霍金出语惊人
今天人们听到量子力学，很少有不皱眉头的，但是，英国宇宙学家斯蒂芬·霍金出语惊人，他说：“如果基础科学像我所希望的那样成为一般知识的一部分的话，那么，目前作为量子理论悖论而出现的东西，对于我们孩子们的孩子们来说，就将不过是常识而已。”
听到霍金的这个预言，也许有人会认为这简直是异想天开。但是，我们设想一下，如果倒退300多年，人们刚刚见到牛顿的《数学原理》，那时，谁能够想象得到牛顿力学对于今天的我们会成为普通的常识呢。其实，当我们设想把时间“压缩”成为“压缩饼干”的时候，沧海变桑田就是天经地义的事情了。当然人的认识不可能过分超越现实，但是，人们应该期待变革，为变革做好准备，热情地促成变革。
可以肯定地说，物理学的基础理论过去主要是牛顿力学，现在不可避免的量子力学要占据一定的地位。这是因为物理学从牛顿力学发展到量子力学，“作为量子理论悖论而出现的东西”已经将人类对世界的认识从确定论引向非确定论，从研究有序到探索无序，从追求规律到探索混沌。用霍金的话说，量子理论是一种关于实在的完全不同的图象。因此量子力学必将成为每一个有教养的人必备的基本知识，否则，他将无法理解世界。
如果说当代科学进展中作为量子理论悖论而出现的东西，这个难以理解的理论尚有可能被儿童接受的话，那么，其他科学前沿进展的知识不就也可以尝试着传授给他们吗？当然，这里只是一个虚拟推理，实现它的必要性和可能性都是需要深入研究的，但是，这个问题已经被时代的发展提出来，是不能回避的和必须给予正视的。
你站在哪一边
杨振宁曾多次向世人提出一个问题：你站在哪一边，站在传统科学一边，还是站在现代科学一边？
杨振宁是从爱因斯坦的一段经历讲起的。那是在1921年，爱因斯坦初次到美国，准备到爱迪生的研究机构去做研究工作。他踏上这块蓬勃的土地，受到了热烈的欢迎。但是，他到了波士顿却遇到了难题。一位记者递给他一张纸条，请他回答一些问题。这些问题包括：“对数”是谁发明的？声音的速度是多少？还有纽约到水牛城的距离是多少？美国生产洗衣机数量最多的城市是哪一个？等等。结果爱因斯坦的答案完全不合格。如果仅仅根据爱因斯坦的这个“考试”结果，就嘲弄他愚笨而无知，显然大错而特错了。事实上，他是20世纪最杰出、贡献最大的科学家。他代表了物理科学发展的一个全新的时代。
杨振宁就此向世人提出了一个问题：在对待科学前沿进展的态度上，你站在哪一边，是站在传统科学一边，不断地询问“‘对数’是谁发明的？”，还是站在现代科学一边，不懈地追寻前沿科学进展的意义在哪里？仅仅站在传统科学一边，就有可能把自己放在颟顸的境地，嘲笑爱因斯坦；热情地站在现代科学一边，就有可能不断地追踪前沿科学的进展，从中获得巨大的精神力量。显然，这是时代的真谛，这是杨振宁提出的问题的答案。世人对待科学的进展应该如此，教育工作者更应该如此。但是，越是朴素的真谛往往越不容易被人们接受。人们常常是固守熟悉的传统，远离陌生的进展。
今天的一些美国人已经不同于当年波士顿的记者了，他们清醒地认识到在全社会普及高科技知识的意义，时代要求他们站在现代科学技术的前沿。美国商务部1998年5月曾急呼：“必须加强对学生的高科技教育。高科技人才不足的国家将发现，高科技产业裹足不前，国家将面临灭顶之灾。”
同年，美国洛克希德·马丁公司董事比诺曼·奥古斯丁说，科学已经渗透进我们社会的各个方面，但是，美国人却并未为此作好准备。在政治领域里，那些没有科学背景知识的议员们却要就诸如温室气体的排放、核动力、太空航行、克隆以及2000年的电脑问题之类的科技事务作出决策。这不仅荒谬而且危险。
现在，美国人对待科学前沿进展的态度的确今非昔比了。
然而，毫无疑问的是科学的发展是基于传统的，不过，这不能以此作为远离科技前沿进展的理由。因为，科学发展的最新进展要求我们重新审视科学发展的基础。基础知识也是处于变革之中的。
时间改变着一切
为什么说基础知识也处在变革之中？因为科学在不断地深化，特别是在神奇的20世纪科学不断地出现重大的突破，正在多方面动摇着一些基础知识的地位。
生物学的突破是颇具有启发性的。100多年以来，生物学完成了从达尔文的进化论到孟德尔摩尔根的基因学说的飞跃，从对生命个体和群体的研究，到分子生物学和生化理论的飞跃，生物学的基础发生了质变。
值得庆幸的是，这个变革已经反映到基础教育的生物学教材中，达尔文的进化论已经被摩尔根的遗传学取代。这不仅是生物学教材内容的变革，而且是给学生提供了认识生命现象的一个有力的认识“工具”。过去，学生费很大的力气还弄不清楚达尔文的变异是怎么回事，而今天，基因的重组毫不费力就揭示出变异的本质，不但如此，人们还可以利用基因重组技术控制变异。德国的高中学生已经在做基因重组的科学实验了，这种实验能够帮助学生建立控制客观世界变化的意识，而控制意识正是当代人类智慧的一个重要结晶。许多新的发明创造产生的动机出自于人们的控制意识。纳米技术从科学思想的角度讲，就起源于控制意识，起源于美国物理学家理查德·费曼提出的人类有一天能够“搬运”单个原子的设想。由此可见，利用前沿科技成果，不但能够使教材精练，而且能够提高青少年的理解能力，并且能够形成他们的现代科学意识。一箭三雕，何乐而不为呢？
物理学的发展同样深刻。当代物理学的进展正在改变着人们对大量物理现象的理解，使过去那些看去无关的纷杂现象，随着对物理现象研究的深入，正在归入一个个完整的理论体系之中，理解起来更容易，记忆起来更方便。旧的高中物理学包括力、热、光、声、电磁和万有引力六个部分。事实上，到了19世纪末物理学已经只剩下两个领域了：电磁学和万有引力学。物理学中的电磁原理与生物学中的基因，在认识自然现象的过程中同样是揭示现象本质的有力“工具”。像摩擦力这类两个物体之间机械相互作用的本质就是这两个物体的原子和分子之间的电磁相互作用。描述金属弹簧性质的胡克定律的本质，其实也是金属中的原子之间的电磁相互作用。事实上，高科技电子产品无一不是电磁相互作用的体现。当代物理学家还在寻找自然界更一般的规律。用一位著名的物理学家说：“我们对自然探究得越深，它就越显得简单。这个包含极多迷惑人的复杂现象的宇宙，最终只是由几个简单的规则支配的。”我们如果能够把科学家最新“破译”出的自然的“密码”告诉少年儿童，他们不就能够更容易透视自然的奥秘吗？学生的书包就不会像现在的这么沉重了。减负要从根本上减，要从给儿童什么基础知识上考虑，要从如何汲取当代科学最新成果的视角去思考。事实上，正是从这个基点出发，美国从60年代末就开始试图大规模地改革教材，出现了布鲁纳的科学课程改革的失败和《2061计划普及科学》的科学教育改革的探索。《2061计划普及科学》的核心是筛选现行的基础教育课程内容，腾出空间和时间，将当代科学的精华作为新的基础课程内容，补充进入教材之中。英国在80年代也着手大规模地进行教材改革，其目的也在于此。德国各州采用大学与中学教师相结合的办法，分别在基础教育阶段不断地吸纳高科技研究成果，补充进他们的教材之中。他们的工作值得我们站在时代发展的视角上加以审视和研究。
我们利用科学前沿研究的最新成果作为新的认识“工具”，把这个“工具”交给青少年，使他们具备犀利的认识世界的目光和创新能力。生命科学如此，物理学也如此，其他学科会例外吗？但是，遗憾的是，这些学科的变革在基础教育阶段尚未得到充分反映，这些变革对儿童意识发展的影响尚未得到充分认识，基础教育能否和怎样追踪反映科技前沿进展的问题尚未得到正视。
我们要代表先进的生产力，这意味着什么呢？我们从事基础教育，要不要思考一下这个问题呢？基础教育阶段应该怎样反映代表先进生产力这个思想。要知道，我们现在要体现“三个代表”的思想，而我们的下一代也将是“三个代表”思想的体现者。从娃娃开始，教给他们具有追踪前沿科技进展的意识，是我们的历史责任。
用少年儿童的目光看去
用少年儿童的目光去看高科技进展，也许会得出与我们成人完全不同的看法。
我们需要把成人的认识特征与儿童的认识特征区别开来。一个奇怪的现象是人们的经验与知识具有两面性。成事是它，败事也是它。经验与知识是成人的财富，也是成人的绊脚石。缺乏经验与知识是少年儿童的不足，却成为他们敞开新奇领域的视野。成人的专业知识无疑十分重要，但是，对许多人来说，由于精力的限制，非专业的领域往往不去“染指”，新的领域常常不去涉猎。但是少年儿童正好相反，他们不自量力，不知道什么是“不可能的”，而且好胜心切，敢于与“不可能”较劲儿。所以，小孩常常提出大人不敢提出的问题。用他们的目光看去，高科技进展是最富有魅力的东西。德国的中学生到海德堡大学参观普朗克核物理研究所，看到研制富勒烯的蒸发器。富勒烯是一个由60个碳原子组成的看去像一个足球样子的晶体。它神奇的结构令每个学生兴奋不已。高新技术在少年们的眼里富有惊人的魅力。有的学生在日记中写道，他将用自己的整个生命去探索物质的更加奇异的晶体结构。
我们还需要把成人的认识能力与儿童的认识能力区别开来。成人依靠已经建立起的知识结构认识世界；少年儿童依靠自己神经机能可塑性迅速发展自己的认识能力。成人依靠理解记忆；少年儿童依靠机械记忆。多少少年电脑奇才出自于他们具有机械记忆好的最佳学习期。正像学习语言具有最佳学习期一样，学习电脑、获取高新技术知识也有自己的最佳学习期。不要让他们错过最佳学习期，不要“瞧不起”儿童，成人不可自视太高。我们的有知可能是束缚；他们的无知可能是优点。他们对新事物的敏感和热情，在我们心中可能已经被岁月磨蚀黯淡了。他们大脑的可塑性是与青春相伴的珍宝。
为了避免他们将来重蹈成人自我束缚的覆辙，需要启发诱导他们，重视扩大自己兴趣，勇于涉猎多种领域，永远保持对新知识不断追求的热情。
我们总是担心，学习高科技常识，孩子们吃得消吗？是的，在缺乏足够的基础知识和基本能力的时候，很多东西他们的确吃不消，但是，我们是成人，我们的责任是找到适合他们接受水平和能力的办法，让儿童轻松地获取高科技常识。美国麻省理工学院的一批热心的教授研制成功程序控制玩具，可以让儿童在游戏过程中，学习编写自动控制的程序，就是令人思考的一例。
科学不断发生巨大的变化。我们应该让这个巨大的变化，不断涌进课堂，让高科技之光照亮课堂！这个科技之光不单纯是前沿科技知识，更重要的是伴随这些知识而来的科学精神、科学方法和科学态度。这些与科技知识不同，它们是相对稳定的，我们应该将它们渗透到整个教育过程中去。我们以科学精神为例，当代科学的发展需要群体攻关，没有群体意识不利突破，而且这个群体还不能是同一个专业的，应该是跨多种学科的，但是，我们的大学毕业生多是独生子女，他们常常误以为自己是“太阳”，看不见群体的力量，缺乏宽容和听取不同意见的心胸。这是不利于我们在科学事业上取得突破性成就的。单是这种集体主义精神的培养就需要从幼儿开始。
需要探索
需要探索如何将当代科学进展应用于改革基础教育的课程设置和教材内容；如何汲取新的科学精神；如何汲取新的科学方法；如何提出精选的原则，精选当代科学的精华，充实我们课堂教学内容，改进教学方法和手段。
美国的《2061计划、普及科学》就提出一个精选当代科学的精华、充实我们课堂教学内容的原则。这个原则是，精选出对儿童建造未来知识大厦基石的科学知识，删去对未来无用的赘物。
英国的技术课程渗透进时代的环保精神。英国与日本不同。日本的技术课程要求学生设计的产品寿命限定在一定时间内。在一定的时间内，产品的性能必须衰减，迫使用户更换新的，从而，使日本产品不断地占据市场，造成这些产品的进口国的财富消耗。英国却要求学生设计部件分立式产品，一个部件性能衰减以后，可以用新的替换，以保证延长整个产品的使用寿命，以此节省材料，节省能源，节省全社会的财富。
德国人大胆又稳重。他们中学科学课程教材的部分内容几乎与高科技进展同步发展。现在，他们高中科学课程教材中已经正式将超导、电子扫描隧道显微镜、纳米技术等知识补充进物理教材。在中学物理课堂上，早在1992年，他们已经开始进行混沌理论的基本思想教学实验。德国基尔大学科学教育学院的教授与基尔中学的教师合作，在中学10级学生中开展这项教学实验。实验的目的是，分析将前沿科学的某些理论问题引入中学科学教育是否值得和可能，探索学生学习这些理论问题的过程和规律，提出教学模式和评估方法。他们设计出新颖而简单的实验，揭示“蝴蝶效应”。在教学过程中，教师通过对课堂情况的分析、面试以及课后与学生非正式谈话，验证学生对探索混沌理论的基本思想非常感兴趣。他们通过实验，被给出一个极微小的动量，就能引起大大出乎意料的惊人结果深深吸引。一只蝴蝶扇动自己的翅膀，竟然能够真的引发一场“暴风雪”！实验以后，学生通过讨论，建立起他们的新的物理学观点：自然现象具有它的必然性，同时，也具有它的偶然性、不确定性和有限可预测性。在物理学中，并不是每个现象的变化都是可以预测的。这个观点应该成为自己生活观点的一部分，应该是一种坚定的基本“信仰”。这种“信仰”有可能有力地加强学生思维的灵活性和创新意识。因此，参加教学实验的人员得出结论：将当代科学前沿的理论问题引入中学课堂不仅是必要的，而且是可能的。
《中国教育报》2001年12月23日第1版
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