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中小学科学教育的落后是华为芯片被美国卡脖子最重要的原因

常驻编辑 科普中国 2022-09-25 美国   华为   科学   中小学   物理学   力学   中国   小学生   落后   芯片   兴趣   原因   科学素养   学生   科技
1PO拜客生活常识网

中小学特别是小学科学课应该教授哪些内容呢?是让学生从小就背会很多科学的理论知识吗?背的再多,如果学生不感兴趣,那就是负担,就会起相反的作用。科学课应该把学生的“兴趣”放在最核心的位置,而实际中却是以学习“知识”为核心,更有甚者,一些地方还要对科学课进行考试,学生还要背一些自然现象背后的科学道理。本来小孩儿对于物理、化学、生物等科学是很感兴趣的,但是在长时间学习和不停地考试这两者共同的作用下“兴趣”消失殆尽,甚至厌烦,这也正是改革开放以来中国学习了西方很多东西,但是最核心的“热爱科学的品质”没有学到的原因。科学归根到底是一种探究活动,为什么一个美国的小学生可以写出上万字的科学论文,其兴趣起着核心作用,正是在兴趣的驱使下他才会主动去通过书籍网络等各方面的途径去查找资料进而完成论文。对科学的兴趣对于孩子来说很重要,一旦学生失去了对科学的兴趣,那么在中小学学习再多的知识也没用。一个小孩儿天生对科学感兴趣,即便是一个学习成绩很差的小孩儿或老师眼中的“双差生”,他对于各种自然现象和科学依然保持着兴趣;即便是一个初中辍学的孩子,依然对大爆炸和原子弹抱有兴趣。对科学的兴趣与人的年龄负相关,年龄越小对科学的兴趣越高,当一个人年龄大了,家庭事业的事儿也多了,再让他去关注科学原理就难了,也就是说一个人如果小时候对科学丧失了兴趣,那么长大后再对科学感兴趣的可能是很小的,而我们知道兴趣是最好的老师,那些伟大的科学家对科学的兴趣无不是从小就开始的。所以科学课首要任务是激发学生对科学的兴趣,应该以“兴趣”为导向,也就是前面说的:学生的头脑“不是一个等待填充的容器,而是一个需被点燃的火把。”六年级科学上册第二单元是《生物与环境》,在这一单元学生“通过实验比较仙人掌和龟背竹的耐旱能力”,像这样的通过实验让学生掌握理论的教学内容对小孩子的吸引力并不强。学习数学等知识应该按照由易到难由简单到复杂的次序,但科学是个例外,不能按照这个次序,因为越是深奥的科学越能激起学生的兴趣。小学生特别是五六年级的学生感兴趣的并不是仙人掌和龟背竹谁最耐旱,也不是绿色社区调查、养好小金鱼和雨具的改进等,而是黑洞是什么?宇宙是怎样形成的?原子弹是怎样造出来的?相对论是什么?……这些才是学生感兴趣的。在美国,初中生就开始接触爱因斯坦的相对论和DNA、RNA等分子生物学等前沿科技;物质是由基本粒子组成、核电站的工作过程等小学生感兴趣;原子弹是怎样爆炸的、什么是人工智能他们也感兴趣。在基础研究、应用研究和开发研究这科学研究的三种类型中,最重要的是基础研究,中国在科技上与美国差距最大的也正是基础研究,基础研究没有功利性,而小孩子对于科学的兴趣也没有功利性,这一点是相同的。如果是一个成年人进行科学研究的话,功利性的比重就会增加很多,所以在中小学时期是进行基础科学启蒙教育最重要的阶段。 1PO拜客生活常识网

中小学科学教育除了以“兴趣”为核心之外还要“全面”,要尽可能多的涉及科学的各个方面,因为每个学生的兴趣点有所不同,应尽可能使有天赋的学生都能接触到其擅长的领域,尽量使每一个“吴玉禄”都能接触到自己的兴趣点。当然,这种“全面”是建立在了解的基础上,而不是去学习或死记硬背其中的定理和规律等。有人说小学生学什么高深的科学知识,那些是大学生学的,他们能懂吗?答案是他们能懂!德国数学家原哥廷根大学教授希尔伯顿说,哥廷根大街上任何一个学童都可以弄懂狭义相对论;《时间简史》初中生也可以看懂,很多高深的科学知识他们是能理解也有兴趣去理解的:黑洞的形成过程,也就是大的恒星爆炸后内部受压形成的,他们能理解吧;钱德拉塞卡极限,也就是并不是所有的恒星都能形成黑洞,只有体积超过太阳1.44倍的恒星才会形成黑洞,他们能理解吧;再如一堆沙子变成硅锭,制成晶圆进行感光,然后刻蚀、沉积、互连,最后制成科技含量最高的产品——芯片的生产过程学生完全能看懂;再如开普勒三大定律(属于高中知识)中的第二条:对任意一个行星来说,它与太阳的连线在相等的时间内扫过的面积相等,这个定律如果要让学生证明的话需要高深的知识,但小学生是完全可以看懂的……总之,成百上千的科学定理中小学生大多都可以理解。在科学定理的理解、背诵、证明这三方面中,最难的是“证明”,最需要的是“理解”,最不需要的是“背诵”,而在基础教育中由于考试的原因最重要的就是背诵,牛顿力学定律要求背诵,元素周期表需要背诵……但是当一个科学家进行科学研究时,没人限制他去翻书。现代的自然科学包括物理学、化学、天文学、地球科学、生命科学、心理学六大类,其中每一大类有包括很多的分类,例如物理学又分为力学、光学、热学、声学、电磁学、相对论、粒子物理学、原子核物理学、原子与分子物理学、固体物理学、凝聚态物理学、激光物理学、等离子体物理学、地球物理学、生物物理学、天体物理学等等,这其中的力学又分为静力学、动力学、流体力学、分析力学、运动学、固体力学、材料力学、复合材料力学、流变学、结构力学、弹性力学、塑性力学、爆炸力学 、磁流体力学、空气动力学、理性力学、天体力学……还有化学的、天文学的、地球科学的、生命科学的等所有的这些学科加起来有数千种,这其中大多数中小学生都可以去了解,而现行的小学科学教材以及初中的物理、化学、生物等课程仅仅抓住了其中极小的一部分进行深入学习,并且还是以背“知识”为主,就像一口井,面小且深,这样的结果是科学教育严重落后于发达国家,不会出现一个14岁的孩子建成核聚变反应堆的事情,知识面窄严重抑制了学生对科学的兴趣,进而影响整个国家科技科技的发展。河南教育报刊社编写的六年级科学教材下册分四个单元,分别是《人类祖先的足迹》、《绿色社区调查》、《养好小金鱼》和《雨具的改进》,这就是一个六年级学生用半年时间所学科学课的全部内容,且不说这些浅的科学知识学生是否感兴趣,单单说一个13岁的学生用一学期的时间仅仅学了这么一点点关于科学的知识,这对于小学生对未知世界的好奇心和渴求形成巨大的反差,按照这样的速率整个小学甚至初中九年时间又能了解多少科学知识?对学生科学素养的形成又会有多少帮助?对科学进行“全面”了解也符合小孩儿身心发展的规律,因为小孩喜欢新奇的东西,即使他感兴趣的东西看的时间长了也会失去兴趣的,不断出现新的事物才可以满足他们的好奇心。当这些科学知识以图文并茂或者动态的形式不断出现在学生面前时,会极大地激发学生对科学的兴趣——当学生看到哈勃深场,他们会震撼于宇宙的绚烂多彩;当他们看到高档数控机床加工巨型螺旋桨的过程,他们才会感受到于现代的工业之美;当他们看到AK47连续击发子弹和喷气发动机等各种机械的动态过程后,他们才会知道科技原来是如此巧妙;当他们看到指甲大小的芯片内部竟有高楼大厦般复杂的结构时,他们会惊叹于现代科技的无所不能;当他们看到第三拉格朗日点时,会强烈的激发起他们的好奇心;当他们了解了质能方程和薛定谔猫后,他们才会知道科学的表现方式是如此的简洁……

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