在21世紀(jì)工業(yè)情境中促進(jìn)中小學(xué)科學(xué)教育

培育未來的工業(yè)勞動(dòng)力

制造業(yè)的發(fā)展與成就，推動(dòng)了全球經(jīng)濟(jì)繁榮發(fā)展并保持強(qiáng)勁，而這離不開科學(xué)和其他STEM相關(guān)學(xué)科作為基礎(chǔ)。因此，讓年輕人理解科學(xué)在化學(xué)、制藥、聚合物、核、油、天然氣和石油等工業(yè)中的地位，理解這些工業(yè)對(duì)他們的生活的影響，是十分重要的。在英國，技術(shù)人才呈現(xiàn)高齡化，許多人是在走上工作崗位之后“在職地”發(fā)展技能的。用人單位需要招聘年輕人以保證未來的工業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)。

我們的研究顯示，兒童對(duì)工業(yè)有著消極的認(rèn)識(shí)，這促使他們16歲以后不愿選擇繼續(xù)學(xué)習(xí)科學(xué)，也不愿選擇STEM方向的職業(yè)道路。兒童看待工業(yè)的視角是傳統(tǒng)的（比如英國維多利亞時(shí)代的工業(yè)），或者來自于地理課（工業(yè)導(dǎo)致污染）。他們并不知道現(xiàn)代的、清潔的、安全的和自動(dòng)化的工藝過程已經(jīng)是21世紀(jì)工業(yè)的主流了。

同時(shí)，工業(yè)的需求在不斷改變，現(xiàn)在的招聘也特別重視已經(jīng)開始學(xué)習(xí)具體工業(yè)專長的合格和熟練的年輕人。人們并不認(rèn)為工業(yè)是一個(gè)值得羨慕的行業(yè)；并且在大多數(shù)年輕人眼中，這并不是一條受人矚目和收入豐厚的職業(yè)道路。當(dāng)學(xué)生根據(jù)他們的職業(yè)愿景選擇學(xué)科時(shí)，科學(xué)并不總排在候選序列的首位。實(shí)際上，所有工業(yè)部門在本質(zhì)上都需要更高水平的專業(yè)技能，創(chuàng)造能力和團(tuán)隊(duì)合作也受到雇主的青睞。當(dāng)前我們應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)是如何突出這一行業(yè)的潛在魅力，以及它對(duì)年輕人的能力需求。

鼓勵(lì)學(xué)生選擇科學(xué)

Bennett等的文獻(xiàn)綜述得出結(jié)論：強(qiáng)有力的證據(jù)表明，與傳統(tǒng)課程相比，基于情境的方法更能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的積極態(tài)度，從而能夠激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生獲得更多的綜合能力，并讓這些未來的勞動(dòng)者知道科學(xué)是如何得到應(yīng)用的?，F(xiàn)在，已經(jīng)有一些向著這一目標(biāo)的努力，使科學(xué)教育與生活聯(lián)系更緊密、更能激發(fā)學(xué)生興趣，并關(guān)注未來的職業(yè)道路。事實(shí)上，從2006年開始，新的GCSE（英國普通中等教育證書，是學(xué)生完成中學(xué)后參加的考試——譯者注）課程就著眼于科學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用和發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

在英國，法律規(guī)定學(xué)生在16歲之前必須學(xué)習(xí)一些科學(xué)。當(dāng)我們?yōu)閷W(xué)生裝備他們?cè)谡n堂之外所需的成功工具時(shí)，對(duì)科學(xué)的學(xué)習(xí)是一個(gè)不可或缺的關(guān)鍵組成部分?？茖W(xué)與學(xué)生的就業(yè)能力緊密聯(lián)系，我們也需要讓年輕人看到對(duì)科學(xué)的理解有助于發(fā)展他們的創(chuàng)造、創(chuàng)新和批判思維能力，因而在一個(gè)均衡的課程中科學(xué)是尤其重要的。有這樣一種擔(dān)心：在16歲以上的學(xué)生中，選擇深造基于科學(xué)的課程——尤其是物理科學(xué)——的學(xué)生數(shù)量正在減少。研究指出，選擇科學(xué)作為未來的職業(yè)是學(xué)生在16歲以后選擇相應(yīng)課程的主要?jiǎng)恿χ?。因此，為了促進(jìn)對(duì)科學(xué)課程的認(rèn)同，有必要向?qū)W生展示在以科學(xué)為基礎(chǔ)的工業(yè)中所蘊(yùn)藏的機(jī)遇。

從最初引入科學(xué)開始，教師就應(yīng)當(dāng)“涵蓋科學(xué)在開發(fā)有用的事物時(shí)所扮演的角色”，并且“在教學(xué)中采用一些情境”。從11歲開始，學(xué)生就應(yīng)當(dāng)擁有“在工作場所體驗(yàn)科學(xué)的機(jī)會(huì)”，然后“思考當(dāng)代科技發(fā)展的各個(gè)方面”。研究證明，科學(xué)教育應(yīng)當(dāng)從缺少內(nèi)容的教學(xué)方法向通過討論和實(shí)踐探究來促進(jìn)思考的教學(xué)方法轉(zhuǎn)變，這能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。讓學(xué)生有機(jī)會(huì)經(jīng)歷目的鮮明又引人入勝的、情境驅(qū)動(dòng)的實(shí)踐是非常重要的。但是，在課堂中這到底意味著什么呢？

在包含課程的知識(shí)內(nèi)容的同時(shí)，教師必須竭力為學(xué)生提供情境和經(jīng)驗(yàn)，讓他們深刻體會(huì)到科學(xué)“是日常生活的一部分”。最有效的途徑之一是用工業(yè)作為教學(xué)情境，以及在開展科學(xué)教育時(shí)讓工業(yè)者參與進(jìn)來。

7～11歲小學(xué)生的工業(yè)情境

自1988年建立以來，英國約克大學(xué)化學(xué)系的CIEC科學(xué)促進(jìn)項(xiàng)目（CIEC Promoting Science，前身為化學(xué)工業(yè)教育中心Chemical Industry Education Centre）通過鼓勵(lì)采用當(dāng)前的工業(yè)實(shí)踐作為學(xué)習(xí)科學(xué)技能與概念的情境，來推動(dòng)中小學(xué)科學(xué)教育。CIEC致力于激發(fā)學(xué)生和教師對(duì)科學(xué)的興趣，以改善科學(xué)教與學(xué)的質(zhì)量。其基本原則的一個(gè)重要方面是建立教學(xué)與工業(yè)的聯(lián)系。廣泛的教師專業(yè)發(fā)展項(xiàng)目、印刷和在線的豐富的教與學(xué)資源提供了與課程內(nèi)容相關(guān)的、基于情境的探究活動(dòng)，使我們的目標(biāo)得以達(dá)成。

在用情境保持兒童的興趣時(shí)，我們通常的做法是引入學(xué)生感興趣的、教室之外的話題和想法。不過，一個(gè)非常有效的方法是讓學(xué)生探究一個(gè)以前未知的、刺激的情境，比如工業(yè)情境，這些情境能激發(fā)兒童好奇心，讓他們有機(jī)會(huì)洞察也許從未遇到過的領(lǐng)域。

CIEC持續(xù)時(shí)間最長的項(xiàng)目之一是1996年開始的“兒童挑戰(zhàn)工業(yè)”（Children Challenging Industry）。相關(guān)研究結(jié)果激勵(lì)著教師和工業(yè)者持續(xù)與學(xué)校合作，采用這一項(xiàng)目的教學(xué)方法。

這項(xiàng)研究顯示：

兒童和教師都在頭腦中勾勒出化學(xué)工業(yè)的輪廓。

兒童更清楚地知道工廠里發(fā)生了什么、誰在那里工作、科學(xué)對(duì)工業(yè)有哪些影響。

教師將基于工業(yè)的科學(xué)活動(dòng)應(yīng)用于每

一批學(xué)生的課堂教學(xué)。

這一項(xiàng)目為學(xué)生提供了在工業(yè)情境中體驗(yàn)科學(xué)的機(jī)會(huì)。有一批科學(xué)教師顧問在工業(yè)集中地區(qū)工作。他們與企業(yè)一同工作，使學(xué)校中教的科學(xué)與生產(chǎn)中應(yīng)用的科學(xué)之間建立起緊密的聯(lián)系。顧問也要確保兒童在參觀工廠時(shí)關(guān)注科學(xué)和生產(chǎn)過程，并能將它們與課堂中的學(xué)習(xí)聯(lián)系起來。CIEC顧問到學(xué)校去介紹項(xiàng)目，為教師提供專業(yè)發(fā)展機(jī)會(huì)，并在一個(gè)班級(jí)中實(shí)踐CIEC的課程。我們開發(fā)了與不同工業(yè)相關(guān)的眾多教學(xué)資源，這些資源都與課程標(biāo)準(zhǔn)有著合適的聯(lián)系，如此才能確保這些資源與它們所面向的年齡段匹配。包括了精心設(shè)計(jì)的科學(xué)探究的一系列科學(xué)課程是通過工業(yè)情境引入的。兒童要在3周時(shí)間里努力解決當(dāng)?shù)仄髽I(yè)所面臨的一些科學(xué)問題。

引入探究問題的情境是這樣的：一個(gè)虛構(gòu)企業(yè)的科學(xué)家和工程師需要解決一些影響工廠運(yùn)行的技術(shù)與科學(xué)問題，因而在尋求幫助。我們鼓勵(lì)教師與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)聯(lián)系，以向他們的學(xué)生呈現(xiàn)真實(shí)的挑戰(zhàn)。

在這樣的實(shí)踐挑戰(zhàn)中，包含了讓潛在的工業(yè)職業(yè)道路更清晰的機(jī)會(huì)、基于科學(xué)概念的工業(yè)實(shí)踐以及關(guān)于工業(yè)如何運(yùn)行的信息。舉個(gè)例子，兒童被分成工作小組，設(shè)計(jì)和開展實(shí)踐活動(dòng)。工作小組中的角色包括安全官員、資源經(jīng)理、通訊官員等，這對(duì)于讓兒童將注意力集中在共同的任務(wù)上是非常有效的，同時(shí)還能展示在合作解決問題的一個(gè)組織中一般有怎樣的結(jié)構(gòu)。

兒童決定他們可以獲得哪些信息、他們需要知道什么，然后計(jì)劃怎樣找出答案。如果前期評(píng)測顯示兒童沒有足夠的實(shí)踐技能以完成任務(wù)，教學(xué)就將重點(diǎn)關(guān)注這些技能的習(xí)得，提供學(xué)生清晰的指導(dǎo)和學(xué)習(xí)目標(biāo)。所有探究都需要的這些技能可以在未來的課程中得到評(píng)測，不僅需要從學(xué)生思考和實(shí)踐的過程評(píng)測學(xué)生應(yīng)用技能的能力，還需要評(píng)測學(xué)生選擇合適的技能來解決任務(wù)的能力。

在課堂活動(dòng)之后，兒童要參觀當(dāng)?shù)毓S，看看他們一直以來學(xué)習(xí)的科學(xué)是如何應(yīng)用在工業(yè)環(huán)境中的，他們?cè)?jīng)使用的一些簡單設(shè)備是怎樣被工程師放大以組裝成生產(chǎn)車間的。這被看成學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的一個(gè)重要部分，因?yàn)樗拇_能夠激發(fā)學(xué)生的興趣，讓他們的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)更真實(shí)、更有吸引力，并且更重要的是，更鼓舞人心。

CIEC資源和教學(xué)方法的效果已經(jīng)被評(píng)估了許多年。一項(xiàng)持續(xù)的研究評(píng)估了一個(gè)項(xiàng)目的長期影響。這項(xiàng)研究顯示，5年以后學(xué)生仍能記住課程的一些部分，尤其是與實(shí)踐有關(guān)的內(nèi)容，參觀過工廠的學(xué)生中有59%記得參觀的一些片段，40%認(rèn)為這樣的經(jīng)歷有益于他們接下來在中學(xué)的科學(xué)學(xué)習(xí)。參與項(xiàng)目的教師在5年后仍在使用項(xiàng)目的資源和方法。兒童的熱情以及對(duì)科學(xué)和工業(yè)的態(tài)度的轉(zhuǎn)變清楚地證明了項(xiàng)目對(duì)學(xué)習(xí)愿望的影響。下面引用了參與項(xiàng)目的諸多教師所提供的反饋中一段具有代表性的話：

“‘兒童挑戰(zhàn)工業(yè)’（children Challenging Industry）項(xiàng)目在學(xué)校中產(chǎn)生了重要的影響。它的活動(dòng)在課堂中成功開展了，這些活動(dòng)激發(fā)了小學(xué)生的熱情。參與項(xiàng)目的教師得到了高品質(zhì)的科學(xué)教學(xué)專業(yè)發(fā)展。與工業(yè)面對(duì)面的接觸改善了兒童和他們的教師對(duì)工業(yè)的理解和態(tài)度。我們的目標(biāo)是加強(qiáng)學(xué)校中的科學(xué)的研究性，為教師提供培訓(xùn)以使他們得到可以在課堂上引入的豐富的工業(yè)“鏈接”。我們的學(xué)生都很喜歡通過課堂探究來解決現(xiàn)實(shí)生活中的科學(xué)問題。在我們參觀了Grosvenor Chemicals化工廠后，許多兒童表示出成為一個(gè)科學(xué)家的愿望。他們隨后的學(xué)習(xí)和評(píng)論顯示了他們對(duì)化工的理解已經(jīng)從負(fù)面的轉(zhuǎn)變?yōu)檎娴??！?/p>

Catherine Jubbs，Lindley小學(xué)

11～14歲中學(xué)生的工業(yè)情境

最近，“兒童挑戰(zhàn)工業(yè)”（Children Challenging Industry）項(xiàng)目的原則已經(jīng)被搬到中學(xué)階段。要開展同樣的項(xiàng)目有諸多潛在障礙。最大的挑戰(zhàn)來自于中學(xué)人數(shù)較多，較難讓所有學(xué)生一起參觀工廠。采用“工業(yè)大使”策略可以解決這一難題。工業(yè)大使們到學(xué)校訪問學(xué)生，而不是在工廠中接待學(xué)生。大使與當(dāng)?shù)貙W(xué)校合作，為學(xué)生設(shè)計(jì)一些挑戰(zhàn)，讓他們?cè)谡n堂上解決能真切反映工廠中的工作的問題。這樣做的目的是讓學(xué)生感到課程呈現(xiàn)的方式充滿樂趣、刺激，有意義和有啟發(fā)。豐富的互動(dòng)和實(shí)踐能讓這樣的影響最大化。要達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，可以使用大使帶到學(xué)校的許多產(chǎn)品，讓大使在具有挑戰(zhàn)性和刺激性的實(shí)踐探究中支持學(xué)生——許多學(xué)生將這樣的探究稱為“真正的科學(xué)”。通過與大使的接觸，學(xué)生能更好地建立起他們?cè)趯W(xué)校中所學(xué)的科學(xué)與工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的科學(xué)的聯(lián)系。他們也有機(jī)會(huì)發(fā)展小組合作技能，這反映了工廠中的互動(dòng)關(guān)系。

下面的引用來自一位工業(yè)大使，他從項(xiàng)目實(shí)施的第1年起就參與進(jìn)來，現(xiàn)在已經(jīng)是第3年了。

“我從參與項(xiàng)目的過程中收獲頗多。從個(gè)人角度看，我享受它的每一分鐘。聽到兒童對(duì)我們教的東西如此充滿熱情，我感到非常欣慰。以前，對(duì)于在工廠中工作是什么樣子，他們的想法是消極的，但他們現(xiàn)在很想像我們一樣為一家企業(yè)工作。當(dāng)看到孩子們展示他們的學(xué)習(xí)成果和學(xué)習(xí)過程時(shí)，我發(fā)現(xiàn)他們完全超出了我的預(yù)料。我想每個(gè)人都會(huì)同意，項(xiàng)目比預(yù)期成功得多?！?/p>

Jennifer Tweedle， Johnson Matthey Cafalysfs公司

下面的引用來自教師：

“有挑戰(zhàn)、有意義、有目的。教室變成了車間?！?/p>

Mike geed。st Michaels Science Specialist；College學(xué)校

“將工業(yè)帶入學(xué)校妙極了！” Barbara Harrison。st Michaels Science Specialist College學(xué)校

“毋庸置疑，這個(gè)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生如何看待科學(xué)產(chǎn)生了顯著的影響?！?/p>

John Burgess，Northfield School and Sports College學(xué)校

持續(xù)提供高品質(zhì)的支持

有越來越多的方案可以用于促進(jìn)工業(yè)大使進(jìn)校園。Straw等人對(duì)英國STEM大使策略的實(shí)施現(xiàn)狀所作的綜述能讓人們對(duì)此有所了解。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，最有效的互動(dòng)需要與工業(yè)實(shí)踐有真實(shí)的連接，并且所涉及的科學(xué)必須緊扣學(xué)生在科學(xué)課上所學(xué)習(xí)的課程。

許多大企業(yè)都有教育官員和教育項(xiàng)目。但是，學(xué)校容易交往和愿意建立長期聯(lián)系的往往是小企業(yè)、當(dāng)?shù)仄髽I(yè)。遺憾的是，小企業(yè)有時(shí)感到他們無法提供工作人員，或者不能理解與學(xué)校的互動(dòng)中出現(xiàn)的價(jià)值差異。CIEC運(yùn)作的項(xiàng)目展示了這種合作可以多么有效；對(duì)科學(xué)和政府STEM計(jì)劃感興趣的專業(yè)組織也正在鼓勵(lì)與科學(xué)有關(guān)的企業(yè)與教育系統(tǒng)合作，使這種互動(dòng)更多地發(fā)生。