第24卷第5期 2009年10月 柳州师专学报 Vo1.24 No.5 0ct.20o9 Journal of Liuzhou Teachers College 美国中小学科学教育的实践与启示 张运红,许华剑 (华南师范大学教育科学学院,广东广州510630) 摘要:自20世纪50年代以来,美国青少年科学教育的核心价值和首要目标就开始向科学素养的培养目标转 化。通过“2061计划”、国家科学教育标准、STS教育等改革活动,极大地推动科学素养目标的达成。 关键词:美国;科学素养;STS教育 中图分类号:G421 文献标识码:A 文章编号:1003-7020(2009)05-0123一o5 一、美国对科学素养的理论探讨 人们在科学素养概念认识上的迥异,直接导致在 科学素养内涵方面认识的不同。20世纪60年代中 最早使用科学素养的是美国著名教育家、化学家 期,美国威斯康星大学科学素养研究中心的佩勒 (Pella)等人,在对过去十多年里发表的有关科学素养 研究文章的基础上,对科学素养概念进行了首次综合 概括。经过统计分析,他们发现,在100篇文章里涉 及的共同主题可概括为6个方面:科学和社会的相互 关系、科学的理论、科学的本质、概念性知识、科学和 科南特(Conant)。他在1952年出版的《科学中的普通 教育》一书里首次使用这个词,但没有明确阐述其含义 和内容。在这方面作出突出贡献的是美国科学家赫德 (Hurd)。他在1958年发表的题为《科学素养:对美国 学校的启示》的文章里把科学素养解释为“理解科学及 其在社会中的应用”,但他的观点并未引起人们的重 技术、人文中的科学 J。在20世纪70年代中期,俄 视…。在赫德之后还有多位学者对科学素养进行了研 究,如越翰逊(Johnson)、卡而顿(Carlton)等人。但总的 来说,这一时期的研究多属于个人的经验性总结,并没 有成形系统化的理论体系。在其后的几十年中,美国 的诸多学者佩拉(M.0.Pella)、肖瓦尔特(V.M. 亥俄州立大学的索尔特等人进行了又一次的综合概 括。根据调查研究和文献分析,他们提出科学素养应 包括以下7个“维度”:科学的本质、科学中的概念、科 学过程、科学的价值、科学和社会、对科学的兴趣与科 学有关的技能。与佩勒等人的理论相比,这里的7个 “维度”内容和次序上都有变化,显然反映了科学素 Showalter)、米勒(J.Miller)、克洛普弗(L.E.Klopfor)等 人。以及一些组织,如OECD(Organization for Economic Co—operation and Development)、AAAS(American Asso— ciation for the Advancement of Science)、PISA(Program— 养的时代特征。20世纪进入80年代,科学素养不再 仅仅作为一个概念或理念来讨论,而是作为教育目标 被明确提出。美国国家教师协会在1982年发表了题 meg for International Student Assessment)、《美国国家科 为“科学一技术一社会:80年代的科学教育”的年度 报告。在这个报告中,科学素养的基本成分被概括为 以下几个方面:科学和技术过程和探究技能;科学和 技术知识;科学、技术知识在个人和社会决策中的作 用;对科学和技术的态度、价值观和鉴赏能力;在与科 学有关的问题中的科学和技术的相互作用 J。 学教育标准》等,都对科学素养的含义和内容作出阐 述 ]。虽然各位学者在科学素养的具体阐述上有很大 差异,但都从不同层面反映出科技发展对人才的新要 求。美国国际科学素养促进中心主任米勒(J.Miller) 教授提出了科学素养概念的三维模型,使科学素养这 一抽象的概念获得操作性定义,为后来大规模进行科 民科学素养的调查都是按照米勒的三维模型进行问卷 美国科学素养在理论上的研究和探讨,丰富了科 学素养调查提供了依据。现在,国际上许多国家对公 学教育的研究。科学教育理论的巨大进步给科学教 育实践以明确的指引,从20世纪80年代中期起,美 国掀起了三大科学教育的改革浪潮,这三次浪潮一浪 高过一浪,对美国中小学科学教育起着重要的作用。 设计的,美国、日本、中国的“公众科学素养调查”都是 采用这种标准。 [收稿日期]2009一o6—24 [基金项目]广州市教育科学规划“十一五”重大课题研究:广州青少年科技教育研究(06A014)的阶段性成果。 [作者简介】张运红(198l一),男,湖北广水人,硕士研究生;许华剑(1984一),男,四川达州人,硕士研究生。 l23 二、美国中小学科学素养教育的实践 个人的科学素养至关重要。” (二)国家科学教育标准(NESIC) 美国青少年科学素养的培养,主要体现在学校的 “2061计划”对美国社会重视科学教育起了重要 科学教育的课程(science curriculum)的设置,集中反 的作用,并影响了国家对科学教育的政策,使得美国 映在数学、物理、化学、生物等理科课程的教学上。二 科学研究院继“2061计划”开始之后,又进行课程标 战后,世界经济的迅速发展,使科学技术的重要性更 准的研究和实验,终于在1995年底完成《国家科学教 加凸显。世界经济发展,对国民素质提出了更高的要 育标准》。 求,国民综合素质主要体现在国民的科学素养方面。 《国家科学教育标准》体现了美国科学教育界公 公众的科学素养水平,不仅关系到国家的竞争力,而 认的“科学素养”的基本内涵,指出了“学生在科学学 且影响了国民的科学世界观和价值观的形成。因此, 习中必须实现的和能够实现的目标”。《标准》明确 二战后世界各国都积极开展本国公民科学素养调查, 了科学教育的指导思想,确立了科学教育体系和内 并制定相应发展计划。为此,美国进行了一系列科学 容,对实施科学教育和评价科学教育质量提出了指导 教育改革,这些改革都是围绕着青少年科学素养这一 原则。《标准》覆盖了从幼儿园到十二年级(小学、初 :-E题展开的。 中和高中合计12年)的科学教育内容和策略 J42。 (一)2061计划(Project 2061:Science for all A— 《国家科学教育标准》共有8章内容。前两章是“导 mericans) 言”和“原则与定义”,后6章分别规定了科学教育的 “2061计划”是美国科学促进协会联合美国科学 6个“标准”:科学教学标准、科学教师专业进修标准、 院、联邦教育部等12个机构,于1985年启动的一项 科学教育评价标准、科学内容标准、科学教育大纲标 面向21世纪人才培养、致力于中小学课程改革的跨 准和科学教育系统标准。《国家科学教育标准》对教 世纪计划,它代表着未来美国基础教育课程和教学改 师的自身水平、学生的学习、教学设计及组织、教学评 革的趋势。在该计划的第一阶段,5个专业委员会提 价以及管理机构、社会支持系统都提出了要求,体现 出“科学美国人”(Science for AllAmericans)的口号, 了对全国科学教育实施与管理的全面指导,因而成为 并出版了题为“科学美国人”的研究报告。在这个长 科学教育各界参照的依据。美国新出版的中小学科 达246页的报告中,作者详尽叙述了提高全民科学素 学教学理论及教材中都把《国家科学教育标准》作为 养的必要性和紧迫性以及具体实施科学素养教育的 主要编写依据 。 内容、过程和方法。“2061计划”在美国和西方发达 《国家科学教育标准》是美国教育史上第一个关 国家的未来发展战略中具有极高的影响和地位,该计 于科学教育的全国性标准。它既是衡量美国科学教 划认为:美国的下一代必将面临巨大的变革,而科学、 育质量的“准绳”,又是一面团结全国的改革者朝着 数学和技术位居变革的核心,它们导致变革,塑造变 提高全体公民的科学素养的目标而努力的“旗帜”。 革,并且对变革做出反应,它们对今日的儿童适应明 因此,《国家科学教育标准》不仅极大地推动了美国 日的世界十分重要。“2061计划”还提出了未来儿童 青少年科学素养建设的发展,而且使科学素养由一个 和青少年从小学到高中应掌握的科学、数学和技术领 抽象化的概念逐渐向操作性概念转化。 域的基础知识的框架,包括主要学科的基本内容、基 (三)STS(Science Technology Society)教育 本概念、基本技能,学科间的有机联系,以及掌握这些 人类发展的历史己经清楚的表明,科技在造福人 内容、概念和联系的基本态度、方法和手段。由于 类的同时,也给人类带来了灾难,如人口、环境、污染 1985年恰逢哈雷彗星临近地球,改革计划又是为了 等困境。这使我们不得不重新审视科技与教育。STS 使美国当今的儿童——下世纪的主人,能适应2061 教育就是对当代科学教育危机进行理性反思后采用 年哈雷彗星再次临近地球的哪个时期科学技术和社 的一种文化策略,是在当代社会与文化范式转变过程 会生活的急剧变化,故取名为“2061计划” 。“2061 中应运而生的。它不是对某些教育策略进行简单地 计划”系列著作包括:《面向全体美国人的科学》、《科 调整和改革,而是将人类文化的总体战略具体化到科 学素养的基准》、《科学教育改革的蓝本》、《科学素养 学教育领域,并用这种理念来指导科学教育的具体改 的导航图》、《科学素养的设计》、《科学素养的资源》 革行动。其目的在于提高公民的科学素养,激起学生 .。 学习科学技术的内在动机,以正确理解和处理科学、 美国“2061”计划强调了作为人类伟大经验之一 技术和社会的相互关系,并以此作为科学教育价值取 的科学本身的重要性,强调了培养学生良好的科学素 向的体现和追求。 养是科学教育的基本任务。正向该计划的出版物之 STS教育的基本特点是:重视科学知识在生产和 一《面向全体美国人的科学》一文中明确地提出:“在 生活中的应用;强调基本科学理论的实用性和社会价 21世纪,无论社会还是个人要想成功的发展,全民及 值;注重教学内容和高新技术、现代社会的联系;注重 】24 学生从实际问题出发进行学习和研究,认识科学技术 对人类带来的两面性。其课程强调综合理解,试图通 而扩大到整个社会。经过长时期的努力,科学素养在 美国国内已经深入人心,成为全民关注的焦点,为科 过综合课程的设置,把文化和社会中的道德、价值、政 治等因素引入科学课程中,使学生在创设的实际技术 情景和社会情景中去学习和理解科学和技术知识,在 对实际问题的研究过程中去认识和掌握科学理论和 科学方法,进而形成参与社会决策的意识,形成可持 学教育的蓬勃发展奠定了基础。美国的科学素养得 益于其强大的科技优势、优良的社会人文环境以及先 进的教育理念和体系,这些都是值得我们关注、学习 和借鉴的地方。而反观中国国内,尽管早在20世纪 80年代就提出“科学技术是第一生产力”的观点,在 一续发展的观念。STS教育不仅将科学素养作为它的 出发点以使人们更好更有效的理解科学、技术、社会 之间的相互关系,它还将科技素养作为适应整个社会 定程度推动了科学教育的普及,但是这个观点的不 足之处在于过于强调科学技术的功利性,最大化追求 直接的经济效益。而科学素养的形成并非只凸显在 和文化战略转变而采用的一种策略。当我们思考以 科学素养为总目标的科学教育改革时,STS教育作为 全面提高公民科学素养有效方略的作用就日益突显 出来了。 三、美国中小学科学教育对我国教育 的启示与借鉴 科学素养的研究在美国开展的较早,取得的成绩 较为突出,这一理念正是由美国转而扩散到世界其他 国家和地区,成为衡量一国国民综合素质的重要指 标,引起各国的重视。中国作为世界上最大的发展中 国家,在各个方面都取得了长足的进步。20世纪80 年代,中国领导人邓小平就指出:科学技术是第一生 产力;科学技术的进步以及科技知识的普及,离不开 科学教育的作用。然而,由于文化背景、科技发展水 平、教育政策及理念等方面的巨大差异,中国当前科 学教育同美国相比存在着不小差距。当前美国中小 学科学教育有着较为明确的教学任务纲要、有着丰富 充实的教材、有着成型的教学体系以及自身国家发达 的科技水平做后盾;相x,l-而言,当前中国中小学科学 教育并没有成型的体系和特征,更多的是依托于中等 教育的理科(数学、物理、生物、化学等科目)课程与 教学之中,尚未拥有明确的教学目的和纲要,也未形 成独立的教学模式。我国现行的中小学教育中,大多 还是注重学习的工具价值,强调学习的知识追求,真 正突出x,l- ̄生科学素养的教学相对比较薄弱,如何在 中国的基础教育中突出科学素养教育,成为迫在眉睫 的实际问题 。在此,我们不妨通 ̄x,l-美国现行中小 学科学教育的基本特征的分析,探寻对中国基础科学 教育发展的一些启示。 (一)扩大科学教育的范围 在美国,学校是社区极为重要的有机组成部分, 学校和社区是双向互动的不断合作关系 。美国教 育界大力倡导的科学素养经历了一个由校园到社会、 由学生到每一个普通国民的过程。最初的科学素养 主要是针对学生的理科学习提出来的。美国在20世 纪80年代初期,科学素养已经超出了科学教育领域 而成为整个社会关注的对象,其范围已经超出学校, 经济效益和生产力的进步上,让科学素养达到在民众 中的普及以及成为全民共有的意识,还需要一个漫长 而艰辛的发展过程。从长远的大局观上看,中国国内 的科学素养意识的普及化在目前仍旧面临着严峻的 挑战:教育资源不均、教育从业人员本身的素养水平、 人文环境的缺失、国内科学技术条件的限制以及全民 参与意识的淡薄等方方面面的因素都在阻碍着科学 素养的发展,这将是中国科学教育在今后发展中首要 关注的问题。 (二)科学教育由阶段学习向终身学习发展 科学素养是一种包含了科学知识、科学方法以及 科学与社会关系的综合素质与能力,这决定了科学素 养的形成不是一朝一夕的事,也不是仅靠在校学习就 能完成的,它必须是贯穿人的整个一生。培养科学素 养的时间延长,这与20世纪60年代世界上流行的终 身教育思想是一致的。应该说,终身教育在西方世界 普遍的兴起,是教育在20个世纪的发展过程中具有 划时代意义的改革。终身教育在最大程度上保证了 知识的延续性、完整性和持久性,对于个人和社会都 有着积极的意义。美国是终身教育的早期提倡者和 执行者,经过多年的努力,终身教育的理念也已经深 入民心,这对于科学教育而言更是相得益彰。人类进 人20世纪中叶以来,科学技术的发展日新月异,知识 更新换代的速度加快,社会竞争也达到空前的激烈程 度,尤其是进入信息化社会以来,人类的基本日常生 活都与科学技术息息相关。在这样的前提下,不能保 持学习知识的持续性,则极容易会被社会所淘汰,科 学教育在终身教育制度中的巨大作用更加明显。相 对 言,中国在这方面则面临两个主要的问题:一是 终身教育体系在中国尚未形成规模,现阶段中国国内 绝大部分青少年在结束高等教育(主要包括大学本、 专科)的学习任务后,就基本上中止了学习。而在中 国国内的高校里也有所谓的“继续教育”机构或者 “成人教育”机构,但是大多数都是以短期培训的主 要形式、以获得相关证书为目的,并不能保证教学质 量。科学教育在中国,除专业的研究或从业人员外 (含高校内的科学技术专业的本、专科学生和研究 生),其他人员则基本上也就在结束高等教育后就停 】25 止了科学教育的相关学习。在信息化来临的今天,尽 管在中国也有成千上万的家庭和个人接受并使用新 的科学技术,但基本上局限于最初级的尝试与使用 个重点内容,学科间的综合、交叉与整合具有独特的 意义,它改变了过去的教学模式,革新了教育理念,体 现了科学发展的必然要求。毋庸置疑,美国又一次走 在了时代的前列,也成为课程综合的受益者。而在中 (电脑、互联网、移动通讯等),而且大多数都并未接 受正规的相关培训与教育。这并不能有效的促成科 学素养在国内的形成和发展,反而有着较大的限制。 反观美国取得的进步和成就,如何有效地将科学素养 国,科学教育的完成基本上依托于中学理科课程的分 科教学的方式,具体体现在小学的自然,初中的物理、 化学、生物,高中的物理、化学、生物、地理课程之中。 的培养融人终身教育之中,使二者相互促进、相得益 彰,对于培养青少年的科学素养具有重大的意义。 (三)科学教育途径的多样化 在美国,最初科学教育的目的是向学生灌输科学 知识。随着科学的发展和对人才要求的提高,美国科 学教育越来越追求科学主义和人文主义的融合,强调 科学与社会的关系,人与自然的和谐统一。科学教育 目标的转变,必然带来培养途径的变化,以前单一的 课堂教育越来越不能适应这一要求,于是一种全方 位、多途径的立体综合式培养模式便应运而生。在这 一转变中,教育主体、教育内容、教育手段等都日益多 样化。而在中国,培养模式的单一、教材内容单调重 复、教学手法机械、理论和实践脱节等问题一直都饱 受诟病,这不仅仅是科学教育的问题,还是整个中国 基础教育体制的基本问题。在中国,基础教育的目的 在于参加各级升学考试,获取升学资格,在这样的体 制下,长篇累牍且不具有实用价值的教学内容、单调 反复的授课形式和难以计数的题目练习就成为学生 学习的主要方式。科学教育的多样化和培养途径的 多样化在中国的基础教育体制中想要实现,具有极高 的难度。这要求我们能够站在教育发展大局和经济 发展大局的高度上,迅速调整教育培养的目的、革新 教育理念、丰富教学方式以及增强理论与实践的联系 与结合,只有解决好这些问题,中小学科学素养的普 及才有实现的基础。 (四)理科课程的综合化 在美国以往中小学科学教育实践中,理科课程的 分科教学将知识条块分割,割裂了科学知识本身的内 在联系,进而不利于科学素养的培养。在意识到这一 问题后,美国科学课程体系越来越走向综合化。如果 说科学素养是科学教育的目的,那么科学课程便是实 现这种目的的手段。在美国,从20世纪中叶到70年 代的20多年里,在各个理科课程中都出现了注重科 学史教育的教材,科学史与科学课程融合研究的重心 从理念的探讨转移到课程的设计 。现行的美国课 程规划中,注重于学生的个体差异、教学的价值观和 对学生自我理解与解决问题的技能 ,这一趋势从 美国高校逐渐影响到基础教育领域,以美国为代表逐 渐影响到其他国家。作为新世纪各国课程改革的一 126 由于分科教学,所以没有总的科学教育的目标,但在 各科教学大纲中都有体现。虽然近几年随着高等教 育考试内容的调整(高考中出现理科综合考试科 目),理科课程的综合教学问题得到一定的重视,但是 改革的尺度却并未增大,在以考试为目的的教学模式 下,分科教学仍然占据主导地位,只是在个别的题目 设置和学习中强行进行一定程度的学科关联,还未能 达到“理科课程综合化”的程度。在这一点上,中国 面临着理科学科综合化的调整,实现科学课程的综合 性和全面性,以达到培养学生科学素养的最终目的。 认识和解读美国青少年科学教育的实践,对于全 面学习美国科技教育的成功经验,把握国际青少年科 学素养发展的新规律,推动我国素质教育改革,培养 跨世纪人才,提高全民科学素养等都具重要的借鉴意 义。 [参考文献] [1]魏冰.“科学素养”探析[J].比较教育研究,20o0(S1):105 —108. [2]潘苏东,褚慧玲.科学素养的基本内涵——三维模式[J]. 科学,2004(6):56—60. [3]Pella,M.et a1.Referents to Scientific Literacy[J].Journal of Research in Science Teaching,1996(4):199--208. [4]Miller J D.The Scientific Literacy[J].A Conceptual and Em— pirical Review,1983(2):66—91. [5]李士.“2061计划”和科学素养基准[J].民主与科学, 2004(3):36—40. [6](美)国国家研究理事会.美国国家科学教育标准[M]. 北京:中国科学技术出版社,1999. [7]唐荣德.论我国学校学习生活意义的时代抉择[J].广西 师范大学学报:哲学社会科学版,2007(5):90. [8]汤新华.美国学校与社区的互动及其启示[J].广西师范 大学学报:哲学社会科学版,2008(5):28—31. [9]佟贺丰,赵立新,朱洪启.各国科普政策比较:美国注重青 少年科学素养[J].科技中国,2006(2):76—79. [10]谢登斌.美国课程规划的社会张力[J].广西师范大学学 报:哲学社会科学版,2006(1):95—99. (责任编辑:雷文彪) The Practice and Enlightenment on Science Education of American Primary and Secondary Schools ZHANG Yun—hong,XU Hua—jian (School of Educational Science,South China Normal University,Guangzhou 5 1063 1China) 。Abstract:Since 1950s,the core value and primary goal have transformed into scientific literacy education on adolescent in Ameri.ca. By some activities and acts,such as Project 2061,Science for lal Americans,National Education Standard and STS EducationAmerica has succeeded greatly in scientiifc literacy education. Key words:America;scientiifc literacy:STS edueation (上接第122页) Using MATLAB to Solve Electromagnetic Problems LAN Hai—jiang,LAI Jia—sheng,ZENG Ling—hong,ZHU Guo—yong (Department of Physics and Information Science,Liuzhou Teachers College,Liuzhou,Guangxi 545004China) ,Abstract:The way of using MATLAB to solve electromagnetic problems is supported by example discussionThe pr0blems include: .calculus,diferential equati。ns and transcendental equationexperimeI1tal data processing,and the。thers.Instances。f s。lving sh。w that the ,use of MATLAB for solving electromagnetic problems is characterized by short programprecise results,and avoidance of cumbersome and ,complex mathematical operations. Key words:electromagnetics;calculus;equation;experimental data;MATLAB (下接第137页) Food Culture of Hong——yao in North of Guangxi and Tourism Development NG Yi (Department of Tourism,Gui!in University of Technology,Guilin,Guangxi 541004,China) Abstract:H。ng—yao is a mountain。us minority in the north of Guangxiwith its traditional food cuhure as the product of the living ,and historic social background,embodying rich cultural meaningBy sorting out the developing line of Hong—yao traditional food cuIture.. this paper is to identi ̄its features,and t。propose some all—round experiencing devel。ping ideas t。prom。te the devel。pment and protec. tion of Hong—yao food culture. Key words:Hong—yao;food culture;tourism development l27