幾千年來，中華民族一直領(lǐng)先于世界，但是數(shù)百年來，由于“重文輕理”和其他的一些原因，中國在世界上落后了，落后的根源就在于科學(xué)。世界范圍內(nèi)的經(jīng)濟競爭、綜合國力的競爭，實際上是科學(xué)技術(shù)的競爭和民族素質(zhì)的競爭。科技是一個國家核心競爭力，是社會進(jìn)步的原動力，這個在全世界已成為共識，科技的落后直接造成整個國家的競爭力下降。一個國家的科技發(fā)展水平取決于民眾對科學(xué)的認(rèn)知，在認(rèn)知水平高的基礎(chǔ)上形成一種民眾熱愛科學(xué)和尊重科學(xué)的氛圍，以及都來參與科學(xué)研究和討論的氛圍，在這種氛圍中不斷地推動科學(xué)的發(fā)展。目前阻礙中國科學(xué)發(fā)現(xiàn)的主要問題是民眾對科學(xué)的認(rèn)知，有這樣一個問題：世界上最聰明的人是誰？如果問一個西方人，多半會說是愛因斯坦；如果問一個中國人，多半會說是諸葛亮。我們都知道愛因斯坦是搞科學(xué)的，諸葛亮是搞謀略的，對科學(xué)的認(rèn)知水平低已經(jīng)沉淀于民族的意識中，這種意識不改變很難從根本上改變中國科技落后美日歐的現(xiàn)狀，如何改變呢？辦法就是提高國民的科學(xué)素養(yǎng)，增強全體公民對科學(xué)知識認(rèn)知水平，讓大眾切實認(rèn)識到推動社會進(jìn)步的是科技，提高人民生活水平的也是科技。公眾的科學(xué)素養(yǎng)可以反映出國民對于科學(xué)的認(rèn)知水平，瑞典公民2005年具有科學(xué)素質(zhì)的比例已經(jīng)達(dá)到28%，美國公眾的科學(xué)素養(yǎng)在2000年比重已達(dá)到了17%，到2019年達(dá)到31%，而2020年我國具備科學(xué)素養(yǎng)的公民比例剛過10%，這個數(shù)字意味著，每100人中，僅有10人具備基本公民科學(xué)素質(zhì)，與歐美差了二十多年。2014年我國每萬名就業(yè)人員的R&D研究人員的數(shù)量在R&D人員總量超過10萬人的國家排名中倒數(shù)第2，僅為19.7人，發(fā)達(dá)國家這一指標(biāo)值普遍是中國的4倍以上，其中韓國134.9人，日本104.7人，美國87.4人。目前中國的科研人員總數(shù)位于世界第一，但是和美日歐相比顯得大而不強，也就是國際頂尖的科學(xué)家少，這一點可以從我國至今沒有獲得過自然科學(xué)領(lǐng)域的諾貝爾獎看出來。

公眾的科學(xué)素養(yǎng)低是“錢學(xué)森之問”產(chǎn)生的一個重要原因，因為國際頂尖的科學(xué)家少和公民科學(xué)素養(yǎng)低這兩者之間存在因果關(guān)系，如果把科學(xué)巨匠比做參天大樹的話，那么公眾的科學(xué)素養(yǎng)就是土壤，公眾的科學(xué)素養(yǎng)低造成培育科學(xué)家的土壤貧瘠，只有公眾科學(xué)素養(yǎng)之土壤肥沃了，才能培養(yǎng)出世界級的科學(xué)家。原理很簡單，在人群中不乏具有科學(xué)家天賦或具有科學(xué)研究潛質(zhì)的人，但低的公眾科學(xué)素養(yǎng)造成這些人接觸科學(xué)的幾率降低，也許有些天賦或潛質(zhì)極好的人一生也接觸不到自己擅長的科學(xué)領(lǐng)域，發(fā)揮不了自己的專長，也就不能用自己的專長為這個社會做出貢獻(xiàn)。如何提高全體國民的科學(xué)素養(yǎng)呢？靠的是中小學(xué)時期的科學(xué)教育，也就是科學(xué)課。2008年，美國14歲少年威爾遜建造了核聚變反應(yīng)堆，成為世界上完成核聚變裝置最年輕的人。14歲，一個初二的學(xué)生，在中國還在教室里背英語，而在美國已經(jīng)接觸到了最前沿的科學(xué)只知識。2015年，美國華盛頓州西雅圖市的兩名小學(xué)生將自制的飛行器送到了23774米的太空邊緣，并為此受邀訪問白宮……其實在中國也從不缺乏科學(xué)方面的天才，但由于小時候得不到科學(xué)啟蒙教育而失去發(fā)展機會，在北京市通州區(qū)漷縣鎮(zhèn)馬務(wù)村，有一個名字叫吳玉祿的農(nóng)民，這個人可以說是個世界上少有的機器人天才，在只上過小學(xué)的情況下，獨自制作了許多令世人驚嘆的機器人，甚至受邀到大學(xué)講演。假如他在小時候就接觸到有關(guān)機器人和自動化的原理，很早以前就接觸到自己擅長的領(lǐng)域，并且沿著這條脈絡(luò)發(fā)展下去，那么他現(xiàn)在絕對不會呆在自己簡陋的實驗室，制作著那些在專業(yè)人士看來很粗糙的機器人，而是會成為中國機器人制作領(lǐng)域趕超日美的中堅力量。在人群中像吳玉祿一樣的各方面的天才有很多，只是他們從小就沒有被發(fā)現(xiàn)，從小就沒有機會接觸自己擅長的領(lǐng)域，更沒有機會接受系統(tǒng)的訓(xùn)練，也就沒有機會為國家的科技作出貢獻(xiàn)，這對于像中國這個的的人力資源最多的國家來說無疑是一種巨大的浪費，因為人口多意味著擁有各種天賦的人也多。

在人類科技發(fā)展史早期，中國的科技世界領(lǐng)先，明朝以前幾千年的時間都是這樣，四大發(fā)明就屬于那個時間段，那時世界各國都沒有意識到科技的重要性，科學(xué)研究一般屬于民間；而當(dāng)科學(xué)研究變成政府行為和國家意志時，中國就落后了，到今天四大發(fā)明的記錄已沒有一項屬于中國，這不能不說是一種悲哀。是四大發(fā)明后代們的智商降低了嗎？不，是科學(xué)教育跟不上所造成，因為國民的科學(xué)素養(yǎng)以及對科學(xué)的興趣主要是在基礎(chǔ)教育階段形成的，而在中國的基礎(chǔ)教育中科學(xué)教育落后于世界。可以做一下比較，在對于國家來說，科學(xué)和英語哪個重要？答案肯定是科學(xué)。但現(xiàn)實是在基礎(chǔ)教育中的科學(xué)課還處于“副科”地位，外語課被從上到下“不適當(dāng)?shù)膹娬{(diào)和加強”，科學(xué)課受到冷落，課時也無法保證。與之形成鮮明對比的是，上世紀(jì)80年代以來，美國、加拿大、法國等數(shù)十個國家強化了這門課的主干地位，因為這是關(guān)乎一個國家未來的競爭力?？茖W(xué)課從幼兒園開始就是美國教育的主課之一，跟數(shù)學(xué)、英文一起占用同等課時。早在20年前科學(xué)課便成為英國的小學(xué)3門核心課程之一，日本和英國小學(xué)就有工業(yè)設(shè)計課。2014年開始，英國就將編程列入每所學(xué)校的必修課程。2018年，芬蘭將編程作為其課程的核心，讓全國的小學(xué)生更早地接觸到這種新的共同語言。

中小學(xué)特別是小學(xué)科學(xué)課應(yīng)該教授哪些內(nèi)容呢？是讓學(xué)生從小就背會很多科學(xué)的理論知識嗎？背的再多，如果學(xué)生不感興趣，那就是負(fù)擔(dān)，就會起相反的作用?？茖W(xué)課應(yīng)該把學(xué)生的“興趣”放在最核心的位置，而實際中卻是以學(xué)習(xí)“知識”為核心，更有甚者，一些地方還要對科學(xué)課進(jìn)行考試，學(xué)生還要背一些自然現(xiàn)象背后的科學(xué)道理。本來小孩兒對于物理、化學(xué)、生物等科學(xué)是很感興趣的，但是在長時間學(xué)習(xí)和不停地考試這兩者共同的作用下“興趣”消失殆盡，甚至厭煩，這也正是改革開放以來中國學(xué)習(xí)了西方很多東西，但是最核心的“熱愛科學(xué)的品質(zhì)”沒有學(xué)到的原因?？茖W(xué)歸根到底是一種探究活動，為什么一個美國的小學(xué)生可以寫出上萬字的科學(xué)論文，其興趣起著核心作用，正是在興趣的驅(qū)使下他才會主動去通過書籍網(wǎng)絡(luò)等各方面的途徑去查找資料進(jìn)而完成論文。對科學(xué)的興趣對于孩子來說很重要，一旦學(xué)生失去了對科學(xué)的興趣，那么在中小學(xué)學(xué)習(xí)再多的知識也沒用。一個小孩兒天生對科學(xué)感興趣，即便是一個學(xué)習(xí)成績很差的小孩兒或老師眼中的“雙差生”，他對于各種自然現(xiàn)象和科學(xué)依然保持著興趣；即便是一個初中輟學(xué)的孩子，依然對大爆炸和原子彈抱有興趣。對科學(xué)的興趣與人的年齡負(fù)相關(guān)，年齡越小對科學(xué)的興趣越高，當(dāng)一個人年齡大了，家庭事業(yè)的事兒也多了，再讓他去關(guān)注科學(xué)原理就難了，也就是說一個人如果小時候?qū)茖W(xué)喪失了興趣，那么長大后再對科學(xué)感興趣的可能是很小的，而我們知道興趣是最好的老師，那些偉大的科學(xué)家對科學(xué)的興趣無不是從小就開始的。所以科學(xué)課首要任務(wù)是激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，應(yīng)該以“興趣”為導(dǎo)向，也就是前面說的：學(xué)生的頭腦“不是一個等待填充的容器，而是一個需被點燃的火把。”六年級科學(xué)上冊第二單元是《生物與環(huán)境》，在這一單元學(xué)生“通過實驗比較仙人掌和龜背竹的耐旱能力”，像這樣的通過實驗讓學(xué)生掌握理論的教學(xué)內(nèi)容對小孩子的吸引力并不強。學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)等知識應(yīng)該按照由易到難由簡單到復(fù)雜的次序，但科學(xué)是個例外，不能按照這個次序，因為越是深奧的科學(xué)越能激起學(xué)生的興趣。小學(xué)生特別是五六年級的學(xué)生感興趣的并不是仙人掌和龜背竹誰最耐旱，也不是綠色社區(qū)調(diào)查、養(yǎng)好小金魚和雨具的改進(jìn)等，而是黑洞是什么？宇宙是怎樣形成的？原子彈是怎樣造出來的？相對論是什么？……這些才是學(xué)生感興趣的。在美國，初中生就開始接觸愛因斯坦的相對論和DNA、RNA等分子生物學(xué)等前沿科技；物質(zhì)是由基本粒子組成、核電站的工作過程等小學(xué)生感興趣；原子彈是怎樣爆炸的、什么是人工智能他們也感興趣。在基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究這科學(xué)研究的三種類型中，最重要的是基礎(chǔ)研究，中國在科技上與美國差距最大的也正是基礎(chǔ)研究，基礎(chǔ)研究沒有功利性，而小孩子對于科學(xué)的興趣也沒有功利性，這一點是相同的。如果是一個成年人進(jìn)行科學(xué)研究的話，功利性的比重就會增加很多，所以在中小學(xué)時期是進(jìn)行基礎(chǔ)科學(xué)啟蒙教育最重要的階段。

中小學(xué)科學(xué)教育除了以“興趣”為核心之外還要“全面”，要盡可能多的涉及科學(xué)的各個方面，因為每個學(xué)生的興趣點有所不同，應(yīng)盡可能使有天賦的學(xué)生都能接觸到其擅長的領(lǐng)域，盡量使每一個“吳玉祿”都能接觸到自己的興趣點。當(dāng)然，這種“全面”是建立在了解的基礎(chǔ)上，而不是去學(xué)習(xí)或死記硬背其中的定理和規(guī)律等。有人說小學(xué)生學(xué)什么高深的科學(xué)知識，那些是大學(xué)生學(xué)的，他們能懂嗎？答案是他們能懂！德國數(shù)學(xué)家原哥廷根大學(xué)教授希爾伯頓說，哥廷根大街上任何一個學(xué)童都可以弄懂狹義相對論；《時間簡史》初中生也可以看懂，很多高深的科學(xué)知識他們是能理解也有興趣去理解的：黑洞的形成過程，也就是大的恒星爆炸后內(nèi)部受壓形成的，他們能理解吧；錢德拉塞卡極限，也就是并不是所有的恒星都能形成黑洞，只有體積超過太陽1.44倍的恒星才會形成黑洞，他們能理解吧；再如一堆沙子變成硅錠，制成晶圓進(jìn)行感光，然后刻蝕、沉積、互連，最后制成科技含量最高的產(chǎn)品——芯片的生產(chǎn)過程學(xué)生完全能看懂；再如開普勒三大定律（屬于高中知識）中的第二條：對任意一個行星來說，它與太陽的連線在相等的時間內(nèi)掃過的面積相等，這個定律如果要讓學(xué)生證明的話需要高深的知識，但小學(xué)生是完全可以看懂的……總之，成百上千的科學(xué)定理中小學(xué)生大多都可以理解。在科學(xué)定理的理解、背誦、證明這三方面中，最難的是“證明”，最需要的是“理解”，最不需要的是“背誦”，而在基礎(chǔ)教育中由于考試的原因最重要的就是背誦，牛頓力學(xué)定律要求背誦，元素周期表需要背誦……但是當(dāng)一個科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)研究時，沒人限制他去翻書?，F(xiàn)代的自然科學(xué)包括物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地球科學(xué)、生命科學(xué)、心理學(xué)六大類，其中每一大類有包括很多的分類，例如物理學(xué)又分為力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、相對論、粒子物理學(xué)、原子核物理學(xué)、原子與分子物理學(xué)、固體物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、激光物理學(xué)、等離子體物理學(xué)、地球物理學(xué)、生物物理學(xué)、天體物理學(xué)等等，這其中的力學(xué)又分為靜力學(xué)、動力學(xué)、流體力學(xué)、分析力學(xué)、運動學(xué)、固體力學(xué)、材料力學(xué)、復(fù)合材料力學(xué)、流變學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、爆炸力學(xué) 、磁流體力學(xué)、空氣動力學(xué)、理性力學(xué)、天體力學(xué)……還有化學(xué)的、天文學(xué)的、地球科學(xué)的、生命科學(xué)的等所有的這些學(xué)科加起來有數(shù)千種，這其中大多數(shù)中小學(xué)生都可以去了解，而現(xiàn)行的小學(xué)科學(xué)教材以及初中的物理、化學(xué)、生物等課程僅僅抓住了其中極小的一部分進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，并且還是以背“知識”為主，就像一口井，面小且深，這樣的結(jié)果是科學(xué)教育嚴(yán)重落后于發(fā)達(dá)國家，不會出現(xiàn)一個14歲的孩子建成核聚變反應(yīng)堆的事情，知識面窄嚴(yán)重抑制了學(xué)生對科學(xué)的興趣，進(jìn)而影響整個國家科技科技的發(fā)展。河南教育報刊社編寫的六年級科學(xué)教材下冊分四個單元，分別是《人類祖先的足跡》、《綠色社區(qū)調(diào)查》、《養(yǎng)好小金魚》和《雨具的改進(jìn)》，這就是一個六年級學(xué)生用半年時間所學(xué)科學(xué)課的全部內(nèi)容，且不說這些淺的科學(xué)知識學(xué)生是否感興趣，單單說一個13歲的學(xué)生用一學(xué)期的時間僅僅學(xué)了這么一點點關(guān)于科學(xué)的知識，這對于小學(xué)生對未知世界的好奇心和渴求形成巨大的反差，按照這樣的速率整個小學(xué)甚至初中九年時間又能了解多少科學(xué)知識？對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成又會有多少幫助？對科學(xué)進(jìn)行“全面”了解也符合小孩兒身心發(fā)展的規(guī)律，因為小孩喜歡新奇的東西，即使他感興趣的東西看的時間長了也會失去興趣的，不斷出現(xiàn)新的事物才可以滿足他們的好奇心。當(dāng)這些科學(xué)知識以圖文并茂或者動態(tài)的形式不斷出現(xiàn)在學(xué)生面前時，會極大地激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣——當(dāng)學(xué)生看到哈勃深場，他們會震撼于宇宙的絢爛多彩；當(dāng)他們看到高檔數(shù)控機床加工巨型螺旋槳的過程，他們才會感受到于現(xiàn)代的工業(yè)之美；當(dāng)他們看到AK47連續(xù)擊發(fā)子彈和噴氣發(fā)動機等各種機械的動態(tài)過程后，他們才會知道科技原來是如此巧妙；當(dāng)他們看到指甲大小的芯片內(nèi)部竟有高樓大廈般復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時，他們會驚嘆于現(xiàn)代科技的無所不能；當(dāng)他們看到第三拉格朗日點時，會強烈的激發(fā)起他們的好奇心；當(dāng)他們了解了質(zhì)能方程和薛定諤貓后，他們才會知道科學(xué)的表現(xiàn)方式是如此的簡潔……

科學(xué)課的第三個要素是與時俱進(jìn)，當(dāng)今世界的科學(xué)種類不僅數(shù)量多，而且發(fā)展日新月異，新的學(xué)科不斷地出現(xiàn)，而小學(xué)科學(xué)教材卻跟不上時代的發(fā)展，有些教材甚至十年不變。一個小學(xué)生即便學(xué)習(xí)當(dāng)時最前沿的科學(xué)知識，到了其大學(xué)畢業(yè)后那些知識也已過時，何況還接觸不到？石墨烯、人工智能、生物工程、量子技術(shù)等，中小學(xué)生對這些最前沿的科學(xué)技術(shù)不僅感興趣，而且開闊了視野，為他們以后的科學(xué)素養(yǎng)打下了堅實的基礎(chǔ)。

科學(xué)課第四個要素是親近大自然中和實踐，因為人類最初的科學(xué)來源于大自然，來源于生產(chǎn)勞動中的社會實踐，然后才一步步的走入實驗室，最后從實驗室再進(jìn)入社會，小學(xué)生的科學(xué)教育也應(yīng)該遵循這樣一個過程。舉個簡單的例子，人類最初的科學(xué)知識來源于對天空的觀察，小孩兒對科學(xué)的興趣也大多數(shù)始于星空，但中國的中小學(xué)生有幾個用天文望遠(yuǎn)鏡觀測過星空？讓學(xué)生不停地在教室里學(xué)習(xí)科學(xué)知識，既不符合兒童的身心發(fā)展規(guī)律，有不利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣，坐在教室里學(xué)習(xí)十節(jié)天文學(xué)課，不如讓學(xué)生用天文望遠(yuǎn)鏡觀測一次木星光環(huán)。美國和日本等發(fā)達(dá)國家的小學(xué)生經(jīng)常去野外活動，去親近大自然。在大自然中，學(xué)生們可以觀察昆蟲，觀察巖石……可以去體會大自然中所蘊含的科學(xué)知識。在學(xué)校，所有的學(xué)生都要參加大量的科學(xué)小制作，而不是個別學(xué)生的“專利”；他們應(yīng)該進(jìn)入社會去觀察各種各樣的機械設(shè)備，探究其中的原理，也可以去設(shè)計一些東西解決社會中的實際問題，激發(fā)他們的科學(xué)興趣。