美国《国家科学教育标准》中的科学素养探微

细胞 遗传的分子基础
生物进化 生命体的相互依赖 生命系统中的物质 、能量和组织
生命体的行为
地球 空间
地球物质的性质 空中的物体
地球系统的结构 地球发展史
地球系统的能量 地球化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ周期
314 个人和社会视野的科学 科学不是一个孤立的社会现象 ,它同个人生活
和社会发展存在着密切的关系 。现代科学素养理论 认为 ,一个具有科学素养的人应该能够以科学为手 段认识并解决与科学技术有关的社会问题 。今天的 学生将是未来的社会公民 。他们会遇到各种各样的 与科学 、技术有关的问题 ,而且他们需要自己对这些 问题作出决策 。“国家标准”的这部分内容旨在通过 个人 、社会的视角让学生了解科学 、认识科学 ,并为 他们未来的决策奠定基础 。这部分内容以主题的形 式展开 ,涉及面很广 ,内容包括人类健康 、环境保护 、 资源利用和科技政策等等 。各年级段的主题见表 3。 315 科学的历史和本质
光 、热 、电和磁
表 2 国家标准中各年级段的学科内容
5～8 年级 物质的性质及其变化
运动和力 能量的传递
9～12 年级
原子的结构 物质的结构和性质
化学反应 运动和力 能量守恒和无序度的增加 能量与物质的相互作用
生命 科学
生命体的特性 生命体的周期 生命体与环境
生命系统的结构和功能 繁殖与遗传
调节机制与行为 人口与生态系统 生命体的多样性和适应性
3 个人事务 3 与科学有关 的社会问题 3 科学史 3 科学和技术 的本质
由表 1 可见 ,在“科学知识”一栏中 ,知识领域可 包括 6 个方面 ,即物质科学 、生命科学 、地球和空间 科学 、统一的概念 、科学探究 (知识) 、技术设计 (知 识) 。在前 3 个方面 “, 国家标准”与传统的科学课程 没有太大的区别 ,基本涵盖了物理 、化学 、生物 、地理 等科目 ,但是 ,它所强调的是一些基本的科学原理和 概念而不是大量的事实和科学词汇 。后 3 个方面则 是传统科学课程所忽视的 。第二栏是“技能和能 力”。“国家标准”中的科学内容有 3 项可划属此类 , 它们是科学探究 、技术设计和统一的过程 。在“国家 标准”中 “, 科学探究”和“技术设计”均包括两个方 面 ,一是有关的知识的理解 ,二是技能和能力的培 养 ,这里分别把它们置于第一 、二两栏 。“统一的概 念和过程”被分成两个部分 “, 统一的概念”和“统一 的过程”,分置于第一 、二栏 。总起来讲 ,第一栏是关 于“知道什么”的 ,第二栏则是关于“如何知道”的 。 换言之 ,第一栏指明一个科学素养的人应该具备哪 些知识 ,第二栏则表明他 (她) 应该学会哪些与科学 探究和技术设计有关的技能和能力 。在“国家标准” 中 ,属于目标“科学观点和价值观”的内容可概括为 个人事务 、与科学有关的社会问题 、科学史和科学的 本质等几个方面 。这些内容实际上规定了科学教学 的“背景”(Context) ,也即要求科学教学和科学学习 应该在这些领域中发展和实施 ,以便使学生真正理 解科学观点 ,形成科学的价值观 。显然 “, 国家标准” 中的科学素养全面反映了科学教育的目标 ,既重视 科学知识的学习 ,又重视技能和能力的训练 ,同时强 调科学观点和科学价值观的养成 。同时 ,在具体的 目标中又着重体现学科知识与过程知识并重 、认知 能力与操作技能并重以及重视科学的社会性和人文 性等 。这些理念都体现了当代科学教育关于综合处 理内容 (Content) 、过程 ( Processes) 和背景 ( Context) 的相互关系的基本思想[3 ] 。
关键词 国家科学教育标准 科学素养
1 前言
科学素养是美国近年来科学教育改革的中心议 题[1 ] 。继发起于 1985 年的“2061 计划”之后 ,美国 科学教育界又着手研究设计全美的科学教育标准 。 这一工作由美国国家研究院负责牵头 ,参加人员包 括与科学教育有关的各界人士 。初稿拟定于 1991 年 ,经过多次修改后于 1996 年正式出版成书 ,名为 “国家科学教育标准”[2 ] ( 以下简称“国家标准”) 。 “国家标准”共有 8 章内容 。前两章是“导言”和“原 则与定义”,后 6 章分别规定了科学教育的 6 个“标 准”:科学教学标准 、科学教师专业进修标准 、科学教 育评价标准 、科学内容标准 、科学教育大纲标准和科 学教育系统标准 。在第二章中 “, 国家标准”把科学 素养定义为“了解和熟悉进行个人决策 、参加公民事 务和文化事务 、从事经济生产所需的科学概念和科 学过程 (p . 22) ”,同时指出 “, 科学素养还包括一些特 定门类的能力”。随后还对“具有科学素养的人”的 特征作了较为具体的描述 。科学素养的具体则由第 6 章“科学教育内容标准”从 8 个方面予以规定 。这 8 项内容分别是 :统一的科学概念和过程 、作为探究 的科学 、物质科学 、生命科学 、地球与空间科学 、科学 与技术 、科学的个人和社会视野 、科学的历史与本 质 。其余各章则是实施科学素养教育的前提与保 证 。“国家标准”是指向从幼儿园到 12 年级的整个 基础教育阶段的 ,在具体的教学目的和学习任务方 面则分为 K(指幼儿园 ,下同) ～4 、5～8 、9～12 三个 年级段 ,分别予以表述 。
3 “国家标准”中的科学素养内容
311 作为探究的科学 探究是科学发展的精髓 ,也是科学素养的基础 。
“国家标准”中的“作为探究的科学”在内涵上超越了 一般意义的“科学过程”或“科学方法”,即观察 、推 断 、分类 、变量控制和形成假说等技能 ,它强调把这 些技能同科学知识和科学思维结合起来以形成对科 学的全面理解 。换言之 “, 国家标准”虽然也重视上 述技能的培养 ,但它不是把它们当作最终的目的 ,而 是作为认识科学的方法和手段 。“国家标准”从两个 方面规定了科学探究的内容标准 ,即进行科学探究 所需要的能力和对科学探究的理解 。它要求所有年 级的学生都应该有机会进行科学探究并培养科学探 究的能力 。这些能力包括 :提出问题 、制定研究计划 并付诸实施 、收集数据 、对证据与解释之间的关系进 行批判性和逻辑性思考 、提出和分析解释方法以及 科学观点的交流等 。“国家标准”认为 ,让学生参与 科学探究可以帮助他们“理解科学概念 ;理解我们是 ‘如何知道’的 ;理解科学的本质 ;掌握对自然界进行 独立探究的必要技能 ;形成运用技能 、能力和秉持科 学态度的习惯 (p . 105) ”。 312 科学学科内容
2 “国家标准”中的科学素养与科学教育 目标
科学教育目标可以从不同的角度予以阐释 。但 纵观各时期的理论研究和课程文件关于科学教育目 的或目标的表述 ,其基本内容可概括为 3 个方面 ,即 获取科学知识 、发展科学技能和能力 、理解科学观点 和价值观 。这些目标在不同的社会背景和历史条件 下会有不同的含义 。例如 “, 科学知识”可以是“科学 事实”“、科学概念”或“科学原理”; 在“知识和技能” 方面 ,20 世纪 60 年代强调“科学过程”,80 年代则强 调“问题解决”“; 科学观念和科学价值观”也有“科学 精神”“、科学态度”“、科学史和科学本质”“、科学 、技 术和社会之间的相互关系”等等不同的含义 。下面 依据科学教育的一般目标对“国家标准”中的科学内 容标准予以分析 ,借以揭示科学素养与科学教育目 标之间的关系 (见表 1) 。
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化 学 教 育
2001 年第 7～8 合期
表 1 国家标准中的科学素养和一般科学教育目标
科学教育目标
科学知识
技能和能力 科学观念和价值观
国家 标准 中的 科学 素养
3 物质科学 3 生命科学 3 地球和空间 科学 3 统一的概念 3 科学探究 3 技术设计
3 科学探究 3 技术设计 3 统一的过程
2001 年第 7～8 合期
化 学 教 育
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人们的重视 。“国家标准”中的科学和技术标准正是 体现了这一趋势 。不过“国家标准”强调 ,这部分内 容并不是技术教育标准 ,而只是规定与技术设计过 程有关的能力的培养以及对科学与技术的关系的理 解 。在这一点上 “, 科学和技术标准”与“作为探究的 科学标准”是一致的 ,二者都强调学生的能力和理解
用 。对于科学本质也不是要求学生从哲学的高度认 识一些深奥的命题 ,而是建议学生了解科学家工作 的基本方法和原则 、科学发展的一般规律以及科学 与社会的关系等 。这部分内容主要有 3 个主题 :作 为人类奋斗目标的科学 、科学的本质和科学的历史 。 幼儿园至 4 年级只要求学习第一个主题 ,其余 2 个 年级段的学生则要求学习所有主题 。
力的培养 。在能力培养上 “, 科学和技术标准”强调 培养学生自己发现和描述问题的能力 、设计解决方 案 (包括成本与风险效益分析) 以及实施和评价解决 方案的能力 。在各年级段对学生的能力和理解力的 要求有所不同 ,在幼儿园至 4 年级还要求区别自然 物与人造物的能力 。
物质 科学
K～4 年级 物体的位置和运动
2001 年第 7～8 合期
化 学 教 育
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美国“国家科学教育标准”中的科学素养探微
魏 冰
(广州大学生物与化学工程学院化学系 510405) 摘要 培养未来公民的科学素养已成为世界各国理科课程改革的首要目标 。本文试图以美国 “国家科学教育标准”中的“科学内容标准”为依据探讨科学素养的基本含义和内容 。文章讨论了该 文件中的科学素养与一般科学教育目标的关系 ,并在以下 6 个方面对科学素养的内容作了介绍和 分析 :作为探究的科学 、科学学科内容 、科学和技术 、个人和社会视野的科学 、科学的历史和本质 、统 一的科学概念和过程 。
科学史和科学本质 (科学哲学) 一直是科学教育 界颇有争议的话题[4 ] 。20 世纪 80 年代以来 ,随着 科学素养运动的兴起 ,它们再一次引起人们的关注 。 “国家标准”强调这部分内容并不是要求学生理解整 个科学发展史 ,而是鼓励学生学习一些历史事件 ,借 以了解科学的不同侧面以及科学在文化发展中的作