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我们的科学教育究竟差在哪里?

www.jyb.cn 2017年01月06日   来源:文汇报

  刚刚过去的PISA测试引起了人们对国内科学教育的关注。但是,我们的科学教育与发达国家相比,究竟差在哪里? 也许对比我们国内的科学教育方案和发达国家的科学教育的目标,可以找到答案。

  究竟什么是全面的、高质量的科学教育

  科学素养是上世纪70年代国际科学教育改革的重要标志,对其内涵的探讨一直延续至今。PISA借鉴了美国著名学者米勒教授上世纪80年代提出的科学素养三维模型:对科学术语和基本概念的理解;对科学原理、方法及科学探究本质的理解;对科学技术对社会影响的理解。PISA2015科学素养的内涵不断深化,建立了一个多维的框架体系:三项核心的科学能力:科学地解释现象;评价和设计科学探究;科学地解释数据和证据。二是三类科学知识:内容性知识、程序性知识和认知性知识。三是科学态度,即学生对科学的兴趣,对科学探究方法的重视和环境意识。四是情境,即包含个人的、地方的/国家的、全球的一些历史和现实问题。

  显然,这一科学测试对学生科学知识、科学能力、科学态度的考核更全面、更精细,涉及的问题情境也更具有现实性和挑战性。

  盘点世界上那些科学教育水平名列前茅的国家和地区,不难发现大多是较小的国家或地区,虽然人口较少,但经济实力和城市化的水平高,K-12年级学生都能享受好的基础教育;学校科学教育的资源丰富,倡导学生动手实验,在探究中收集证据进行推理,学习科学家研究问题的方法;学校和社区的科学教育活动相结合,有利于开拓学生的科学视野,对社会、科技、生活情境中科学知识的运用往往比较熟悉。

  那么,什么是全面的科学教育和较高质量的科学教育?

  我们认为,在义务教育阶段,儿童学习科学的年限至少在6年以上,涵盖的课程内容非常丰富。

  学生不仅要了解与自然世界运动、变化有关的大量知识,还要尝试去体验科学家是如何工作的,学习科学研究的一系列方法;通过亲身经历观察、实验等过程收集证据,处理数据,进行推理,初步揭示自然世界和实验室中一些现象的因果关系;教师要不断激发儿童对探究未知世界的兴趣,引导学生提出问题,大胆质疑,帮助学生逐步学会科学思维,提高科学探究能力。

  同时,随着科学知识的不断积累,学生对科学与人类文明、科学与可持续发展的关系的认识也将进一步加深,逐步树立起现代公民必须对自然、环境、人类和平与健康具有高度的责任感。

  显然,上述任务的完成,仅靠课堂上的讲解和练习是远远不够的,学生必须走出教室到自然界去观察,到实验室去动手做,到科技馆去亲身体验,只有这样才能全面提升学生的科学素养水平,提高学校的科学教育质量。

  但是,任何纸笔的测试都只能反映科学教育质量的某一个侧面,无法替代儿童在学校中经历的丰富、生动的科学学习过程,以及学生在真实科学探究中的多种能力,也难以评价在开放性问题上学生设计和解决问题的综合能力。即使在2015PISA科学测试10名之后的英(15名)、德 (16名)、美 (25名) 等国,还是低于平均分的俄罗斯 (32名),这些国家中小学科学教育和人才培养的质量也是国际公认的。

  如何让“隐性”的科学能力超越“显性”的科学知识

  学生的科学素养是需要系统设计的,并且科学教育必须以能力为主线贯穿整个课程。最难的就是隐性的科学能力的培养要超越显性的科学知识的教授。

  在PISA2006中已明确提出包含情境、能力、知识、态度及其相互关系的一个科学素养框架,在PISA2015中对上述框架的要素又作了调整和精细化,对内容进行了分类,进一步明确科学能力是科学素养的核心,在真实的情境中注重培养学生学会科学地解释现象、评价和设计科学探究、科学地解释数据和证据的能力。

  例如,选择“温室效应”这一社会问题为情境,以有关的两幅图为依据展开讨论,A同学坚持认为地球大气层平均温度的上升,显然是由二氧化碳排放增加而引起的;B同学则提出质疑,对曲线上某些时段的分析不支持上述结论,强调推理“必须确定在大气层内其他会影响温室效应的因素维持不变”等前提,依据必须充分。

  显然,该题侧重考查了学生阅读材料、观察和分析数据、提出证据、基于证据推理等能力,在解决实际问题的过程中进一步加深了对环境保护重要性的认识。这种通过问题将科学素养的各要素整合于学生活动之中,并有计划地予以实施,值得在我国的科学课程中大力提倡,以改变目前科学教育重复演练的弊端。

  对科学能力的界定,近年来虽有调整,但都秉承了“识别问题”“解释现象”“解读数据和证据”等核心能力,这对学生科学探究能力和批判性思维的要求更高。

  学生的科学能力是在学习科学的过程中逐步形成的,比知识更为重要,是终身学习必备的品质。

  考察目前的义务教育科学课程标准,比较重视对核心知识的界定,缺乏对关键能力类型的梳理和相应能力层次的划分,在教材、教学中科学知识和能力分离,科学知识是“显现”的,浓墨重彩,而科学能力却是“隐形”的,难以察觉,这对儿童科学素养的发展是十分不利的。

  从社会热点问题中领悟科学的价值

  PISA科学素养测试注重学生对科学与现实世界的广泛联系,将情境纳入科学素养框架,并从个人、地区/国家、全球三大视角来选择素材。如在“环境质量”下的情境有:(1) 友好的环境行为,设备与材料的使用和处理 (个人视角);(2) 人口分布,废物处理,环境影响 (地区/国家视角);(3) 生物多样性,生态环境可持续性,控制污染,土壤/生物物种的损耗 (全球视角)。学生从认识和处理身边熟悉的环境事件入手,逐步延伸到思考地区和全球范围内的环境问题。例如,选择一个地区/国家的环境质量问题“蜂群衰竭失调”作为情境,描述蜜蜂离开蜂巢后,会逐渐导致数以百亿计的蜜蜂死亡,但蜂群衰竭失调不仅影响蜜蜂,某种鸟类也因此受到冲击。向日葵是蜜蜂和某种鸟类的食物来源,向日葵的花蜜是蜜蜂的食物,而种子则是该鸟类的食物。试题要求解释,蜜蜂消失为何会造成该种鸟类数量下降?在提给信息中寻找发现支持蜜蜂死于病毒的观点。学生运用“传粉方式”“病毒感染”等知识去解释一个真实的环境问题,体现了知识的社会价值。PISA科学测试给我们的启示是:基于真实情境引出问题,情境中蕴含知识和方法,引导学生运用知识和方法去解决问题,从中培养学生的社会责任感和参与社会决策的能力。这也是科学课程改革追求的重要目标。

  毫无疑问,科学教育的重要目标是帮助学生学会思考和解决问题。现实情况是各种类型的应试几乎替代了正常的教学,中考更是科学课堂教学的指挥棒。

  “讲、记、背、练”是学生学习科学的常态,教师习惯于将知识“肢解”,学生习惯于围绕知识点解题。科学探究成为摆设,学生对科学的兴趣逐年下降,学习负担过重,这严重影响了学生的心身健康,制约了学生科学素养水平的提升。

  改革科学教育评价一是研究科学课程的核心内容和关键能力,建立义务教育科学素养评价的基本标准,确定相应的考试方式,倡导纸笔测试与完成表现性任务相结合;二是改革纸笔测试命题的传统模式,选编恰当的实际情境,考核学生运用已有知识和提取新知识解决实际问题的能力;三是适当增加“主观题”,强化“能力立意”,依据能力水平确定问题的“台阶”,力求客观衡量学生科学能力的不同维度和层次,特别是注重对设计探究方案、解释和处理数据、基于证据推理等能力的考查,利用开放性问题进一步反映学生整合知识、自主建构、质疑批判等高阶思维能力。(作者系华东师范大学教师教育学院教授、博士生导师,教育部化学国家课程标准研制组组长)



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{编辑:彭诗韵}

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