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北京市八一学校校长沈军:表面的繁荣背后,科技教育的价值在哪?

发表时间:2023-12-10 11:01作者:邓晓婷来源:光明社教育家

离“八一·少年行”卫星的发射已过去七年。

这颗由中学生全程参与研制的卫星,曾让北京市八一学校轰动一时。而当所有的喧哗沉潜下来,作为八一学校的领头人,校长沈军一直在复盘,繁荣的科技活动、科技课程背后,科技教育的可持续性是否真实地发生了?每当学生坐在环境优越、设备先进的科技教室里学习,那些于手中从无到有的工程项目,能否引起他们对于科学思维以及自我成长的探问?

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他希望从八一走出去的学生,都能经由一个器件、一次好奇,以针芒之微,观世界之大;能够在递迁之中,洞悉社会需求,涵养、迸发创造的愿望,尤其是在与八一血缘相系的航天、国防领域,成长为具有广泛科学素养的工程师。


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科技教育不是一场活动

从建立“天工苑”“开物苑”,再到成立以箭、星、站、器四个航天实验室为主的航天少年科学院,多年来,八一学校一直在为学生提供更好的科技教育环境。从活动、项目、课程的量变中,无限接近教育的本质目标——育人。

在不断优化的科技教育体系中,令沈军担忧的是,评价导向、教师素养、课程链接、贯通培养等方面,仍然有一些捉襟见肘的问题。“我们的初衷,是希望学生在科技课程中内化相关的能力和素养,比如设计思维、工程思维。但到初三或高三,这些项目课程基本停止了,科技教育在全国范围内都有‘两张皮’的现象。”他认为,如果这个导向不改变,科技教育将永远是一场轰轰烈烈的学生活动。

自STEM教育引入国内,各地中小学都在积极尝试。沈军留意到,在当前的STEM教学中,大部分教师习惯于把实验的目标、器材、流程甚至误差分析全部整理好“打包”交给学生,却没有让学生明白“为什么做”,这同样也是科技教育最欠缺的环节。“比如我们做卫星,很多学生并不清楚为什么要做,是老师让‘我’做?还是‘我’想增加一些有趣的体验?这些都不是教育的初衷,我们的初衷是想让学生选出自己感兴趣的命题,进而学会观察世界,了解社会需求,激发他们创造的愿望,这才是拔尖创新人才培养的第一步。”

同理心是工程设计的起点。他指出,当下科技课程最大的问题,和很多艺术课程一样,如何模仿以及技巧性的方法教了很多,但如何用艺术表达自己的情感和思想,以所见所闻进行创作,是很多学生所缺失的。“也许培养创造思维的第一步我们就做错了,八一学校前几年有很多科技成果,做完之后我‘沾沾自喜’,后来我觉得当时学生获得的东西,或许仅仅是一份关于制作技巧的收益,是不可持续的。表面的繁荣背后,科技教育的价值在哪?”

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他察觉到,“学生在科学研究过程中,往往会发现自己的数学基础不够,然后回过头去找数学老师,这时教育就是被动的。作为特色科技高中,数学这条主线必须抓”。“0—1”的原始创新,看似与我们的现实生活没有直接联系,但它确实是所有工程技术的理论起点。沈军说,让学生理解为什么做,其实就是让学生发现问题、提出问题、解决问题,这是一个完整的链条。一系列的探问和反思,是八一学校科技教育持续发展的动力。

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学科知识要走向应用

“八一学校诞生于炮火硝烟,我们不能忘本。但红色教育的抓手不能沦为说教,一定要有归宿。于八一学校而言,它的落脚点就是国防和航天。航天工业和国防工业是一个庞大的集成系统,我们的科技教育要将其具体拆分成课程要素,以校本形式,用学科方式培养学生在这两个领域解决问题的能力。”

在一轮又一轮的迭代升级中,八一学校以“学科主体+科技特色”统整建设路线,以国家课程教材内容为主体,各学科合作开发科技特色课程。突出数、理、化、生学科课程在培养与提高学生科学思维能力方面的关键作用,同时重视人文社科类课程对学生科技素养提升的重要作用,对国家课程教材内容进行学科内、学科间、跨学科主题整合;基于学生的生涯规划,开发科技特色课程,包括数学课程、高级实验室课程、社团课程以及暑期学校课程等。

以卫星课程为例,其贯通小学、初中、高中,依据学生的认知发展,逐一开设“航天科技基础实践”“1U立方星设计”“卫星工程与实践”“立方星人工智能载荷设计与应用”等课程,让学生从初步认识火箭原理、卫星平台、深空探测等航天基础知识,到深入了解卫星测控原理,掌握卫星跟踪、卫星遥测、卫星遥控等概念,再到强化他们的复杂问题解决、深度学习能力,以及发展创新创造能力。

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随着课程的完善,教师素养的提升变得更为紧迫。学校科技信息中心主任李锐说,有些弯路是必须要走的。“对于八一或者大部分基础教育学校而言,在科技教师师资方面,我们面临的困难是相同的。一是数量不够,二是没有工程背景,我们只能靠不断地学习,在实践中提升素养。”近年来,八一学校不断开拓外部资源,邀请高校、科研院所具有工程背景的专家或教师来学校磨课,在不断地观摩、学习中,帮助教师内化科技专业知识和素养。

“对于老师而言,教授知识只是一个方面,教育手段才是我们的专业和强项。”沈军强调,在科技教育中,教师要勇于走进“第三空间”,走出教师跟学生之间的课堂空间、教师和教师之间的教研空间,进入跨学段、跨学科、跨岗位领域。

科技教师傅悦铭说:“开展科技教育需要具备一定的综合能力,要运用很多学科知识,这些知识单科看起来虽然并不难,但需要我们综合应用到实际问题的解决中。科技有一个挺大的魅力,它本身是不断进步的,我们永远都在接触更新的事物。”今年暑假,在傅悦铭的指导带领下,初一(3)班的沈跃然等4名同学参加了“海鲈鱼”水下机器人竞赛,并取得了好成绩。沈跃然同学在设计报告中总结道:这是团队经过多轮头脑风暴,不断迭代设计、反思的结果。


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高品质思维在于激发自我

尽管八一学校在全国各类科技比赛中屡获殊荣,但沈军仍有清醒的认识:“我们不能因为拿了很多奖项,就说明科技教育办好了。这是一个误判。因为科技教育不能只面向‘金字塔’顶端的学生。”他认为,特色教育的要义是培养一种可持续的素养,一种在每个学生身上都能体现的特质。

沈军用“高品质思维”来概括这种特质。近年来,高考命题更加指向真实环境,在学生已有的知识水平基础上,学校的着力点在于设计一系列问题,用真实的情境引起思维的挑战。“具有高品质思维的学习要有一个解决问题的方法库,遇到问题要调动哪些资源,和文献阅读能力、信息收集能力、合作学习能力息息相关。当遇到一道不会做的题,有些学生会选择‘躺平’,直接问老师,而一个具有高品质思维的学生,一定会带着自己的思考去提问。”

在2023年北京市举办的金鹏科技论坛中,初二(5)班的付婷宇获得了一等奖。采访中,她告诉记者:“一开始我认为数学很冰冷,它只是建立在逻辑结构上的知识。但在不断做题的过程中,我感受到了一些巧合。比如在做与‘(a+b)的N次方’相关的题型时,我突然发现它与杨辉三角之间是有联系的,那一瞬间我觉得数学或者说整个理科都非常奇妙。”

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VEX-IQ机器人社团成员、高一(4)班的潘赫铭说,作为一名编程手,他最感兴趣的,是机器人设计背后的运行逻辑,“在写程序之前,我会在大脑里将相关的程序运行一遍,梳理逻辑,最终抽丝剥茧,分析明白,然后再去看哪些地方需要调整,我很喜欢这种感觉”。

除了高思维品质的培养,沈军强调,面向航天、国防领域的科技教育,一定要培养孩子的格局和境界。“八一学校始终要坚持需求导向,从国家急迫需要和长远需求出发,瞄准‘卡脖子’的关键核心技术,为国家培养航天、国防领域的人才。”

高二(6)班的王歆皓表示,他之所以喜欢“火箭原理与设计”这门课,一方面因为它和物理知识息息相关,另一个方面,来源于他对航天的兴趣。“这两年中国航天发展得很快,我非常好奇是什么支撑着中国航天从‘一穷二白’走向了欣欣向荣,我想了解这背后的规律和技术发展的过程,并将这些收获应用到我个人今后的成长中。”

能看到学生对学习和未来有独立的见解,沈军深感欣慰。面对复杂多变的未来,八一学校的科技教育还有很长的路要走,但在思想的洞见处和创造的志趣中,定会有持续的突破。



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来源 | 本文刊于《教育家》2023年11月刊第4期,原文标题《科技教育,让高品质思维随成长远行——北京市八一学校科技教育的探索与实践》


文章分类: 学校文化科技教育