诺奖颁奖季反思大学科学教育

2019诺贝尔物理学奖在10月8日揭晓。候选人之一、23岁的中国博士生曹原与之擦肩而过。2018年3月5日，《自然》发表了两篇以在读博士生曹原为第一作者的重磅论文，这是该杂志创刊149年来的首次，他也因此登上《自然》2018年度影响世界的十大科学人物榜首。

曹原是在《自然》上以第一作者身份发表科学论文和接近诺贝尔奖最年轻的中国学者，他的经历在教育部力推新工科等科技创新人才培养的今天有新的意义。这个时代，我们迫切需要科技创新人才培养，但从高等教育层面来说，科学教育和科学素养的培养可能更为重要。

曾编写《中国科学技术史》的英国学者李约瑟发问：“从公元1世纪到公元15世纪的漫长岁月中，中国人在应用自然知识满足人的需要方面，曾经胜过欧洲人，那么为什么近代科学革命没有在中国发生呢？”这是著名的“李约瑟难题”。无独有偶，钱学森在比较了他留学的麻省理工学院、加州理工学院与中国高校的差异后，也发出了“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才”的“钱学森之问”。对此，仁者见仁，智者见智。笔者认为，科学素养的缺失是问题根本所在。

科学并不是技术或技术创新。我们承认任何技术发明的背后都离不开科学的支撑，但是技术和科学是两个不同性质的概念。汉语进行双音节改革，把科学和技术合并为“科技”一词，也就抹杀了两者的区别，把科技当成了科学，认为技术创新就是科学。

科学通过实验或逻辑推理对事物的物性、结构和各种关系进行分析，以揭示物质运动的规律，或提出和验证各种设想或理论。因此，它是一种基础研究，不以任何应用和使用为目的。而技术创新则是为达到某一实用目的而采用的新方法或新材料等，旨在提高人类生活质量。科学革命带来的是理论知识体系的发现（discovery），如哥白尼的日心说、牛顿的万有引力和爱因斯坦的相对论等，而技术革命带来产业革命，如四大发明、蒸汽机、发动机、电脑和机器人等技术的发明（invention）。

因此，不管是古代的四大发明还是今天的人工智能，都是技术层面上的成果，凭借中国人的智慧和勤劳，在这些方面取得突破和创新只是时间问题。但是，没有一代代人形成的科学素养，我们在技术上是走不了多远的。因此，在大力提倡新工科等科技创新人才培养的今天，我们千万不能忽视科学素养的培养。

什么是科学素养？根据世界经济合作与发展组织发布的《PISA全球素养框架》的定义，科学素养是一种科学精神和科学方法。其中，科学精神是指好奇、质疑、批判和创新，科学方法是指能采用形式逻辑推理或实验科学方法证实或证伪某种假设的能力。

与西方大学生相比，我国大学生缺乏质疑精神。上世纪初，德国青年人魏格纳在看世界地图时发现一个奇特现象：大西洋两岸的轮廓竟然有着对应性。巴西东端的直角突出部分，与非洲西岸凹入大陆的几内亚湾非常吻合。他大胆设想：这两块大陆原来就是一个整体，只是后来才因漂移而分开，于是开始了求证调查。他发现，在北冰洋的岛上有过去只生活在热带地区的动物化石，而在撒哈拉沙漠存在由移动的冰河留下的沉积物。为此，他提出了“大陆漂移说”。这在当时地理界受到了广泛的嘲笑和抵制，但他坚持不懈求证，最终这一假说成立。

即使在中国理科学生中，也缺少下列科学方法的系统训练：看到问题或现象，能否提出假设和设计出验证假设的证实或证伪的方法？能否开展实证研究、搜集数据和控制变量，提出可复制可检验的方法步骤？能否用科学手段呈现和解释各种数据和发现？

上海小笼包闻名天下，当地至少有10家店都说自己的小笼包最好吃，上海本地人评价推荐也不一。但是有一个国外大学生不相信介绍，他拿着工具开始调查，买来各家小笼包后，剪开包子，用卡尺和天平分别进行测量，从皮薄、馅大、汤多三个指标维度采集每家店的小笼包数据。这种以数据为驱动的科研能力和用证据说话的科学态度，在西方高校培养的大学生身上是常见的，但我国大学生很少有这样的科学素养，他们往往只是凭实践讲个人感受。

我们不能不看到今天我国高等教育的功利化倾向——轻视基础研究，强调应用创新。尽管大学需要服务社会，但更要创造现代社会还没有的需求。

大学生创新创业大赛、大学生创业孵化工作室在校园内遍地开花，但实验室却并没有向本科生普遍开放，科学大赛也寥寥无几。甚至，一些高校还取消了本科生写学位论文的要求，而一些专业也明文规定，硕士毕业无需写学位论文，可以用实践或实习报告来替代。写学位论文（包括进实验室）的目的不是结果，而是论文写作和实验的过程。这是在培养科学精神和科学方法，培养科研能力、严谨的思辨能力和普世的学术规范。笔者以为，取消学位论文的要求，将直接危害一代人的科学素养。

当然，我国高校也很重视通识教育。但其所开展的通识教育基本上是人文教育，没有科学教育。以外语界为例，无论是英语专业还是大学英语，竟然被定义为人文教育，普遍开设的是英美诗歌、英美文化和中国文化等课程。他们声称，这是引进西方高校普遍实施的博雅教育（Liberal Arts Education），却不知其包含语法、修辞、逻辑、算术、几何、音乐和天文等“七艺”，不知科学教育才是博雅教育的基石。因此，国外高校面向所有学生的“应用定量推理”“形式逻辑推理”和“科学方法与分析”等，在中国高校的通识课程表中极为少见。

在诺贝尔奖公布的季节，遗憾之外，我们更需要的是反思：为什么近代科学革命没有在中国发生？为什么中国培养不出科学大师，而邻国日本却可以做到本世纪以来一年一个诺贝尔奖？很可能是因为中国高校还没按照培养科学创新人才的模式来办学。当然，并非所有大学生都要当科学大师，但只要高校把科学教育和科学素养的培养放在首位，即使学生成为技术人员、外贸人员等，也能在各自的岗位上走得更远。

作者：蔡基刚（复旦大学教授）