
丛书序
党的二十大报告提出,“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”,要“培育创新文化,弘扬科学家精神,涵养优良学风,营造创新氛围”。2023年2月,习近平总书记进一步强调,要“深入实施全民科学素质提升行动”“树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚”“要在教育‘双减’中做好科学教育加法,激发青少年好奇心、想象力、探求欲,培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”。提升中小学教师的科学素养,对培养创新人才、推动国家创新发展具有极为重要的意义。
阅读是提升科学素养的基础手段之一。中小学教师都异常忙碌,管理学生、批改作业、备课授课、制作课件、承担课题、发表论文……对他们来说,如何在这每天连轴转的24小时中,抽出时间做点科学阅读、不断提升对科学和科学教育的理解,着实是个难题。专著专论的全本阅读,会令教师由于时间原因望而生畏;而撷取名家名篇,制作有针对性的主题阅读板块,可以让教师根据需要选择性地阅读,且各篇完全独立,随时可以自由翻阅,不受上下文的制约,不失为一种从实际出发的选择。“中小学教师科学素养提升工程”丛书的策划出版就是基于上述目的。丛书将从科学本质、科学素养、科学家及其工作、前沿科技、科技创新、科学史、技术史等角度进行选篇,立足中小学教师的现实需要,助力中小学教师队伍建设。例如,丛书第一册《追寻科学之本》,从“科学是什么”“科学素养是什么”“科学家在干什么”三个主题入手,选取三十余篇文章,引导教师思考科学的本质,提升教师科学素养。
作为一名科学家,我始终认为,科学教育所传递的不只是科学知识和研究方法,更是科学精神。科学精神至少应当包括:对事实的尊重,理性的质疑,科学的逻辑思维和推理,对事物的客观判断,以及宽容失败的文化。现在很多科学知识可以通过上网等渠道获取,但学会运用逻辑思维,理性质疑,寻求真理,是树立科学精神的基本素质。科学精神是在科研实践中形成的一套价值、行为规范和信念。我归纳为十二个字:求真务实、探索创新、理性质疑。弘扬科学精神比讲授科学知识更重要,授人以鱼不如授人以渔。科学精神的树立是提高国民科学素养的重要方面,是国家创新发展的先决条件。
一方面,我们要鼓励好奇心,保护探索欲。好奇心是一切创新的源泉。从研究生命演化的角度看,好奇心并非我们人类所特有的,而是人类与许多动物共有的一种思维活动,代表对一种事物特别注意的一种情绪,也代表一种求知欲、一种探知欲,即喜欢探究不了解的事物的一种心理状况,或者一种情感行为。一般认为,好奇心是我们人类认知世界的主要驱动力。爱因斯坦曾说:“提出一个问题往往比解决一个问题更加重要。因为解决一个问题也许只是数学上或实验上的一个技巧问题,而提出新的问题,从新的角度看问题却需要创造性的想象力,这才标志着科学的真正进步。”我觉得爱因斯坦说出了科学研究的真谛。没有了好奇心,我们就提不出问题;没有问题,我们就很难去深究,我们的社会就很难一步步向前发展。如果学生从小到大更多的是一种对知识的接受,面对的都是有标准答案的题目,很少提出独立的见解,那么这些学生进入大学或研究领域之后,就很难提出创新问题。营造独立思考、敢于质疑、包容并蓄的文化土壤和环境,呵护青少年的好奇心,这是社会各界尤其是老师和家长应该联起手来共同努力的事业。
另一方面,既要尊重知识,也要有挑战权威的勇气。科学探索就是不断逼近真理的过程,而我们获得的只是当下的相对正确的结论,并非绝对真理。科学进步就是不断发现旧有知识的错误和局限性。
近二十年来,中小学科学教育已经从关注科学知识转变为关注科学核心素养,科学观念、科学思维、探究实践、态度责任,缺一不可。这是巨大的进步。同时,我们也要注意,探究实践一定不能固化为制式的流程,而要根据教学实际灵活运用。科学教育唯有以人为本,寓教于乐,勿忘真、善、美,才能发挥最大的教育功能。科学与艺术的结合,能够让人感受到科学之美;科学对真理的渴求,起步于做人的诚实与诚信;还应当告诉学生,科学不是万能的,科学研究还需受到科学伦理的约束。科学本就是文化的一部分,如果仅仅关心科学的实用性而忽略了科学与人文精神的结合,那么,这样的科学教育不能算得上成功。
科学素养的提升绝非一朝一夕之事,积小流才终成江海。期盼广大教师通过阅读本丛书精心选编的内容,更好地理解科学、理解科学教育,关注科学发展的新进展、新成果,解决生活和教学中的现实问题。
周忠和
中国科学院院士
中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员
前言 加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强 / Ⅰ
第一篇 天体物理学 / 1
从《星际穿越》到量子纠缠——相对论与量子力学漫谈 / 2
宇宙中的神奇幻觉——引力透镜揭秘 / 11
太空中的璀璨礼花——伽马射线暴 / 16
光都无法逃逸的地方——超大质量黑洞探秘 / 22
暗物质——物理学的危与机 / 29
探索无穷——物质结构与宇宙 / 36
“看见”黑洞——解读人类首张黑洞照片 / 44
第二篇 生命科学与健康 / 53
理智与情感——大脑是如何决策的 / 54
我不是药神——癌症的科学认识与防治 / 66
人类“替难者”的故事——实验动物与克隆猴 / 72
奇妙基因之旅——认识、发现和改变基因 / 82
第三篇 人工智能 / 91
眼见为实?眼见为虚!——虚拟与现实的较量 / 92
机器可以有情感吗——人工智能发展现状 / [00][1]
脑科学与人工智能 / [09][1]
让机器像人一样思考——脑科学启发人工智能 / [15][1]
第四篇 航空航天 / [23][1]
太空探索大进展——从航天飞机到走出太阳系 / [24][1]
什么样的飞机才是好飞机——C919大飞机的设计与制造 / [34][1]
红色火星的蓝色星球梦——从火星探测到火星改造 / [42][1]
“慧眼”望太空 / [50][1]
中国的北斗,世界的北斗 / [59][1]
“墨子号”量子卫星与网络 / [68][1]
未来一百年,人类能到哪里去 / [75][1]
第五篇 别有洞天 / [87][1]
天外飞仙——陨石雨里的宇宙科学 / [88][1]
声“琴”并茂——乐器的发声原理 / [94][1]
从智人到神人——人类的过去、现在与未来 / 200
深海探测——向深海更深处钻研 / 210
千年莫高遇上现代科技——敦煌艺术的保护与传承 / 215
开启“镁”好“氢”生活——从轻金属镁到轻能源氢 / 225
附录 / 233
一、 2015—2024年诺贝尔奖获奖情况 / 234
二、 2020—2024年中国科学十大进展 / 240
三、 2020—2024年世界十大科技进展新闻 / 262
后记 / 284
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