通過工業(yè)情境搭建科學(xué)與技術(shù)的橋梁

非常高興與大家分享英國在通過工業(yè)情境搭建科學(xué)與技術(shù)的橋梁方面所進(jìn)行的一些工作，我們非常重視這項技術(shù)的應(yīng)用。我今天的演講主要包括以下幾個方面：英國國家科學(xué)課程設(shè)置、中小學(xué)實踐、情境的原理和使用方法，以及為什么需要通過工業(yè)情境來進(jìn)行科學(xué)技術(shù)教育，同時還會與大家分享一些中小學(xué)課程案例。最后還會介紹一下持續(xù)的專業(yè)發(fā)展的重要性，包括如何鼓勵教師在學(xué)校中運用這些情景。

英國國家科學(xué)課程設(shè)置

表1是有關(guān)英國國家科學(xué)課程的內(nèi)容，對科學(xué)和技術(shù)的定義，為什么要學(xué)習(xí)和教授科學(xué)和技術(shù)，以及科學(xué)和技術(shù)的重要性進(jìn)行了闡述。這些內(nèi)容主要是小學(xué)課程，也就是針對4～11歲的孩子。我們都知道這些內(nèi)容非常重要，但是如何教授給學(xué)生是核心的問題。從下面的表格中我們可以看出科學(xué)課程與技術(shù)課程的相似和不同之處，科學(xué)的本質(zhì)是對于周圍世界的好奇和理解，而技術(shù)能讓我們了解更加寬廣的世界。我們希望學(xué)生在科學(xué)和技術(shù)學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)出同樣的好奇心、想象力和創(chuàng)造力。

英國的中小學(xué)教育

英國的小學(xué)主要針對4？11歲的孩子，中學(xué)針對11～19歲。小學(xué)每個班級有30名左右學(xué)生，每個學(xué)年由1名教師來教授所有課程，比如語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)、物理、音樂等，教師在每門課程的講授過程中可能會有不同的側(cè)重點，但是都是同一個人來講。英國的中學(xué)則不同，每門課程都會由不同的教師講授。在英國的小學(xué)，英語和數(shù)學(xué)課通常安排在早晨進(jìn)行，其余課程都在下午。而中學(xué)則是將所有課程編成課程表，穿插于一天的任何時間中。在小學(xué)由于各門課程都是由同一個教師來講授，因此各學(xué)科經(jīng)常會整合在一起。至于學(xué)科之間如何整合，主要由教師自己來決定。中學(xué)則不然，各個學(xué)科之間是獨立的。英國的小學(xué)只有語文和數(shù)學(xué)是需要舉行正規(guī)考試的，其余科目不需要測試。而在中學(xué)各門課程都要經(jīng)過考試。英國的中學(xué)生有2次選擇學(xué)習(xí)課程的機(jī)會。在他們14歲的時候，可以進(jìn)行第1次選擇，選擇他們想要繼續(xù)學(xué)習(xí)的課程和放棄他們不想學(xué)習(xí)的課程，那些放棄的課程在期末的時候就不需要再進(jìn)行考試了。16歲的時候，會有第2次選擇的機(jī)會。以上是關(guān)于英國中小學(xué)給大家提供的一點背景介紹，幫助大家了解英國是如何進(jìn)行中小學(xué)教育的。

通過工業(yè)情境來進(jìn)行科學(xué)和技術(shù)教育

那么為什么需要在教學(xué)過程中使用情境呢？第一，情境可以提高課程的相關(guān)性，讓學(xué)習(xí)更加有目的性。在英國，學(xué)生經(jīng)常會向教師提出這樣一些問題：為什么我們要學(xué)習(xí)這些知識？這些知識在我們離開學(xué)校之后可能再也不會用到，為什么我們要學(xué)？從這個方面來看，情境教學(xué)非常重要，它可以幫助學(xué)生找到課程的相關(guān)性，幫助學(xué)生建立起課程和現(xiàn)實世界的聯(lián)系。第二，情景學(xué)習(xí)可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。在英國主動選擇學(xué)習(xí)STEM課程的孩子并不是特別多，我們希望能夠激發(fā)他們的積極性，讓更多的孩子主動學(xué)習(xí)STEM課程，而不是被動學(xué)習(xí)，我們特別希望讓孩子們享受學(xué)習(xí)科學(xué)的過程。在我們進(jìn)行的調(diào)查中顯示，如果進(jìn)行情境式的科學(xué)教育，學(xué)生們在解決問題的過程中就能感受到他們學(xué)的東西是實際有用的，就會有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動力。

以下是一個小學(xué)教學(xué)中有關(guān)情境使用的案例。圖1是從禾大化學(xué)品公司資助建立的一個網(wǎng) 站（http：∥www.scienceofhealthyskin.org.uk/）上截取的，這家公司生產(chǎn)很多特殊化學(xué)產(chǎn)品。我從這個網(wǎng)站上選取了1個活動案例，在這里面有3個不同的情境可供教師選取使用。其中一個是有關(guān)羊毛脂利用的情境，主要包括羊毛脂的提取及其在諸多產(chǎn)品中的應(yīng)用。學(xué)生通過一些實踐課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站上的知識，包括如何提取羊毛脂，生產(chǎn)出顧客滿意的羊毛脂產(chǎn)品等。在這個網(wǎng)站上有一些視頻，學(xué)生可以看到一種特殊的造粒機(jī)制造羊毛脂，然后了解它是如何運行的，并且在視頻中還可以聽到工廠的工作人員具體介紹他們的工作。

圖2是一封基于真實情境，以護(hù)膚品公司技術(shù)經(jīng)理的身份發(fā)給孩子們的虛構(gòu)郵件。這封郵件是由學(xué)校的科學(xué)教師與企業(yè)共同研究編寫后發(fā)給學(xué)生的。

我們鼓勵教師與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)建立聯(lián)系，共同合作，從學(xué)校課程的角度和企業(yè)的角度共同開展科學(xué)教育，一起研究制訂基于真實情境的科學(xué)問題，并共同解決他們所設(shè)置的問題。通常情況下，學(xué)生們會特別興奮收到來自于真實企業(yè)的科學(xué)家所提給他們的問題，非常有動力去研究這些與現(xiàn)實息息相關(guān)的問題。在這封郵件的后面有3個問題，這是需要學(xué)生在課程中通過活動完成的。第1個就是調(diào)查一下如何制造滴液，以及是否有其他不同的方法。因為價格比較高，我們不用羊毛脂，而用其他類似的液體進(jìn)行替代，并且利用這些液體進(jìn)行實驗，研究它們的不同特性。每組學(xué)生都能夠進(jìn)行他們獨特的研究，每個小組都不一樣，他們可以用1個小時研究滴液的制造。第2個問題，液體的松軟程度是否影響滴液的質(zhì)量，最快多久可以制造出滴液。第3個問題，液體濺落到表面是否會影響滴液的大小和形狀。課堂的最后，學(xué)生們需要記錄他們的實驗證據(jù)，向科學(xué)家進(jìn)行報告。我們認(rèn)為最后的記錄和總結(jié)工作非常有意義，有很強(qiáng)的激勵作用。學(xué)生們需要把自己的結(jié)果用書面形式表達(dá)出來，然后向公司闡述他們的想法，呈現(xiàn)他們的發(fā)現(xiàn)，希望可以幫助這個公司。讓學(xué)生記錄實驗結(jié)果還有另外一個原因，當(dāng)學(xué)生想再次重建他們的實驗時，他們的記錄將會非常重要和關(guān)鍵。

最后我們會跟學(xué)生分享羊毛脂的用途。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在英國10～11歲這個年齡段的孩子通常不會對工業(yè)產(chǎn)品是由什么制作而成的（或者叫做介質(zhì)）產(chǎn)生興趣。我們首先給學(xué)生們看唇膏，他們不敢相信其中含有羊毛脂。之前學(xué)生們看到化學(xué)公司生產(chǎn)羊毛脂，但是同一個公司并不生產(chǎn)唇膏，唇膏是由另外一個公司生產(chǎn)的。通過新的技術(shù)，將羊毛脂添加進(jìn)唇膏中，可以讓唇膏變得潤滑。羊毛脂還可以對黃銅樂器進(jìn)行潤滑，對船舶推進(jìn)器進(jìn)行隔層保護(hù)，讓護(hù)臀霜變得潤滑等。學(xué)生們了解到羊毛脂有如此多的用途，能變成這么多產(chǎn)品后，非常驚訝。這就將我們帶入到一個核心的概念——方法。科學(xué)家們需要通過很多時間、金錢和研究，找到最理想的方法。孩子們也是如此，我們和學(xué)校一起研究出很多方法，激發(fā)學(xué)生們的興趣，理想的方法往往是許多實驗和研究的結(jié)果。

我們曾經(jīng)組織9～12歲的孩子訪問制造工業(yè)催化劑的莊信萬豐公司。在去公司參觀之前，這些孩子們已經(jīng)在課堂上學(xué)習(xí)了一些相關(guān)知識，莊信萬豐公司的工作人員也知道孩子們已經(jīng)有了一些基礎(chǔ)。到了公司以后，工作人員組織孩子們進(jìn)行催化劑涂層的觀測，這些催化劑通常被注入到汽車的引擎至排氣管中，孩子們可以親眼目睹催化劑進(jìn)入到一個蜂窩狀的結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生預(yù)期的效果。同時孩子們也會非常驚奇化學(xué)制劑的有效時間，以及注入到蜂窩狀結(jié)構(gòu)中所花費的時間及其精準(zhǔn)度。他們看到了工作人員整個測試的過程，看到了實驗的重要性。同時孩子們在工廠里可以看到整個大批量生產(chǎn)區(qū)，了解如何從一個小實驗室擴(kuò)展到一個大工廠的生產(chǎn)，領(lǐng)悟工業(yè)制造的概念。參觀的最后，孩子們能夠看到真正的在汽車排放中對產(chǎn)品進(jìn)行測試，測試的車輛很多都是新型車，這讓孩子們非常興奮。莊信萬豐公司平均一個月可以接待一次這樣的參觀活動，我們對這個活動進(jìn)行了長期的監(jiān)測和觀察，結(jié)果顯示，這個活動給學(xué)生帶來了很大的感知刺激，激發(fā)了孩子們的學(xué)習(xí)興趣。

針對教師和孩子們在引入工業(yè)情境前后的變化，特別是參觀之后對他們產(chǎn)生的影響，我們從1996年開始進(jìn)行這方面的數(shù)據(jù)收集。具體用一些繪畫作品來進(jìn)行對比，我們要求孩子們在參觀之后畫一些畫，通常他們參觀之后完成的畫作中的人都在笑，他們覺得在這樣的工廠工作非常有意思。

有時候孩子們覺得參觀的工廠在排放污染，這時他們的畫中煙就會比較多，這些具體的細(xì)節(jié)和孩子們在工廠中所看到的景象有關(guān)系。另外大部分孩子畫中的人物基本上都是技術(shù)員工，因為這是他們在工廠中見到最多的。通過參觀，我們可以看到對孩子們產(chǎn)生了一些影響，比如有的孩子說“我希望成為科學(xué)家，我喜歡學(xué)科學(xué)。”“工業(yè)很有用，如果沒有工業(yè)我們的生活會很糟糕！”而在參觀之前，很多孩子覺得科學(xué)只跟科學(xué)家有關(guān)系，跟自己的生活沒有什么聯(lián)系；工業(yè)就是勞動力集合的工廠；工業(yè)是很危險的，會導(dǎo)致環(huán)境污染等。當(dāng)然這些和參觀公司的態(tài)度和理念也有關(guān)系，我們希望可以從工業(yè)的角度，正面地和孩子們探討這些問題，幫助孩子們樹立正確的觀點。

下面我們看一下中學(xué)里的情境利用。我想舉例的2個情境案例都和英國的巧克力項目有關(guān)系。吉百利是全球人民都很喜愛的巧克力生產(chǎn)商，他們多年來一直被一個問題所困擾——吉百利運送巧克力的運輸汽車是紫色的，商標(biāo)是金色的，但是夏季很熱的時候，人們看到巧克力從這樣一個顏色很重的汽車中拿下來時，總會覺得巧克力已經(jīng)融化了。如果把運輸車的顏色改成白色情況有可能就會不同，這個問題對中學(xué)生來說是個很好的情境學(xué)習(xí)素材。我們組織學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的實驗研究，看看到底氣溫、顏色和巧克力軟化之間是什么關(guān)系。通過我們的研究最終得出了一個結(jié)果，建議吉百利公司將運輸車的底色變成白色，商標(biāo)變成紫色，吉百利公司采納了學(xué)生們的建議。學(xué)生們通過研究，最終能夠影響到工業(yè)，讓孩子們產(chǎn)生了巨大的成就感。同樣還是發(fā)生在吉百利的一個案例，他們一直接到顧客投訴，說巧克力中有類似玻璃的晶體雜質(zhì)，顧客把產(chǎn)品寄到吉百利公司，通過測試發(fā)現(xiàn)這種晶體物質(zhì)是較大顆粒的糖晶體。于是我們組織學(xué)生進(jìn)行實驗，了解糖晶體在顯微鏡下的形狀，設(shè)計解決方案，希望通過某種頻率的攪拌、冷卻產(chǎn)生體積比較平均散落的糖晶體，從而不影響顧客的口感。

持續(xù)的專業(yè)發(fā)展

持續(xù)的專業(yè)發(fā)展（CPD）是一個被教師們高度關(guān)注的內(nèi)容，因為他們渴望能夠教授給學(xué)生們最新的知識和理念。在英國我們組織教師們進(jìn)行相關(guān)的集中培訓(xùn)，實踐、分享觀點，并進(jìn)行總結(jié)。CPD主要包括如何進(jìn)行科學(xué)課程的評價、課程的建立、有效教學(xué)和學(xué)習(xí)方法、教學(xué)實踐新方法的探討，以及學(xué)校科學(xué)教育和工業(yè)之間建立聯(lián)系等內(nèi)容。我們的教師在接受CPD培訓(xùn)之后也非常希望將自己的觀點和方法應(yīng)用在實際的教學(xué)之中。