湖北省教育考試院

科學(xué)教育亟需突破應(yīng)試瓶頸

——有關(guān)我國基礎(chǔ)教育科學(xué)教育的觀察與思考

杜   悅

　　編者按

      只有盡快提升科學(xué)教育的質(zhì)量，才能使我國在日益激烈的國際競爭中立于不敗之地。在“2012國際科學(xué)教育研討會”上，相關(guān)中外專家和與會者比較了各國科學(xué)教育的背景與發(fā)展之路，指出，美、加、英、法、德等經(jīng)濟較為發(fā)達的所謂“創(chuàng)新型國家”，都不僅擁有先進的科學(xué)技術(shù)，而且擁有較為完善的科學(xué)教育體系，培養(yǎng)出了一大批創(chuàng)新型人才。中國基礎(chǔ)教育科學(xué)教育現(xiàn)存的諸多問題，限制了中國人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

　　我國中小學(xué)科學(xué)教育為何畫地為牢

　　“每個教師都明白，科學(xué)探究是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必由之路。可是在現(xiàn)實教學(xué)中，我們卻經(jīng)常感到很無奈，比如，有些學(xué)生感興趣的問題，老師也覺得值得探究，可是高考不考，或者只在考卷中占很少的比重，該不該去探究呢？具體而言，在中學(xué)數(shù)理化課程中，到底哪些問題是應(yīng)當(dāng)探究的？哪些問題又是不必探究的呢？還有，國際化背景下的科學(xué)教育，強調(diào)綜合性與跨學(xué)科，但是我國基礎(chǔ)教育中相關(guān)的科學(xué)教育一直是分科教學(xué)，該如何綜合……”日前，在南京大學(xué)召開的“2012國際科學(xué)教育研討會”上，一位中學(xué)教師的提問，引起了很多與會者的共鳴，但現(xiàn)場卻沒有人能給出直接的答案。

　　談到我國基礎(chǔ)教育科學(xué)教育的問題，全國人大常委、人大教科文衛(wèi)委員會副主任委員、中國民辦教育協(xié)會會長王佐書說，他個人的總體評價是：起步較晚；零散實驗，普遍性、代表性不強；為科學(xué)教育服務(wù)的體系尚未完全建立；離實際的需要尚有相當(dāng)大的距離。與此相關(guān)的是，我國推動科學(xué)教育的思路不十分清晰，相關(guān)政策還不完全配套。

　　幾個“有限”是他對我國科學(xué)教育的現(xiàn)狀的概括：能有效實施科學(xué)教育的師資力量有限；科學(xué)教育的實驗范圍有限、經(jīng)驗有限；對科學(xué)教育實驗的評價體系不夠健全，且水平有限，為教育科學(xué)決策尚不能提出有力的證據(jù)；對科學(xué)教育的總體評價水平有限；對現(xiàn)有科學(xué)教育研究成果的評價宣傳、應(yīng)用有限；國家現(xiàn)行的高考科目和錄取政策的改革有限……

　　那么這些“有限”是如何出現(xiàn)的？與發(fā)達國家相比，我國的基礎(chǔ)教育體系中的科學(xué)教育存在哪些差別和差距？應(yīng)當(dāng)采取何種措施提高科學(xué)教師的素質(zhì)？帶著這些問題，記者采訪了一些專家，并傾聽了他們會上會下的深入剖析。

　　美國科學(xué)教育新框架顯示危機意識

　　美國密歇根州立大學(xué)的約瑟夫·克拉伊契克教授在會上系統(tǒng)地介紹了美國科學(xué)教育的新框架。《K-12科學(xué)教育框架：實踐、跨學(xué)科概念和核心概念》2011年7月19日在美國正式發(fā)布，其中的K代表幼兒園，12則代表從小學(xué)到高中的各個年級段。

　　這個新框架是在原有科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)之上經(jīng)過多位專家歷時一年多的時間修訂而成的。1996年，美國頒布了歷史上第一部科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)——《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》。2010年開始，一些專家開始參與修訂科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)。修訂原因在于：一方面，十多年來科學(xué)前進的步伐一直在加快，很多新的內(nèi)容與研究成果需要增加到科學(xué)教育之中；另一方面，部分業(yè)內(nèi)外人士指出，美國的科學(xué)教育存在不足之處，比如，整體上缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃，所涉內(nèi)容較為寬泛而缺乏深度，等等。科學(xué)教育新框架的制定者力爭構(gòu)建一個明晰的三維框架結(jié)構(gòu)，并以此來概括所有學(xué)生在高中畢業(yè)前應(yīng)學(xué)習(xí)的科學(xué)知識和完成的實踐內(nèi)容。它也是美國“下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)”的基礎(chǔ)。

　　這個框架結(jié)構(gòu)第一個維度是科學(xué)與工程實踐，本維度為科學(xué)和工程實踐提供了完整的認識。此處“實踐”的含義為：重復(fù)行為以使其熟練；深入徹底地學(xué)習(xí)以使其成為習(xí)慣；運用知識以使其達成目標(biāo)。學(xué)生在科學(xué)課堂上應(yīng)有機會學(xué)習(xí)：提出科學(xué)問題和界定技術(shù)難題；發(fā)展和使用模型；計劃和實施研究；分析和闡釋數(shù)據(jù)，使用數(shù)學(xué)、信息、計算機技術(shù)和計算思維；構(gòu)建解釋(針對科學(xué))和設(shè)計解決方案(針對工程)；參與基于證據(jù)的爭論；獲取、評估和交流等。

　　第二個維度是跨學(xué)科概念?？鐚W(xué)科概念是指那些能應(yīng)用于科學(xué)和工程所有領(lǐng)域中的概念，具有重要的解釋價值。具體涉及：模式，原因和結(jié)果（機理和解釋），尺度、比例和數(shù)量，系統(tǒng)和系統(tǒng)模型，能量和物質(zhì)（流動、循環(huán)和守恒），結(jié)構(gòu)和功能，穩(wěn)定和變化等。

　　第三個維度是學(xué)科核心概念。學(xué)科核心概念以越精越少為原則，涉及物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與空間科學(xué)、工程與技術(shù)等領(lǐng)域。它的篩選標(biāo)準(zhǔn)為：其一，在多個學(xué)科或工程學(xué)科中意義顯著，或是組織某個學(xué)科的關(guān)鍵概念。其二，為理解或研究某些復(fù)雜想法和解決問題提供了關(guān)鍵工具。其三，能與學(xué)生的興趣和生活經(jīng)歷相關(guān)聯(lián)，或能與社會及個人關(guān)注焦點所需要的科學(xué)技術(shù)知識相關(guān)聯(lián)。其四，可在多個年級段教學(xué)，隨著年級段遞增，可逐步復(fù)雜，逐漸深入。

　　具體而言，物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)域的核心概念包括：物質(zhì)及其相互作用；運動和穩(wěn)定；力和相互作用；能量；波及其在信息傳遞技術(shù)中的應(yīng)用。生命科學(xué)領(lǐng)域的核心概念包括：從分子到生物體；結(jié)構(gòu)和過程；生態(tài)系統(tǒng):相互作用，能量和動態(tài)；遺傳學(xué):性狀的遺傳和變異；生物進化：統(tǒng)一性和多樣性。地球與空間科學(xué)領(lǐng)域包括:地球在宇宙中的位置;地球系統(tǒng);地球和人類活動。工程技術(shù)和科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域包括:工程設(shè)計，聯(lián)結(jié)工程、技術(shù)、科學(xué)和社會。

　　可以說，幾乎現(xiàn)代生活的每個方面都離不開科學(xué)、工程和技術(shù)，它們是人類應(yīng)對當(dāng)前及未來面臨的最緊迫挑戰(zhàn)的關(guān)鍵。將工程教育融入基礎(chǔ)教育階段的科學(xué)教育，也是為了填補美國理工人才的缺口。

　　對比中看中國科學(xué)教育的差距

　　單純從教育目標(biāo)上來說，表面上看中國目前正逐漸與國際接軌。比如美國提出的STEM人才培養(yǎng)計劃中，STEM分別代表科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering）, 數(shù)學(xué)（Mathematics）。在國家實力的比較中，美國將獲得STEM學(xué)位的人數(shù)作為一個重要的指標(biāo)。2006年，美國總統(tǒng)布什在國情咨文中就指出，培養(yǎng)具有STEM素養(yǎng)的人才是提高全球競爭力的關(guān)鍵。而我國的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》也指出，高中階段教育要全面提高普通高中學(xué)生綜合素質(zhì)。目前我國一些地區(qū)也開始進行STEM課程基地建設(shè)。但從總體上看，我國科學(xué)教育城鄉(xiāng)發(fā)展仍非常不均衡，即使同樣是在經(jīng)濟文化較為發(fā)達的城市學(xué)校中，具體實施過程中也存在著很多問題。

　　具體而言，從科學(xué)教育的觀念及其體制、課堂教學(xué)方式到課程設(shè)置與教科書使用等方面，中美兩國學(xué)校都存在明顯差異。比如，中國基礎(chǔ)教育中的科學(xué)教育往往更重視知識的傳授，有時終極目的似乎只是通過做題的方式“得高分”。美國學(xué)校則更強調(diào)實踐能力的培養(yǎng)，盡可能多地讓學(xué)生參與實驗和操作，讓他們自己得出結(jié)論。單就實驗?zāi)康亩裕忻纼蓢彩遣煌?。中國全班學(xué)生用相同的方法和儀器，進行相同的實驗，教師期望他們得出或者證明課本上的理論和結(jié)果。而在美國，學(xué)生動手操作時，如果發(fā)現(xiàn)課本以外的理論和結(jié)果，會受到教師更大的鼓勵。這是一位曾到美國訪學(xué)的高校教師的觀察結(jié)果。

　　美國基礎(chǔ)教育科學(xué)教育是跨學(xué)科的綜合性教育，而中國基礎(chǔ)教育體系中相關(guān)科學(xué)的教育，是分散在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科中進行的。有學(xué)者指出，科學(xué)教育的最大特征是“綜合”，中國科學(xué)教育的最難問題也是缺乏綜合性的教材與師資。

　　目前中國式課堂實驗或者“探究”有時也存在一些問題。比如內(nèi)容比較膚淺，過于強調(diào)步驟和形式，流于死板和機械。有時僅僅是讓學(xué)生動手，卻沒有激發(fā)學(xué)生的求知欲或鼓勵他們動腦思考更深刻的問題。

　　南京大學(xué)教育學(xué)院張寶輝教授和美國紐約州立大學(xué)《科學(xué)教學(xué)研究》副主編柳秀峰教授指出，美國科學(xué)教育新框架，應(yīng)當(dāng)給我國的基礎(chǔ)教育帶來很多新的啟示。比如美國科學(xué)教育新框架是一個縱橫交錯的體系，它既重視“核心概念”，又提出了“學(xué)習(xí)進階”理念，讓學(xué)生由淺入深地理解相關(guān)概念。它倡導(dǎo)的“工程教育”與科學(xué)教育并行的思路，同樣值得我國教師思考與借鑒。

　　那些現(xiàn)實中繞不過去的問題

　　目前我國高考的指揮棒在某種程度上看仍然是無往而不勝。相關(guān)基礎(chǔ)教育課程改革對科學(xué)教育的內(nèi)容、設(shè)置等有著直接的影響。西南大學(xué)科學(xué)教育研究中心主任廖伯琴指出，目前全國范圍內(nèi)的高考試卷種類繁多，比如，自主命題的省、市有北京、上海、天津、重慶、遼寧、江蘇、浙江、安徽、福建、江西、山東、湖北、湖南、廣東、四川、陜西等，其試卷各有不同。而全國統(tǒng)一型的試卷又分為課標(biāo)全國卷與大綱全國卷，采用課標(biāo)全國卷的省自治區(qū)包括河南、寧夏、海南、黑龍江、吉林、陜西、山西等，采用大綱全國卷的省、自治區(qū)包括河北、廣西、云南、甘肅、青海、內(nèi)蒙古、西藏、貴州等。其中各省數(shù)理化或者理科綜合試卷各學(xué)科知識比重也不盡相同，這背后是教材與教學(xué)內(nèi)容的差異。比如生物，在不同省份中，必修或者選修的內(nèi)容規(guī)定也不盡相同。受高考制約，同樣的內(nèi)容，在某一省可能受到重視，在另一省可能受忽略。在這種背景下科學(xué)教育的內(nèi)容與綜合性肯定會受到影響與限制。

　　同時，如何培訓(xùn)科學(xué)教師也是當(dāng)前十分緊迫的一個問題。我國相當(dāng)一部分科學(xué)教師自身缺乏科學(xué)教育的專業(yè)背景，換句話說，一部分教師是從文科轉(zhuǎn)向科學(xué)課教學(xué)的，他們的水平對科學(xué)教育有較大的影響，直接影響到我國基礎(chǔ)教育科學(xué)教育的水平。論及科學(xué)教師的專業(yè)發(fā)展，重慶師范大學(xué)的林長春、首新在“小學(xué)科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展水平影響因素”的實證研究中發(fā)現(xiàn)，教齡、學(xué)歷、職稱是影響科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展的三大主要個體因素；目前各學(xué)?？茖W(xué)教師專業(yè)發(fā)展參差不齊，學(xué)校背景對科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展水平發(fā)揮著關(guān)鍵作用；學(xué)校的教師評價機制，提供的教師發(fā)展機會以及培訓(xùn)次數(shù)也是造成科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展不均衡的重要因素。

　　他們指出，很多地區(qū)的學(xué)校對小學(xué)科學(xué)課程重視程度不夠，科學(xué)教師培訓(xùn)次數(shù)少，培訓(xùn)效果不明顯，培訓(xùn)內(nèi)容過于理論化，培訓(xùn)政策不完善。因此，在加大對科學(xué)教師的培訓(xùn)的同時，在培訓(xùn)內(nèi)容、方式、效率、評價等方面應(yīng)有所創(chuàng)新，培訓(xùn)應(yīng)本著“培訓(xùn)內(nèi)容多樣化，培訓(xùn)考核常規(guī)化”的原則，針對科學(xué)教師的實際需要，在專業(yè)知識、專業(yè)能力、教學(xué)理念、教學(xué)方法、科學(xué)價值觀、信息技術(shù)教育等多方面進行專業(yè)培訓(xùn)。培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)該既有更新科學(xué)教學(xué)理念方面，也應(yīng)該有科學(xué)探究方面的訓(xùn)練，比如，可多采用“課例分析”的方式。培訓(xùn)方式則最好采取“名師現(xiàn)場課堂教學(xué)示范”的生動方式，考核方式要多樣化，可將教學(xué)設(shè)計案例、課件制作、課題研究（小論文）、課堂教學(xué)展示等結(jié)合起來。