基于科學素養目標的學與教

周逸先　陳鑫

“2061計劃”是美國科學促進會（AAAS）聯合美國科學院、聯邦教育部等12個機構，于1985年啟動的一項面向21世紀人才培養，致力于中小學科學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今兒童—下世紀的主人，能適應2061年哈雷彗星再次臨近地球那個時期的科學技術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、數學及技術素養，以適應未來由科學和技術主導的世界，使美國的下一代在面臨巨大變革和考驗時，成為響應變革、適應變革、造就變革、影響變革的新一代。長期的科學教育改革，必須始于學習目標，而清晰明確的學習目標對科學素養的培養是必不可少的。1989年，美國科學促進會出版“2061計劃”的第一本書—《面向全體美國人的科學》，為學生如何成為具有科學素養的成年人，及在每個學習階段應該具備什么素質提供建議。1993年，《科學素養的基準》出版，明確陳述在二、五、八、十二年級結束后，學生應該掌握并能夠使用的科學、數學和技術知識。1996年，美國推出第一部《國家科學教育標準》。整體而言，“2061計劃”旨在提高人們在科學、數學和技術方面的素養，從而更加獨立、負責任和富有成效地面對明日之生活。

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

一、寧簡勿繁：課程“瘦身”計劃

在學校，教師講課和學生學習的時間有一定的限制，但許多教科書和學科教學大綱并不是這樣認識的，它們列入大量內容，其中不少是有著膚淺細節和遠超多數學生能理解的技術術語。學習范圍總是超過學生的理解能力，重視數量而忽視質量[2]。譬如，小學科學課程年復一年地教授恐龍、植物等主題，若要拓展其他主題，教師通常要自己準備實驗材料和展品。到四五年級，科學學習變成對術語的記憶和對課文的梳理，這一重科學術語而輕科學實質的學習方法一直延續到高中。總的來說，科學教育的現狀是：教學內容有廣度沒深度，信息過多卻缺乏精髓。這樣的課程和教學方式很難培養出人們的科學素養。對此，有關專家指出，不要從小到大強迫學生消化隨科學進步不斷涌現的科學內容和詞匯，而應進行科學課程“瘦身”，為緩解國家在科學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—《科學素養的設計》中明確提出科學課程減負的具體措施，包括削減主要學科、刪減主要學科的分支學科、減少技術詞匯、減少無用的重復[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：如果與學習上的收獲比較，“學科”的真實成本過高，就停止該學科并考慮刪掉。例如，電路是一個物理學基本概念，有研究數據顯示：在理解串聯電路和并聯電路運行差別的知識上，從小學到大學，學生都存在很多困難。教師經常需要花費大量課外時間幫助學生理解這一概念，且不論收效怎樣，學懂電路概念對學生科學素養有多大重要性呢？從知識本身看，除了對攻讀物理學或工程學的學生有一定的價值外，電路學本身對科學素養并沒有多大作用。因此，“2061計劃”得出結論：串聯和并聯電路作為一種科目，最好不列為科學核心課程目標，因為它需要很高的教學成本，但只能獲得很低的收益[4]。

為了避免被指責削減后的課程過于簡化，教師應考慮國家標準和基準的本意—什么是學生最應該了解的核心科學知識。課程“瘦身”的目的不僅是表面上刪減課程現有內容，背后的深意是為了贏得時間學習和理解重要事實、原理及其在科學、數學和技術上的應用。精簡課程的過程需要長期的堅持和付出，可能很痛苦，但相信結果會證明，一切努力都是值得的。

二、“重軟輕硬”：有效教學的新理念

進入21世紀，技術已成為非常有價值和強有力的教學工具，尤其在美國，技術一直被吹捧為教育的奠基石。然而，由“硬件”推動的教育改革，由于過于強調技術魅力，過分夸大對學生學習所起的作用，往往忽視課程內容和結構所起的作用，這注定會失敗。學校過于匆忙地引進這些技術，很少花費精力核查它們的技術內容，未能適當地確定其所能起的作用，也很少培訓教師學會如何使用它們。一旦學生、教師和家長發現這些新技術的缺陷，就可能把它們扔在一旁，永遠束之高閣[5]。

值得注意的是，新技術對提供新的教學方式很重要，但所取得的效果應主動歸功于課程內容和教學工作能夠與新技術完美配合。教學是人類古老的手藝，如何將教學法現代化，讓教師提高教學效率、學生提高學習能力，是目前學校教育的重中之重。基于此，“2061計劃”提出有效教與學的方法和原則，有些在科學、數學與技術教育中尤其重要。

1.“學”不一定是“教”的成果

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

2.重視學生的現存觀念

有效地學習不僅要求新舊概念知識建立多重聯系，還要求人們徹底地重建思維方式。學生入學前，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統治地位，有些錯覺會長期跟隨，影響后面知識的學習。教師必須考慮學生的現存觀念，幫助他們轉變錯誤認識，理解并接受新觀點。

3.課程應與科學探索性質吻合，反映科學價值觀

科學知識的學習，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。教師在教學中，可以考慮采取下列步驟培養學生在科技領域的典型行動和思維經驗：從自然界的問題開始—讓學生積極地參與—把注意力放在收集和使用證據上—提供歷史背景—堅持清晰地表達思想—采取小組學習方式—不要把求知和發現割裂開—淡化記憶技術詞匯的重要性。科學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。教師要重視學生的好奇心，獎勵創造性，鼓勵健康的質疑精神，同時避免教條主義[7]。

4.教學要消除學生學習上的顧慮

教師應特別注意，學生在學習數學和科學時，容易產生強烈的顧慮和失敗恐懼感。例如，化學科目中，實驗是必不可少的教學環節，而許多學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習機會。教師應消除學生的這種恐懼心理，告知安全注意事項，提供使用儀器工具的豐富經驗。此外，由于從事科學研究工作的大多數是男性，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，扭轉這種令人沮喪的局面，改變觀念，選用一些學習材料，介紹女性做出的貢獻，鼓勵女學生樹立自信。

三、科學無處不在：正式學習與非正式學習的融合

現今社會無時無刻不在變化，學校對社會文化的應變和數字技術的使用，往往滯后于社會發展，學生在學校教育系統內獲得的知識脫離社會實踐，難以適應社會的發展變化，這使得除學校之外的家庭、博物館、社區等非正式環境下的教育越來越受到追捧。作為科學教育的重要途徑之一，非正式學習對激發和維持中小學生終身學習科學的興趣和習慣具有深遠影響。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，正以獨特的科學教育價值，吸引著各國教育研究者和實踐者的關注。

在這方面，美國科學促進會創立的以“科學無處不在”為宣傳主題的“科學素養伙伴計劃”（Partnership for Science Literacy，縮寫PSL）有較大的說服力。PSL選取美國范圍內的5所科普場館，作為主要合作伙伴，在許多社區開展一系列的科學主題活動，發放“家庭科學指南”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，陪伴著您和您的孩子度過每一天;每一個孩子成長的過程，都需要科學的營養;父母的正確引導，對孩子的學習起著至關重要的作用;而科學帶給你的不僅僅是知識，也會是無限的快樂。”[8]

這一以家庭和社區為主的科學素養活動，成為連接課外科學教育和課堂教學的紐帶，打通學校教育和社會教育的渠道，有效地貫徹終身學習理念，科技博物館在努力提高科學教育成效的工作中處于領導地位。“2061計劃”自與博物館合作以來，一直積極尋求有效的教學策略，博物館也在嘗試采用新的方式為學生、教師、社區及學校系統服務。

學校是正式性學習的代表，一大特色是權威性和結構化，而博物館等非正式學習情境則代表一種尊重、包容和平等[9]。非正式學習體現終身學習的理念，使人們具備適應不斷變化發展的知識和技能，從容不迫地應對社會變遷帶來的挑戰。

四、通向未來的橋梁—教師培訓

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

教師培訓的目的，首先是幫助教師理解科學素養目標。“2061計劃”對科學素養的基準做了清楚的解釋，即客觀反映出學生應該能達到的難度水平，但人們經常按照自身對科學的理解及各地區和學校的現行課程解釋基準。例如，《科學素養的基準》中“地球”主題對二年級學生的學習目標的描述：“開口容器中的水會消失，而封閉容器中的水不會消失。”參與“2061計劃”討論的部分專家看到這一表述時，以為是要求K-2年級的學生理解蒸發原理，包括對分子、肉眼不可見的水蒸氣及“蒸發”概念的理解。正在教K-2年級學生“蒸發”概念的教師更是這樣理解的。然而，基準中并沒有提到關于“蒸發”的內容，只是描述一種可以觀察到的現象。這是某些基準的表達方式。以后才會根據這一現象再設立進一步的基準描述空氣是氣體的概念，以及蒸發的概念。于是，可以驚奇地發現，培訓前后教師對這一學習目標的理解會發生具體變化[10]。

開口容器中的水會消失，而封閉容器中的水不會消失

深入研究學習目標前，參與“2061計劃”研討的專家通常會這樣理解這一針對K-2年級學生的基準要求：“了解蒸發作用”“理解物質存在的狀態以及狀態的變化”“對體積有量的認識”“應該了解水的特性。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的看法：“這僅僅是對容器有蓋沒蓋時出現現象的描述”“嚴格來說，這只是描述觀察到的現象，無須解釋”“概念線性圖中顯示，K-2年級學生不必理解蒸發的概念”“希望學生在二年級結束時能對這個現象有一定認識”“研究顯示對該現象只需點到為止”。

如此“較真”有必要嗎？答案是肯定的。基準和學習目標是決定課程內容的基礎，教師只有在真正理解的前提下，才能保證傳遞給學生的是恰當而準確的知識。課程改革必須依賴于對學習目標即基準、國家科學教育標準中的基本概念或任何類似專一性標準的透徹理解。為此，“2061計劃”開發出專門的教師培訓光盤—《科學素養教育資源：職業培訓》，供高校教師制訂職前教育計劃、各學區設計在職教師培訓或教師自學教學目標時使用。

其次，教師培訓是為了更好地了解學生。傳統的教師培訓計劃通常并不注重這一點。目前，科學課教師面對成分越來越復雜的學生，會遇到各式各樣的態度和行為的挑戰，如欺騙、對教師權威的質疑、對學習漠不關心等。教師培訓教育通常只是概括性地介紹不同群體學生的特點，很少涉及如何對這部分學生進行有效教學的問題，結果是大大加強而不是減少對某些學生的偏見。所以，應當向未來的教師介紹各種有關的文獻資料，讓他們了解，在面對女學生、少數民族學生、殘障學生和家庭低收入學生教授科學課時，可能會產生特殊的教學問題。由于社會人口組成的日益復雜化，學校學生背景趨向復雜化，教師應當謹慎教學，學會對待各種背景的學生[11]。

最后，教師應通過培訓提升專業知識，提高科學素養水平。所有的科學課教師，絕對要具備足夠的科學知識和科學素養，才能實現《國家科學教育標準》和《科學素養的基準》所要求的各種目標。對此，中學科學教師至少要主修一門科學專業課。只有加強對專業的學習，才能對科學有深入的了解，在重要概念、理論及應用上顯現出自身的科學素養水平。

當然，“2061計劃”是一個龐大的科學教育改革計劃，是全國性和系統性的。教師培訓作為一個子系統，發揮的作用畢竟有限，而且最終是為了落實到課堂教學中。課堂教學是學校教育的中心環節，是實現科學素養目標的捷徑。從課程“瘦身”到新教學理念的貫徹，從非正式學習的實踐到未來教師的培養，傳遞著美國科學教育改革的信念和決心，值得科學教育工作者和研究者學習借鑒。

參考文獻：

[1][7]美國科學促進協會著. 中國科學技術協會譯. 面向全體美國人的科學[M].北京：科學普及出版社， 2001： 序， 174-175.

[2][3][4]美國科學促進協會著. 中國科學技術協會譯. 科學素養的設計[M]. 北京： 科學普及出版社， 2005： 203， 203， 207.

[5] [11]美國科學促進協會著. 中國科學技術協會譯. 科學教育改革的藍本[M].北京： 科學普及出版社， 2001： 153， 209-210.

[6]陳琦， 劉儒德. 當代教育心理學[M]. 北京：北京師范大學出版社， 2007： 114.

[8]美國科學促進會2061計劃. 科學素養運動： 連接校外科學學習和學校科學教育的紐帶[EB/OL]. http：//2061.cast.org.cn， 2005-1/2015-10.

[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]美國科學促進會2061計劃. “2061計劃”的經驗： 貫徹基準和標準的實踐途徑[EB/OL]. http：//2061.cast.org.cn， 1997-1/2015-10.

（作者單位：北京師范大學教育學部課程與教學研究院）

（責任編輯：孫建輝）