美國科學教育改革的主要特征

一、科學教育標準的內容和標準是培養(yǎng)“科學發(fā)展20世紀60年代的科學課程改革以來，美國經歷了新的科學教育改革。當前的科學教育改革的主要特征可以概括為兩個方面。其一,改革的驅動力主要是社會和經濟因素①1。在當今社會,科學技術已滲透到社會生活的各個方面,并與人類的各項活動密不可分。面對諸多與個人生活、生存息息相關的問題,每一個公民都需要利用科學和技術知識來作出適當?shù)倪x擇和決策。同時,經濟發(fā)展的全球化需要一大批受過科學和技術教育的勞動力,以便保證美國在全球市場的競爭力。因而,當前的科學教育改革不同于60年代以培養(yǎng)科學技術精英為目的的課程改革,它的目的是培養(yǎng)全體公民的科學素養(yǎng)②2。其二,這場科學教育改革是以“標準”為基礎的系統(tǒng)改革,其目的是通過規(guī)定統(tǒng)一的教學內容并為此協(xié)調教育系統(tǒng)內外部的各種因素來全面提高學生的學業(yè)成績③3。但是,在當前的社會經濟條件下,在基礎教育階段應該為學生提供什么樣的教學內容才能使他們將來作為社會公民能夠愉快地生活并有效地參與各種與科學、技術相關的社會活動?簡單地說,什么樣的科學教育內容有利于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)?自80年代以來,美國科學教育界陸續(xù)出臺了一系列的科學教育改革方案,都集中討論了這一問題。從各種科學教育改革方案來看,科學教育標準大致可分為兩類:一類是內容標準,即規(guī)定學校應該教什么、學生應該學什么;另一類是評價標準,即以較為具體而具有操作性的術語規(guī)定在學習結束時學生應該學到什么。實際上,這兩類標準分別從不同的角度規(guī)定了科學教育內容,對實際的課程設計和課堂教學都會產生重要影響。因此,本文所討論的4個科學教育標準分屬以上兩類。它們是“國家科學教育標準”④4(1996)、“2061計劃”⑤5(1989、1993)、“新標準”方案⑥6(1997)、“國家教育進展評估”⑦7(1996)。其中,前兩個屬于內容標準,后兩個屬于評價標準。這樣的選擇主要是基于以下兩方面考慮:首先,它們是當代科學教育標準的典型代表,在美國(及國際)具有廣泛的影響;其次,4項標準所涉及的都是基礎教育的整個階段(即從幼兒園到12年級),因而能夠全面反映科學教育改革的整體情況。我們認為,學習和研究這4個科學教育標準關于科學教育內容的闡述和界定對我國當前科學教育改革,尤其是從素質教育的角度建構科學課程體系是大有裨益的。本文所要研究的問題有:4個科學教育標準在科學教育內容方面有何相同和差異之處?4個科學教育標準中的科學教育內容可概括為哪幾項?每一項的主要內容是什么?下面先簡要介紹上述方案的背景,然后分析它們對于科學教育內容的表述。二、該計劃的背景1.nses的核心目標是產生科學教育的標準國家科學教育標準(以下簡稱NSES)由美國國家研究院負責設計,是美國歷史上第一個國家科學教育標準。該方案初稿擬定于1991年,幾經修改后于1996年正式出版成書。在這個文件中,作者指出,NSES的目的是產生科學素養(yǎng)的理念以及科學教育的標準。他們認為,“標準”建立起來后,理念才能變?yōu)楝F(xiàn)實。這些標準包括:科學教育標準、科學教師專業(yè)進修標準、科學教育評價標準、科學內容標準、科學教育大綱標準和科學教育系統(tǒng)標準。其中,科學內容標準是其核心,內容包括8項:統(tǒng)一的科學概念和過程、作為探究的科學、物質科學、生命科學、地球與空間科學、科學與技術、科學的個人和社會視野、科學的歷史與本質。在具體的教學目的和學習任務上依據(jù)K(幼兒園)-4、5-8、9-12三個年級段分別予以表述。2.科學素養(yǎng)計劃“2061計劃”發(fā)起于1985年,由美國科學促進會負責設計。這一年哈雷慧星飛臨地球,它下一次光顧地球的時間是2061年,該計劃由此得名。培養(yǎng)全民的科學素養(yǎng)是這一計劃的中心目標。1989年,該計劃出版了第一份報告,題為“科學為所有的美國人”。在這份報告中,科學教育內容包括以下12個方面:科學的本質、數(shù)學的本質、技術的本質、自然背景、人類環(huán)境、被改造了的世界、數(shù)學世界、歷史觀點、思維習慣。這些內容被認為是構成科學素養(yǎng)的基本要素。1993年,該計劃又出版了一個名為“科學素養(yǎng)基準”的研究報告。這份報告把基礎教育分為4個年級段,即K-2、3-5、6-8、9-12,并依據(jù)上述內容規(guī)定了每個年級段結束時學生應該“知道什么”、“能做什么”。3.方案4:“到程度”、“p.2”和“假設無標準”科學標準“新標準”方案(以下簡稱“新標準”)由美國國家與經濟中心設計,其目的是為學區(qū)和各州制定一套評價體系,“以便通過測量學生的學業(yè)成績來衡量國家標準的達到程度”⑧8(p.2)?？茖W標準是該方案的一部分,另外還有語言、藝術、數(shù)學等標準。該方案于1997年頒布,現(xiàn)正逐步實施。該方案的科學標準主要依據(jù)NSES和“2061計劃”制定,內容包括兩部分,即“概念理解”和“特別注意的領域”。前者主要是物質、生命、地球和空間科學的基本概念及其應用,后者則突出了科學探究的技能和能力。這些技能和能力包括科學思維、科學工具和技術、科學交流和科學研究?！靶聵藴省钡膶W業(yè)成績評定分別在4、8、12三個年級進行。4.naep的科學評價框架的變化國家教育進展評估(以下簡稱NAEP)是全國性的評價系統(tǒng),目的是通過測量學生的學業(yè)成績反映美國教育成就的進展情況。NAEP的首次評價于1969年進行,科學是其中的一個部分。其評價對象是來自全美的4、8、12三個年級的學生樣本。數(shù)年來,NAEP的科學部分的評價框架在保持歷史連貫性的同時,也做了一些調整以適應科學教育理論和實踐的變化。1996年的評價框架由4個部分組成:學科領域(地球、物質和生命科學)、知與行(概念理解、科學研究、實際推理)、科學本質(科學和技術發(fā)展史、體現(xiàn)科學和技術特征的思維習慣、探究方法和問題解決)、統(tǒng)一的概念(模型、系統(tǒng)、變化方式)。三、內容分析1.新標準主要內容由背景介紹可見,上述科學教育標準分別由不同的組織和人員設計,它們的目的和意圖也各不相同。在科學教育內容方面,它們之間的一致性和差異性是本文所關心的問題之一。據(jù)“2061計劃”的研究人員分析,NSES同“2061計劃”的內容有90%是一致的。NSES的設計者在前言中不但高度評價“2061計劃”的兩份文件的貢獻,而且承認在寫作過程中曾“不謀而合地”使用和轉述它們對學生應該知道什么和能夠做些什么所作的闡述。據(jù)設計者介紹,“新標準”是直接建立在關于科學教育內容的“一致認識”上的。這個“一致認識”主要指的是NSES和“2061計劃”。NAEP的設計者也強調它的學業(yè)成績評價框架反映了當代科學教育內容的最新發(fā)展。但進一步研究發(fā)現(xiàn),它們在學科范圍、重點內容等方面存在著明顯的差異。首先,就兩個內容標準來看,差異主要體現(xiàn)在以下兩個方面:NSES主要集中于自然科學,而“2061計劃”的內容涉及了自然科學、數(shù)學、技術學和社會科學等多個學科;NSES把科學探究視為科學和科學學習的核心,而“2061計劃”則突出強調科學知識和“思維習慣”。其次,內容標準和評價標準也有明顯差異。這種差異主要體現(xiàn)于兩個方面:第一,NSES和“2061計劃”主要涉及的是科學內容,盡管在科學過程方面前者強調“科學探究”,后者強調“思維習慣”,但總的看來,它們主要偏重的是科學內容。相比之下,兩個評價標準既強調科學內容也強調科學過程?！靶聵藴省痹诳茖W內容的4個方面與NSES和“2061計劃”是一致的,但它增加了4項科學過程,即所謂“特別注意的領域”。NAEP中的“知與行”包含3項基本的科學過程,同時強調它們是滲透于“科學領域”中的。第二,各個標準所強調的重點存在差異。NS-ES和“2061”計劃認為方案中的各項內容具有同等重要的地位。但在兩項評價標準中,各項內容的重要性有所不同。例如,在科學過程方面,NAEP強調的是“概念理解”而不是其他科學過程,而“新標準”則突出強調科學探究。2.道什么知識與理解廣義地講,科學教育內容可分為兩個方面,即科學內容和科學過程,前者涉及學生應該知道什么(知識與理解),后者涉及學生應該會做什么(能力與技能)。下面分別從這兩個方面對科學教育內容標準予以分析。有必要指出的是,這樣的劃分只是為了研究的方便,實際上科學內容和科學過程具有密切的關系,在上述方案中它們也是經常在一起討論的。(1)數(shù)學、科學與社會從各個科學教育標準來看,科學內容可概括為以下幾項:學科內容、數(shù)學和技術、科學在個人和社會中的應用、科學史和科學本質、統(tǒng)一的概念。它們所包含的主題見表1。學科內容是科學內容標準的一項重要內容。從文獻來看,所有4個標準都提到三個學科領域,即物質科學、生命科學和地球/空間科學。這部分內容與傳統(tǒng)課程并無大的區(qū)別,只是在具體內容方面這些標準強調的是基本的科學概念和原理而不是大量的科學事實和術語?？茖W、數(shù)學和技術的相關性是科學教育標準的一個重要議題。關于數(shù)學在科學學習中的作用,各個標準的重視程度有所不同。例如,在“2061計劃”中數(shù)學是科學教育內容的一部分,而NSES則沒有把它作為獨立的內容提出。從各個標準的比較來看,與數(shù)學有關的主題可概括為兩個方面:(1)測量;(2)統(tǒng)計和概率。技術在4個標準中都有不同程度的重視。而且,在具體的行文中,技術一詞常用來指代工程學或工程設計。對于科學和技術的關系,NSES明確指出,“科學和技術的目的不同:科學的目的是理解自然界,而技術的目的是改造自然界以滿足人類的需要”(p.24)。這一觀點有別于把技術僅僅理解為科學在實際中的應用的傳統(tǒng)看法。關于科學在個人和社會中的應用,NS-ES認為,“科學教育的一個重要目的是教給學生理解和處理個人和社會問題的方法,以便幫助學生利用科學知識對一些個人和社會事務作出適當?shù)臎Q策”(p.107)。在具體內容方面,NSES和“2061計劃”都提出一系列的個人和社會問題,“新標準”涉及的此類問題少些,NAEP則幾乎沒有。這類問題包括以下主題:健康、人口增長、自然資源、環(huán)境質量、安全和危害。所有標準都強調科學史和科學本質。從4個標準來看,科學史一般指的是西方近代科學發(fā)展過程中的重大發(fā)現(xiàn)?？茖W本質可包括科學知識本質、科學探究本質和科學世界觀三個方面。進一步分析發(fā)現(xiàn),所有標準都不同程度地強調科學知識本質和科學探究本質,但NSES偏重前者,而“2061計劃”則明顯強調后者。但是,只有“2061計劃”強調科學世界觀?！敖y(tǒng)一的概念”指的是一些強而有力的、超越具體科學的所謂“大觀點”?！?061計劃”認為,“一些重要主題滲透于科學、數(shù)學和技術之中,它們超越了具體的學科界限,并且在解釋現(xiàn)象、形成理論以及觀察和設計方面具有重要作用”(1989,p.155)。在這些標準中,比較普遍的“統(tǒng)一的概念”是系統(tǒng)、模型、常量和變量、演化與平衡、形式與功能等。(2)科學的概念和評價方法在科學教育界,科學過程有多種含義,它既可指具體的科學方法,也可指與研究有關的方法、技能、態(tài)度和觀念等。本文采用的是后一種含義。綜合4個科學教育標準的有關提法,科學過程可概括為以下4項:科學領悟、科學探究、科學交流和科學思維習慣。它們所包含的主題見表2。科學領悟是所有標準都涉及的一項科學過程,其基本含義是理解科學概念并應用它們來解釋自然現(xiàn)象。例如,“新標準”的“概念理解”指的就是這個含義。NSES對“科學領悟”專門作了說明,具體包括以下幾種能力:獲得科學概念和科學理論;建構同一學科和不同學科間的各種概念和理論之間的關系;使用科學概念和理論解釋和預測自然現(xiàn)象;應用科學概念和理論于新的情景。NSES和“2061計劃”關于“科學探究”的概念比較泛化,指的是“學生理解和發(fā)展科學知識的活動,以及理解科學家是如何解釋自然界的”(NSES,p.23)。相反,這個概念在評價標準中則比較具體,指的是科學研究的具體方法和程序。表2采用的是這一含義。“新標準”明確地把科學交流列為評價內容。雖然NSES和“2061計劃”沒有明確把它作為一項內容列出,但在其文件中有多處涉及。例如,NSES在其“科學教學標準”中寫道:“教師要組織和協(xié)調正式和非正式的課堂討論,并使之建立在統(tǒng)一的規(guī)則上。群體學習的一個特征是互相交流”(p.50)?？茖W交流的