课题研究与创新人才培养

一、课题研究与创新人才培养

研究性学习以培养创新人才为宗旨，最大限度为学生创造条件，以发展他们的特长、才能和兴趣。学生不再被当作“考试机器”，而是具有鲜明个性的发展中、成长中的主体。国际上不乏二三十岁就在科学技术发明和创造上作出突出贡献的人，比如，现代遗传学的奠基人之一华生与克里克构建DNA分子双螺旋结构模型时，不过20多岁，他们的创新能力不是与生俱来的，主要得益于基础教育阶段创新精神和创造能力的发展。要培养孩子从小热爱科学、乐于探究、具有锲而不舍的执著精神及面对复杂问题时发现和解决问题的创造力，在中学阶段就要注意启发学生了解历史上创新的经验教训，培养创新意识和创新能力。

1.发展创新能力是培养未来创新型人才的主要内容

从国家发展和民族振兴的背景来看，培养创新能力对当前人才培养显得非常重要而紧迫，而课题研究正是培养“英才”的很好载体。“21世纪的文盲属于那些不会创造的人”。国内外的实践都证明一点：通过课题研究启发学生的科学思维，激发他们对科学探索的兴趣，使他们接受科学精神、科学道德的熏陶，从而培养具有创新精神和实践能力的新一代科技工作者，这将对国家强盛、民族振兴具有深远的意义。为此，不少发达国家的一些重点中学都十分强调对“天才学生”的早期发现和培养。也许很多人不喜欢“天才”的提法，然而，不可回避的是，知识经济时代比以往任何时候都更需要天才。我国的研究性学习课程除了满足普及探究体验的需要外，还要肩负起对青少年拔尖人才的早期发现和培养的重任。

时代的发展要求我们在基础教育阶段一定要重视学生创新意识和创新能力的培养，在课程与教学实践中努力转变学生的学习方式。基础教育应有助于学生日后创新能力的发展。为了给思维习惯的养成、兴趣和个性的培养多一些空间，使学生学得更扎实一些，主动探究更多一点，实践经验更丰富些，必须为学生课题研究提供更多的空间。

很多教师担心研究性学习的效率问题，比如，也许学生经过很长时间的探索，什么也没有得到，那样不是浪费时间吗？用这些时间把学生的基础知识打得更扎实点不是更好吗？其实，从学生长远发展来看，如果他们在某些具体知识点上有所欠缺，将来完全可以通过各种途径来弥补，但是，如果学生在校期间没能培养其对知识的渴求、不断探索和创新的欲望，没有形成一种科学思维的习惯和能力，那么，他们的这一缺憾在今后的生活和工作中将是难以弥补的。

通过课题研究或项目设计，培养学生创造性的价值，正通过实践逐渐显现。下面的案例可以从一个侧面说明课题研究对培养创新人才的价值。

【案例1】

创新大赛近三成孩子的成果申请专利

在2005年8月召开的第20届全国青少年科技创新大赛上，来自全国各省、自治区、直辖市和香港、澳门特别行政区的34支代表队及来自美国、德国、日本、韩国、丹麦、纳米比亚、北爱尔兰等7个国家和地区的几百名青少年科技爱好者齐聚一堂，走进北京海淀区青少年科技创新大赛的展览现场。这次大赛给人最大的感受就是：我们身边充满科技创新的机会，而创新需要的是好奇心和敏锐的观察。

·　拐杖上长出一条可伸缩的腿

辽宁省实验中学高二年级学生冯泓睿发明的气动调节助残登阶器已经申请了专利，这个小发明解决了使用拐杖的残疾人上下楼梯不方便的问题。沈阳市残疾人联合会和一家工厂都对冯泓睿的发明很感兴趣。冯泓睿介绍说，这项发明只是因为他发现腿有残疾的叔叔上楼梯很吃力，他在普通的拐杖上做了些改动，让拐杖长出了一条弯曲的腿，就解决了上楼梯时不能伸缩的问题。同时受理发椅的启发，他为拐杖增加了气动杆伸缩功能，增加了减震效果。冯泓睿的指导教师唐彪说：“其实创新就是这么简单，注意观察、发现问题，然后用所学的知识解决它。”

·　吃核桃提高记忆力

怀疑是创新的第一步。“吃核桃能提高记忆力。”河南省郑州市经三路小学六年级学生司高对流传在民间的这一说法产生了怀疑，并进行了验证。他对一些小白鼠

做了20天的对比试验，最终发现喂了核桃仁的老鼠不论年龄和品种，完成“任务”的效率都比对照组更高。

·　纸张反光与近视有关

北京166中学学生王欣、张栩通过调查和实验，对学生近视原因提出了新的解释，他们认为教学楼以及书本纸张颜色的反光刺激都与近视的形成有关，为此他们建议在校园建设中少用白色，推广声像图书，书本使用不刺眼的再生纸。

·　空调公共汽车二氧化碳量超标

华南师范大学附属中学学生符懋敬研究的课题是“空调公共汽车内空气质量与人体健康”。在1年时间内，他对600辆公共汽车进行了监测，最终得出结论：空调公共汽车温度、湿度、菌落总数都正常，但二氧化碳量严重超标，平均超出正常标准4倍。符懋敬提出建议：制定空调公共汽车专项空气质量卫生标准；限制乘客数量，加强监测。

其实，案例1只是中学生课题研究成果的一个缩影，更多的学生参加课题研究可能并没有获得重要发明，但是，为他们将来的成功却奠定了基础。培养未来科学家或工程师的苗子，这才是更加重要的成果。

2.课题研究有助于发展天才行为

中学生课题研究最重要的价值之一还在于通过探索活动让学生经历探究体验，帮助人们发展天才行为。

对天才的界定是一件比较困难的事。通常，人们将不平凡的成就和创造性的贡献作为天才人物的重要标志。美国教育家兰祖利提出三环天才理论，认为天才行为由反映3个基本人格特征群（高于平均水平的能力、高层次的执著精神和高层次创造力）之间的相互作用的结果的行为组成。能够发展天才行为的人是那些能够形成由这些特质相互作用而产生的复杂组合，并将之运用到人类活动的任何有潜在价值领域中去的人。兰祖利用3个相互作用的特征所形成的特征组合作为客观描述天才的标准，如下页图1-4-1所示，这三者基本上是缺一不可。⁽¹⁾遗憾的是，由于人们习惯于相信能力考试（其实主要是考察了认知能力）的客观性和公平性，并将之作为判断依据，而常常贬低其他两个特征。特别提出的是，执著精神这种非智力因素是天才人物的最显著标志已经逐渐被越来越多的教育家所认可。布鲁姆和索斯尼亚克曾研究指出：“……12岁以后，当同龄人都将大量时间消磨在电视上，那些有才能的年轻人却花了大量的时间专注于能发挥他们聪明才智的领域。”大量对天才人物的个案剖析也清楚地表明，天才人物必须是那些能长时间使自己专注于特殊问题或特殊学科领域的研究之中的人。

图1-4-1　三环天才理论

关于这3个特征的更细致描述，可以参考兰祖利的有关文献，这里只简单介绍一下3个特征的表现（下页表1-4-1）：

创造力和执著精神几乎总是相互刺激的。当一个人迸发出一种创造思想时，这种想法就会得到自己或他人的鼓励和加强；当一个人决定根据自己的想法“去做某件事情”时，他的执著精神开始形成。同样，解决一个特殊问题的强烈执著精神经常会引起创造性解决问题的过程。

通过适当的刺激和训练，创造力和执著精神可以得到发展。这是我们开展课题研究、发展天才行为的重要理论依据，它说明天才不是天生之才，而是与后天的教育分不开的。人的基因只是为他能否成为天才提供了充分条件，离开了后天的努力，就像婴儿缺乏乳汁，无法健康成长一样。

由于兴趣的多变性和可接受性，有些人比较容易受情境的影响，但是教育不能事先决定哪些学生能对特殊刺激作出最理想的反应，而往往要通过特殊的刺激才能不断发现个体反应的差异。这是一个动态的过程，也正说明天才不是仅仅通过基本的测验就能识别的，更多的时候需要通过大量的刺激收集学生面对这些刺激的反应的动态信息，这是对天才行为发现的重要步骤。

兰祖利认为，表现出或者能够发展3个特质群相互作用的人需要多种教育机会和服务，而这些机会和服务通常是不可能从常规教学计划中得到的。美国的天才教育由于受1957年苏联人造卫星先美国一步发射的刺激而获得生机，逐渐在全国形成规模，并且在各种教育立法中归入特殊教育。然而在如何判断和识别天才或天资优越的儿童问题上，大部分学校沿用天才教育早期开创者特曼的操作定义，以智商决定哪些学生可以被确定为天资优越的少年儿童。这种评估手段基本上假定的是天才是由人的一般智力决定的，而传统的智力测验可以有效地用来确定人的一般智力，这样，智商就成为唯一的天才辨识标准。争议就在于是将1%还是3%的最高得分者确定为天资优越的少年儿童。这种做法可以方便管理者筛选，但是具有机械性、随意性，成为天才教育的严重弊端。此外，美国的天才教育在20世纪80年代还受到平等教育思想的冲击，希望教育对所有的儿童一视同仁，此后，很多美国教育家开始反思并探索新的天才教育的方式，所以，变天才教育为发展天才行为，改变只对极少数学生的惯例，向所有学生提供发展其特长和才能的机会，这更体现了发展天才行为的理念。

表1-4-1　天才行为的表现形式分类表

兰祖利曾提出，向有培养前途的青少年提供特殊教育有两个目标：一是通过发展他们在特定领域的才能，充分实现他们个人的认知与人格方面的成长、自我实现；二是为社会提供解决当今人类文明的问题、创造新的知识和艺术的人才储备。这两个功能相辅相成，并行不悖。而实现这一教育功能的关键是提高学生探索问题、解决问题的能力，恰恰在这个问题上，传统的以智力测验为识别工具、以智商为评定标准的天才教育显示出其方向上的偏差。传统的能力评定标准，如智力测验、标准化考试、学业成就考试倾向于发现和培养那些接受力、分析力强的学生，我国的很多考试（包括高考）更是倾向于选拔记忆力强的学生。这些测试虽然具有较高的信度和区分度，但是主要还是测验出学生的接受性才能（schoolhouse giftedness），反映为学业水平上的出色表现，但是另一种才能，即消化和应用知识、创造新知识的能力，即创造才能（creative productive giftedness）则被严重忽略。这种创造才能并非与生俱来的资质，而是在实践中确立起来的知识、技能、态度、信念、特质、心理定势等的混合体，其突出表现是学生开始以某种特殊的介入方式（艺术、科学、管理、政治等）对现实生活进行直接的探究，并显示出这方面的独到见解或特长。

这个理念给我们的最大启示是不要仅仅通过分数在培养之前确定谁是天才，而是在培养的过程中有效识别和重点培养。今天为佼佼者，未必明天就大有作为，我国科学院、工程院院士中几乎没有高考的状元，因而采取灵活的辨识策略，让尽可能多的学生以各自的方式脱颖而出，才是明智之举。培养天才先要确定谁是天才的苗子，确定培养对象和培养方案，发展天才行为则是给每个学生都提供成为天才的机会，也许他在某一领域表现出特殊的智能，教师就给予特殊的培养，这意味着所有学生都有同等的机会。

3.课题研究对学生的发展价值

“知识就是力量”“把一切知识教给一切人”，几百年来一直是人们信奉和遵循的教育理想与实践指南。随着时代进步和社会发展，这种以“知识教育”为核心的教育理念及其实践逐渐暴露出不适应性和局限性，而以培养学生创新精神和实践能力为核心的课题研究则越来越显示出生命力。当前我国基础教育正在由应试教育向素质教育转变，积极倡导和探索课题研究，有着十分重要的现实意义。

（1）课题研究与科学精神的培养

科学研究就其本质而言是人类探求真理的一种精神活动。对科学家而言，科学研究的目的是为了探寻自然界、宇宙的本质关系与规律。科学家追索真理的精神是科学事业蓬勃发展的源头，许多伟大的科学发现与发明正是来自于这种执著的求真精神。科学精神的内涵是丰富的，择要而言有如下4方面：追根究底、锲而不舍的求真精神；独立不羁的自由思想精神；勇于进取、忘我献身的精神；坚持真理、勇于改正错误的精神。从学校教育层面看，以往注重的是科学知识的教育，技能、方法的教育略次一些，而科学精神的倡导与教育往往则被忽略。

课题研究的主要动力是人类探索世界的好奇心和求知的本性。它要求学生不盲从潮流，不迷信权威，不把偶然性当必然性，不轻易相信所谓的新发现，敢于质疑，努力做到“知其所以然”。从青少年的研究工作中，人们不难看出他们对未来世界的好奇心，不知疲倦的探索精神，以及严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度。这种为知识而知识，正是科学精神的基本内容。

研究性学习在课程设置上给了学生自主活动、自由创造的机会，为学生个性发展、实现创新提供了时间和空间。他们在一个陌生的领域里驰骋，会意识到自己的认识能力和知识范围的局限性，会唤醒他们的科学探索精神和对宇宙万物之“发生”的惊讶心态，从而发挥他们真正的智慧。

【案例2】

如何培养学生的批判精神

——一位美国生物教师的经验

水蚤是常见的水生节肢动物，在美国的初中和高中阶段常常被广泛用来作为生物实验的材料，其中，研究不同的化学物质对其心跳的影响实验，更是在美国乃至全世界生物课堂堪称经典。研究的方法也比较一致，就是在实验前测量水蚤的心率，施加某种化学物质后再测量水蚤的心率，然后将结论作为该种化学物质对水蚤的心率有无影响的依据。这个经典的实验能用来培养学生的批判性思维吗？美国的生物教师在课堂上是怎样做的呢？

首先，教师提前布置任务，要求学生阅读实验指导。上课时，教师根据教科书简单介绍实验的要求：先测量水蚤每分钟的心跳次数，然后通过引流法设法移走水蚤身边的部分或全部的溶液，替换一种实验用的化学溶液（可以选择乙醇或尼古丁），停留一定时间（如2分钟）后再次观察，并记录水蚤的心率。

然后，教师在电子白板上呈现了一张实验数据记录表格，要求完成实验的同学把自己的数据填好。

所有的学生完成实验后，教师开始引导学生一起分析数据，结果学生惊奇地发现：用乙醇或尼古丁刺激水蚤，并没有得到统一的预期结果。随后，教师把其他班级学生的实验数据也调出来，发现也不能得到非常明确的、统一的答案。比如，施加乙醇刺激，有一半以上的学生提出水蚤的心跳会加快，而剩下的学生则表示水蚤的心跳会减慢。为什么会有这些差异呢？

接下来，教师开始组织讨论，请同学提出解决办法来改进实验。经过一番讨论，学生形成了很多改进建议，教师把它们逐一写下来。删去一些不可取的、受到同学普遍质疑的建议，最后形成了如下改进方法：

①设法使用水蚤的培养液作为化学物质的溶剂，而不是使用蒸馏水。

②确保所有溶液的温度是一致的，特别是考虑显微镜下灯光温度对载玻片的影响，要使用冷光源。

③在更换了溶液之后的5~15分钟内多次测量心率，求平均值，而不是只测量1分钟。

④替换其他的溶液，如咖啡因、肾上腺、氯化钾、乙酰胆碱做实验。

⑤进行盲试或双盲实验，让所有的人，包括教师都不知道你到底用的是何种物质在做实验，减少主观思维对实验的影响。

⑥尽量保持所用的溶液是相同的浓度，比如，将水蚤周围的溶液全部吸干，否则浸润在水蚤周围的溶液浓度可能会有显著差异。

⑦用一些水蚤作为对照组，移去溶液，并用原来的培养液进行同样的操作作对比。

⑧设计一种新的方法计算水蚤的心跳，比如，用显微录像机录下来，然后慢放来计数。

⑨尝试让水蚤减少运动，这样便于数心跳，也可以减少其本身运动导致的心率变化。

⑩使用相同的水蚤，比如，水蚤的年龄、大小、生活状态等要一致。

针对这么多改进措施，教师建议大家选择自己最感兴趣的一个改进设想做做看，课后还可以围绕其余改进设想分别开展实验，并提交实验报告。

在收集学生的实验报告后，教师进行了大量的统计。在一周后的实验课上，他对学生的实验报告进行了分析和点评，并特别指出一个很有意思的结果：几乎所有的学生都做了第7条的实验，发现用原来的培养液代替从盖玻片下移去的培养液，也有70%左右的水蚤心率出现了明显改变，这说明什么呢？到底影响这个实验结果最主要的原因是什么？

大多数学生都发表了见解，认为结果不一致的主要原因可能是计数误差造成的。因为水蚤的心跳很快，每分钟有180~220次，而它又移动很快，所以要精确计数是非常困难的。再加上水蚤个体、运动状况的差异和溶液浓度、温度的差异等，结果自然就差异显著了。教师补充说：“很可能这个实验数据需要使用标准的方法进行科学分析，如果我们学会使用高级的数学方法，可能实验就会理想一些。但是，我们这个实验的核心价值不是仅仅用来帮助你们获得所期望的兴奋剂、抑制剂、激素、无机盐等对水蚤心率影响的预期结果，更重要的在于通过这个实验，你们在探索活体生物对化学物质刺激反应的变化的时候，需要理解用活体生物做实验，研究者将会遇到的困难有多少。”

随后，教师通过幻灯片出示了最近一周报纸和杂志上介绍研究成果的文章，有的支持或反对以前的实验，有的提出新观点，如：哪种物质会引起癌症患病风险显著增加？补钙能降低骨质疏松症发病风险吗？补充的钙和维生素有多少能被身体充分利用？食物能降低血脂吗？教师要求学生读这些报道时运用批判性思维，对别人的研究工作提出困惑，特别是对于医药研究领域的研究工作。学生开始七嘴八舌地讨论：这个实验是谁做的？是谁支持这项研究？文中提到的项目有多少做过测试？是用人体还是动物做测试的？用什么动物来做的？符合结论的实验成功率百分比是多少？实验是怎样进行的？这些实验经过盲试或双盲实验吗？这些实验能在其他实验室重复吗？等等。

至于水蚤实验的预期目标“探究乙醇或尼古丁对水蚤心跳的影响”，结论还是没有明确。对此，这位教师这样说：“我并不是希望这个经典的实验练习带给学生我们所期待的结论，但是，如果我们是希望学生做科学，而不是记住结论或完成菜谱式的实验操练的话，这个水蚤实验已经给我们提供了非常有效的学习体验！至少，他们学会了怎样科学地质疑。”

（2）课题研究与创新意识的培养

创新的内涵是指人类在深化对事物本质、规律的认识基础上不断地有所发现，有所发明，有所创造，有所前进。因此，要创新就必须研究、探索、思考，不断突破，永不止步。创新的意义是不言而喻的。创新是推动任一事物发展的原动力，除旧布新才会有生命。

课题研究不仅是一种教学形式的变革，更是对教学内容和方法的一种创新。活动伊始，学生在确定研究课题后，通过网络、书刊等渠道收集信息并加以处理、筛选，选用适合的研究方法，能激起学生全新的思维；活动时，学生勤实践，多思考，客观地记录研究现象和结果，并根据研究进展情况分析、改进研究程序，能创造性地完成研究活动；分析总结研究结果时，学生可能会提出新的见解。可见，创新的意识贯穿于课题研究活动的始终。

（3）课题研究与科学方法的掌握

在课题研究过程中，不管进行什么样的课题研究，研究者都必然会遇到方法论的问题。综观世界各国，一些有作为的杰出科学家之所以能够在学术上有所建树，除了他们的天赋才能、当时的物质条件和科研氛围等因素以外，还往往与他们运用正确的研究方法是分不开的。

课题研究能使学生掌握课题研究的基本方法，如调查法、历史研究法、观察法、实验法。通过课题研究，学生会运用适当的研究方法去研究合适的问题。国家自然科学基金委员会主任研究员马海官1995年在长沙任第三届全国青少年生物和环境科学实践活动总评委主任时对科学实践活动有过这样的评价：“参加评选的项目大部分选题好，观察和记录详细，结果圆满。有些选题对我们科学家都有启发，有些相对有创新的结果。这项活动是培养新一代科学家的重要课堂。同学们通过活动不但学到了科学知识，还学会了科学研究的一些基本方法，对他们将来发展才华很有作用。”

（4）课题研究与科学能力的培养

科学能力是科学素质的核心。通过对科学知识的教与学，可以形成能够获得并探索新的科学知识的能力，主要包括自学、观察、操作、思维、创造等各种能力。

国家教育委员会基础教育司副司长傅国亮1997年在西宁的全国青少年生物和环境科学实践活动颁奖大会上曾说道：“生物和环境科学实践活动是青少年的科技启蒙教育，旨在培养中小学生的科学素养，包括科学精神、科学思维和科学方法，促进青少年热爱家乡、热爱祖国、热爱大自然、热爱科学。这对于中小学生学会做人、学会求知和培养4种基本学习能力具有积极的作用。学会求知的能力，即掌握认识世界的工具，学会学习的方法；学会做事的能力，即实际动手技能，处理信息和人际交往的能力；学会共同生活的能力，即在人类活动中的参与和合作精神；学会发展的能力，即适应和改造环境，增强创造性和责任感。”

此外，开展课题研究时，学生通过各种研究方式，探究与社会生活密切相关的各种现象和问题，培养了理论联系实际的能力，增强了搜集和处理资料的能力，培养了不断创新、追求卓越的精神，以及顽强的意志和高尚的道德情操，最终实现了研究性学习课程能力培养目标——提出问题和解决问题的能力，即独立探索的能力，从而达到塑造学生健全的人格，全面提高学生素质的目的。