美國中小學科學教育探析

王艷玲

（肇慶學院 美術學院，廣東 肇慶 526061）

如何培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)？這是一個值得研究的問題。首先要轉變教育觀念，不能把教學僅僅看成是傳授知識，應注重知識點與科學技術、社會生活的聯系，使學生從科學、技術和社會的相互聯系與作用中建立良好的思維結構。例如，在物理學的教學中，應將物理學的內容與物理學的發(fā)展史結合起來，使學生在學習中不僅學到物理知識，而且能循著物理學發(fā)展的脈絡感受到物理學的發(fā)展給人類和社會發(fā)展帶來的巨大變革。這樣，既激發(fā)了學生學習的積極性、主動性，也可使其從中領悟到科學家研究、解決問題的方法，嚴謹求實的學風，堅韌不拔的毅力，這對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)是有益和重要的[1]。在這方面，美國中小學科學教育的具體實施無疑是值得研究和借鑒的。其具體實施的內容包括：高度重視科學教育的價值，堅持科學取向的基礎教育改革，凸顯中小學科學課程的特點，重視中小學教師科學教育能力的培訓等。本文擬就美國中小學的科學教育作一探討。

一、美國人對科學教育價值的認識

在美國人看來，教育的最高目標是使學生為過上一種自我實現和負責任的生活做準備?？茖W教育，即科學、數學和技術的傳授，是教育的一個組成部分，這些知識有助于學生提高理解能力，養(yǎng)成良好的思維習慣，成為富有同情心、能夠獨立思考和面對人生的人。同時，這些知識還可以使學生做好準備，同公眾一道投入到建設和維護一個開放、公正、充滿生機的社會活動中去。他們認為，科學可以解釋不同生命體之間以及生命體與物質環(huán)境之間的相互依存關系，故而科學教育可以培養(yǎng)學生對自然界的理智的尊重，人類在這個地球上唯一生存之道就是要珍惜與愛護我們的共同家園——地球。缺乏這種理智的尊重，人類便無法避免和制止對自身賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)的毀滅性破壞。如今，人類正面臨著許多嚴重的、直接威脅其生存的問題：世界人口快速增長、環(huán)境污染、全球氣候變暖、酸雨、熱帶森林減少導致大量生物種群滅絕、疾病、社會沖突、全球財富分配的極端不均、核武器備戰(zhàn)不斷升級，等等。如何面對和解決這些問題是全人類的共同責任。可以說，人類未來的命運在很大程度上依賴于合理利用科學技術的智慧。倘若不了解科學、數學和技術，沒有科學素養(yǎng)和科學的思維習慣，人類就不能發(fā)揮科學技術在改善人類生活方面的潛力。美國教育學者喬治·尼爾森指出：“一個有科學素養(yǎng)的人能夠清楚地意識到科學、數學和技術與人類進步之間的互依關系，掌握科學的主要概念和原則，通曉自然界的紛繁復雜與共同之處，同時還能夠運用科學知識和科學思維方法達到個人與社會的目的?！盵1]170

當今時代，科學素養(yǎng)對個人和全社會都是必不可少的。只有了解科學，才能領略在領悟自然界事理之后油然而生的充實和興奮；有了良好的科學素養(yǎng)，才能夠加入到涉及全社會的各種科學問題的討論之中，才有可能運用科學的原理和方法進行個人的各種決策；有了扎實的科學基礎，人們才能增強思維能力、協(xié)作能力、有效運用技術的能力和創(chuàng)造性解決問題的能力；等等。正是有了對科學與科學教育價值的合理定位，科學教育才能夠在美國的中小學教育中占據重要地位，培養(yǎng)有科學素養(yǎng)的人才能夠成為美國中小學科學教育的主要任務。在一個新的世界即將來臨之時，美國人慎重地把未來的幸福押在科學教育之上[1]170。

二、美國科學取向的基礎教育改革

（一）美國中小學科學教育改革的內容

1.重視國防教育?！岸?zhàn)”以后，科學技術發(fā)展迅猛，以電子計算機的問世與應用為標志的新技術革命正在改變著我們的世界?？萍嫉陌l(fā)展要求教育做出相應的調整和改革。對于美國人來說，1957年蘇聯人造衛(wèi)星上天無異于引爆了一顆重型炸彈，美國朝野一片震驚。美國政府開始清醒地認識到在培養(yǎng)人才、發(fā)展尖端技術方面遠遠落后于蘇聯。此后，美國的教育受到空前的關注，并于1958年頒布了《國防教育法》。該法案的核心內容是由聯邦政府增加教育經費，加強科學技術方面的教育。20世紀60年代，美國掀起了以加強科學教育為主要目的的基礎教育改革運動，其主要特征是科學課程現代化。所謂科學課程現代化有兩層含義：一是指更新中小學科學課程的內容，使其反映20世紀上半葉以后科學技術日新月異的變化，讓新的科學理論知識進入中小學科學教材；二是在科學課程的設計、開發(fā)和實施方面，以布魯納提出的學科結構課程理論為指導，強調科學課程的學科結構化、理論化和發(fā)現教學法。探究性科學教學便是在布魯納提倡的“發(fā)現教學”的基礎上應運而生的。隨后，這次科學課程改革運動蔓延到許多國家，形成了“二戰(zhàn)”后第一次國際基礎科學教育改革的浪潮。

2.重視科學、數學和技術教育。20世紀80年代，隨著西方發(fā)達國家特別是日本和德國的經濟快速增長，美國科技的領先地位再一次受到了極大的威脅。教育質量的滑坡又一次成了美國在國際競爭中地位下降的原因之一。1983年，美國國家優(yōu)異教育委員會發(fā)表的題為《國家處于危機之中：教育改革勢在必行》的報告，引發(fā)了美國歷史上第三次教育改革及全民教育大討論，使美國舉國上下皆認識到，所有中小學的學生都需要接受更好的科學、數學和技術教育。1989年，美國公布了題為《2061計劃：為了全體美國人的科學》（以下簡稱《2061計劃》）的報告。這是一份關于中小學教育中的科學、數學和技術知識目標的研究報告。它詳細論述了全面改革美國中小學教育的設想、步驟、目標和科學依據，提出了未來兒童和青少年從小學到高中應掌握的科學、數學和技術領域的基礎知識的框架。該計劃是想通過科學教育的普及和完善來改革美國教育，它實際上有助于人們認清一個問題，即對于下一代人來說什么才是最重要的知識及如何幫助下一代人掌握這些重要知識。

3.重視培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。1996年，在《2061計劃》精神的鼓勵下，美國國家研究院主持修訂的《國家科學教育標準》（NSES）正式出臺，這是美國歷史上第一部科學教育標準。它不僅對具有科學素養(yǎng)的人作出了十分具體的構想，也為美國教育系統(tǒng)地規(guī)劃出實現這一構想所應采取的具體步驟，使美國的教育工作者得到了更多關于國家科學教育改革的細節(jié)性指導。這部標準可以說是《2061計劃》關于造就未來高科學素養(yǎng)人才原則的具體實施方案。作為美國全國科學教育的一個綱領性文件和基本標準，其追求的目標是面向所有學生的教育標準。盡管學生對事物的理解方式以及理解的深度和廣度都會因人而異，但所有學生都能掌握這部標準中所描述的那些知識和技能。制定這部標準的前提是：中小學生學習科學是一個積極主動的過程，學生在這一過程中要手腦并用，探究是這一過程的中心環(huán)節(jié)。學生在進行探究時要能夠對事物和事件進行描述，能夠提出問題，作出解釋，并根據現有的科學知識對所做的解釋進行檢驗，而且能夠把自己的看法和想法傳達給別人。學生們能提出自己的假設，能進行邏輯思維和作出判斷，能考慮到各種可能的解釋。這樣做可以把科學知識與推理和思維的能力結合起來，從而可以能動地獲得對科學的理解。由于這部標準的出臺，美國各州、各地方的學校和社區(qū)便有了實行科學教育的依據，具備了培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的準繩，各地的科學教育便可以步調一致、目標一致、首尾相貫、全面統(tǒng)一地進行下去。

（二）美國中小學科學教育改革的成功因素

美國中小學的科學教育改革之所以取得成功，主要有以下幾個原因。

1.明確的指導思想和堅實的理論基礎。科學教育的目的是把每個學生培養(yǎng)成具有科學素養(yǎng)的公民，以適應科技發(fā)展對人才素質的要求。為此，改革者制定了明確的科學素養(yǎng)標準，為改革指明了方向。改革者以人本主義為教育學基礎，強調科學是一種人類事業(yè)，相信每個學生都能學好科學，鼓勵學生追求自我實現；以建構主義為心理學基礎，要求學生積極地、社會性地和創(chuàng)造性地學習，以掌握科學知識，發(fā)展科學技能，形成科學態(tài)度，從而使改革建立在堅實的理論基礎之上。

2.合理的改革方式。美國的科學教育系統(tǒng)龐大、結構復雜、權力分散，為了處理好規(guī)模、差異性及權力這3方面的問題，以保證改革取得成功，采取了如下方式：所有科學教育工作者包括師范教育工作者、科學家、工程師、決策人士、研究者、教師等都要在改革中發(fā)揮作用，對改革負責，先對科學教育有一個共同的構想，接著制定包括長、短期目標的實施計劃，然后密切配合，進行實際改革。這場以科學教育標準為基礎的改革正是采用這種方式，到目前已將近20年。這與20世紀60年代那場由科學家編制課程，而把其他教育工作者排斥在外的學科結構運動相比，無疑更加合理。

3.切實可行的改革措施。這主要表現在：通過多方協(xié)作制定了明了而具體的統(tǒng)一標準，各學區(qū)可據此進一步制定反映不同側重點、體現地方特色的科學課程和教育計劃，學生也可以以不同的方式和速度達到《國家科學教育標準》所要求的學習結果；其配套措施符合實際，靈活多樣，教師在接受適當培訓和指導后，便可掌握之。整個改革顯得井然有序，陣腳不亂[2]。

三、美國中小學科學課程的特點

美國人對中小學生科學教育的重視，不在于教給學生多少科學知識，而在于教給學生獲取科學知識的方法和手段，使他們從小就能通過科學教育養(yǎng)成良好的科學素養(yǎng)。自1996年出臺《國家科學教育標準》之后，美國進一步加大了科學教育改革的力度，其課程設置、課程目標、課程內容、課程實施以及課程評價等方面呈現出如下特點。

1.課程設置方面注重對兒童的科學教育啟蒙。美國對學生的科學教育從幼兒園便開始了。他們對如何開展幼兒階段的科學、數學和技術教育進行的研究表明，兒童學前階段的經歷會影響他們以后在科學、數學和技術學習中成績的優(yōu)劣。在這一研究結果的影響下，美國從幼兒園階段就開始重視豐富兒童對自然和社會的初步認識，培養(yǎng)他們在這些方面的興趣和求知欲，注重他們的智力開發(fā)，引導他們形成對人與自然的正確態(tài)度。幼兒園教師將幼兒科學課程內容分為自然科學、生物科學和綜合科技3個部分。其中，自然科學又分為天文、氣象、化學和物理；生物科學又分為植物、動物、微生物和人體知識[3]。美國幼兒園對兒童進行科學啟蒙教育，針對幼兒的心理特征及認知規(guī)律組織教學活動，注重發(fā)展幼兒的好奇心。兒童不僅學到了科學知識，更重要的是養(yǎng)成了科學探索與發(fā)現的志趣。

“我特別喜歡聽盛老師講課……”筆者走進七師高級中學，說出“盛慶余”的名字時，大家你一句我一句，滿口稱贊。

2.課程目標方面尤為重視發(fā)展學生的科學探究能力，關注學生科學探究精神與科學世界觀、價值觀的形成。美國中小學科學課程在強調保證所有學生具備科學基礎知識的同時，更強調發(fā)展學生的科學探究能力。其中包括：借助于計算器或計算機進行計算和判斷的能力；在處理日常技術問題時能仔細觀察各種現象并運用常用材料和工具解決問題的能力；能準確、清楚地闡述和交流科學觀點的能力；能用正確的方法鑒別真理與謬誤的能力等。在培養(yǎng)科學探究精神的方法上，尤其重視培養(yǎng)學生的懷疑與批判精神，使學生通過科學課程，學會發(fā)現他人和自己論點的可疑之處，能用批評的眼光去審視那些論點，并使學生懂得科學不依賴權威，科學不是一成不變的絕對真理，要養(yǎng)成敢于質疑的勇氣。學生科學世界觀和價值觀的養(yǎng)成，也是美國科學課程改革特別關注的一個方面，它要求教師在教授科學課程的過程中，讓學生懂得世界的可認知性，科學設想是知識變化的原因，科學知識既具有持久性也有著不定性，科學不能為所有問題提供完整答案，科學需要預見與驗證，科學研究要遵循道德規(guī)范，等等[4]?？茖W課程改革要求教師通過教學，使學生能正確判斷科學領域正在發(fā)生的事情中哪些更多地受到道德、人性及自然規(guī)律的制約，認識到科學技術對現在和未來生活的影響，能對科學技術的優(yōu)缺點及倫理意義進行正確評價。

3.課程內容方面注重基礎性、實用性、生活性、綜合性以及所選知識能否滿足學生的好奇心?？茖W課程改革致力于改變近些年來課程內容不斷膨脹的現象，減少內容的絕對數，以確保所有學生牢牢掌握科學基礎知識。因此，學校應當選擇那些對現在和數十年以后仍然具有重大影響、有助于為人生構建知識大廈打下永久基礎的內容。這些內容既包括基本的科學事實、科學概念、科學原理、科學定律、科學模型等，也包括這些知識之間的基本關系。就課程內容的實用性和生活性而言，要求所選內容有助于學生對日常生活中親身經歷的各種事物能夠提出、發(fā)現、回答由好奇心引發(fā)出來的各種問題，描述、解釋甚至預言一些自然現象，讀懂報刊登載的通俗科學文章，并能參與評論科學結論的社交談話，根據信息源和產生信息所用的方法來評估科學信息的可靠程度，識別國家和地方決策所基于的科學問題，并能提出有科學根據的見解，以及運用科學知識，明智地參與有關科學技術的社會決策和政治決策。在內容的綜合性上，主張軟化或消除僵死的科目界限，更多地注重各學科之間的聯系，盡可能圍繞一系列主題來組織內容，把各學科知識融合貫穿在相關的情境和主題之中。此外，所選知識能否能夠滿足、引導和強化學生的好奇心，能否適應學生的興趣、知識水平和親身經歷，能否豐富學生的孩童時代，也是課程改革重點關注的對象。

4.課程實施方面強調學生學習科學的過程是親自動手去做的過程，是探究知識、發(fā)現知識的過程。在這一過程中，學生需要描述物體及其作用的過程，提出問題，獲取知識，對自然現象作出解釋，以多種不同方式對所做解釋進行檢驗，最后把自己的看法傳遞給別人。要完成這一過程，學生必須親自動手進行訪問、調查和進行民意測驗，必須做筆記、繪制草圖、篩選和分類，必須使用放大鏡、顯微鏡、溫度計、照相機和其他儀器進行觀察、測量和分析，必須借助相關的試驗設備對結果的正確性進行驗證。對此，教師要為學生提供各種動手的機會，引導學生進行探究，使學生了解科學知識的過程也是他們學會科學研究方法、形成科學思維習慣和科學世界觀的過程。

四、科學教育改革對中小學教師的新要求

美國中小學的科學課程改革所采取的一項關鍵性措施就是教師培訓。改革者認為，教師培訓在教育改革中至關重要，沒有它，任何教育改革都注定要失敗。因此，他們從實際出發(fā)，對科學教師進行了多種形式的培訓。例如，在各州的許多學區(qū)大量設立“工作室”“輔導站”；或者在大學里舉辦假期研討班，就如何按照標準的要求對課程、教學、評價進行系統(tǒng)改革的問題，定期對在職科學教師進行培訓；或者向教師展示如何使用探究法。他們還舉辦電視專題講座，舉行現場教學等[2]。總而言之，美國中小學的科學課程改革對教師提出了以下要求。

1.教師要不斷更新科學知識和科學教學知識，成為終生學習者。由于人類掌握的科學知識會不斷增加，科學的內容也會有所變化，因此，教師對科學的了解必須能跟上科學發(fā)展的步伐。不僅如此，隨著人們對學習過程、教學過程的重新認識，教師對這方面的新知識也要有所了解。也就是說，教師不僅要不斷學習新的科學知識，而且要不斷掌握新的教學知識。這是一個持續(xù)終生的過程。

3.教師應能全面反思自己的教學行為，并從經驗中學會對科學的學習目標、教學策略、評價要求、課程教材等方面的問題作出恰當的決斷，不斷加深自己對科學教學實踐的理解，并在此基礎上不斷提高自己。

4.教師不僅要充分利用校內的科學教育資源，還要善于開發(fā)和鑒別校外學習資源，包括通信、計算機技術、機修、運輸、保健服務等領域的人力資源，以及學校所在地的高等學府、研究機構、實驗室、科技密集型企業(yè)、科學中心、公園、博物館、學校周圍的自然環(huán)境等。教師要善于同當地的有關人士一起，把這些資源變成學生學習科學所需的財富[4]。

五、對我國科學教育的啟示

當前我國正在進行科學素質教育的改革，其目的在于全面培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。如何使我國的科學素質教育辦得成功，自然是值得研究的。我們似乎可以從美國中小學的科學教育改革中找到一些啟示。

1.處理好科學與人的關系?？茖W不僅是一種專業(yè)或學科，更是一種人類事業(yè)或人類活動。亦即是說，科學是人們觀察和解釋世界的一種方式，科學離不開人。因而無論是科學研究還是科學教育，都要充分體現人性，在強調科學概念、科學過程和科學思維的同時，還要重視情感和價值觀教育。這就要求我們制定包括知識、技能和態(tài)度在內的全面的科學教育計劃[2]。

2.加強科學與社會的聯系。當今時代，科學技術已滲透到社會和個人生活的方方面面，學校再也不能脫離個人和社會生活的實際而單純地進行科學教育，而是應當理論聯系實際，把科學發(fā)展史、科學技術在社會和個人生活中的作用以及有關的科技問題融入科學教育中，加強探究學習。教師應鼓勵學生從自己的日常生活、興趣和需要中發(fā)現問題，提出問題，并試圖解決問題。這樣，系統(tǒng)而全面的科學教育方能落到實處。

3.就科學教育改革的方式而言，要把“自上而下式”與“自下而上式”結合起來。所謂“自上而下式”是指由上級教育行政部門發(fā)起，作出有關決定和部署，而后要求各學校貫徹執(zhí)行；“自下而上式”是指由個人或學校自發(fā)發(fā)起，進行探索或實驗，取得成功后向社會推廣。為了保證科學教育改革的順利進行，教育研究機構的專家學者應當進行大量的調查研究，反復論證，提出指導性建議，確定改革的基本框架，鼓勵科教實踐中的優(yōu)秀分子積極參與改革設計。同時，中央和地方政府不僅要在政策上支持改革，也要為率先進行改革的試點學校提供資金扶持[2]。這樣，既可以避免“自上而下”式可能出現的官僚主義或形式主義，又可以避免“自下而上”式可能出現的無政府狀態(tài)，從而使改革得以持久而深入地進行下去。

[1] 楊慧敏.美國基礎教育[M].廣州：廣東教育出版社，2004：170.

[2] 徐學福.跨世紀的美國中小學科學教育改革[EB/OL].http：//www.pep.com.cn/200406/ca489204.htm.

[3] 袁愛玲.中美幼兒科學教育課程的差異性比較[J].比較教育研究，2001（1）：39.

[4] 辛繼湘.美國中小學科學課程改革[EB/OL].http：//www.pep.com.cn/200406/ca470123.htm.