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国外中学生科学本质教育研究
目录
1.序言------------------------------------------------------------2
2.对科学本质的界定------------------------------------------------3
2.1学者的观点-----------------------------------------------------3
2.2国外著名团体组织对科学本质的理解-------------------------------5
3.科学本质教育的提出----------------------------------------------6
4.研究学生科学本质观的意义及必要性--------------------------------6
5.国外科学本质教育现状--------------------------------------------8
5.1各国科学课程中的科学本质观-------------------------------------8
5.1.1亚洲---------------------------------------------------------8
5.1.1.1新加坡-----------------------------------------------------8
5.1.1.2韩国-------------------------------------------------------9
5.1.2美洲---------------------------------------------------------10
5.1.2.1美国-------------------------------------------------------10
5.1.2.2加拿大-----------------------------------------------------11
5.1.3欧洲---------------------------------------------------------11
5.1.3.1英国-------------------------------------------------------11
5.1.3.2西班牙-----------------------------------------------------13
5.1.4大洋洲-------------------------------------------------------14
5.1.4.1澳大利亚---------------------------------------------------14
5.1.4.2新西兰-----------------------------------------------------15
6.对我国的启示----------------------------------------------------17
7.结语------------------------------------------------------------19
参考文献-----------------------------------------------------------19
致谢---------------------------------------------------------------20
国外中学生科学本质教育研究
徐汉霞
西南大学物理科学与技术学院,重庆400715
摘要:
本文在明确中学生科学本质教育内涵的基础上,通过收集分析新加坡、美国等八个国家的科学课程标准中对中学生科学本质观教育的目标和要求,比较了它们的异同。
最后本文阐述了国外中学生科学本质教育对我国科学教育的启示。
关键词:
国外;中学生;科学课程;科学本质观
ResearchaboutMiddleSchoolStudents’ViewabouttheNatureofScienceAbroad
XUHanxia
SchoolofPhysicalScienceandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China
Abstract:
ThisarticleelaboratedthetargetandclaimofthemiddleschoolstudentsinScienceCurriculumfromcollectingandanalyzingeightnations’educationaboutthenatureofsciencestandardsonthebaseofdefiningtheconnotationofeducationaboutthenatureofsciencetomiddleschoolstudents,andcomparesthedifferencesandsimilaritiesbetweenthesenations,suchasSingapore,Americaandsoon.Finally,thisarticledescribestheenlightenmenttoourcountryontheeducationaboutthenatureofscienceabroad.
Keyword:
foreign;middleschoolstudents;sciencecourse;viewaboutnatureofscience
1.序言
科学,似乎是实事求是的代名词。
但仅仅实事求是并不是科学,而只是科学之一部分。
自古希腊以来,人们总是把科学和真理、真知联系在一起。
从近代以来,哲学就以自然科学为文化母体。
由西方哲学建立的真理论,是以自然科学为基础的。
科学哲学家查尔斯沃思(Max Charlesworth)1986年在研究科学、非科学与伪科学时说过一句名言“什么是科学?
如果没有人问我,我知道;但当我要向发问者解释时,我就不知道了。
”汉斯.波赛尔曾说“假如没有对科学的目的与方法的反省,没有对科学问题的特点与性质的提问,没有对科学中的解释的思考,没有对科学中提出的答案的可靠性及可检验性的反思,我们便放弃了科学之所以为科学的核心内容。
”[1]
科学观从根本上来说是人们对于科学本质的基本看法和观点。
科学的本质通常是指科学的认识论即一种认识的方法,或者说是对科学知识发展所持有的内在的价值或信念。
科学本质观可以分为个人的和社会性的两个层次。
社会性的科学本质观是科学哲学家、科学历史学家或科学社会学家对科学本质的认识,它涉及到科学的方方面面。
虽然在不同领域的学者之间、甚至在同一领域的不同学者之间、不同的科学教育文件之间存在着某些差异或各有侧重,但在某些方面已形成了一些基本的共识。
个人的科学本质观是指个人对科学知识和经验的内隐价值观和假设,而学生的科学本质观取决于个人日常生活中形成的对世界想象的直觉认识、学校教育,以及社会科学界对学生施加的潜移默化的影响,学生的科学本质观是可以通过有意的科学本质观教育而得到改造和完善的。
本文主要从学校教育对学生的影响这个方面阐述国外中学生科学本质教育现状。
2.对科学本质的界定
2.1学者的观点
美国研究科学本质的资深专家Lederman(2002)等提出,目前对科学本质的认识在以下3个方面是基本一致的:
科学观察依赖于理论指导;科学知识不是绝对真理;科学知识的经验性。
他还提出比较适合中学生的对科学本质的阐述:
科学知识是试探性的、经验性的、依赖于理论指导的;在一定意义上,科学是人类的推理、想象和创造力的产物;是与社会和文化紧密相关的;观察与推理有区别;没有唯一而万能的科学研究方法;科学理论和定律的功能不同但又相互关联。
Lederman认为科学的本质是科学认识论,科学是一种获得知识的途径,或者与科学知识的发展相一致的价值和信念。
综合其多项研究,对科学本质的内涵概括为非道德性、创造性、发展性、简约性、可验证性和同一性。
[2]
Collette和Chiappetta则从以下3个方面论述科学本质的内涵:
科学是一种思维方式、科学是一种研究方法、科学是一个知识体系。
[3]
Good认为科学本质NOS是“科学思维的过程”(NOST)和“科学知识体系”(NOSK)的总和,[3]而NOST可分为前期和后期,前期是创造和发展新想法的阶段,后期是提出和验证假设的阶段,也就是大部分人所说的科学方法、科学本质可以用下面的数学公式表示:
NOS=(前期NOST+后期NOST)+NOSK
Smith和Scharmann为了区别科学与非科学,将科学本质划分为2方面:
科学研究的目的与过程、科学理论的价值判断标准。
前者有5个特性经验性、可验证性、重复性、暂时性、自我修正性。
后者有以下7个特性解释力、预测力、创造力、开放的胸、简约性、逻辑一致性和质疑。
[3]
McComas和Olson(1998)从科学哲学、科学史、科学社会学以及科学心理学4个学科的角度归纳了对5个国家的8个国家科学教育标准中对科学本质的阐述一致性的部分:
(1)科学知识是可信的,同时又是试探性的;
(2)科学知识非常(不是完全)依赖于观察、实验证据、理性的辩论和质疑;(3)不存在一种做科学的唯一方法;(4)科学试图解释自然现象(5)定律和理论在科学中具有不同的角色;(6)所有文化背景的人都对科学有贡献;(7)应清楚地、开放地报告新知识;(8)科学家需要精确的记录保存、同事评议,科学结果有可重复性;(9)观察建立在理论的基础上;(10)科学家是创造性的人;(11)科学的历史既是进化的,又具有革命性;(12)科学是社会和文化传统的一部分;(13)科学和技术相互作用;(14)科学观点受社会和历史背景影响。
结果显示这些文件中对科学本质有较为一致的观点,认为上面谈到的4个学科都与科学本质有关系,其中科学史所占的比例最大。
[2]
Alters(1997)认为目前在科学教育界对科学的本质在“较低层次上”形成了下列一些绮一的看法:
(1)科学知识具有暂时性,它不等同于真理;
(2)用简单的归纳方法或单纯的观察不能形成科学知识;(3)我们是戴着过滤镜看待世界的,这个过滤镜就是存在于我们头脑中的已有的知识;(4)在观察和推理之间没有绝对的界限;(5)新知识由创造性思维和科学方法共同产生;(6)科学始终充满挑战,获得科学知识从来不是件容易的事;(7)人们往往不太愿意放弃那些自己曾认可的而又被证伪了的知识;(8)科学家是他们研究的这个世界的一部分,这个世界并非远离于他。
[2]
Loving(1998)和Driver(1996)等人把科学的本质主要分成三个方面:
科学的目的、科学知识的地位和性质、科学作为一种社会事业。
并进一步指出,科学知识是科学共同体的产物,而非个人的产物,因为个人的发现只有被共同体所认同才能被人们所接受;科学的目的就在于解决问题并进而解释自然现象,但在解决问题并进而解释自然现象的过程中,研究者的个人思想和思维方式会影响数据的收集。
[2]
虽然各个学者对于科学本质都有不同的描述,但可以看出在本质上他们的理解都是一致的,并不矛盾,只是从不同的角度和方面出发就产生了如此多的对于科学本质的界定。
2.2国外著名团体组织对科学本质的理解
科学本质这一术语最早由美国国家科学数学教师协会(CentralAssociationofScienceandMathTeachers)于1907年提出,当时并未对其进行明确的概念界定。
随着科学事业及科学教育的不断发展,国际上逐渐开始重视对学生进行科学本质的教育。
目前,对于科学本质的内涵,不同机构的观点各不相同。
比较有权威性的当属美国科学促进会(AAAS——AmericanAssociationfortheAdvancementofScience)对科学本质的论述,它对科学本质从“科学知识”、“科学探究”和“科学事业”三个方面进行阐述:
(1)科学知识的本质——世界是可认识的,科学知识是可变的,科学并不能解决所有问题;
(2)科学探究的本质——科学讲究证据,科学是逻辑和想象的结合体,科学具有解释和预测的功能,科学试图确定和避免偏见,科学反对权威;(3)科学事业的本质——科学是一种复杂的社会活动,科学分成专门领域并在不同情况下进行研究,科学必须考虑伦理的原则,科学家既作为专家又作为公民参与公众事务。
[4]
继AAAS之后,美国NSES(NationalScienceEducationStandard)也从3个方面阐述了科学的本质:
(1)科学家通过观察、实验、理论模型来构建和检验对自然的解释;
(2)在活跃的研究领域,由于缺乏理论导致不同的解释是正常现象;(3)评价科学实验、观察、理论模型和科学家的解释是科学探究的一部分。
同时,还从科学史的角度对科学本质进行了进一步的阐释,如各种文化和社会都对科学知识作出贡献科学知识随时间推移而发生变化,并建立在已有知识的基础上暂时性等。
事实上,对于科学本质的认识和科学本身,也是试探性的、动态的,不是一成不变的。
正如Suchting(1995)所说,随着科学的增长,人们科学本质观的本身也处在进化之中。
Scharmann和Smith(2001)进一步指出,试图得到共同一致的科学本质观的一系列特征或许是不可能的。
正因为科学的本质的差异性,从而没有形成一个关于科学的本质的共同概念。
3.科学本质教育的提出
科学本质教育的提出是基于科学教育的提出和实施的。
1907年美国国家科学与数学教师学会(CentralAssociationofScienceandMathTeachers)认为在科学教育中,应强调科学方法及过程;1916年教育学者杜威提倡“做中学”,认为了解科学方法比获得科学知识更重要;1964年施瓦布最早提出“科学本质应列入科学教育”。
国外有学者曾提出较为极端的观点:
“仅仅使用历史的方法也能使学生清楚地理解科学的本质。
”[5]科学家和科学教育研究者意识到,科学教育仅仅停留在方法技能的层面上,还不足以培养出时代所需要的具有一定科学素养、能够促进科学事业向前发展的接班人,科学教育还需要促进学生具备良好的科学本质观。
科学教育一个重要且长期的目标是培养具有科学素养的学生,科学素养一个重要的组成部分就是对科学本质的理解。
所以,近年来,国内外理科教育界越来越重视学生对科学本质的认识,并把它作为衡量中学生科学素养的一个重要指标,帮助学生发展较全面而准确的科学本质观是科学教育的根本目标之一。
[6]在过去的近一个世纪里,这个目标得到了国际上许多科学家和科学教育家的支持,最近许多国家又在本国的科学教育改革中加以强调。
国际上对于科学教育中让学生理解科学本质的要求倍受关注,各国的课程文件中均有不同程度的体现。
对科学本质教育的问题,英国科学教育工作者对有关科学本质教育的教学问题进行了广泛的研究。
许多科学教育工作者对教师和学生所持科学本质观及教学现状进行了大量、广泛的调查研究,如Driver、Solomon等。
他们采用开放式问卷调查及访谈的方法,对教学经验丰富的科学教师、任教不久的科学教师以及参加职前培训的科学教师进行了细致的调查与分析,被调查的学生也涉及各个年龄段。
这些调查的结果为英国科学教育的改革从某些方面提供了坚实的现实基础,为科学课程的教学和教师的培训工作提供了诸多有益的启示。
综合以上分析,科学本质教育的提出就显得尤为重要。
4.研究学生科学本质观的意义及必要性
世界各国的科学教育为何如此重视培养学生的科学本质观,主要存在以下三个方面的原因:
首先,学生的科学本质观对其科学素养乃至生活方式与生存能力具有重要的影响。
一个人对事物的木质的认识与观念直接影响他对事物的态度与思维和行为方式,科学本质观是学生对科学本质属性的认识和理解,属于内隐的、深层的观念系统,对学生的科学态度、科学精神、科学学习的方式和方法等都会产生重要的影响。
例如,学生如果对科学本质具有充分而准确的理解,他们就能够应对这个日益科技化的世界,正确理解新科学知识和产品、合理看待科学家以及科学事业,做出科学的决策,并发展出良好的科学创造精神和能力。
其次,与不断更新的科学教育的内容相比,科学的本质则是相对恒定不变的。
科学教育的内容与时俱进,随着时代的变迁和科学技术的进步而不断更新,科学教育的具体内容和目标也可能随之发生变化,然而培养学生适当的科学本质观这一目标却是相对稳定和不变的。
科学本质观教育虽然要蕴涵于具体的科学教育内容之中,但它超脱于特定时代具体的科学教育内容,这是任何科学学科、任何时代的科学教育都必须予以重视的主题之一。
此外,建构主义学习和教学观的兴起和普遍应用也更加显现出科学本质观研究的重要性。
建构主义认为,知识是由学习者在自己独特的先前经验的基础上、在特定情境下、通过与他人的交互作用过程而建构起来的。
知识的意义并不是像一个客观的东西那样预先确定的,而是学习者主动调用先前经验对事物和信息进行的解释和理解。
“建构主义不把真理看作是感觉印象与现实世界之间的吻合,而把它看作是我们的感觉印象与我们的观念之间的吻合:
真理的权威性存在于我门每个人之中”,建构主义对学习、知识和真理作如此认识,使得科学教育的目标不再是把科学知识作为绝对的、确定不变的真理传授给学生,而是让学生在掌握科学知识及其探究方法的同时,对科学知识的一些本质特性、科学发展的规律等予以了解和洞察。
科学教育要真正起到“教育”的作用,而不仅仅是训练的作用,即从根本上提高科学教育的质量,就不能不让学生深入理解科学的本质。
科学本质观对科学学习和教学的促进、科学素养的培养如此必要,所以一直备受科学教育决策者和研究者的关注。
人们如果能够了解学生的科学本质观,探明其影响因素,就可望找到科学教育所存在的深层问题,从而能够有针对性地采取有效措施来革新科学教育。
只有理解了科学的本质,才能使学生懂得科学究竟是什么,科学知识是怎样产生的,科学在社会发展和进步中的作用,科学和科学方法的优点与局限性,等等。
只有对当代科学有了这样全面的、辩证的认识,才能正确认识科学技术对社会发展的推动作用。
5.国外科学本质教育现状
社会性的科学本质观可能存在争论,也在不断持续的发展之中,但就科学教育而言,还是存在着一些基本的共识。
这些基本共识可以为科学教育中培养学生适当的科学本质观提供一定的目标参照,是相对明确而稳定的。
因而当代学生的科学本质观在科学课程中就可见一斑,各国科学课程标准中体现出的科学本质观更能在一定程度上说明学生科学本质观的现状及发展趋势。
5.1各国科学课程中的科学本质观
第二次世界大战后,基于科学技术的突飞猛进以及社会经济发展的需要,科学教育在学校教育中的地位得到了提升。
科学本质是当代科学教育中的重要内容,近年来,各国科学教育都非常关注科学本质教育问题。
科学的本质成为近年来世界范围内科学教育改革所关注的热点问题之一。
自20世纪以来,科学教育领域开始提倡要使学生理解科学和科学的本质,科学哲学、科学史和科学社会学成为独立的学科并获得了巨大发展,人们对科学的本质、结构和功能以及科学发展的规律有了深入的认识,这些认识对中小学科学教育产生着深刻影响。
各国的课程文件中均有不同程度的体现,其突出表现之一,就是把科学本质教育作为科学教育的目标,并将其作为科学素养的核心成分之一。
然而,科学的本质一直作为“潜课程”隐含在科学课程之中。
没有作为明确的课程目标提出。
随着科学教育的发展,关于科学的本质的描述越来越多地出现在国家文件和科学课程文件中。
5.1.1亚洲
5.1.1.1新加坡
新加坡的物质资源匮乏,1965年独立后一直非常重视人力资源的开发,特别是精英人才的培养,对不同学力学生从小严格筛选,推行效率取向的科学教育。
1997年,新加坡总理李显龙发表了“思考型学校,学习型社会(ThinkingSchools,LearningNation)”的讲话后,更是促进了科学教育重视知识的理解、应用与实践操作的有机结合,全面地培养学生科学思维能力。
20世纪90年代以来,新加坡的科学教育开始了新的转型,全面推行能力取向的科学教育改革。
[7]
据国际教育成就评价协会(简称IEA)2004年12月公布的“第三次国际数学与科学研究”(简称TIMSS)的最新报告,新加坡小学四年级和初中二年级的学生科学素养在此次测评中名列第一。
这从一个侧面反映出新加坡的科学教育在培养学生科学素养方面是较为成功的。
新加坡的科学教育是“一纲多本”,以新加坡初中科学教材为例,目前可供选择的就有六套不同版本的教材,SA教材是新加坡目前使用较为广泛的一套教材,于2002年由Federalpublication公司出版,ChanKimfatt主编。
当代科学本质观在基础教育层面认为,科学知识是试探性的、经验性的、依赖于理论指导的;在一定意义上,是人类的推理、想象和创造力的产物;是与社会和文化紧密相关的;观察与推理有区别;没有唯一而万能的科学研究方法;科学理论和定律的功能不同但又相互关联。
[8]培养科学素养是科学教育的永恒目标。
[9]新加坡也效仿拥有先进教育理念的美国,使SA教材通过强有力的评价体系来培养学生科学的思维方式和科学探究的能力。
而科学探究能力也是美国AAAS提到的科学本质应包含的内容之一。
新加坡课程十分注重对学生整体科学素养的培养。
新加坡所有的学生在小三至小六、中一至中二都要学习综合性科学课程,这些将成为构建他们一生科学素养的基础。
各类课程的难度和要求不同。
中学分科设置的物理课程要求相对较高,包括75个知识点,涉及28个数学计算公式,要求学生掌握33个物理量,并给出其中16个物理量的定义。
[10]而混合科学(物理+化学)(物理+生物)中的物理部分完全相同,内容较少,要求也较低,都包括52个知识点,有15个数学计算公式。
[11]与我国科学课程标准相比,两国对科学素养的认识没有太大的差异。
[12]
5.1.1.2韩国
20世纪70年代西方科学教育的改革运动,促进了韩国的科学教育事业。
从20世纪80年代中期以来,韩国科学与教育协会越来越积极的研究和开发科学教育体系,不断扩大教育课程。
特别是20世纪90年代,韩国科学教育与工程教育协会所形成的对科学和科学教育政策的研究和探索,最终于1999年制定了韩国科学课程国家标准。
[13]
韩国科学课程国家标准的基本结构包括教育导向、课程、教师、教育、环境、评价、支持系统七个子元素,并相互影响。
在教育导向的描述中提出,所有学生应支持科学发展,理解科学的本质,有正确的世界观;学校的科学教育应有助于科学和社会的发展;不断改善学校科学教育的系统;科学教育体系应该有助于提高韩国在世界上的国际竞争力。
在科学教师的描述中,标准4-1和标准4-2指出,科学教师必须有出色的技能、专门的理论知识和能力。
这些都能够很好的为促进韩国科学本质教育服务。
在科学教育环境方面,标准5-1至标准5-5提出,学校应配备高效率的科学实验室作业系统。
而实验正是培养学生科学探究能力的重要方法之一。
在科学教育的支持系统描述中,标准7-1至标准7-6解释应该包括教师、奖学金系统、发展科学教育的研究系统以及创造社会条件。
可以看出,韩国对于科学教育相当重视,科学课程不仅仅作为他们提高学生科学本质观的武器,更是提高整个国家国际竞争力的强有力后盾。
5.1.2美洲
5.1.2.1美
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