基于科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)的學(xué)與教

周逸先　陳鑫

“2061計劃”是美國科學(xué)促進會（AAAS）聯(lián)合美國科學(xué)院、聯(lián)邦教育部等12個機構(gòu)，于1985年啟動的一項面向21世紀人才培養(yǎng)，致力于中小學(xué)科學(xué)教育改革的跨世紀計劃。1985年，恰逢哈雷彗星臨近地球，改革計劃又是為了讓美國當(dāng)今兒童—下世紀的主人，能適應(yīng)2061年哈雷彗星再次臨近地球那個時期的科學(xué)技術(shù)和社會生活的急劇變化，故取名為“2061計劃”[1]。

“2061計劃”是一個長期的、分階段計劃，旨在幫助所有美國人，特別是年輕人，提高他們的科學(xué)、數(shù)學(xué)及技術(shù)素養(yǎng)，以適應(yīng)未來由科學(xué)和技術(shù)主導(dǎo)的世界，使美國的下一代在面臨巨大變革和考驗時，成為響應(yīng)變革、適應(yīng)變革、造就變革、影響變革的新一代。長期的科學(xué)教育改革，必須始于學(xué)習(xí)目標(biāo)，而清晰明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)對科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)是必不可少的。1989年，美國科學(xué)促進會出版“2061計劃”的第一本書—《面向全體美國人的科學(xué)》，為學(xué)生如何成為具有科學(xué)素養(yǎng)的成年人，及在每個學(xué)習(xí)階段應(yīng)該具備什么素質(zhì)提供建議。1993年，《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》出版，明確陳述在二、五、八、十二年級結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)該掌握并能夠使用的科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)知識。1996年，美國推出第一部《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》。整體而言，“2061計劃”旨在提高人們在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)方面的素養(yǎng)，從而更加獨立、負責(zé)任和富有成效地面對明日之生活。

為了達到上述標(biāo)準(zhǔn)中確定的科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)，“2061計劃”在K-12（幼兒園至高中畢業(yè)）階段采取一系列有針對性的措施，促進學(xué)生對科學(xué)課程的學(xué)習(xí)和教師的教學(xué)，并為此提出明確而具體的要求。

一、寧簡勿繁：課程“瘦身”計劃

在學(xué)校，教師講課和學(xué)生學(xué)習(xí)的時間有一定的限制，但許多教科書和學(xué)科教學(xué)大綱并不是這樣認識的，它們列入大量內(nèi)容，其中不少是有著膚淺細節(jié)和遠超多數(shù)學(xué)生能理解的技術(shù)術(shù)語。學(xué)習(xí)范圍總是超過學(xué)生的理解能力，重視數(shù)量而忽視質(zhì)量[2]。譬如，小學(xué)科學(xué)課程年復(fù)一年地教授恐龍、植物等主題，若要拓展其他主題，教師通常要自己準(zhǔn)備實驗材料和展品。到四五年級，科學(xué)學(xué)習(xí)變成對術(shù)語的記憶和對課文的梳理，這一重科學(xué)術(shù)語而輕科學(xué)實質(zhì)的學(xué)習(xí)方法一直延續(xù)到高中?？偟膩碚f，科學(xué)教育的現(xiàn)狀是：教學(xué)內(nèi)容有廣度沒深度，信息過多卻缺乏精髓。這樣的課程和教學(xué)方式很難培養(yǎng)出人們的科學(xué)素養(yǎng)。對此，有關(guān)專家指出，不要從小到大強迫學(xué)生消化隨科學(xué)進步不斷涌現(xiàn)的科學(xué)內(nèi)容和詞匯，而應(yīng)進行科學(xué)課程“瘦身”，為緩解國家在科學(xué)教育上的困境出一己之力。這便是寧簡勿繁的理念。

“2061計劃”系列報告之一—《科學(xué)素養(yǎng)的設(shè)計》中明確提出科學(xué)課程減負的具體措施，包括削減主要學(xué)科、刪減主要學(xué)科的分支學(xué)科、減少技術(shù)詞匯、減少無用的重復(fù)[3]。但真正實行起來，卻并不是容易之事。為此，它提出參考性建議：如果與學(xué)習(xí)上的收獲比較，“學(xué)科”的真實成本過高，就停止該學(xué)科并考慮刪掉。例如，電路是一個物理學(xué)基本概念，有研究數(shù)據(jù)顯示：在理解串聯(lián)電路和并聯(lián)電路運行差別的知識上，從小學(xué)到大學(xué)，學(xué)生都存在很多困難。教師經(jīng)常需要花費大量課外時間幫助學(xué)生理解這一概念，且不論收效怎樣，學(xué)懂電路概念對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)有多大重要性呢？從知識本身看，除了對攻讀物理學(xué)或工程學(xué)的學(xué)生有一定的價值外，電路學(xué)本身對科學(xué)素養(yǎng)并沒有多大作用。因此，“2061計劃”得出結(jié)論：串聯(lián)和并聯(lián)電路作為一種科目，最好不列為科學(xué)核心課程目標(biāo)，因為它需要很高的教學(xué)成本，但只能獲得很低的收益[4]。

為了避免被指責(zé)削減后的課程過于簡化，教師應(yīng)考慮國家標(biāo)準(zhǔn)和基準(zhǔn)的本意—什么是學(xué)生最應(yīng)該了解的核心科學(xué)知識。課程“瘦身”的目的不僅是表面上刪減課程現(xiàn)有內(nèi)容，背后的深意是為了贏得時間學(xué)習(xí)和理解重要事實、原理及其在科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)上的應(yīng)用。精簡課程的過程需要長期的堅持和付出，可能很痛苦，但相信結(jié)果會證明，一切努力都是值得的。

二、“重軟輕硬”：有效教學(xué)的新理念

進入21世紀，技術(shù)已成為非常有價值和強有力的教學(xué)工具，尤其在美國，技術(shù)一直被吹捧為教育的奠基石。然而，由“硬件”推動的教育改革，由于過于強調(diào)技術(shù)魅力，過分夸大對學(xué)生學(xué)習(xí)所起的作用，往往忽視課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)所起的作用，這注定會失敗。學(xué)校過于匆忙地引進這些技術(shù)，很少花費精力核查它們的技術(shù)內(nèi)容，未能適當(dāng)?shù)卮_定其所能起的作用，也很少培訓(xùn)教師學(xué)會如何使用它們。一旦學(xué)生、教師和家長發(fā)現(xiàn)這些新技術(shù)的缺陷，就可能把它們?nèi)釉谝慌裕肋h束之高閣[5]。

值得注意的是，新技術(shù)對提供新的教學(xué)方式很重要，但所取得的效果應(yīng)主動歸功于課程內(nèi)容和教學(xué)工作能夠與新技術(shù)完美配合。教學(xué)是人類古老的手藝，如何將教學(xué)法現(xiàn)代化，讓教師提高教學(xué)效率、學(xué)生提高學(xué)習(xí)能力，是目前學(xué)校教育的重中之重。基于此，“2061計劃”提出有效教與學(xué)的方法和原則，有些在科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)教育中尤其重要。

1.“學(xué)”不一定是“教”的成果

心理學(xué)研究表明，學(xué)習(xí)現(xiàn)象極其復(fù)雜，既涉及學(xué)習(xí)者內(nèi)部過程又涉及外部影響，既有內(nèi)容問題又有形式問題，既有簡單的學(xué)習(xí)形式又有復(fù)雜的高級學(xué)習(xí)形式[6]。一堂講得很好的課，許多學(xué)生，包括學(xué)習(xí)天分很高的學(xué)生，實際理解的東西比教師預(yù)計的要少。因為不管教師和書本傳播的知識多么清晰，學(xué)生都需要靠自己來體會它們的含義。因此，學(xué)校應(yīng)選擇和強調(diào)最重要的概念和技能，使學(xué)生能夠把注意力集中在理解的質(zhì)量上，而不是所教信息的數(shù)量上。

2.重視學(xué)生的現(xiàn)存觀念

有效地學(xué)習(xí)不僅要求新舊概念知識建立多重聯(lián)系，還要求人們徹底地重建思維方式。學(xué)生入學(xué)前，對可能遇到的每個論題都帶著或多或少的前概念，有些是正確的，有些是錯誤的。他們最初形成的信念會占據(jù)統(tǒng)治地位，有些錯覺會長期跟隨，影響后面知識的學(xué)習(xí)。教師必須考慮學(xué)生的現(xiàn)存觀念，幫助他們轉(zhuǎn)變錯誤認識，理解并接受新觀點。

3.課程應(yīng)與科學(xué)探索性質(zhì)吻合，反映科學(xué)價值觀

科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，既要通過已取得的研究成果，更要通過做什么和怎么做獲得定義。教師在教學(xué)中，可以考慮采取下列步驟培養(yǎng)學(xué)生在科技領(lǐng)域的典型行動和思維經(jīng)驗：從自然界的問題開始—讓學(xué)生積極地參與—把注意力放在收集和使用證據(jù)上—提供歷史背景—堅持清晰地表達思想—采取小組學(xué)習(xí)方式—不要把求知和發(fā)現(xiàn)割裂開—淡化記憶技術(shù)詞匯的重要性?？茖W(xué)不只是大量知識的凝聚，也不是一種累積知識和驗證知識的方法，而是一種融入人類價值觀的社會活動。教師要重視學(xué)生的好奇心，獎勵創(chuàng)造性，鼓勵健康的質(zhì)疑精神，同時避免教條主義[7]。

4.教學(xué)要消除學(xué)生學(xué)習(xí)上的顧慮

教師應(yīng)特別注意，學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)和科學(xué)時，容易產(chǎn)生強烈的顧慮和失敗恐懼感。例如，化學(xué)科目中，實驗是必不可少的教學(xué)環(huán)節(jié)，而許多學(xué)生懼怕使用實驗儀器或其他工具，因此會失去動手操作的學(xué)習(xí)機會。教師應(yīng)消除學(xué)生的這種恐懼心理，告知安全注意事項，提供使用儀器工具的豐富經(jīng)驗。此外，由于從事科學(xué)研究工作的大多數(shù)是男性，女性往往會形成在這方面不如人或不適合從事該工作的刻板印象。因此，教師要積極采取行動，扭轉(zhuǎn)這種令人沮喪的局面，改變觀念，選用一些學(xué)習(xí)材料，介紹女性做出的貢獻，鼓勵女學(xué)生樹立自信。

三、科學(xué)無處不在：正式學(xué)習(xí)與非正式學(xué)習(xí)的融合

現(xiàn)今社會無時無刻不在變化，學(xué)校對社會文化的應(yīng)變和數(shù)字技術(shù)的使用，往往滯后于社會發(fā)展，學(xué)生在學(xué)校教育系統(tǒng)內(nèi)獲得的知識脫離社會實踐，難以適應(yīng)社會的發(fā)展變化，這使得除學(xué)校之外的家庭、博物館、社區(qū)等非正式環(huán)境下的教育越來越受到追捧。作為科學(xué)教育的重要途徑之一，非正式學(xué)習(xí)對激發(fā)和維持中小學(xué)生終身學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和習(xí)慣具有深遠影響。作為一種探索和嘗試，以科技博物館為代表的校外非正式教育場所，正以獨特的科學(xué)教育價值，吸引著各國教育研究者和實踐者的關(guān)注。

在這方面，美國科學(xué)促進會創(chuàng)立的以“科學(xué)無處不在”為宣傳主題的“科學(xué)素養(yǎng)伙伴計劃”（Partnership for Science Literacy，縮寫PSL）有較大的說服力。PSL選取美國范圍內(nèi)的5所科普場館，作為主要合作伙伴，在許多社區(qū)開展一系列的科學(xué)主題活動，發(fā)放“家庭科學(xué)指南”手冊，最終目的就是讓家長在日常生活中更多地接觸各種科學(xué)知識，意識到它的重要性。PSL希望借此向大眾傳達這樣一種理念：“科學(xué)，陪伴著您和您的孩子度過每一天;每一個孩子成長的過程，都需要科學(xué)的營養(yǎng);父母的正確引導(dǎo)，對孩子的學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用;而科學(xué)帶給你的不僅僅是知識，也會是無限的快樂?！盵8]

這一以家庭和社區(qū)為主的科學(xué)素養(yǎng)活動，成為連接課外科學(xué)教育和課堂教學(xué)的紐帶，打通學(xué)校教育和社會教育的渠道，有效地貫徹終身學(xué)習(xí)理念，科技博物館在努力提高科學(xué)教育成效的工作中處于領(lǐng)導(dǎo)地位。“2061計劃”自與博物館合作以來，一直積極尋求有效的教學(xué)策略，博物館也在嘗試采用新的方式為學(xué)生、教師、社區(qū)及學(xué)校系統(tǒng)服務(wù)。

學(xué)校是正式性學(xué)習(xí)的代表，一大特色是權(quán)威性和結(jié)構(gòu)化，而博物館等非正式學(xué)習(xí)情境則代表一種尊重、包容和平等[9]。非正式學(xué)習(xí)體現(xiàn)終身學(xué)習(xí)的理念，使人們具備適應(yīng)不斷變化發(fā)展的知識和技能，從容不迫地應(yīng)對社會變遷帶來的挑戰(zhàn)。

四、通向未來的橋梁—教師培訓(xùn)

教師培訓(xùn)是邁向科學(xué)教育改革的第一步。用科學(xué)知識武裝教師，然后提高所有人的科學(xué)素養(yǎng)水平，這是具有重大社會意義的向智力和實踐的挑戰(zhàn)。為了使教師具有必需的知識和技能，完成根據(jù)“2061計劃”目標(biāo)和原則設(shè)置的課程任務(wù)，必須進行專業(yè)的教師培訓(xùn)。

教師培訓(xùn)的目的，首先是幫助教師理解科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)?！?061計劃”對科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)做了清楚的解釋，即客觀反映出學(xué)生應(yīng)該能達到的難度水平，但人們經(jīng)常按照自身對科學(xué)的理解及各地區(qū)和學(xué)校的現(xiàn)行課程解釋基準(zhǔn)。例如，《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》中“地球”主題對二年級學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)的描述：“開口容器中的水會消失，而封閉容器中的水不會消失?！眳⑴c“2061計劃”討論的部分專家看到這一表述時，以為是要求K-2年級的學(xué)生理解蒸發(fā)原理，包括對分子、肉眼不可見的水蒸氣及“蒸發(fā)”概念的理解。正在教K-2年級學(xué)生“蒸發(fā)”概念的教師更是這樣理解的。然而，基準(zhǔn)中并沒有提到關(guān)于“蒸發(fā)”的內(nèi)容，只是描述一種可以觀察到的現(xiàn)象。這是某些基準(zhǔn)的表達方式。以后才會根據(jù)這一現(xiàn)象再設(shè)立進一步的基準(zhǔn)描述空氣是氣體的概念，以及蒸發(fā)的概念。于是，可以驚奇地發(fā)現(xiàn)，培訓(xùn)前后教師對這一學(xué)習(xí)目標(biāo)的理解會發(fā)生具體變化[10]。

開口容器中的水會消失，而封閉容器中的水不會消失

深入研究學(xué)習(xí)目標(biāo)前，參與“2061計劃”研討的專家通常會這樣理解這一針對K-2年級學(xué)生的基準(zhǔn)要求：“了解蒸發(fā)作用”“理解物質(zhì)存在的狀態(tài)以及狀態(tài)的變化”“對體積有量的認識”“應(yīng)該了解水的特性。比如，水是一種無色的液體”。

按照特定的研究程序分析后，他們通常會改變對這一基準(zhǔn)的看法：“這僅僅是對容器有蓋沒蓋時出現(xiàn)現(xiàn)象的描述”“嚴格來說，這只是描述觀察到的現(xiàn)象，無須解釋”“概念線性圖中顯示，K-2年級學(xué)生不必理解蒸發(fā)的概念”“希望學(xué)生在二年級結(jié)束時能對這個現(xiàn)象有一定認識”“研究顯示對該現(xiàn)象只需點到為止”。

如此“較真”有必要嗎？答案是肯定的。基準(zhǔn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)是決定課程內(nèi)容的基礎(chǔ)，教師只有在真正理解的前提下，才能保證傳遞給學(xué)生的是恰當(dāng)而準(zhǔn)確的知識。課程改革必須依賴于對學(xué)習(xí)目標(biāo)即基準(zhǔn)、國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的基本概念或任何類似專一性標(biāo)準(zhǔn)的透徹理解。為此，“2061計劃”開發(fā)出專門的教師培訓(xùn)光盤—《科學(xué)素養(yǎng)教育資源：職業(yè)培訓(xùn)》，供高校教師制訂職前教育計劃、各學(xué)區(qū)設(shè)計在職教師培訓(xùn)或教師自學(xué)教學(xué)目標(biāo)時使用。

其次，教師培訓(xùn)是為了更好地了解學(xué)生。傳統(tǒng)的教師培訓(xùn)計劃通常并不注重這一點。目前，科學(xué)課教師面對成分越來越復(fù)雜的學(xué)生，會遇到各式各樣的態(tài)度和行為的挑戰(zhàn)，如欺騙、對教師權(quán)威的質(zhì)疑、對學(xué)習(xí)漠不關(guān)心等。教師培訓(xùn)教育通常只是概括性地介紹不同群體學(xué)生的特點，很少涉及如何對這部分學(xué)生進行有效教學(xué)的問題，結(jié)果是大大加強而不是減少對某些學(xué)生的偏見。所以，應(yīng)當(dāng)向未來的教師介紹各種有關(guān)的文獻資料，讓他們了解，在面對女學(xué)生、少數(shù)民族學(xué)生、殘障學(xué)生和家庭低收入學(xué)生教授科學(xué)課時，可能會產(chǎn)生特殊的教學(xué)問題。由于社會人口組成的日益復(fù)雜化，學(xué)校學(xué)生背景趨向復(fù)雜化，教師應(yīng)當(dāng)謹慎教學(xué)，學(xué)會對待各種背景的學(xué)生[11]。

最后，教師應(yīng)通過培訓(xùn)提升專業(yè)知識，提高科學(xué)素養(yǎng)水平。所有的科學(xué)課教師，絕對要具備足夠的科學(xué)知識和科學(xué)素養(yǎng)，才能實現(xiàn)《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》和《科學(xué)素養(yǎng)的基準(zhǔn)》所要求的各種目標(biāo)。對此，中學(xué)科學(xué)教師至少要主修一門科學(xué)專業(yè)課。只有加強對專業(yè)的學(xué)習(xí)，才能對科學(xué)有深入的了解，在重要概念、理論及應(yīng)用上顯現(xiàn)出自身的科學(xué)素養(yǎng)水平。

當(dāng)然，“2061計劃”是一個龐大的科學(xué)教育改革計劃，是全國性和系統(tǒng)性的。教師培訓(xùn)作為一個子系統(tǒng)，發(fā)揮的作用畢竟有限，而且最終是為了落實到課堂教學(xué)中。課堂教學(xué)是學(xué)校教育的中心環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)目標(biāo)的捷徑。從課程“瘦身”到新教學(xué)理念的貫徹，從非正式學(xué)習(xí)的實踐到未來教師的培養(yǎng)，傳遞著美國科學(xué)教育改革的信念和決心，值得科學(xué)教育工作者和研究者學(xué)習(xí)借鑒。

參考文獻：

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[9]Falk J， Storksdieck M.Using The Contextual Model of Learning to Understand Visitor Learning from A Science Center Exhibition [J].Science Education， 2005， 89（5）： 744-778.

[10]美國科學(xué)促進會2061計劃. “2061計劃”的經(jīng)驗： 貫徹基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的實踐途徑[EB/OL]. http：//2061.cast.org.cn， 1997-1/2015-10.

（作者單位：北京師范大學(xué)教育學(xué)部課程與教學(xué)研究院）

（責(zé)任編輯：孫建輝）