美國(guó)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)內(nèi)容》的解讀

摘要:本文通過(guò)對(duì)《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)》解讀分析，討論了化學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一性和開(kāi)放性的實(shí)質(zhì)及意義，探討了它對(duì)化學(xué)教學(xué)帶來(lái)的啟示。

關(guān)鍵詞:國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn);標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué);統(tǒng)一性;開(kāi)放性

文章編號(hào):1005-6629(2010)08-0063-04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1996年，美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)(NRC)頒布了《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(NSES)。全國(guó)統(tǒng)一課程標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施突破了美國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)教育系統(tǒng)的地方分權(quán)體制，具有里程碑意義。科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)共分6個(gè)部分:科學(xué)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、專業(yè)進(jìn)修標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)教育大綱標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。“標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有規(guī)定課程設(shè)置”[1]， 認(rèn)為任何單一的課程都不足以幫助學(xué)生達(dá)到所有的科學(xué)目標(biāo)，只是在科學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不同年級(jí)的學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)最終要達(dá)到的水平狀況，包括科學(xué)的統(tǒng)一概念和過(guò)程、作為探究過(guò)程之科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)、科學(xué)與技術(shù)、個(gè)人和社會(huì)視角中的科學(xué)、科學(xué)的歷史和本質(zhì)。由于是以科學(xué)的名義，許多學(xué)科教學(xué)的教師就有疑惑，如一些化學(xué)教師在閱讀9-12年級(jí)的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)時(shí)， 就認(rèn)為在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里沒(méi)有多少化學(xué)的內(nèi)容[2]，因此在化學(xué)教學(xué)中也不知道如何應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)化學(xué)教學(xué)。鑒于此，1997年至2002年，美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)教育部門和一些州立大學(xué)化學(xué)系的教授聯(lián)合為高中教師編制了一本資源手冊(cè)——《國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)》(CNSES)，目的是幫助9-12年級(jí)的教師在化學(xué)教學(xué)中實(shí)現(xiàn)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在該書中，每位教授負(fù)責(zé)一個(gè)主題，解答對(duì)高中化學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)意味著什么，指導(dǎo)教師在不同的課堂情況中如何運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)完善教學(xué)。

1美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)中的化學(xué)內(nèi)容

美國(guó)化學(xué)會(huì)教育分會(huì)的塞歐威·維爾(Sylvia A. Ware)[3]認(rèn)為， 產(chǎn)生疑惑的原因是許多教師把“ 化學(xué)”這個(gè)詞用來(lái)識(shí)別NSES中是否有化學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)。而實(shí)際上“NSES中被選擇的基本概念和原則是覆蓋那些賦予同一時(shí)期科學(xué)實(shí)踐中特色的、知性的、文化的慣例。在NSES中怎樣找到化學(xué)內(nèi)容取決于我們對(duì)現(xiàn)代化學(xué)知識(shí)范圍的定義”。他認(rèn)為前任美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)主席羅納德·布里斯羅在1997描繪的化學(xué)是尋找NSES中化學(xué)內(nèi)容的依據(jù):“化學(xué)是一門試圖去理解物質(zhì)屬性和物質(zhì)變化規(guī)律的科學(xué)。它與自然存在的物質(zhì)以及被人類創(chuàng)造的新物質(zhì)有關(guān)。它關(guān)注樹(shù)被閃電擊中而燃燒這種自然變化， 關(guān)注生命中的化學(xué)變化，也關(guān)注化學(xué)家新發(fā)明或創(chuàng)造的反應(yīng)”[4]。因此“化學(xué)不僅僅是一門物質(zhì)科學(xué)，也是地球科學(xué)、新發(fā)明或創(chuàng)造的反應(yīng)”[4]。因此“化學(xué)不僅僅是一門物質(zhì)科學(xué)，也是地球科學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)中的重要內(nèi)容，就像布里斯羅在他的書中所說(shuō)的，是一個(gè)中心的、有用的、創(chuàng)造性的科學(xué)。”北卡羅來(lái)納大學(xué)化學(xué)與生物化學(xué)系的亨利·黑金(Henry W. Heikkinen)認(rèn)為:“國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容包含了化學(xué)的主要事實(shí)，觀念和技能，它們被清楚地歸為八類:科學(xué)的統(tǒng)一概念和過(guò)程、作為探究過(guò)程之科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)、科學(xué)與技術(shù)、個(gè)人和社會(huì)視角中的科學(xué)、科學(xué)的歷史和本質(zhì)。簡(jiǎn)單地說(shuō)就是化學(xué)在自然科學(xué)所有分支學(xué)科中都有應(yīng)用和影響”[5]。在這樣的基礎(chǔ)上，CNSES分不同主題詮釋NSES中的化學(xué)內(nèi)容，并通過(guò)實(shí)例指導(dǎo)教師在不同的課堂情況中如何運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)完善教學(xué)。

對(duì)于科學(xué)的統(tǒng)一概念和過(guò)程、作為探究過(guò)程之科學(xué)、科學(xué)與技術(shù)、科學(xué)的歷史和本質(zhì)是任何科學(xué)教育都要達(dá)成的統(tǒng)一目標(biāo)。CNSES對(duì)于這些目標(biāo)內(nèi)容的說(shuō)明采取的方法是:目標(biāo)內(nèi)容是什么，化學(xué)教學(xué)如何達(dá)成目標(biāo)。如“探究過(guò)程之科學(xué)”的說(shuō)明如表1所示。

對(duì)于物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)、從個(gè)人和社會(huì)視角所見(jiàn)的科學(xué)，其中也有豐富的化學(xué)知識(shí)，CNSES比較詳細(xì)地說(shuō)明每部分中的化學(xué)內(nèi)容，同時(shí)舉出例子說(shuō)明。其中對(duì)于物質(zhì)科學(xué)的說(shuō)明如表2所示。

可見(jiàn)，雖然NSES中沒(méi)有直接提到化學(xué)，但化學(xué)無(wú)處不在。

2NSES中化學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)

專家在對(duì)NSES中的化學(xué)內(nèi)容進(jìn)行解讀時(shí)，一方面是向化學(xué)教師詮釋NSES中的化學(xué)內(nèi)容，讓教師們了解NSES中不乏化學(xué)教學(xué)的內(nèi)容，化學(xué)是科學(xué)的重要組成部分，化學(xué)教學(xué)在NSES的指導(dǎo)下可以通過(guò)一些獨(dú)特的內(nèi)容和方式幫助學(xué)生提高科學(xué)素養(yǎng)。另外一方面，他們也向中學(xué)化學(xué)教師傳遞NSES隱含的重要觀念:科學(xué)不可以被分割，科學(xué)的概念和研究的方法是統(tǒng)一的，科學(xué)研究的內(nèi)容是開(kāi)放的。

2.1統(tǒng)一性

美國(guó)化學(xué)會(huì)K-12科學(xué)部門的副主任麥伽·迪桑(Michael Tinnesand)認(rèn)為:“統(tǒng)一概念可能對(duì)于選擇一個(gè)共同的思路是一個(gè)好的開(kāi)始，這個(gè)思路可以使學(xué)校范圍內(nèi)的多學(xué)科相聯(lián)系”[11]。NSES也明確指出:“概念和過(guò)程體系結(jié)構(gòu)把諸多科學(xué)分支統(tǒng)一了起來(lái)，為學(xué)生提供了幫助其理解自然界的強(qiáng)有力的思想武器”[12]。NSES中統(tǒng)一的概念和過(guò)程包括:體系、秩序和組織;證據(jù)、模型和解釋;變化、恒定性和能量;演變和平衡;形式和功能。由于各個(gè)年級(jí)對(duì)這些統(tǒng)一的概念和過(guò)程掌握的內(nèi)容有所不同，掌握的程度有差異，CNSES建議:化學(xué)教師在學(xué)校里應(yīng)與其他科學(xué)的教師一起工作，以保證這些概念的跨學(xué)科領(lǐng)域中的統(tǒng)一[13]。還可以組織交叉學(xué)科的討論會(huì)，給學(xué)生提供機(jī)會(huì)，使他們?cè)谔厥獾目茖W(xué)背景下討論所學(xué)的每一個(gè)統(tǒng)一的概念。例如“周期”的概念，由于元素周期表和元素周期律的重要性，許多人傾向于認(rèn)為周期僅存在于化學(xué)中。但許多其他的學(xué)科中也同樣的存在并應(yīng)用這個(gè)概念:生物要探索生命周期，生命的誕生、發(fā)育成熟、繁殖和逐漸死亡，不同生命體的生命周期細(xì)節(jié)不同;地球和空間科學(xué)中，天體的運(yùn)行有周期的規(guī)律;社會(huì)學(xué)中會(huì)用和平與戰(zhàn)爭(zhēng)的周而復(fù)始談?wù)撝芷诘母拍?商學(xué)中有經(jīng)濟(jì)周期;技術(shù)中有引擎周期等等。由此可見(jiàn)，周期存在于很多學(xué)科中，是一個(gè)廣泛應(yīng)用的概念，CNSES建議周期應(yīng)該在不同學(xué)科教學(xué)中具有一定的統(tǒng)一性。

NSES采用統(tǒng)一的概念，又建議在不同課程中了解概念的存在形式，使學(xué)生了解統(tǒng)一概念在不同科學(xué)中的應(yīng)用，不僅可以豐富他們對(duì)概念的理解，也使科學(xué)建立在統(tǒng)一的概念基礎(chǔ)上。

2.2開(kāi)放性

NSES強(qiáng)調(diào):有價(jià)值的學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)該是一個(gè)科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)群。因此他們并不注重學(xué)校如何設(shè)置課程科目、如何組織課程內(nèi)容、教師如何教課程單元。也就是說(shuō)他們指明的是航程的終點(diǎn)，至于運(yùn)輸內(nèi)容或航行路線是由船長(zhǎng)決定的。他們希望編制與組織達(dá)到這些目標(biāo)的指導(dǎo)手段是盡可能不同的，從而有多種途徑達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)。這也是為什么NSES沒(méi)有明確或設(shè)定任何特定的自然科學(xué)課程，而是把學(xué)科知識(shí)分解在不同的八大類目標(biāo)內(nèi)容中。這種把學(xué)科內(nèi)容放在開(kāi)放的背景中的處理方式，使得知識(shí)可以在不同情境下運(yùn)用，賦予了知識(shí)鮮活的生命力。

編寫第八章“生命與化學(xué)相互融合”的杰瑞·貝爾認(rèn)為:把化學(xué)融入生命中，不是希望教有機(jī)化學(xué)或生物化學(xué)，擴(kuò)大學(xué)生對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)的理解廣度，而是有關(guān)生命過(guò)程的化學(xué)本身就是應(yīng)該被學(xué)生理解的重要內(nèi)容[14]。在這樣的視角下，他認(rèn)為二氧化碳和水就是一個(gè)非常有趣的酸-堿系統(tǒng)。它們可以反應(yīng)形成碳酸，通常我們認(rèn)為它是無(wú)機(jī)酸， 因?yàn)榉浇馐械闹饕煞痔妓徕}是無(wú)機(jī)礦物， 但是碳酸鹽是從何而來(lái)呢? 我們還可以認(rèn)為這是一種有機(jī)酸， O= C(OH)2，在細(xì)胞中二氧化碳和水慢慢地起反應(yīng)形成碳酸(實(shí)際形成的是碳酸氫根離子，它們大都是在血液中移動(dòng))。當(dāng)碳酸(碳酸氫鹽)到達(dá)肺時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)化成二氧化碳而從身體中排出。當(dāng)然這個(gè)反應(yīng)也不快，在血液流經(jīng)肺部的幾秒中不會(huì)發(fā)生。結(jié)果是如果沒(méi)有加速二氧化碳水合和脫水的途徑，我們會(huì)被自己的新陳代謝迅速窒息。而實(shí)際上在血液中由于有碳酸酐酶的催化，二氧化碳和水的反應(yīng)和碳酸的分解都很迅速。如果到生物化學(xué)商那兒買些酶，上述反應(yīng)可以用酸堿指示劑或pH計(jì)測(cè)定。

編寫第九章“基礎(chǔ)化學(xué)和地球與空間科學(xué)”的加利福尼亞州立大學(xué)科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)教育部伯尼·布拉克霍斯特(Bonnie J.Brunkhorst)也認(rèn)為:“在NSES中涉及的許多化學(xué)可以與地球和空間科學(xué)一起教，特別是作為有用的化學(xué)背景。”因?yàn)椤肮铝⒌奈镔|(zhì)主題教學(xué)不如有背景的教學(xué)”。如他建議把“風(fēng)化”作為化學(xué)反應(yīng)的背景進(jìn)行教學(xué)，包括由水溶解二氧化碳形成的碳酸導(dǎo)致碳酸鹽的溶解、鉀長(zhǎng)石的水解，鐵的氧化、礦物的脫水。風(fēng)化不僅影響巖石和礦物的分布，也影響地形和決定行星上支持生命的水體分布[15]。

化學(xué)只是科學(xué)的一個(gè)組成部分，不要把化學(xué)與其他科學(xué)割裂或加以獨(dú)立，在大科學(xué)的開(kāi)放的視野下進(jìn)行化學(xué)教學(xué)，能有利于學(xué)生更好地理解科學(xué)，是CNSES的編寫專家解讀NSES的重要觀念。

3CNSES的啟示

從科學(xué)的視角看，現(xiàn)代科學(xué)已發(fā)展為大科學(xué)。在自然科學(xué)發(fā)展的初始階段，將科學(xué)分門別類加以研究是專業(yè)化的需要，然而長(zhǎng)期這樣的傾向，造成學(xué)科間的割裂和孤立，也使學(xué)科的研究方法有僵化和形而上學(xué)的傾向。科學(xué)最終的目的是解釋真實(shí)的自然和解決實(shí)際的問(wèn)題，任何單一的學(xué)科都無(wú)法完美地解決現(xiàn)實(shí)生活的問(wèn)題，也就是說(shuō)科學(xué)的絕對(duì)分化已越來(lái)越不適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的要求，科學(xué)的發(fā)展已進(jìn)入大科學(xué)時(shí)代。化學(xué)不但與數(shù)學(xué)、物理、生物學(xué)等學(xué)科的聯(lián)系越來(lái)越緊密，其本身所屬的各學(xué)科分支如有機(jī)化學(xué)、無(wú)機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)、量子化學(xué)及結(jié)構(gòu)化學(xué)等也有日益融合、相互滲透的趨勢(shì)。因此，在教師教化學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)，以統(tǒng)一的科學(xué)概念和過(guò)程表達(dá)化學(xué)概念和過(guò)程，以大科學(xué)的背景展示化學(xué)和運(yùn)用化學(xué)，會(huì)使得學(xué)生對(duì)科學(xué)的理解更上一個(gè)水平。

從現(xiàn)代教育的視角看，課堂教學(xué)不應(yīng)只是書本知識(shí)的傳遞過(guò)程，教與學(xué)的過(guò)程應(yīng)該逐漸成為師生雙方共同向智慧挑戰(zhàn)的活動(dòng):一是向人類的智慧挑戰(zhàn)，因?yàn)槟切┠Y(jié)在書本上的知識(shí)，在一定的意義上說(shuō)就是人類智慧的結(jié)晶，教材在一定的意義上是人類生命活動(dòng)中智慧結(jié)晶的一種載體。二是向自己的智慧挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)不再是單純的被動(dòng)接受，而是一種充滿思想、充滿情感、充滿智慧的“生活”。利用化學(xué)知識(shí)的統(tǒng)一性和開(kāi)放性進(jìn)行教學(xué)，教師可以幫助和引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的興趣、自己的體驗(yàn)、自己的理解，能動(dòng)地認(rèn)識(shí)和改造知識(shí)，賦予知識(shí)個(gè)性化的理解，學(xué)生的生命活力也可以在這種積極的、主動(dòng)的參與過(guò)程中逐漸充分地體現(xiàn)出來(lái)，進(jìn)而真正體現(xiàn)出學(xué)生在課堂教學(xué)過(guò)程中的主體性。在這樣的課堂生活中，知識(shí)的學(xué)習(xí)已不再僅僅屬于認(rèn)知的范疇，它必將擴(kuò)展到情感、人格等領(lǐng)域。

從文化的視角來(lái)看，統(tǒng)一性和開(kāi)放性的化學(xué)內(nèi)容把人文知識(shí)與科學(xué)知識(shí)完美地結(jié)合在一起，不僅開(kāi)放了教學(xué)的時(shí)空和方式，而且也開(kāi)放了學(xué)生思維的空間，能充分挖掘有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造思維的因素，有利于學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和創(chuàng)新能力的形成。如CNSES一書第九章中列舉了一個(gè)分辨地球礦石成分的例子，通過(guò)對(duì)地球科學(xué)相關(guān)知識(shí)的介紹，使學(xué)生對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)、能源的節(jié)約和浪費(fèi)問(wèn)題等一系列化學(xué)概念有了深刻的了解。地球科學(xué)的應(yīng)用，使得統(tǒng)一的概念傳授成為可能，使用地球科學(xué)能提高標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)的廣度，使得化學(xué)處在一個(gè)更廣闊的背景下。今天人類面臨的許多挑戰(zhàn)，只有通過(guò)化學(xué)和地球科學(xué)的合作才能解決。這種更加開(kāi)放的化學(xué)內(nèi)容，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生解決各種問(wèn)題的能力和發(fā)散思維有著重要的作用，也使學(xué)生對(duì)自己居住的地球、對(duì)資源及其利用、對(duì)環(huán)境的保護(hù)有全面的認(rèn)識(shí)。

從教師發(fā)展的視角來(lái)看，開(kāi)放性的化學(xué)內(nèi)容與統(tǒng)一的科學(xué)概念和過(guò)程，必定促使各學(xué)科教師間的親密合作。這樣不僅有利于教師知識(shí)結(jié)構(gòu)的完善，提高教師駕馭課程的能力，還能促進(jìn)教師在交叉學(xué)科間進(jìn)行研究的能力，并在此過(guò)程中提升自己的研究能力，最終使得教師專業(yè)的發(fā)展更為全面。統(tǒng)一的概念和過(guò)程、開(kāi)放的化學(xué)教學(xué)內(nèi)容勢(shì)必要求教師掌握更全面的知識(shí)，如上面的分辨地球礦石成分的例子中，除了必備的化學(xué)知識(shí)外，教師還需要對(duì)與地球科學(xué)相關(guān)的知識(shí)有一定的了解，甚至需要和相關(guān)學(xué)科的教師進(jìn)行交流學(xué)習(xí)，這樣不僅對(duì)教師自身的發(fā)展有很大益處，對(duì)教師專業(yè)的發(fā)展也有很大的促進(jìn)作用。

綜上所述，化學(xué)內(nèi)容的統(tǒng)一性和開(kāi)放性可以使學(xué)生以一個(gè)更全面的視野看化學(xué);也能使學(xué)生多感官、多渠道地與外界進(jìn)行知識(shí)、信息的交流;能使學(xué)到的知識(shí)呈現(xiàn)“活”的狀態(tài)，進(jìn)行遷移、應(yīng)用和再生。而這種學(xué)習(xí)過(guò)程可以使學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中的科學(xué)素養(yǎng)得以全面提高，因此CNSES解讀的NSES中先進(jìn)的科學(xué)教育理念，值得借鑒。

參考文獻(xiàn):

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