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美国基础科学教育改革及其主要特点  

2011-12-12 15:35:06|  分类: 国外教育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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美国基础科学教育改革及其主要特点

——兼谈加强我国科学教育研究

作者:丁邦平等 文章来源:作者惠赐

  

摘 要: 美国20世纪80年代中期以来开展的新一轮基础科学教育改革,是60年代科学教育改革的继续和深化。其基本特点蕴含着值得我国科学教育改革借鉴的丰富经验,如科学教育改革得到全社会的支持,尤其是科学界和企业界的大力支持;科学课程改革具有系统性和配套措施;科学教育改革高度重视科学探究和科学教育的普及;尤其值得我们重视的是,美国科学教育改革有大量的科学教育理论研究的支持。

关键词: 基础科学教育;科学教育研究;科学探究;建构主义

  世纪之交,我国基础教育课程改革拉开了序幕,经过国家实验区和部分省级实验区的实验,今年秋季新课程将在全国许多地区大面积实施。其中,九年义务教育期间小学原先的"自然"改为"科学",从三年级起开设;初中阶段既保留物理、化学和生物等分科科学课程,也新设了名为"科学(79年级)"的综合性科学课程。我国这次科学课程改革不同于上个世纪70年代末期和80年代初期的课程改革,那时,我国中小学科学课程改革与国际科学课程改革是不同步的,因为我们由于"文化大革命"的耽误,直到第一次国际科学课程改革浪潮退去以后,在70年代末期我国才开始借鉴和吸收60年代国际科学课程现代化的经验,着手编写改革开放以后新的中小学科学教材。而当前我国的基础科学课程改革,基本上与国际科学教育改革同步,也就是说我国的科学课程改革是在国际科学教育新一轮改革的背景下展开的,是国际科学教育改革浪潮的一部分。

  一般而言,"二战"以后国际基础科学教育经历了两次大改革。第一次科学教育改革肇始于20世纪50年代末期,持续了大约十多年,至70年代初期才告结束。1957年前苏联第一颗人造卫星上天后,引发了美国战后大规模的科学教育改革,其主要特征是科学课程现代化。所谓科学课程现代化有两层含义:一是指更新中小学科学课程的内容,使其反映20世纪上半叶以后科学技术日新月异的变化,让新的科学理论知识进入中小学科学教材,如原子物理、激光、DNA等内容都是在这次科学课程改革中进入中学教材的。二是在科学课程的设计、开发和实施方面,以布鲁纳提出的学科结构课程理论为指导,强调科学课程的学科结构化、理论化和发现教学法。科学探究(或探究性科学教学)就是在布鲁纳提倡的"发现教学法"的基础上应运而生的。随后,这次科学课程改革运动蔓延到其他许多国家,形成了"二战"后第一次国际基础科学教育改革的浪潮。当时我国正处在"文化大革命"中,自己关起门来搞"教育革命",致使包括科学教育在内的整个教育发生了一次大倒退。而1978年改革开放后我国的科学课程改革则是一次迟到的补课。

  但是,第一次国际科学课程改革并没有取得预期的成功,甚至被认为是"失败"的。因为,就美国而言,20世纪70年代中期教育改革出现了"钟摆"现象,兴起了"返回基础"运动。70年代中期美国的一项评估研究发现,新的科学教材使用的范围并不广泛,科学教学的质量不但没有像预期的那样提高,反而降低了,甚至出现了大批新增的功能性文盲或科盲。因而,到了1983年,美国高质量教育委员会提出了一份令人惊讶的报告———《国家处在危险之中:教育改革势在必行》。然而,客观地看,美国20世纪60年代的基础科学课程改革不能说是完全失败的。首先,经过这次科学教育改革,科学课程和教学吸收了此前进步教育时期"活动课程"的诸多积极因素,改造了传统的学科课程(加入了学科结构和科学探究的成分),因而在60年代以后出现了"活动课程"与学科课程熔于一炉的新型科学学科课程。从此,西方独立的"活动课程"销声匿迹了,而注重既动手又动脑(hands-onandminds-on)的新型科学学科课程取而代之,消除了"活动课程"与学科课程"二元"对立的局面。[1]

  其次,新的科学课程固然难度大、理论性强,不仅使许多科学教师感到难教,也使大多数学生感到难学,从而失去科学学习的兴趣,但毕竟培养了一大批天才学生,一批科学英才,使美国科学技术人才短缺的局面有所缓解,这是今日美国的科学技术水平仍然遥遥领先于世界的一个重要因素。实际上,第一次基础科学课程改革可以说只达到了一个目标,即为对付前苏联的挑战培养了一大批科学技术人才,提高了美国科学技术水平。但是,普及科学教育和提高广大青少年科学技术素养的目标却没有实现。这后一个目标,正是20世纪80年代中期以来美国跨世纪的第二次科学教育改革———"2061计划"———所要继续完成的既定战略目标。〕

  第二次科学教育改革的标志是1985年启动的、历经四年深入研究而在1989年公布的科学教育改革的总蓝图"2061计划"的第一个报告———《面向全体美国人的科学》,它发出了"普及科学"(ScienceforAll)的号召,旨在提高全体美国人、尤其是青少年学生的科学技术素养。这份标志着美国科学教育改革进入实质性阶段的重要报告及其五个分科报告发表后,美国科学促进会和国家研究理事会又分别于1993年和1996年先后出台了《科学素养的基准》和《国家科学教育标准》。这些重要的科学教育改革文献对包括中国在内的国际科学教育改革,已经并将继续产生积极和深远的影响,从而推动了第二次国际基础科学教育改革浪潮的到来。总的来看,美国新一轮科学教育改革在有些方面与第一次科学教育改革具有相似的地方,但在许多方面又呈现出不同于以往的若干主要特点:

()美国科学教育改革源自美国人深刻的危机意识,由此而产生了改革科学教育的坚强决心

  美国人的教育危机意识在第一次基础科学教育改革时就充分表现出来。1957年前苏联的卫星上天使美国人惶恐不安,深感他们在科学技术上的落后构成了对其国防安全的威胁,因而在1958年颁布了旨在促进基础科学教育课程现代化的《国防教育法》。到了上个世纪80年代,美国人再次发现,他们在科学技术上的领先地位受到日本、德国等"二战"后重新崛起的经济大国的严峻挑战,加上在国际性学生科学学业成就评价中美国学生成绩落后,使他们的危机意识进一步增强。为了在21世纪的国际经济和军事竞争中立于不败之地,美国于1985年发起了跨世纪的、全面改革基础科学教育的"2061计划"

()注重科学教育研究对科学教育改革的指导作用

  如上所述,1985年美国科学促进会召集了30多名科学家、科学教育专家和各学科的大学教授组成《面向全体美国人的科学》报告调研组,他们花了4年时间深入研究,提出报告初稿后又经过数百名专家的论证和修改,最终提出了令人满意的第一份科学教育改革总蓝图。再如,1991年开始研制的《国家科学教育标准》也花了4年多的时间,"先后参与其事的专家、学者及其他方面的人士数以万计"[2]

  美国之所以能够出台影响国际科学教育改革的重要文献,与其重视科学教育研究分不开。自20世纪60年代第一次科学教育改革以来,许多研究性大学纷纷设立科学教育学系或科学教育研究机构,培养了大批科学教育研究人才。据1996年美国《科学教学研究杂志》上一篇论文提供的统计数字,当时国际科学教育界被引用次数最多的53位科学教育专家中,澳大利亚有6人,以色列有5人,加拿大有1人,新西兰有1人,瑞士有1人,其余39位全都是美国人。这表明,美国科学教育改革确实有实力强大的科学教育研究的支持。[3](.688)

()科学教育改革还得到全社会的支持,尤其是科学界和企业界的大力支持

  美国这次科学教育改革是全方位的改革,不仅涉及到科学课程与教学改革,还在科学教师教育方面、科学学业考试与评价方面、甚至科学教育系统方面都有一系列的改革。这样大规模、全方位的科学教育改革是一项极其复杂的系统工程,因此,要求全社会的参与。与20世纪60年代第一次科学教育改革一样,美国科学家积极投身于科学教育改革。如《面向全体美国人的科学》制订组的30多名成员中不仅有科学教育专家,还有许多著名的数学家、科学家、大学科学教授、系主任、校长、科学史学家、经济学家、教育行政官员、私人基金会的主席、甚至一些已经退休的著名教授。

  在科学教育改革的实施过程中,动员全社会的力量支持科学教育改革是当前美国科学教育改革的一个重要特点。支持科学教育改革的社会力量是具有丰富科学资源的研究单位和机构,如大学、企业里的研究所和博物馆,等等。第一种模式是建立伙伴结对关系,即来自企业、政府部门的实验室或大学里的科学家与中小学科学教师建立起经常性的联系。如在暑假期间安排教师到科学家实验室参与科学研究工作。此外,也可以请科学家到学校给学生讲演,或让学生到科学家的实验室参观。科学家与中小学教师之间这种伙伴式平等关系的建立,促进了教师的发展,促进了学校科学教育与科学实践的联系,促进了学生对科学的兴趣和爱好。同时,这种伙伴结对的关系还使科学家有机会参与到科学教育课程改革中来。

  另一种模式是企业里的科学家被"借到"一个学区或一个负责改进中小学科学教育的组织。例如,在亚特兰大,东南少数民族工程公司经常从IBM(国际商用机器公司)借用一个科学家,为期两年,帮助设计与进行一项旨在使中学生对大学教育和专业工作感兴趣的项目。至20世纪90年代中期,已有100多名IBM的科学家参与了改进中小学科学教育的此类项目。其他机构也有类似的计划。如美国一些海军基地让一些退休军官到中小学任教。

  第三种模式是科学博物馆改变它们展出的内容以适应公立学校科学教育改革的需要。动物园和植物园也与学校紧密合作,利用它们所拥有的特殊资源开展一些革新活动,促进学校的科学教育改革。此外,一些大学校长,如耶鲁大学和许多其他大学校长鼓励它们的理科教授积极参与中小学的科学教育改革。

  上述社会力量支持学校改革的种种项目,促使美国中小学的科学教育发生了一些积极的变化。首先学校科学课程的内容得到更新,科学课程因为与科学研究的联系而更加丰富。其次,由于企业里的科学研究面向实际,它引起学生浓厚的兴趣,使学生看到了他们在学校学习的科学知识的实际用途和重要意义。再次,它们使人们认识到,科学教育中的问题是既复杂又重要的,改进科学教育的责任和资源应该由所有的人来承担。最后,社会力量支持学校科学教育改革,特别是他们与科学家的联系与合作,极大地提高了中小学科学教师的积极性。

()科学课程改革具有系统性和配套措施

  美国这次科学课程改革系统性强,配套措施到位,表现在:(1)从幼儿园到12年级,科学课程内容标准统筹规划,分K-4年级(K代表幼儿园)5-8年级和9-12年级三个阶段,循序渐进,环环相扣。(2)基础科学课程与教学改革和教师教育改革同步进行,如在教师专业发展学校里,中小学科学课程开发及教学改革与新教师的培养及在职教师的专业发展是紧密结合的。这就避免了20世纪60年代科学教育改革中只注重科学课程开发而忽视科学教师专业发展的不足。(3)科学课程与教学改革、评价改革也是配套的。评价注重教师的参与,注重改进课堂教学实践,注重培养学生的自学能力等等。(4)为了使科学教育改革发挥最大效益,《国家科学教育标准》中还建立了科学教育系统标准,使科学教育政策、机构、协会和组织之间更加协调。

  从科学课程政策层面来看,这次美国科学教育课程改革有两个大项目。一个是2061计划,另一个就是"范围、顺序与协调"计划(Scope,SequenceandCoordination,简称SS&C)。前者是美国科学基金会及一些私人基金会资助并由美国促进科学协会主持的一个改革科学教育的项目,后者是由全国科学教师协会发起、由其会长比尔(BillAldridge)提出的改革计划。这两个项目都旨在对美国科学教育进行彻底的改革。两者之间有相通的地方,如"范围、顺序与协调"改革计划采用了2061计划的主要报告《面向全体美国人的科学》(1989)中关于科学教育改革的建议。以加州为例,从1989-1990学年开始,加州最初有100所中学获得参加"范围、顺序与协调"项目的经费资助。这个改革项目旨在改革整个中学阶段(712年级)的科学教育,尤其是改革中学的科学课程。其目标是用一种新的科学课程代替以往的"夹层蛋糕课程"。所谓"夹层蛋糕课程",是指19世纪末期"十人委员会"确立的科学课程的基本框架,即912年级的高中阶段,9年级学生学习自然地理(20世纪初期以后一种综合性的"普通科学"代替了自然地理)10年级学生学习生物、11年级学生学习化学、12年级学生学习物理。新的科学课程首先要突破这种"夹层蛋糕课程"的模式,建立一种范围明确、顺序合理和协调一致的科学课程,让每个中学生每年都学习每一门科学。[4](.37)

  "范围、顺序与协调"课程与以往"夹层蛋糕课程"相比有四点不同之处:第一,912年级学生每年都要学习生物、化学、物理和地学。第二,从课程内容上看,低年级学习具体的、描述性的科学知识,高年级才学习理论性的与抽象的课题。第三,每一门科学课程都强调学生所学的科学知识能够实际应用于日常生活中。第四,生物、化学、物理和地学各门学科要协调一致,加强它们之间的整合。

()科学教学改革高度重视科学探究和科学教育的普及

  在科学教学改革方面,美国中小学一是强调以科学探究为中心,二是解决科学教育的普及问题。这两个问题都是上次科学教育改革已经提出但未能很好解决的问题。

  首先,谈科学探究问题。这里所说的科学探究不是指科学家的科学探究,而是指学校科学教学中教师与学生所进行的探究式教学。如前所述,20世纪60年代科学教育改革中所流行的科学探究是以发现教学法为具体形态的,而80年代中期以来新一轮科学教育改革不再倡导发现教学法了,但是,科学探究不仅仍然被保留下来,而且成为基础科学课程的重要部分。也就是说,科学探究不仅是科学学习和科学教学的重要学习方式,而且构成基础科学教学的重要内容。例如,在《国家科学教育标准》的第六章从幼儿园到12年级的内容标准里,每个阶段头一项内容标准都是"作为探究的科学"

  但是,当前美国科学教育改革中所重视的科学探究与上次科学教育改革所倡导的科学探究或发现教学法已不可同日而语。20世纪60年代注重科学探究,但其背后隐含的却是归纳主义或逻辑实证主义的科学认识论观点。当时中小学科学教学中流行的一句口号是"我做了,于是我就领会"(Ido,andIunderstand),这种片面强调儿童动手"做科学"观点,后来遭到建构主义科学教育家的批判。迪瑞福(Driver)在探讨这一问题时认为,在科学课堂上,很多情况下学生不是"我做了,于是我就领会",而是"我做过,却变得更加迷茫"[5](.9)20世纪自80年代以来,由于新的科学学习理论———建构主义———已成为科学教育改革的主流理论,在中小学科学课程、教学和评价的理论与实践中,探究式教学已经不仅限于儿童"动手做"的探究活动或实验,而是基于学生自己已有的"潜概念""错念""认知框架"的基础上对科学概念的探索,因此,当前美国中小学科学教学中首先关注的不是科学活动或科学知识结构本身,而是"儿童自己的科学"("children'sscience")。在建构式科学探究教学中,教师要采用"概念图"(conceptmaps)等诊断性评价手段了解儿童在日常生活和语言交往中所形成的与自然科学有关的个人观念及认知框架,引出儿童自己的观念,以此作为科学探究活动的出发点。建构主义理论之所以主张这样做,是因为科学探究或科学学习不能假定儿童在学习科学时头脑是""着的,学生能否在科学探究活动中理解镶嵌于其中的科学概念或理论,首先是与其头脑中已有的相关观念和经验紧密相联系,或者说,学生已有的观念(不论是否正确)和认知框架是他们接受和理解科学概念和知识的坚实基础,并由此通过主动探究和学习发生一个"理智上的飞跃",从而在他们自己原有观念的基础上,真正理解和接受科学界公认的概念。这就把以往教育学理论中由已知到未知的认识规律向前推进了一步:这里的"已知"不仅指学习一个科学课题之前学生现有的发展水平,更重要的是指儿童在学习某一科学概念时其头脑中已经存在的相关观念、经验和认知图式。同时,这一重要的理论观点也为科学教育工作者在开发科学课程、编写科学教材、进行科学教学和评价时研究学生(他们的观念、兴趣和动机等)提供了更为充分的理论依据。

  其次,就普及科学而言,美国这次改革强调科学教育要面向所有学生,"不论他们是什么年龄和性别,有什么文化或族裔背景,有什么残疾,也不论他们在科学上有什么抱负,有什么兴趣,有什么动力"[2](.2)。其最终目标是提高全体学生的科学技术素养。

  反观我国的科学教育改革,一个突出的问题是缺乏科学教育研究的学术支持。我国从清朝末年至今学校科学教育实践经历了整整一个世纪的发展,但科学教育作为一个研究领域却至今尚未形成。全国无一所大学建立科学教育系,正式设立科学教育研究机构的也没有几个,在教育学一级学科下面没有设立科学教育学二级学科,因此也就没有自己的科学教育研究队伍和科学教育学术刊物。这种在科学教育研究方面的落后状况,不能不引起政府有关部门和全社会的高度关注。

  在国际上,科学教育学这个学科或研究领域,从20世纪60年代以后在西方发达国家随着科学教育改革的需要先后建立起来了,许多大学建立科学教育中心,如美国哈佛大学、哥伦比亚大学、斯坦福大学、爱荷华大学都有科学教育研究机构,它们不仅培养科学教师,也培养了一批科学教育的博士、博士后从事深入的科学教育研究。他们每年召开科学教育年会,出版了《科学教育》(1916年创刊)、《科学教学研究杂志》(1963年创刊)等著名学术刊物。又如在英国,伦敦大学教育学院、英王学院、里兹大学、利物浦大学等都有强大的科学教育研究队伍,他们为英国20世纪90年代以来的科学教育改革提供了充分的学术支持。英国从20世纪60年代科学教育改革时起,大学教育学院开始有科学教育教授,创办了有国际影响的科学教育学术杂志,如《科学教育研究》(里兹大学1972年创刊)、《国际科学教育杂志》(1979年创刊)和《科学与技术教育杂志》(1983年创刊)。其他国家,如以色列、澳大利亚、新西兰、加拿大等国家的大学都建立了较强的科学教育研究队伍和学术刊物,既进行科学教育人才培养,也进行科学教育学术研究。

  从我国这次科学课程改革的情况来看,科学教育研究人才不足的情况已经相当明显。无论是科学课程标准的研制,还是科学教材的编写,我国都没有充足的科学教育研究人员参与其事(顺便说一句,科学家和大学理科教授参与的也还不多)。原因很简单,我国至今还没有给予科学教育独立的学科地位,科学教育人才的培养和研究队伍的形成都受到很大的制约。我们认为,科学教育改革不是毕其功于一役的事,而是每隔一段时间就要再次进行的事,甚至是持续不断要进行改革的事。不重视科学教育研究对国家科学教育改革将是极其不利的。

  因此,我们呼吁国家有关部门和有识之士,在国家科学教育政策上重视基础科学教育研究,关注科学教育学科和研究基地的建设,加强科学教育研究人才与科学教师的培养。这不仅有利于今后我国的基础科学教育改革与发展,更是国家利益和国家发展的需要以及科学发展观的要求。

(作者:丁邦平、罗星凯)

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