基于科学素养目标的学与教

周逸先　陈鑫

“2061计划”是美国科学促进会（AAAS）联合美国科学院、联邦教育部等12个机构，于1985年启动的一项面向21世纪人才培养，致力于中小学科学教育改革的跨世纪计划。1985年，恰逢哈雷彗星临近地球，改革计划又是为了让美国当今儿童—下世纪的主人，能适应2061年哈雷彗星再次临近地球那个时期的科学技术和社会生活的急剧变化，故取名为“2061计划”[1]。

“2061计划”是一个长期的、分阶段计划，旨在帮助所有美国人，特别是年轻人，提高他们的科学、数学及技术素养，以适应未来由科学和技术主导的世界，使美国的下一代在面临巨大变革和考验时，成为响应变革、适应变革、造就变革、影响变革的新一代。长期的科学教育改革，必须始于学习目标，而清晰明确的学习目标对科学素养的培养是必不可少的。1989年，美国科学促进会出版“2061计划”的第一本书—《面向全体美国人的科学》，为学生如何成为具有科学素养的成年人，及在每个学习阶段应该具备什么素质提供建议。1993年，《科学素养的基准》出版，明确陈述在二、五、八、十二年级结束后，学生应该掌握并能够使用的科学、数学和技术知识。1996年，美国推出第一部《国家科学教育标准》。整体而言，“2061计划”旨在提高人们在科学、数学和技术方面的素养，从而更加独立、负责任和富有成效地面对明日之生活。

为了达到上述标准中确定的科学素养目标，“2061计划”在K-12（幼儿园至高中毕业）阶段采取一系列有针对性的措施，促进学生对科学课程的学习和教师的教学，并为此提出明确而具体的要求。

一、宁简勿繁：课程“瘦身”计划

在学校，教师讲课和学生学习的时间有一定的限制，但许多教科书和学科教学大纲并不是这样认识的，它们列入大量内容，其中不少是有着肤浅细节和远超多数学生能理解的技术术语。学习范围总是超过学生的理解能力，重视数量而忽视质量[2]。譬如，小学科学课程年复一年地教授恐龙、植物等主题，若要拓展其他主题，教师通常要自己准备实验材料和展品。到四五年级，科学学习变成对术语的记忆和对课文的梳理，这一重科学术语而轻科学实质的学习方法一直延续到高中。总的来说，科学教育的现状是：教学内容有广度没深度，信息过多却缺乏精髓。这样的课程和教学方式很难培养出人们的科学素养。对此，有关专家指出，不要从小到大强迫学生消化随科学进步不断涌现的科学内容和词汇，而应进行科学课程“瘦身”，为缓解国家在科学教育上的困境出一己之力。这便是宁简勿繁的理念。

“2061计划”系列报告之一—《科学素养的设计》中明确提出科学课程减负的具体措施，包括削减主要学科、删减主要学科的分支学科、减少技术词汇、减少无用的重复[3]。但真正实行起来，却并不是容易之事。为此，它提出参考性建议：如果与学习上的收获比较，“学科”的真实成本过高，就停止该学科并考虑删掉。例如，电路是一个物理学基本概念，有研究数据显示：在理解串联电路和并联电路运行差别的知识上，从小学到大学，学生都存在很多困难。教师经常需要花费大量课外时间帮助学生理解这一概念，且不论收效怎样，学懂电路概念对学生科学素养有多大重要性呢？从知识本身看，除了对攻读物理学或工程学的学生有一定的价值外，电路学本身对科学素养并没有多大作用。因此，“2061计划”得出结论：串联和并联电路作为一种科目，最好不列为科学核心课程目标，因为它需要很高的教学成本，但只能获得很低的收益[4]。

为了避免被指责削减后的课程过于简化，教师应考虑国家标准和基准的本意—什么是学生最应该了解的核心科学知识。课程“瘦身”的目的不仅是表面上删减课程现有内容，背后的深意是为了赢得时间学习和理解重要事实、原理及其在科学、数学和技术上的应用。精简课程的过程需要长期的坚持和付出，可能很痛苦，但相信结果会证明，一切努力都是值得的。

二、“重软轻硬”：有效教学的新理念

进入21世纪，技术已成为非常有价值和强有力的教学工具，尤其在美国，技术一直被吹捧为教育的奠基石。然而，由“硬件”推动的教育改革，由于过于强调技术魅力，过分夸大对学生学习所起的作用，往往忽视课程内容和结构所起的作用，这注定会失败。学校过于匆忙地引进这些技术，很少花费精力核查它们的技术内容，未能适当地确定其所能起的作用，也很少培训教师学会如何使用它们。一旦学生、教师和家长发现这些新技术的缺陷，就可能把它们扔在一旁，永远束之高阁[5]。

值得注意的是，新技术对提供新的教学方式很重要，但所取得的效果应主动归功于课程内容和教学工作能够与新技术完美配合。教学是人类古老的手艺，如何将教学法现代化，让教师提高教学效率、学生提高学习能力，是目前学校教育的重中之重。基于此，“2061计划”提出有效教与学的方法和原则，有些在科学、数学与技术教育中尤其重要。

1.“学”不一定是“教”的成果

心理学研究表明，学习现象极其复杂，既涉及学习者内部过程又涉及外部影响，既有内容问题又有形式问题，既有简单的学习形式又有复杂的高级学习形式[6]。一堂讲得很好的课，许多学生，包括学习天分很高的学生，实际理解的东西比教师预计的要少。因为不管教师和书本传播的知识多么清晰，学生都需要靠自己来体会它们的含义。因此，学校应选择和强调最重要的概念和技能，使学生能够把注意力集中在理解的质量上，而不是所教信息的数量上。

2.重视学生的现存观念

有效地学习不仅要求新旧概念知识建立多重联系，还要求人们彻底地重建思维方式。学生入学前，对可能遇到的每个论题都带着或多或少的前概念，有些是正确的，有些是错误的。他们最初形成的信念会占据统治地位，有些错觉会长期跟随，影响后面知识的学习。教师必须考虑学生的现存观念，帮助他们转变错误认识，理解并接受新观点。

3.课程应与科学探索性质吻合，反映科学价值观

科学知识的学习，既要通过已取得的研究成果，更要通过做什么和怎么做获得定义。教师在教学中，可以考虑采取下列步骤培养学生在科技领域的典型行动和思维经验：从自然界的问题开始—让学生积极地参与—把注意力放在收集和使用证据上—提供历史背景—坚持清晰地表达思想—采取小组学习方式—不要把求知和发现割裂开—淡化记忆技术词汇的重要性。科学不只是大量知识的凝聚，也不是一种累积知识和验证知识的方法，而是一种融入人类价值观的社会活动。教师要重视学生的好奇心，奖励创造性，鼓励健康的质疑精神，同时避免教条主义[7]。

4.教学要消除学生学习上的顾虑

教师应特别注意，学生在学习数学和科学时，容易产生强烈的顾虑和失败恐惧感。例如，化学科目中，实验是必不可少的教学环节，而许多学生惧怕使用实验仪器或其他工具，因此会失去动手操作的学习机会。教师应消除学生的这种恐惧心理，告知安全注意事项，提供使用仪器工具的丰富经验。此外，由于从事科学研究工作的大多数是男性，女性往往会形成在这方面不如人或不适合从事该工作的刻板印象。因此，教师要积极采取行动，扭转这种令人沮丧的局面，改变观念，选用一些学习材料，介绍女性做出的贡献，鼓励女学生树立自信。

三、科学无处不在：正式学习与非正式学习的融合

现今社会无时无刻不在变化，学校对社会文化的应变和数字技术的使用，往往滞后于社会发展，学生在学校教育系统内获得的知识脱离社会实践，难以适应社会的发展变化，这使得除学校之外的家庭、博物馆、社区等非正式环境下的教育越来越受到追捧。作为科学教育的重要途径之一，非正式学习对激发和维持中小学生终身学习科学的兴趣和习惯具有深远影响。作为一种探索和尝试，以科技博物馆为代表的校外非正式教育场所，正以独特的科学教育价值，吸引着各国教育研究者和实践者的关注。

在这方面，美国科学促进会创立的以“科学无处不在”为宣传主题的“科学素养伙伴计划”（Partnership for Science Literacy，缩写PSL）有较大的说服力。PSL选取美国范围内的5所科普场馆，作为主要合作伙伴，在许多社区开展一系列的科学主题活动，发放“家庭科学指南”手册，最终目的就是让家长在日常生活中更多地接触各种科学知识，意识到它的重要性。PSL希望借此向大众传达这样一种理念：“科学，陪伴着您和您的孩子度过每一天;每一个孩子成长的过程，都需要科学的营养;父母的正确引导，对孩子的学习起着至关重要的作用;而科学带给你的不仅仅是知识，也会是无限的快乐。”[8]

这一以家庭和社区为主的科学素养活动，成为连接课外科学教育和课堂教学的纽带，打通学校教育和社会教育的渠道，有效地贯彻终身学习理念，科技博物馆在努力提高科学教育成效的工作中处于领导地位。“2061计划”自与博物馆合作以来，一直积极寻求有效的教学策略，博物馆也在尝试采用新的方式为学生、教师、社区及学校系统服务。

学校是正式性学习的代表，一大特色是权威性和结构化，而博物馆等非正式学习情境则代表一种尊重、包容和平等[9]。非正式学习体现终身学习的理念，使人们具备适应不断变化发展的知识和技能，从容不迫地应对社会变迁带来的挑战。

四、通向未来的桥梁—教师培训

教师培训是迈向科学教育改革的第一步。用科学知识武装教师，然后提高所有人的科学素养水平，这是具有重大社会意义的向智力和实践的挑战。为了使教师具有必需的知识和技能，完成根据“2061计划”目标和原则设置的课程任务，必须进行专业的教师培训。

教师培训的目的，首先是帮助教师理解科学素养目标。“2061计划”对科学素养的基准做了清楚的解释，即客观反映出学生应该能达到的难度水平，但人们经常按照自身对科学的理解及各地区和学校的现行课程解释基准。例如，《科学素养的基准》中“地球”主题对二年级学生的学习目标的描述：“开口容器中的水会消失，而封闭容器中的水不会消失。”参与“2061计划”讨论的部分专家看到这一表述时，以为是要求K-2年级的学生理解蒸发原理，包括对分子、肉眼不可见的水蒸气及“蒸发”概念的理解。正在教K-2年级学生“蒸发”概念的教师更是这样理解的。然而，基准中并没有提到关于“蒸发”的内容，只是描述一种可以观察到的现象。这是某些基准的表达方式。以后才会根据这一现象再设立进一步的基准描述空气是气体的概念，以及蒸发的概念。于是，可以惊奇地发现，培训前后教师对这一学习目标的理解会发生具体变化[10]。

开口容器中的水会消失，而封闭容器中的水不会消失

深入研究学习目标前，参与“2061计划”研讨的专家通常会这样理解这一针对K-2年级学生的基准要求：“了解蒸发作用”“理解物质存在的状态以及状态的变化”“对体积有量的认识”“应该了解水的特性。比如，水是一种无色的液体”。

按照特定的研究程序分析后，他们通常会改变对这一基准的看法：“这仅仅是对容器有盖没盖时出现现象的描述”“严格来说，这只是描述观察到的现象，无须解释”“概念线性图中显示，K-2年级学生不必理解蒸发的概念”“希望学生在二年级结束时能对这个现象有一定认识”“研究显示对该现象只需点到为止”。

如此“较真”有必要吗？答案是肯定的。基准和学习目标是决定课程内容的基础，教师只有在真正理解的前提下，才能保证传递给学生的是恰当而准确的知识。课程改革必须依赖于对学习目标即基准、国家科学教育标准中的基本概念或任何类似专一性标准的透彻理解。为此，“2061计划”开发出专门的教师培训光盘—《科学素养教育资源：职业培训》，供高校教师制订职前教育计划、各学区设计在职教师培训或教师自学教学目标时使用。

其次，教师培训是为了更好地了解学生。传统的教师培训计划通常并不注重这一点。目前，科学课教师面对成分越来越复杂的学生，会遇到各式各样的态度和行为的挑战，如欺骗、对教师权威的质疑、对学习漠不关心等。教师培训教育通常只是概括性地介绍不同群体学生的特点，很少涉及如何对这部分学生进行有效教学的问题，结果是大大加强而不是减少对某些学生的偏见。所以，应当向未来的教师介绍各种有关的文献资料，让他们了解，在面对女学生、少数民族学生、残障学生和家庭低收入学生教授科学课时，可能会产生特殊的教学问题。由于社会人口组成的日益复杂化，学校学生背景趋向复杂化，教师应当谨慎教学，学会对待各种背景的学生[11]。

最后，教师应通过培训提升专业知识，提高科学素养水平。所有的科学课教师，绝对要具备足够的科学知识和科学素养，才能实现《国家科学教育标准》和《科学素养的基准》所要求的各种目标。对此，中学科学教师至少要主修一门科学专业课。只有加强对专业的学习，才能对科学有深入的了解，在重要概念、理论及应用上显现出自身的科学素养水平。

当然，“2061计划”是一个庞大的科学教育改革计划，是全国性和系统性的。教师培训作为一个子系统，发挥的作用毕竟有限，而且最终是为了落实到课堂教学中。课堂教学是学校教育的中心环节，是实现科学素养目标的捷径。从课程“瘦身”到新教学理念的贯彻，从非正式学习的实践到未来教师的培养，传递着美国科学教育改革的信念和决心，值得科学教育工作者和研究者学习借鉴。

参考文献：

[1][7]美国科学促进协会著. 中国科学技术协会译. 面向全体美国人的科学[M].北京：科学普及出版社， 2001： 序， 174-175.

[2][3][4]美国科学促进协会著. 中国科学技术协会译. 科学素养的设计[M]. 北京： 科学普及出版社， 2005： 203， 203， 207.

[5] [11]美国科学促进协会著. 中国科学技术协会译. 科学教育改革的蓝本[M].北京： 科学普及出版社， 2001： 153， 209-210.

[6]陈琦， 刘儒德. 当代教育心理学[M]. 北京：北京师范大学出版社， 2007： 114.

[8]美国科学促进会2061计划. 科学素养运动： 连接校外科学学习和学校科学教育的纽带[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]美国科学促进会2061计划. “2061计划”的经验： 贯彻基准和标准的实践途径[EB/OL]. http：//2061.cast.org.cn， 1997-1/2015-10.

（作者单位：北京师范大学教育学部课程与教学研究院）

（责任编辑：孙建辉）