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中小学科学教育改革的热点与趋势

作者:佐乐米官网发布时间:2016-06-27浏览:  

20世纪末以来,在世界范围内的中小学科学教育从理念到具体的教育教学实践,都发生了深刻的变革。这些变革成为当前中小学科学教育改革的热点问题,同时也呈现出科学教育发展的未来趋势。

着眼未来生活挑战,培养学生科学素养
 

科学素养是公民科学文化素质的重要组成部分,培养和提高中小学生的科学素养已成为20世纪80年代以来世界科学教育改革的主旋律。在世界科学教育改革浪潮的影响下,为了适应我国社会和科学技术以及人的发展的要求,我国基础教育新课程改革把培养学生的科学素养作为中小学科学课程改革的方向。 与此同时,经济合作与发展组织从未来社会生活技能需求的视角,于2000年开始筹划实施国际学生评估项目(Programme for International Student Assessment,简称PISA),该项目的测试内容包括能力测试和调查问卷两个方面。其中,能力测试部分将学生适应未来生活的能力分解为阅读素养、 数学素养和科学素养三个部分。按照项目“每三年进行一次测试,每次测试以一种素养为重点”的安排,2006年和2015年的测试重点是科学素养。

PISA科学素养测试是基于中学生未来可能面对的真实社会生活问题开展评价框架和测试试题的设计,而不是针对某一国家或地区特定的课程体系,它具有较广泛的适用指标,因而成为70多个国家和地区评价当地科学教育成就的一个重要参考。我国北京、上海、浙江等地自2009年以来也参加了该项测试。

从PISA科学素养的测试框架和公开试题分析来看,它给中小学科学素养的培养提出了最新的解读:在科学教育教学实践中,要站在学生适应未来发展的视角重新审视中学生科学素养内涵,注重学生解决问题的思维过程,重视科学知识建立过程中的程序性知识和认识性知识,关注科学本质;在科学教育教学评价设计中,要逐步细化科学知识应用背景的层次性,适量增加复合式选择题的比重,采用计算机技术,模拟科学数据产生的真实性,探查学生的思维过程或关键环节,要求学生既要知其然,更要知其所以然。简言之,科学教育要用科学过程与方法、科学探究过程承载科学知识的学习过程,进而塑造具有科学研究思维意识和能力的未来人才。

理解科学的本质,解决科学教育积弊
 

科学的本质是近年来世界范围内科学教育改革所关注的热点问题之一。美国科学促进会1985年制定的《2061计划—面向所有美国人的科学》和1993年制定的《科学素养基准》,以及1996年美国国家科学院颁布的《美国国家课程标准》都明确地指出,理解科学的本质是科学素养的重要组成部分。理解科学的本质,实际上是要回答“科学是什么”的问题。在美国最新的国家科学教育标准《下一代科学教育标准》中,K-12年级的学生要理解以下有关科学本质的概念内涵:使 用多种不同的方法进行科学研究;科学知识是基于实验证据得出来的;依据新的证据,科学知识存在修正的可能;科学模型、科学规律、科学机制和科学理论都是对 自然现象的解释;科学是一种认识方式;科学知识假设自然系统存在一种规则和稳定性;科学是人类的努力成果;科学解决的是自然和物质世界问题。这些内容存在层级差异,会随着学生学段的变化而变化,随着学习的深入而逐步加深。

长期以来,我国中小学科学教育一直存在着一些积重难返的问题。究其原因,很重要的一方面,与我们对科学的本质缺乏全面的认识和理解有直接关系。 因此,我国在新课程改革文件中,也都突出了对科学本质的关注。如《全日制义务教育科学课程标准(3-6年级)(实验稿)》明确指出:“本次课程改革以培养 小学生科学素养为宗旨……发展他们对科学本质的理解。”《普通高中化学课程标准(实验)》中也指出:“加深对科学本质的认识……”但这两份文件对科学本质 的概念内涵都没有给出具体的界定,而高中阶段的物理、生物课程标准,甚至是初中阶段最新的物理、化学、生物课程标准中,都没有出现“科学本质”的字样,只 有《全日制义务教育科学课程标准(7-9年级)(实验稿)》对于科学本质的概念稍作解释。

对比美国科学教育标准对科学本质的界定可以看出,我国科学教育界对科学本质的研究工作还处于起步阶段,亟待发展。

探寻科学教育新范式,建立科学、技术、工程与社会的融洽关系
 

关注科学、技术、社会(Science-Technology-Society)之间相互关系的教育(简称STS教育)是20世纪70~80年代勃兴起来的科学教育范式,它以人类社会的和谐、可持续发展为宗旨,强调公众对科学、技术与社会之间相互关系的理解,突出人们对科学的文化解读以及对科学的社会价值与人生意义的认识,所以,在当今世界科学教育改革的浪潮中,STS教育已成为科学教育的范式。目前,在许多西方发达国家,如美国、英国、澳大利亚的大学里都开设了STS课程,以使学生增强对自然环境的认识和理解,认识科学技术的性质和局限,理解科学、技术和社会的相互影响,懂得科学文化建设中诸多因素的影响及意义。

进入21世纪,在我国进行的基础教育新课程改革中,无论是分科的科学课程,还是综合的科学课程,其课程标准都充分体现了STS教育的思想。STS教育提供的不是一种新型的科学教育,而是科学教育的一种新范式。表现在课程上,它是组织科学课程的一种新的理念,重视的是在真实问题中学生对科学—技术—社会相互关系的理解,重视科学技术在社会中应用时的价值判断,强调学生在处理科学—技术—社会的相互关系时的参与意识、决策意识等。正如美国科学教育家所罗门(J.Solomon)指出:“STS教育致力于理解包括全球环境在内的环境对生活质量的威胁,讨论个人的观点、价值观和民主行动,以及多元文化的维度。科学教育不仅仅是传递科学知识,而是还要通过科学教育达到个人和社会的解放,使科学成为大众的科学。”

随着人们对科学技术发展不断地进行理性反思,STS教育日益显示出其强大的生命力,并逐步发展成为STEM(科学、技术、工程与数学)教育、STEAM(科学、技术、工程、艺术、数学)教育。它们在关注科学、技术与社会保持融洽关系的同时,更加强调跨学科的融合,更加注重综合性人才的培养

建构大概念和核心概念,提升学生问题解决能力
 

零散、孤立的概念,零碎的、不连贯的知识片段,以及各种概念、知识片断堆积在一起的科学定律,都难以帮助学生形成完整的问题解决思维路径,很难被学生应用到真实生活的现象解释或问题解决中。科学教育的目的是培养知情的决策者,让学生能够对自己的生活方式、生涯选择、事业发展,以及对事关环境、能源、科学技术应用、科学伦理等涉及社会经济发展的关键问题,作出知情、明智的抉择。 学生从小开始就应该学习如何从周围的现象中抓住体现现象本质的问题进行探索,学习如何提出问题、如何找寻解决问题的思路和方法。以大概念(Big idea)开展科学教育就是以一系列的概念体系,从小培养学生透过现象看本质、寻求问题解决思维路径的能力,强调了整个基础教育阶段的科学学习过程趋向于 整体目标不断上升的建构过程。

以结构化的大概念、核心概念(core idea,key idea)开展科学教育实践成为新一轮国际科学教育改革的共识。2009年10月,来自墨西哥、智利、中国、加拿大、美国、法国、英国的10位专家在苏格 兰的罗斯湖畔商讨诞生了《科学教育的原则和大概念》一书,其中提出了科学教育的10项原则以及中小学生应该学习的14个科学大概念(包括10个有关科学内 容的大概念和4个关于科学本身的大概念)。美国《K-12科学教育框架:实践、跨领域概念和核心概念》和《新一代科学教育标准》也强调科学教育应该更聚焦于少数的核心概念,更关注对学习内容的深入理解和运用。

如何以系统整合后的大概念、核心概念来组织科学课程?首要问题是如何确定同一核心概念在不同年级的授课内容或程度,解决这一问题的重要工具是借助先进的评价 手段设计并构建中小学生对不同概念的学习进阶(learning progress)模型,以促进学生科学素养的连贯发展。学习进阶模型对促进认知发展、课程标准和教材的连贯一致设计、教育测评及教学决策的发展有重要实 践价值。利用学习进阶研究核心概念、大概念的层级性,是科学教育界对学生认知发展和已有生活经验的持续关注之结果,是教育研究与教学紧密结合的桥梁,也是设计与实现少而精、连贯一致的中小学科学课程的必然需求。围绕核心概念建构学习进阶,刻画学生在知识和能力的不同层级,刻画学生认知和思维模式的变化,并将学生的学习表现作为进阶发展的证据,可以有效发展学生对所学知识的应用能力。

因此,科学教育的内容应该是一系列有组织、有结构的系统化知识概念和模型,即大概念、核心概念。针对不同年龄学生的认知发展水平,科学教育的讲授内容略有层级差异,而这种层级差异的制定依据就是学习进阶,学习进阶对孤立概念发展成为核心概念、大概念起着重要作用。

聚焦诺贝尔奖,培养学生科学精神
 

自1901年以来,诺贝尔奖已经走过了一个多世纪的历程。在这些伟大的科学家获奖背后,都蕴含着一种共同的东西——科学精神。 他们都经历过科学研究中的失败和挫折,但都在失败面前不退缩、不放弃,从而一步步脚踏实地地攀上科学的最高峰。他们都有着发自内心的对科学的热爱,有着执 着追求科学真理的勇气和毅力,有着献身科学、造福人类的无私奉献精神。正是在这些伟大的科学精神的支持下,他们不怕困难、持之以恒、不断探索创新,最终取 得重大的成就。一项研究成果的获得大多需要很多年的探索和实验,其间经历无数次的失败,如果没有持之以恒、永不言弃的精神,那么几乎不可能获得这样的成 功。要想真正引领新一代中学生走上科学的高峰,就必须充分研究和探讨这些伟大科学家具有的优秀科学精神,将其用适当的方式转化为合理的教学资源,在科学教育中培养学生的科学精神。

目前,在我国的中小学科学教材中,包括物理、化学、生物学科,都引入了一些相关的诺贝尔奖的介绍。但是这些介绍基本都是以“化学·技术·社会”“科学史话”“科学视野”等阅读栏目的形式出现,主要集中在对相关教学内容做一个知识性的补充和延伸,缺乏对获奖成果背后所蕴含的非智力性教育资源的挖掘。

此外,教师在教学中引用诺贝尔奖的科学史时大多是为了引入新课、设计教学情境、激发学生的学习兴趣,或者对某些科学知识的发展历程进行一个简单的梳理,或者仅仅是作为一个知识的延伸等,忽视了其潜在的对学生科学精神培养的促进价值。因此,挖掘诺贝尔奖科学史实背后的科学精神,将其运用于科学教育教学,对于促进学生科学精神的发展具有重要意义。

此外,如何利用手持式移动设备更好地开展科学教育及教学交互活动,如何更好地发挥科技馆在科学教育中的作用,如何加强科学教师培养的标准化制度建设,如何建 设高质量科学实验室,开展学生科学探究活动等,也成为当前国内外科学教育研究的前沿和探讨的热点问题,本文不再一一赘述。

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