2021年10月4日-6日，诺贝尔三大科学奖逐一揭晓。

美国科学家戴维·朱利叶斯和阿德姆·帕塔普蒂安因发现让人能感受到温度和触碰的感受器，让人进一步认识人体内部的复杂系统而获得诺贝尔生理学或医学奖。

日裔美籍科学家真锅淑郎、德国科学家克劳斯·哈塞尔曼和意大利科学家乔治·帕里西荣膺2021年诺贝尔物理学奖，“以表彰他们为我们理解复杂物理系统所作出的开创性贡献”。

德国科学家本亚明·利斯特和美国科学家戴维·麦克米伦因开发一种精确的分子构建新工具——有机催化而获得2021年诺贝尔化学奖。

三大科学奖虽研究领域有所不同，但无一例外指向了同一关键词，那就是“复杂”。诺贝尔奖为何今年突然青睐复杂系统研究了？

简单归纳，原因无非有两点。

一方面，复杂系统研究涉及从生命、宇宙到人类社会等一系列意义重大的课题。从此届诺贝尔奖融入了对人类发展起决定性因素的重大事件的考量，以表彰获奖者对人类命运的思考和关怀这点就可窥见端倪。

另一方面，复杂系统研究难度非常之高，它介于混沌与秩序的边缘，当从不同的尺度去看一个复杂系统，它既可能从大量的无序中产生有序，又可以从大量的有序中，产生出混沌现象。因此这就需要研究者对理论工具有深度、透彻的把握和理解，在系统思考之外，还需要以跨学科思维，合理运用一系列数学、物理、生物、化学等工具，去摸索其中的规律，进而得出结论。因此，能够在复杂系统研究上取得进展，意义自然非同一般。

英国著名物理学家霍金曾称“21世纪将是复杂性科学的世纪”。复杂性科学的理论和方法将为人类的发展提供一种新思路、新方法和新途径，但复杂性科学不是一门具体的学科，它分散在众多学科中，这就要求人们打破传统学科界限，寻找各学科之间的相互联系，进而建立相互协作、融合的机制，在创立的新的理论框架体系内，运用新的思维模式来理解自然界带给人类的问题。

那么，什么类型的教育才符合复杂性科学人才的培养标准呢？

跨学科、创新性、实践性、辩证思维

四位一体

STEM教育成为当代人才培养的关键路径

从教育目标来看，STEM教育自出现伊始，就在于培养学生的STEM素养。所谓STEM素养，就是学生在科学、技术、工程和数学领域以及相关交叉领域中运用个人关于现实世界运行方式的知识的能力。

在认知层面，支持可持续发展与学术能力。跨学科可以打破学科壁垒，助力学生实现不同领域的知识整合，在情境中获得新知识，掌握新技能。

在行为层面，增强创造性思维与理解能力。例如完成一项项目，不仅是简单的完成既定目标，还要考虑项目进行过程中可能面临的困境与挑战，如何与人类及周边环境实现和谐统一，评估在未来可能会产生的影响等。只有深刻理解，才能不被盲目绊住脚步，项目也才能具备可持续性，实现优势最大化。而这一过程，离不开创造性思维与出色的理解能力。

在态度层面，提升主动性与创新人格。跨学科学习是一个不断探索外在世界的过程，学生要在明确的规划中，作出假设，进行多种不同方案的尝试，做出总结并进行适当调整。探索过程中，学生不仅能够体验自主、自省、自知、自信这一成长历程，还能塑造出更加健全的人格。

总而言之，STEM教育使得学生的综合素质培养脱离了科学素养、技术素养、工程素养和数学素养的简单拼接，升华到对学科的灵活运用能力，把所学零碎知识与机械过程转变成探究真实世界相互联系的不同侧面的综合能力。

以艾科思科学教育课程《保护鸟宝宝》为例：

课程以筑造一个保温又坚固的鸟巢这一学习任务入手，让学生了解鸟巢的种类、结构以及制作材料，在制作过程中，学生会在老师的带领下，实地考察鸟宝宝的生存环境，结合周围的生态环境，综合考虑气候、地理、材料配比等因素对鸟巢保暖度、牢固度以及排水性能的影响程度。在课堂的这一延伸部分，学生们对生态保护有了更系统、全面的认识，同时激发了持续探索、学习的热情，也在实践中锻炼了操作能力，提升了创新能力。

以“工程”问题或任务为活动主线

促进理解跨学科概念

据相关数据统计显示，在20世纪获得诺贝尔自然科学奖的466位顶尖科学家中，具有学科交叉背景的人数占总获奖人数的41.63%。从1901年到2000年间，诺贝尔奖在物理、化学、医学与生理学领域共产生334项成果，其中有137项成果来自多学科交叉融合领域。1901-2016年，具有不同学科背景的诺贝尔奖合作获奖人数从35%增长至87.6%。

正因如此，跨学科概念愈发受到各国的重视，如何培养跨学科思维也成为人们关注的重要话题。在STEM教育中用“工程”问题或任务作为活动的主线，成为了最能体现跨学科，又能顺应现代科技社会发展需求的一种教学方式。

利用工程过程解决问题时，各学科间趋向自然关联与合成，这符合人类面对真实环境的真实情境实际解决问题的常态模式。在实际操作过程中，半开放式的任务要求以及实现方法，不但更加趋向于真实工程项目不断出现的限制与约束条件，还能为学生留存极大的创造空间，潜移默化中提升学生的创造能力和问题解决能力。

当然，现实问题是复杂的。面对复杂的问题或任务时，还需要进行层层分析与思考，梳理出相关脉络，形成逐步解决问题的计划和步骤。只有这样，学生才能真正获得解决问题的方法与途径，理解和形成解决复杂问题的思维模式，理解学科之间的关联、对话和合作，理解跨学科的真正内涵，如那些科学大咖一般，在“复杂”中探寻到隐藏的奥秘。

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