朱华伟 || 深圳中学：以“科教融合”提升学校科学教育水平
导读
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加强科学教育、提高学生科学素养是青少年成长发展的需要，也是培养国家高水平科技创新人才的需要。2017年，广东省深圳中学提出：“建设中国特色世界一流高中，培养具有中华底蕴和国际视野的拔尖创新人才。”自此之后，学校以“科教融合，创享未来”为理念，以提升学生科学素养和科学志趣为目标，实施人才、课程、生态三重力量驱动，全面提升科学教育水平，加强拔尖创新人才自主培养，为解决我国关键核心技术攻关提供人才支撑。
科教融合一直被视为高等教育改革的方向，如今我国科教融合正在从高等教育向基础教育领域延伸。中国科学院院士、清华大学物理系教授朱邦芬在2023年清华校友基础教育论坛上说：“杰出创新人才的培养与中小学教育有着非常密切的关系。从某种意义上说，中学对人的塑造、对一个人全面素质的培养，是人才成长中最关键的一环。”在基础教育阶段通过科教融合的方式提升科学教育水平，不仅是落实立德树人根本任务和党的二十大统一部署的应有之义，更是在为中国乃至世界未来发展培养更多拔尖创新人才厚植成长沃土。
人才驱动：谋划世界一流的师资格局
教师是教育发展的第一资源，是立教之本，师资队伍建设是提高科学教育质量的首要因素。
其一，吸纳优秀人才，以创新型、学术型教师引领学生科学素养提升。深圳中学在教师队伍建设方面，坚持“用优秀的人教育下一代，培养出更优秀的人”，践行以人为本的管理理念，努力营造宽松和谐的工作氛围，在生活上关心他们，在工作上帮助他们，在思想上引领他们。目前学校有博士教师100余人，清华、北大毕业的教师150余人，哈佛、麻省理工、牛津、剑桥等海外名校毕业的教师80余人。例如：教授“天文学基础与前沿”的胡剑老师是清华大学博士、德国马普天体物理研究所博士后，教授“Python编程与智能硬件”的高阳老师是本科、硕士、博士都在清华大学就读的“三清”博士。这些创新型、学术型教师经历过严格的学术训练，都能够独立进行学术研究，开展科研实践。因此，他们在从事科学教育的过程中会更加倡导研究性教与学，不是把知识作为既定的东西教给学生，而是使教学成为一种探索、创造的过程，从而启发学生的创造性思维，引领学生创造性地运用新知识、新方法，不断拓展视野，提高创新意识，养成科学精神。
其二，提供多元平台，彰显高学历教师的教育教学优势。为了进一步发挥博士人才的专业优势及其在学校高质量发展中的引领作用，深圳中学首创项目制博士工作室，探索高水平人才组团式发展。首批成立的深圳中学博士工作室共七个，分别为丘成桐中学科学奖博士工作室、清华数学领军计划博士工作室、清华物理攀登计划博士工作室、北大物理卓越计划博士工作室、港澳课程研究博士工作室、iGEM博士工作室和科技创新博士工作室，涵盖数学、物理、化学、生物、信息、科技创新等多个学科领域。博士工作室以项目制为载体，通过跨学科博士共同携手，聚焦拔尖创新人才培养，围绕课程建设、学生发展、教育教研开展相关工作。
其三，拓展校外资源，为科学课程实施提供强力支持。深圳中学不仅拥有世界一流的校内师资，而且有校外的学者、专家为课程引导和护航。例如：每月举办一次的深圳中学大讲堂，曾邀请诺贝尔奖得主阿龙·切哈诺沃、罗杰·科恩伯格，菲尔兹奖、克拉福德奖、沃尔夫奖得主丘成桐院士，清华大学校长王希勤教授，西湖大学校长施一公院士，比亚迪董事长王传福等海内外著名学者、企业家为学生开设科普讲座，内容包括《我的科学生涯》《数学中的真与美》《突破利基，融通中外》《结构之美》《比亚迪的梦想和责任》等。此外，学校的科创教育中心还与相关专家建立长效合作机制，开发并实施适合高中生修习的课程。
课程驱动：构建多元高端的科学课程
深圳中学科学课程设计与实施的特点主要体现在前沿性、系统性、综合性、实践性和人文性五个方面。
其一，前沿性。科学一直在迭代更新，这也是科学的魅力所在。科学教育在科学知识的传授方面，尤其要重视对前沿的、正在创造之中的科学知识的关注，让最前沿的科技以学生易于理解、乐于接受的方式进入课堂。例如：每周四下午，深圳中学博士教师会聚焦世界科技前沿，面向学生开设一场深圳中学博士讲堂，涉及的领域包括数学、物理学、化学、生物学、语言学、医学等。再如：罗天挚老师开设的选修课“神奇的新材料”旨在介绍最前沿的材料科学研究，如碳纳米管、超导体、石墨烯、形状记忆合金等。罗老师在课上不仅通过实验探索新材料的奇妙性质、制备方法和应用，而且通过案例介绍新材料在工业和科研中的实际应用，同时引导学生阅读最新的学术论文和研究报告，了解材料研究进展，为他们未来的学术和职业发展打下坚实的基础。
其二，系统性。科学素养的提升需要从小抓起，进行全方位贯通式培养。在初中阶段，深圳中学与丘成桐院士合作设立丘成桐少年班，开设的必修课程包括数学竞赛基础、信息竞赛基础、腾讯DN.A网络素养课程等，选修课程包括以认识城市与生态环境为主题的人文素养课程，数学、物理、化学、生物、信息学竞赛课程等。高中阶段设立华为-深圳中学数理实验班、数理英才班等。以深圳中学数理英才班为例，在国家必修课程的基础上，第一学期开设微积分、普通物理学等大学先修课程；从第二学期开始，根据学生的兴趣方向，数学方向开设数学分析、高等代数、群论初步、微分方程等课程，物理方向开设物理竞赛、理论力学、热力学、统计物理、电动力学、量子力学等相关课程。
其三，综合性。科学教育不是寓于单一学科中，而是需要通过跨学科、多学科融合交叉的探究性课程学习去实现。以深圳中学每年都会指导学生参加的国际基因工程机器大赛（International Genetically Engineered Machine Competition，iGEM）为例，在这项比赛中学生不仅能应用生物实验技能，还锻炼了编程、建模、工程、社会调查、媒体运营等方面的能力。2021年深圳中学代表队的研究项目为“Gum Over（终结口香糖）”，聚焦城市街道上难以清除的口香糖问题。首先，学生通过实验证明两种生物酶可以分解口香糖中难以被降解的成分，决定开发一种基于生物酶的口香糖清洁剂。然后，负责实践调查的学生发现夏季地面温度普遍超过了生物酶的活性范围，为了提高酶的热稳定性，学生设计改造蛋白的实验，利用理性设计和定向进化的方法设计了突变的酶。最后，负责运营的学生策划了线下艺术展和公众演讲，提高了公众对公共健康和城市卫生的意识。这个由学生视角出发的项目以生物实验为主线，结合工业设计、社会调查、活动策划等方式，既提高了学生的跨学科学习能力，又培养了学生对社会问题的思考能力，提升了学生的综合素养。
其四，实践性。中国传统的教育重书本知识，重口头讲授，缺少对动手实践能力的应有重视；而大脑的开发、思维的开拓都要通过动手去实现，要产生创新思维，就要不断通过自己的双手去实践。以朱峰老师开设的“智能机器人”课程为例，该课程涉及的基础知识和技能包括机器人的构造、电路、程序设计和传感器应用等，课程实施通过理论学习和实践操作相结合的方式进行。学生们会在课堂上学习机器人原理，了解基本的电路、控制和编程知识，然后亲手搭建机器人、编写程序、进行调试和优化等。这些实践活动有助于学生熟悉机器人的构造和工作原理，提高他们的实际操作能力和技能，进而参加各类机器人竞赛，提高解决问题的能力、工程思维水平和团队协作意识。
其五，人文性。科学教育是有温度、有情感的教育，教师不仅要引领学生了解科学世界，更要引导他们关联并关怀生活世界。一方面，历史上的科学家和他们的科学发现及其对时代的影响，科学家在研究过程中所经历的挫折、失败、错误都是科学教育的重要内容。“数学课里有华罗庚，物理课上有爱因斯坦，化学课里有拉瓦锡……”这是我常和学校各科教师强调的内容。另一方面，我国优秀传统文化和科学历史文化等内容也是学校科学教育关注的重点。我校开展了一系列别具特色的校本课程学习和实践活动，包括党史学习、爱国教育、劳动教育、生存技能等课程，引导学生涵养中华底蕴，厚植家国情怀。此外，学校还充分利用新校区大面积的白墙，完成数学之美、物理之美、化学之美、生物之美、天文之美、AI之美、机械之美等文化墙的设计，让学生在耳濡目染中了解科学史以及科学的本质、科学与人类的内在联系，揭示科学丰富的人文内涵，让学生无时无刻不感受人文熏陶，沉浸于“无声课堂”。例如：数学之美文化墙的内容涵盖中国古代数学家刘徽与祖冲之的生平与故事，圆锥曲线和双螺旋线的定义与结构，麦克斯韦方程与相对论和量子物理的密切关系等。
生态驱动：营造良好互动的创新生态
科学的本质是创新，科学教育的灵魂就是要形成一种创新的生态。良好的创新生态不仅需要基础设施等硬件支撑，还需要形成创新驱动发展的制度安排、环境保障和文化氛围。
其一，提供支持科学探索的条件保障。深圳中学融合优质资源，与华为、腾讯等著名企业，以及清华、北大等著名高校共建23个创新体验中心和创新实验室，并成立专门的科创教育中心，统筹各中心和空间规划、课程设计等。近年来，学校基于这些平台新开设创新课程25门，其中我校教师独立开发13门，与大学、企业合作开发12门，包括“深中腾讯AI+”“Python编程与人工智能”“产品三维设计与制造”等，涵盖人工智能、计算机科学、物理学、天文学、生物科学、经济学、管理学等多个领域门类。
2023年刚刚落成的深圳中学工程技术创新体验空间占地逾800平方米，是深圳中学科创空间改造的一次全新尝试，内部有机整合机器人、无人机、量子实验室、比亚迪体验中心、清华大学朱邦芬院士工作站等多个空间。工程技术创新体验空间有助于教师在教学中开展学科融合和全链条整合，实现学生的跨学科学习和跨领域思考，不仅通过物理空间上的集聚提高了“科研密度”，而且提高了“创新浓度”。同时，各大学和企业也为学生提供了多元丰富的校外实践空间，如大亚湾核电站、深圳市天文台、深圳证券交易所，以及比亚迪、华大基因等企业，真正实现“校园无围墙，课堂无边界”。
其二，形成鼓励创新创造的文化氛围。物质文化是基础，精神文化是内核。习近平总书记指出：“基础教育既要夯实学生的知识基础，也要激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣，培养其探索性、创新性思维品质。”六年多来，深圳中学将科教融合的理念贯穿教育活动全过程，倡导“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”的教育思想，鼓励学生善于奇思妙想并努力实践，以创造之教育培养创造之才。学校因此逐渐形成了科学民主、多元和谐、开放包容的校园文化氛围。在这样的文化熏染中，深圳中学学生不仅提升了科学素养，而且在内心播下科技创新的种子，历年来在科学研究和各种国内、国际科技创新大赛中均取得优异成绩。
我们认为，学生接受科学教育的过程不仅是体验前沿科技创新、感悟科学精神和科学家精神的过程，更是关心社会、关怀世界、获得切实成长的过程。2023年，凭借“普易筛”项目入选国际科学与工程大奖赛中国国家队的田一丁同学说，“普易筛”帕金森病早筛仪器项目的源起是他在网络上看到一段1996年奥运会开幕式的短视频。视频里54岁的拳王阿里右手高举奥运火炬，而左手却在不停地颤抖。他说：“我的内心感受到了极大的冲击，作为一个世界级拳王，双手理应是阿里最信赖的武器，但帕金森病居然让拳王无法自主控制自己的双手。”非常幸运的是，田一丁同学带着疑问碰巧选修了英国南安普顿大学博士胡楠老师的综合性科研课程。胡老师启迪他用静电场电势检测的办法进行易普及的帕金森病早期筛查，进而有了后来的成果“普易筛”项目。除了项目本身取得的出色成绩，学生通过此项目展现出的人文关怀、获得的精神成长更加难得和宝贵。
教育是为未来培养人的，我们今天培养怎样的学生，就会创造怎样的未来。为此，深圳中学将一如既往地行走在“科教融合，创享未来”之路上。
文章来源：
《中小学管理》2023年第6期 · 本刊视点
文章编辑：崔若峰
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