中美課程標準關于科學本質的比較研究
——以中學物理為例

武志偉 蘇玉成

(中央民族大學,北京 海淀 100081)

美國《下一代科學教育標準》(the Next Generation Science Standards,以下簡稱NGSS)[1]于2013年4月發(fā)布.踐行一個高質量的科學教育意味著學生將科學內容進行了深入的了解,也意味著發(fā)展了學生溝通、協作、探究和解決問題的能力,這將會為他們的職業(yè)生涯服務.

強調進行科學本質教育,國內學者有著細致的研究.劉健智通過討論美國科學本質教育的若干問題,得出了“科學課程的改革必須培養(yǎng)學生對科學本質的理解”的結論;梁瑋以我國高中生物為例,比較了中美課標關于科學本質觀的教育,提出了對我國課標的改進建議;康琪認為,科學本質教育只有落實到科學課堂實踐中,才能還原科學教學的本來面貌.

此時的中國正值高考改革的探索階段,中學物理首當其沖,成為被“冷落”的對象.[2-4]本文將以中學物理為例,通過中美課標關于科學本質的對比,希望能夠獲得一些在教師培養(yǎng)及物理教學方面的有益啟示.

1 課標中關于科學本質研究的背景

1.1 科學本質的概念

科學本質被定義為“科學的認識論,科學作為一種思考的方式,科學知識價值的信念及科學的發(fā)展”.[5]

科學本質在不同的研究機構或專家看法并不相同,一些研究者將“科學、技術與社會的關系(STS)”歸為“科學事業(yè)的本質”.這3個方面都是科學教育所要傳達的,這對于提高學生的科學素養(yǎng)有著重要的意義.

1.2 踐行科學本質教育的意義

科學家、科學教育家和科學教育組織大都認為,學生不僅要學習科學,而且要了解這些無可爭議的本質原理.[6]物理教育不是為了培養(yǎng)物理學家,而是具有其普通的教育功能.物理是邏輯和實證的科目,因此,物理課程的學習對于學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)很有必要.

1.3 關于我國科學教育本質的現狀分析

教師現在給學生討論的題目,往往是具有一定理想化的模型,這樣不容易啟發(fā)學生從實際中的情況中得出某些物理結論.這樣就會使學生“只見樹木不見森林”,很少能起到培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的目的.物理教學應該培養(yǎng)物理思維,起到科學啟蒙的作用,而大量的習題并不能很高效地訓練學生的科學思維能力.

我國目前的很多教師會有意識的在課堂上穿插一些物理學史的內容,作為對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)方式.[7]很多省份的中、高考題目中也加入了史學的內容,作為對學生是否習得這些素養(yǎng)的考查.但是,學生形成了什么樣的科學本質觀,許多教師并不關心,可能有的教師自己都不知道.[7]因此,科學教師不僅需要理解科學本質的內容知識,還需要具備科學本質的教學知識,并具備開發(fā)科學本質教學資源的能力,實現教師對科學本質的理解向科學本質課堂教學實踐的轉化.[8]

2 中美課標關于科學本質的比較

2.1 初中物理部分的比較

NGSS中對于科學本質的基本理解分為8個核心概念,[9]其中包括:

(1) 科學研究使用多種方法(Scientific Investigations Use a Variety of Methods);

(2) 科學知識基于實證證據(Scientific Knowledge is Based on Empirical Evidence);

(3) 科學知識根據新證據進行修訂并保持開放(Scientific Knowledge is Open to Revision in Light of New Evidence);

(4) 科學模型、法則、結構和理論解釋自然現象(Scientific Models,Laws,Mechanisms,and Theories Explain Natural Phenomena);

(5) 科學是一種認知途徑(Science is a Way of Knowing);

(6) 科學知識假定了在自然系統中存在秩序和一致性(Scientific Knowledge Asumes an Order and Consistency in Natural Systems);

(7) 科學是一項人類事業(yè)(Science is a Human Endeavor);

(8) 科學用來解決自然和物質世界的各種問題(Science Addresses Questions About the Natural and Material World).

筆者將先以初中物理為例,列出了在美國課標物理學科中提及到的核心概念,同時對應初中物理科學主題及具體要求,如表1所示.[1]

表1 美國《新一代科學教育標準》 初中物理部分科學本質教育內容

表1說明了NGSS中初中物理部分關于科學本質的教育內容.分析發(fā)現,美國課標科學本質涉及的核心概念有兩個,即“科學知識基于實證證據”及“科學模型、法則、結構和理論解釋自然現象”,其中,“科學知識基于實證證據”在4個科學主題中均有涉及.由此可知,美國初中主要是讓學生認識到物理是以實證為基礎的科學,通過實證總結出的科學模型可以解釋自然現象.

在我國2011年頒布的《義務教育物理課程標準》(以下簡稱《初中標準》)中也有體現科學本質的內容.《初中標準》提出其課程目標旨在提高學生的科學素養(yǎng),學生主要在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀3個方面得到不同程度的發(fā)展.在課程內容方面,《初中標準》將其分為“物質”、“運動和相互作用”、“能量”3大部分.筆者以這3個部分列出了在《初中標準》中有關體現科學本質教育的表述,如表2所示.[10]

表2 中國《義務教育物理課程標準》 中體現科學本質教育的表述

表2說明了《初中課標》中體現科學本質教育的表述,分析發(fā)現,與美國課標不同,中國關于科學本質的理解更多的集中在對學生科學素養(yǎng)的培養(yǎng)上.一方面,通過物理知識的學習,讓學生認識到現在所學的物理知識與前沿的科技有著密不可分的聯系;另一方面,通過讓學生經歷科學知識的探究過程,提高學生的科學態(tài)度和科學精神.

2.2 高中部分的比較

美國課標物理學科中提及到的核心概念,同時對應高中物理科學主題及具體要求,如表3所示.[1]

表3說明了NGSS中高中物理部分關于科學本質的教育內容,分析發(fā)現,與初中不同,美國高中物理部分在“科學知識基于實證證據”的基礎上對“科學模型、法則、結構和理論解釋自然現象”這一核心概念的具體要求作出了細化,集中在“運動與穩(wěn)定性:力和相互作用”和“波及其在信息傳遞技術中的應用”這兩個科學主題.同時,對學生提出了進一步的要求,要求其認識到“科學知識假定了在自然系統中存在秩序和一致性”,集中在“物質及其相互作用”及“能量”兩個科學主題.

表3 美國《新一代科學教育標準》 高中物理部分科學本質教育內容

在2017年頒布的《普通高中物理課程標準》(以下簡稱《高中標準》)提出其課程目標旨在進一步提高學生的物理學科核心素養(yǎng),為學生的終身發(fā)展奠定基礎,促進人類科學事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展.[11]在課程結構上,分為必修、選擇性必修和選修模塊,在這些模塊中,不僅含有物理學概念、規(guī)律和實驗,而且含有物理與社會發(fā)展、物理與技術應用、物理與生活等方面的內容.筆者以各模塊為分類標準,列出了在《高中標準》中有關體現科學本質教育的表述,如表4所示.[11]

表4說明了《高中課標》中體現科學本質教育的表述,分析發(fā)現,此次物理課標的修訂在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的基礎上,更加注重學生對知識的應用能力,使學生可以通過所學知識解釋自然現象和解決實際問題.其中,《高中課標》在核心素養(yǎng)中提到了“科學態(tài)度與責任”這一部分,它是指在認識科學本質,理解科學·技術·社會·環(huán)境關系的基礎上,逐漸形成的對科學和技術應有的正確態(tài)度和責任感,而“科學態(tài)度與責任”主要包括了科學本質、科學態(tài)度、社會責任等要素.[11]

表4 中國《課程標準》中體現科學本質教育的表述

與之前課標不同的是,此次《高中課標》在電磁振蕩與電磁波這一部分新加了“初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想,初步了解場的統一性與多樣性,體會物理學對統一性的追求”這一點.這一要求與美國NGSS關于科學本質的理解第(6)點“科學知識假定了在自然系統中存在秩序和一致性”基本一致.

綜上所述,美國初、高中關于學生對科學本質的把控是求長效的,通過層層遞進的方式讓學生認識到科學的本質.由表1和表3可知,美國對初、高中關于科學本質的8個理解的要求是相互滲透的,涵蓋的內涵更加豐富,有具體的要求和說明.我國對于科學本質的描述在某些方面是較模糊的,而且對于其內涵的闡釋在一定程度上是比較單一的.

3 啟示意義

科學教育中真正意義上的科學本質教育應該包括清晰且具體的內容.[12]本文通過中美課標關于科學本質的比較研究,從教師教育、教學實施兩個方面得到以下啟示.

3.1 對我國教師教育的啟示

物理教師是將來課程的主要實施者,可以說物理教師擁有怎樣的科學本質觀將會關系到其對學生科學本質觀的培養(yǎng).因此,高校在培養(yǎng)物理教師的時候,要注重對其科學本質觀的塑造,高校師生也要緊密關注科學本質觀的研究現狀,做到心中有數,使新教師入職后對學生的科學本質教育具有可控性.

3.2 對教學實施的啟示

在教學實施過程中,教師要將科學本質觀的培養(yǎng)落到實處.教師不能只看重表面,不看重物理本質,糾結于考試,考什么,考多少分的問題.例如:一旦考試中出現新題型,有的教師馬上就會總結出新的訓練方式,而實際的物理思維過程總是被忽略,這也與新題型設計的理念所違背.所以,在教師教學過程中,要盡量避免“偽科學”的教學行為.同時,盡管科學本質的培養(yǎng)內隱與科學探究的過程之中,但對于學生來說,如果不在科學探究的過程中告知學生相關的科學本質問題,而只是僅僅指導學生完成科學探究的過程,這樣并不能很有效地幫助學生理解科學本質的內容.[13][14]基于NGSS中關于科學本質的8個理解的呈現方式,我國課標也應該將科學本質的學習目標與學習途徑納入其中.

同時,美國科學課程各科目之間是相互聯系、相互滲透的,強調各學科之間的聯系.但是,我國的各科目之間缺乏緊密的聯系與滲透,將來新高考選科制度的實施甚至將會加劇這種科目的獨立性,引起學生對于某些科目的輕視.因此,基于NGSS中關于K-12科學教育的連續(xù)性,我們應該將科學本質觀的教育下移到小學和初中階段,使學生在啟蒙階段就對科學本質有比較深刻的認識,我們任重而道遠.