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【校长推荐】播下科学的种子 ——新科学教育论纲(朱永新) ...

2018-5-17 21:07| 发布者: 刘耀兵| 查看: 275| 评论: 0

摘要: 播下科学的种子 ——新科学教育论纲 2016年5月30日,习近平在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上指出:“科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。中国 ...

播下科学的种子 ——新科学教育论纲

 2016530日,习近平在全国科技创新大 会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上指出:科技是国之利器,国家赖之以强,企业赖之以赢,人民生活赖之以好。中国要强,中国人民生活要好, 必须有强大科技。他还说:科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果的快速转化。无疑,科学教育是提高全民科学素质最关键、最基础的工作。

        一,科学教育的内涵

        1. 什么是科学

        广义的科学与狭义的科学。广义的科学指知识与学问,可以用德语中的wissenschaft来标志。

        狭义的科学指自然科学,可以用英语中的science来标志。目前我们讨论的科学教育主要是指狭义的科学。

        作为知识体系、特殊方法、信念追求、社会建制的科学有不同的含义。

        作为知识体系,科学是人类对世界(自然)的认识、理解或解释。

        作为特殊方法,科学是人类对世界(自然)的改造、调控, 是对人与世界关系的协调,是一种创造性的实践活动。

        作为信念追求,科学是人类对真、善、美追求,是一种追求自由的精神文化。

        作为社会建制,科学是国家和民族经济社会发展的力量。

        2. 什么是科学教育

        科学教育是关于科学的教育。科学教育也有广义和狭义之分,广义的科学教育是指所有促进公民科学素养提升的教育。狭义的科学教育是指针对中、小学生进行的,以科学、物理、化学、生物、地理、信息技术等学科内容为基础的科学和技术的教育。

        一般认为,科学教育包括五个方面的内容:科学知识、科学观念、科学思维、科学方法、科学精神。

        1)科学知识

        科学知识指从科学视角形成的对自然现象的基本认识,是科学研究的结果,包括内容知识和方法知识。内容知识是科学对自然现象的描述、理解和预测。方法知识是指关于科学是如何描述、解释和预测自然现象的。包括科学事实、科学理论、科学技能等。

        2)科学观念

        科学观念指对科学研究的过程、科学研究的结果及科学的应用价值等的概括性理解和认识。包括科学的大概念(Core Ideas)和跨学科概念(Crosscutting Concepts)。如哈伦编着的《科学教育的原则和大概念》一书就提出了宇宙中所有的物质都是由很小的微粒构成的14个大概念。

        3)科学思维

        科学思维指人借助于语言或符号对科学事物(包括科学对象、科学现象、科学过程、科学事实等)作出概括和间接的反应过程,是理性思维和非理性思维的整合。包括证据推理、模型建构、猜测想象,质疑创新等要素。

        4)科学方法

        科学方法指科学和工程实践过程中的行为和采用的手段。包括提出问题和明确需解决的问题、建立和使用模型、设计和实施调查研究、获得和收集证据,分析和解释数据、利用数学和计算思维、建构解释和设计解决方案、基于证据的论证、获取、评估和交流信息。

        5)科学精神

        科学精神指是科学的价值追求。包括理解科学本质,理解科学、技术、社会、环境四者之间的关系,理解人类活动对自然环境、生活条件和社会变迁的影响,具备保护环境、推动可持续发展的社会责任感。

        “科学知识是科学研究的结果,是科学教育的载体,科学观念是科学的基本信念,对科学教育具有导向作用,科学思维科学方法体现的是科学的智慧,是实现科学创新的手段和途径。科学精神是科学的价值追求,是科学教育的终极目标。

        二,我国科学教育面临的问题

        2015PISA测试显示,中国科学教育与世界先进水平仍然存在较大差距,科学素养呈现出一定的高成就低兴趣倾向,喜欢学习科学的指数排名13将来有从事科学事业愿望的学生比例为16.8%,远低于美国的38%和欧盟国家24.5%的均值。2015年的世界经济论坛《全球竞争力报告》也显示,中国的创新水平、技术就绪度、高等教育与培训等远低于亚洲新兴和发展中国家的平均水平。而在148个国家和地区的数学与科学教育质量排名中,中国大陆仅列49位,远落后于排名第1的新加坡以及列第9位的日本。科学素养的差距反映了我们科学教育的差距。反思我们的科学教育,主要存在三大问题:

        1.科学教育的功利化,缺乏对科学教育价值的认识

        科学教育的目标是提高全体学生的科学素养,但这个目标已经严重窄小化。由于小升初不再应试,且不是主课,小学科学教育呈现明显的弱势,表现在课时少,已经少得可怜的课时还时常被占用;专职教师的比例小,有的学校甚至音乐教师上科学课;专用的科学实验室少,仪器药品缺乏。而中学的科学教育以应试为主要目标,考什么,教什么。不考什么,也就不教什么。如2008年江苏的高考方案中,把物理、化学、生物地理等科学科目作为选考的科目,分数以等级算而不计入总分,导致学校对这些科目的教学很不重视,高考中报考科学的人数急剧下降,各类奥赛中获奖人数也急剧下降。而这种情形在今年浙江的高考方案改革中也有同样的情况发生。而纸笔测试中由于很难考查学生的真实的实验能力和实践能力,在目前中学的科学教育中实验、实践教学功能弱化,视频实验、黑板实验屡见不鲜,导致科学教育中得很少。

        2. 科学教育的训练化,缺乏对学生的人文关怀

        重视双基(基础知识和基本技能)是我国科学教育的传统,加之应试的过程中,知识是考核的最重要内容,科学教育中学习目标重视知识,学习过程强调记忆,学习内容脱离生活,学习结果用于解题,题海战术训练学生是国家上一轮新课程改革中科学教育改革的重要内容,虽有所改善,但收效甚微。这种见题不见人的高强度、枯燥训练,导致学生最初对世界的好奇、对科学的兴趣在题海中一天天减少,在很多学生的眼里,科学就是记现象、记公式、记方程,就是计算、解题。学习科学只有恐惧,没有快乐。

        3.科学教育的形式化,缺乏对科学本质的理解

        随着科技发展,随着人们对世界科学教育发展的了解,很多人成为时代的弄潮儿,于是在各种各样的展示课、优质课和比赛中,各种新型课堂教学层出不穷:快乐学习、探究教学、翻转课堂、STEM(科学、技术、工程和数学)。各种技术涌入学校,使学校、教室的形态也发生了很大的变化。这一切对科学教育的改革无疑是十分有益的,但也有不少教师在改革中只重形式,缺乏对科学本质的理解,使得有些科学课堂轰轰烈烈走过场,只有游戏,没有思考,只有形式,没有深入。这种活动有余、思维不足,缺少思维容量的虚假探究,是无法发挥科学教育价值的。

        三,新科学教育的目标

        新科学教育的根本目的不是传授知识,而是形成用以运用知识的能力和统领知识的智慧,诱导人的创造力量。在这个过程中,智识教育要通过知识为媒介的,让知识拥有温度,就是从知识走向智识,走向智慧。

        新科学教育的新是:在新教育理念引领下,以国家课程、地方课程、校本课程为基础,鼓励教师通过新教育行动,对科学教材进行二次开发和新的整合创造,研发卓越科学课程,使科学教室成为发现美好事物中心,让科学教育在提升学生科学素养的同时,成为激发学生生命创造的原动力。

        1.让科学知识有温度,奠定学生未来生活基础的同时,满足和保持儿童天生的好奇心

        科学教育的目的不是为了实现科学知识的复现,而是复活。这不仅因为科学知识总是在不断变化中,还因为纯粹的知识无血无肉,无根无缘,既枯燥无味,又带有惰性,无法激发学生的学习兴趣和热情。德国哲学家胡塞尔指出:科学的危机表现为丧失其对生活的意义。因此,从文化的意义上看,走出科学危机乃至社会危机的出路是让科学回归生活世界”[3]。教育中要使科学知识复活,赋予它温度,同样是通过科学知识与人的生活的对话实现。特别是在今天这个到处充满科技的世界,没有科学知识,一个人几乎很难生存,也无法有合适的工作机会。

        当科学知识与儿童现实生活相通,与社会生活相通,与人类命运相通时,很容易引发学生学习的好奇心,引导学生探索知识的奥秘,引起学生对知识学习的渴望。

        2.让科学智识有力度,养成学生理性思维习惯的同时,体验探索世界的理智感

        赫胥黎认为:科学教育的最大特点,就是使心智直接与事实联系,并且以最完善的归纳方法来训练心智;也就是说,从对自然界的直接观察而获知的一些个别事实中得出结论。也就是说,科学智识的这种力量,使得科学教育成为对学生智能进行训练的重要方法,它可以让孩子们的思维能力、想象能力和创造能力得到发展。形成理性思维的习惯,为他们今后终身学习奠定坚实的智力基础。 

 

        这种智能的训练,也会带给人探索世界的理智感或者智慧的享受。理查德·费曼在《科学的价值》中从科学家的角度阐明了这种感受:科学的另一个价值是提供智慧与思辨的享爱。这种享受在一些人可以从阅读、学习、思考中得到,而在另一些人则要从真正的深入研究中方能满足。这种智慧思辨享受的重要性往往被人们忽视,特别是那些喋喋不休地教导我们科学家要承担社会责任的先生们。很多青少年也因少年时的科学探究经历的快乐把科学作为终身的事业。

        3.让科学智慧有深度,提高学生发现美好事物能力的同时,发展学生的创造力

        科学教育对于发展学生的创造力具有特殊的价值。这是因为,科学的慧眼,能使人把世界看得更清楚,更明白,发现更多美好的事物,包括自然的美丽和奥秘。科学发现和发明的创造力,科学对真善美的追求,本身也是激发学生创造的重要原动力。

        科学对物质世界的改造和创造是科学的立身之本。在过去的几百年里,科学的实践活动不仅改造着自然的物质世界,还创造出自然世界不存在的物质,使得今天的世界已完全不同于过去的莽荒之地。而科学的这种创造力,决定了它是人们解决环境、能源、材料、生命等复杂问题的首选方法。

        科学教育对于生命创造还在于它对人自身的创造也有重要价值,赫胥黎在把科学引进教育时,就认识到科学教育不应仅满足于日常生活的实用需要,还可以影响人的精神生活。杜威也认为倾向于信仰轻信是人性固有的弱点,要克服人性的这些弱点必须要依靠科学教育。科学是防止这些自然倾向以及由此而产生的恶果的工具。

        4. 让科学信念有高度,提高学生对于科学与人类文明、科学与可持续发展关系的认识,形成社会责任感

        科学教育应该不断加深学生对于科学与人类文明、科学与可持续发展关系的认识,树立起现代公民对于社会和谐、生态环境、人类和平的高度责任感。

        四, 新科学教育的方法与途径

        在新教育理念与行动的基础上,新科学教育提出的行动方式是读中思、做中学、写中悟,就是为了更好地在科学教育中让学生体验到科学实践的完整性,更深刻地理解科学的本质,使科学教育在师生的幸福完整教育生活中发挥积极的作用。

        1.新科学教育的行动方式

        1)做中学:科学教育的核心

        从杜威的教育即生活到陶行知的生活教育理论,从做中学是一个基本的教育原则,这里的指的是生活社会实践。

中国的做中学项目是由韦钰院士积极倡导、教育部和科学技术协会共同发起的一项幼儿科学教育改革计划,它是在传统探究式学习的基础上发展起来的,字面的翻译是基于动手的探究学习,因此这里的,指的是基于动脑、动手的科学探究,强调的是在动手做学习中让学生建构自己的科学概念和认知模型。做中学针对了我国科学教育长期存在的重知识轻能力、重结果轻过程、重教师传授轻学生探究、重实用价值轻科学精神等弊端,成为我国科学教育改革的一大亮点,产生了广泛影响。

        新教育科学教育中的做中学是基于科学实践的科学学习,它是科学教育的核心。因为科学最重要的两大价值在于认识自然和创造世界,在这种认识和创造活动中,科学实践活动与其他活动最本质不同在于物质性,科学实践使用的工具、仪器、设备等手段是物质的,科学实践的对象是物质性的自然,科学实践的结果虽有精神的,但最重要的也是物质的。我们把人与物质打交道的过程称之为。当然科学实践的主体是人,这种的活动不仅涉及双手、感官、肌肉、骨骼等的活动,还会涉及大脑,因为人进行活动都是有目的、有意识的。当然今天的科学实践活动与人类的生活有着越来越密切的关系,科学改变着今天的世界,人类的生活已离不开科学和技术。

        因此,基于科学实践的新教育的做中学,一方面要与师生的生活社会实践联系,反映科学在真实世界中的活动和经验。另一方面是活动应该具有科学的探究性,多样性探究活动包括:a带着学生走进自然,学会用眼睛科学地观察自然,擦亮孩子的眼睛,发现自然的神奇和变化的奥秘;b设计动手实验,释放孩子的好动的天性,学会科学地控制条件获得物体变化的证据,探索物体变化的本质;融合科学和技术,c为解决问题进行工程设计和创作,创造自己心中的世界。而结合生活开展的主题性综合科学活动,提供学生用科学解决生活中的复杂问题的机会,从而更全面地理解科学生活的意义和价值。

        2)读中悟:做中学的引领

        阅读本身是科学家科学实践的重要环节,科学家在进行科学研究时,要通过查阅相关文献,了解课题的研究历史、现状,找到解决问题的方法和思路,探索课题开发的新用途。科学教育中的科学阅读,除了让学生体验科学实践的阅读环节外,还有教育的作用。

        科学阅读不仅是科学知识的获得和累积过程,还是科学兴趣、科学信仰、科学方法、科学态度、科学价值的养成过程。这是因为科学阅读的材料多种多样,有工具类的教材和教辅,有文学类的科普作品,还有研究类的科研文献,等等。通过引导,不同类型的科学阅读,可以达到不同的目的。趣味性的科学阅读,以引起思考的兴趣为目的,指的是让学生通过阅读科学童话、自然画册等,在优美的语言和精美的画面中,了解自然的神奇和美丽,理解科学发现的神圣和魅力,引起孩子对科学的兴趣,激发他们对自然的好奇心,给孩子开启认识世界的另一扇窗。方法性的科学阅读,以学习科学思考方法为目的;指的是在知识的背后,了解知识的来龙去脉,挖掘科学认识世界的思想方法。创造性的科学阅读,以学习创造知识为目的。指的是不去膜拜教材中的知识,而是在阅读中运用已有的知识和方法发现问题,敢于提出质疑,敢于提出自己的观点,进而养成阅读中思考的习惯。或是通过对科幻小说或科学推理故事等阅读,展开充分的想象,激发科学创造的勇气,体验思考的力量。天文学家卡尔.萨根说过,科幻小说作为科学的引入物,常常能让读者爱上科学,并在今后跟科学之间的交往中发现,科学其实比科幻小说还要神奇!可见,引导学生进行深度的科学阅读,可以激发探究的欲望,拓宽探究的视野,打开探究的思路,坚定探究的意志,使做中学深入开展。

        3)写中思:做中学的升华

        语言是重要的沟通交流工具,写作是将个人思想以文字或符号的形式表达出来,并以此与他人进行交流沟通的一种方式。它是一种创造性的陈述,也是一种自我对话的历程。

        通常人们把写作的人称为作家,认为这是人学家、社会学家等人文社会学科工作者的工作,但实际上写作也是科学家的必要工作,科学写作是科学家表达思想和思维的方式,是展示科学研究成果的手段,也是与科学共同体和公众交流的媒介,科学写作是科学实践的重要环节。尤尔(LD.Yore)和韩德(B.M.Hand)等明确指出,科学共同体成员运用语言来从事科学及建构科学主张,并以独特的辩论模式沟通探究历程及其科学理解,所以语言是科学和科学素养整合的部分。正因为写作在科学教育中特别的作用,国外有学者和机构把STEM发展成为包括艺术和写作在内的STREAM

        新教育把科学写作作为学生重要的科学习得能力。首先,科学写作是学生对科学知识的自我建构,因为在这个过程中,学生需要将头脑中的科学知识重新梳理、解释、组织、回顾或反思,并将这种思维过程用特定的符号表达出来。虽然这个过程并不像科学探究那样需要准确地把握科学知识,也不像文学写作那样需要妙笔生花,但学生写作时必须对知识有自己的理解,才能以清晰、简洁的方式,传达复杂的科学概念和信息。其次,科学的写作过程是学生高层次心智的历练过程,因为它对学生的要求不只是纯粹把所学的信息、数据拷贝出来。而是要通过分析、推理、讨论、陈述、解释、综合、评估及诠释,提供新旧经验之间的联系,并在此基础上建立个人的科学理解,或者说是对已有经验知识在某种情境中的独特创造。再次,科学写作是学生交流和表达的重要训练方式。在科学写作过程中,学习者除使用文字外,还可使用非语言形式,如图形、数字、表格、多媒体等形式呈现,将自己所习得的知识、经验或思想通过科学写作,以实现学习结果的有意义转译并予以呈现,从而实现与他人的沟通和交流。科学写作还是唤醒学生创新意识,促进学生的自主发展的途径,如果老师能从学生写作中探索他们的思考能力,发现他们的创新意识,就可以以他们的思考力去推测他们的思维特长和未来发展的可能性,鼓励他们战胜学习困难,在写作中让他们发现自己,以写作中的创意激发在学习中发挥科学的想象力,培养学生学习科学的自主性。最后,科学写作是学生在学科学、做科学时内心的真实感受,因此还能帮助每一个学生发现自己,找到自己生命蓬勃的方式,特别是明确科学是否是他喜欢的事,有没有可能成为他未来一辈子所从事的工作,进而形成一个自己的科学梦

        科学教育的写作类型很多,从方法看,有以记录为主的野外观测日记,以科学实验建构知识为主的实验研究报告,以阐述技术和工程功能为主的说明文本,以评价、批判研究成果为主的科学评论,以对以往科学研究反思为主的研究综述,以推理想象未来科学世界为主的科幻作品,以展现科学思维过程为主的思维导图,以普及科技成就为主的科普作品。从作品的呈现方式看,可以是文本,也可以是绘本、图片、影像等。在的基础上进行的科学写作,是对的理解、反思和领悟,是对的解释、推理、体验和感悟,可见,写中思是对读中悟做中学的升华,也能促进读中悟做中学的深入。

        2.新科学教育的行动途径

        课程的丰富决定着生命的丰富,课程的卓越决定着生命的卓越。新科学教育同样把落点是放在课程和教室,希望在新科学教育理念的引领下,将读中悟、做中学、写中思与新教育的十大行动相融合,创新科学课堂教学,研发特色的校本课程,最终使科学教室成为发现美好事物中心,让科学教育在提升学生科学素养的同时,成为激发学生生命创造的原动力。

        1)创新科学课堂教学

        课堂是文化传承的核心地带,是课程实施的主要渠道,是学校机体的中枢神经,是师生成长的关键路径。科学课堂教学是以国家课程为基础的,在读中悟、做中学、写中思的基础上对科学教材进行二次开发和新的整合创造,通过理想课堂六纬度(参与度、亲和度、自由度、整合度、练习度、延展度),实现三境界(落实有效教学的框架,发掘知识这一伟大事物的内在魅力,知识、社会生活和师生生命的深刻共鸣),进而提升学生的科学素养,激发学生创造力。当然,读中悟、做中学、写中思并不是一个固定的程序,也不是每一节都需要三个环节,它往往需要一个生动的主题,以问题(主题)为切入点进行单元设计,通过读、做、写的有机融合,实现新科学教育的目标价值。

        2)创设特色校本课程

        新教育认为课程的丰富决定着生命的丰富,课程的卓越决定着生命的卓越。通过创设特色的校本课程是落实新教育理想的重要途径。当然,新教育认为的课程,是全方位、全过程的,包括学校教育、家庭教育、社会教育和自我教育。以新科学教育的价值为引领,结合新科学的读中悟、做中学和写中思,以新教育的十大行动为平台,可以有各种形式的校本课程。如在营造书香校园基础上开设的科学阅读汇,在师生共写随笔基础上的指导学生通过观察书写观测日记。聆听窗外声音基础上的引导学生进行热点探究,如开设湿地的科学探索温室效应的研究太阳能等。在培养卓越口才基础上编排科学情景剧、做科学博物馆的小小解说员。在建设数码社区的基础上的开设靠近机器人“3D打印推进每月一事创办科技节爱地球,我行动缔造完美教室所需的科学绘本和科学板报。我们希望各个学校能创设更多有特色的科学校本课程,也希望更好的课程能结合新科学教育的读中悟、做中学、学中思,体现探索性、文化性、综合性。

        3)发挥学科综合优势

        科学本身就具有跨学科的性质。前不久听了新沂新教育实验区城关小学的徐学娟老师的翠竹班趣味科学行动叙事,作为一位语文老师,通过诵科学、读科学、讲科学、玩科学、绘科学,让科学教育贯穿在语文教学的过程之中,取得了很好的效果。如人教版的课文《鹿和狼的故事》,不仅可以讲述凶恶的狼与善良的鹿,同时还可以也更应该讲述生态平衡的科学知识。科幻作家吴岩说,如果真正要把科学作为人生追求的话,就应该通过文史哲和艺术来培育。

        4)挖掘科学教育资源

        家庭参与:通过家校合作共育,把家庭作为科学教育的重要场所,把家长的知识背景、职业性质、工作环境作为重要的教育资源,开设亲子实验家长讲坛科技之旅等。

        社会参与:作为公众科学教育的重要场所,科技馆、博物馆等通过各种临时和常设展览,以参与、体验、互动等各种形式进行科学普及教育。而一些公益性的社会培训机构,也可以通过学生业余社团、研训营、创客中心等参与到学校的科学教育中来。

        高科技运用:通过互联网、物联网、人工智能、模拟现实等各种高科技手段,打造云教室“VR教室数字化实验室等,突破科学教室的时间和空间限制,仰望星空感知生长海底实验等,成为地球村的孩子。

        5)改革科学教育评价

        一是要研究科学课程的核心内容与关键能力,建立科学素养的基本标准;二是改革纸笔测验的单一方式,开展活动表现评价、学习档案袋评价,重点考察学生发现问题、分析问题、解决问题,以及理解和决断通过人类的科学活动影响自然世界的能力。

        目前,人类社会正在由信息时代向智能时代发展,科学技术在社会经济发展和国家安全、世界和平方面承担越来越重要的作用,科学教育的价值也日益凸显出来。新教育实验正在全力以赴地攻坚克难,希望为中国的科学教育探出一条新路。

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