新时代是极为重要的。
2、什么是“科学探究式教学”？
为了回答这个问题，下面我们先举一个案例，它是按照“教师传授式”的教学模式撰写的。
案例1制作小型地球仪
目标：
通过制作小型地球仪，能理解和演示地球自转和公转运动能认
识地轴和赤道平面的夹角（66.5°）以及经纬线的特点和经纬
线的划分。
材料：
乒乓球或其他球体，小木板或泡沫塑料，铅丝，卡尺，量角器等。
要求：
1.能制作出一台小型地球仪
2.能较正确地做成地轴与赤道平面为66.5°的夹角，所画的南
北回归线和南北极圈位置基本正确。
3.转动灵活，置放稳定，经纬线平直。
扩展要求：
画上七大洲的轮廓。
制作过程说明：
制作过程中有三个关键：
一是如何确定两极的位置，二
是如何确定地轴和赤道平面的夹角，三是如何确定南北回归线和
南北极圈的正确位置。
这个案例并不是一个真正的关于科学探究活动的教学，因为它没有体现和包括科学探究活动活动的五个环节，制作的程序是事先提示给学生的，制作的材料和工具也是事先交给学生的，学生只需要按图索骥，机械地操作一下就行了，学生通过这种活动并不能够全面地提高自己的科学探究活动能力。
为了体现科学探究活动的要求，我们将上面这个案例作若干修改和重组，就形成了下面的案例2。
案例2制作小型地球仪
让学生制作小型地球仪，主要是提高学生进行技术设计和动手实践能力，学会运用各种工具和材料，按照合理的流程完成制作过程。
同时也让学生学会制定评价方案，对小型地球仪进行自评和互评。
老师在上课时，出示预先制作的小型地球仪，以引起学生的兴趣。
并把学生分组，讨论如何制作一个精巧的小型地球仪。
学生们的讨论要解决以下问题：
1．用什么材料：
如乒乓球或其他球状体等。
2．用什么工具：
如要比较精确地做成地轴与公转平面为66.5°的夹角，则要用量角器；如用泡沫塑料或者木板做底座则要用切割工具。
3．达到什么目标：
如要能转动，要画上经纬线等，由学生自己制定。
4．确定工作计划：
可以要求学生用框图来表示制作流程，明确分工和完成日期。
师生共同讨论制作过程中几个关键的技术问题：
如何确定两极的位置？
如何确定地轴和公转平面的夹角？
如何确定南北回归线和南北极圈的正确位置？
虽然学生尚未学过平面几何，但还是会用量角器等工具达到目的的。
在这些技术性问题上，学生可以有很大的创造空间。
在制作完成小型地球仪后，在年级里举行一次展览，让学生自行编制评价方案。
以小组为单位设计评价表，各组经过讨论要确定一份统一的评价表，评价表中的项目可以有：
①是否稳定牢固，②是否转动灵活，③夹角（66．5°）是否正确，④线条是否美观，等等，每项内容均有不同的得分。
然后让学生作评委，评选出最佳的作品。
优秀作品在下一届的教学中可以成为范例进行展示。
（引自《科学》课程标准第72页）
本案例就属于一种较为典型的科学探究活动活动的案例，它基本上包括了科学探究活动的主要环节；制作的材料和工具以及制作的流程均不作统一的规定；鼓励学生创新，因地制宜、就地取材地制作小型地球仪；鼓励学生利用各种教育资源，包括请教有经验的家长给以帮助；要求学生有团队合作精神和科学的态度；同时也注重培养学生自我评价的能力，初步掌握评价的科学方法，包括分解评价项目，确定评价等级，用比较精确的语言评述作品的优缺点，这也是培养学生科学探究能力的一个重要方面。
四、注重技术素质的培养
公民的文化素养包括许多方面，主要有政治素养、思想素养、道德素养、科学素养和人文素养。
不同社会各种文化中的有文化素养的人所拥有的知识体系是相同的，这使他们能够相互交流并感知周围的世界。
随着社会和时代的变化，有文化素养的人所掌握的文化内容和知识量也会随之改变。
自近代以来，科学素养在公民素养中占有的比重，逐渐增大。
人们约定俗成地认为，科学素养等同于科学技术素养。
到了21世纪，由于经济发展愈来愈依靠技术特别是高技术，于是人们预言技术素养在科学素养乃至文化素养中一定会占有很大比重，强调必须注重科学素养中技术素养的普及和提高。
从全球的范围来看，得风起之先的是美国。
在本讲，我们将介绍美国关于技术素质教育的理念及实践。
一、美国对提高青少年技术素养必要性的认识
早在20世纪80年代，美国国家科学委员会（NSB）的顾问们就呼吁提高公众的技术素养：
“我们必须回到基础的东西，但‘基础的东西’在21世纪并不仅是读、写及算术。
它们包括沟通及更高的问题解决能力，以及科学和技术素养——可使我们理解周围技术世界的思维工具。
”
1994年时任美国总统的克林顿，在其制定的国家科技政策《科学与国家利益》一书中明确指出：
“技术是经济增长的发动机，它创造出新的工作，建造起新的产业，提高着我们的生活标准。
科学给技术发动机提供燃料。
我们对基础研究进行持续的投资，这对于我们孩子的未来是根本性的。
同样重要的是：
要为孩子们做好准备，以从事未来的高技术工作、成为科学研究中的领袖人物、承担起21世纪公民的责任，科学和数学教育必须向他们提供所需要的知识和技能。
”他这里所说的“知识和技能”就包括“技术素养”所涵盖的知识和技能。
（一）提高公众技术素养的必要性
强调提高公众技术素养的必要性的历史文献，在美国自20世纪80年代以来就很多，在这里就不再作历史的述评，仅挑选其中有代表性的一文作点介绍，这就是2000年美国技术素养委员会受美国国家工程院、美国国家研究理事会的资助，经过历时两年的调查研究，于2002年完成了《从技术角度讲，为什么美国人需要对技术有更深入的了解》的研究报告。
该报告从下列四个方面指出了提高公众技术素养的必要性。
1、人类与技术的关联愈来愈密切
该报告认为：
500年前，当欧洲人首次探索新大陆时，他们乘坐帆船飘洋过海，乘坐马车驰骋陆地，并用火枪防身和打猎。
从我们的观点看，这些技术很简单，而且易于领会。
尽管只有经过专门训练的人知道如何造船或驾船，但几乎每个人都能理解船的用途、驾船的方法和原理。
三个世纪之后，当新成立的合众国向西眺望路易斯安娜和太平洋之际，它所使用的技术与500年前大致一样。
尽管1800年的装备和工具比以前有了改进，但一个从1500年走来的时间旅行者可以毫无困难地适应1800年的装备和工具。
但到了1900年，情况就不同了。
19世纪末，一大批新技术业已出现。
它们与先前的技术相比有天壤之别：
蒸汽机船和铁皮船、电报和电话、横跨大陆的铁路、留声机、内燃机、汽油及其他石化产品、阿司匹林和一大批其他药物、汽车、机关枪。
1900年的世界更加依赖于这些机器和工具，而这带来了全新的挑战。
每一个有能力的、愿为社会做贡献的人都应通晓和使用越来越多的技术装备。
在整个20世纪，技术一直处在持续和加速的发展过程中。
今天，技术和技术系统与我们所做的和能做的任何事物都分不开。
我们依赖于技术，技术使我们的家庭、食物、水、工作、交通、通讯、娱乐、国家安全的保障成为可能。
2、技术素养为现代劳动大军提供支持
该报告认为：
技术素养带来的一个显著益处是在经济领域。
技术，尤其是高技术，已成为美国及世界其他地区经济增长的主要驱动力，而且越来越多的工作机会对技术技能提出了要求。
尽管技术素养和技术能力不是一回事，但它们是相互关联的。
技术素养整体水平的提高，促进了由技术带动的经济增长趋势。
拥有技术素养的人了解经济实力的基础是科学技术，他们更有可能支持支撑这一基础的研究、教育和经济政策。
有技术素养的工人比缺乏技术素养的工人更有可能拥有广泛知识和能力，更有可能镇定自如地
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