首页 关于2061计划 研发领域 出版物 会议与研讨
  关于AAAS | 连线2061 | 联系方式
 
 
制定科学教育的基准

安德鲁•阿格瑞
“2061计划”

  创建K-12科学标准时,理解进程图是一种协助研究和分析信息的重要工具。

  自1985年以来,“2061计划”一直在为科学、数学和技术教育构建目标。在前三年的工作中,我们提出了学生在高中毕业时应该掌握的知识(《面向全体美国人的科学》,1989)。自1988年,我们一直致力于研究基础教育低年级阶段对学生的合理期望值(《科学素养的基准》,草案)。本卷将包括基准一览表,一些理解进程图和与基准主题有关的文章。

  我们希望学校和课程开发者将这些基准应用于建立适合目标群体和他们所处环境的K-12课程模式。在此之前,思考一下我们是如何制定基准的,能够促进其他课改方法的实施。

  撰写基准的经验让人兴奋。但是别弄错了:这项工作很艰难,而且很多人一开始就遇到了挫折。虽然阶段性的结果可能并不突出,但思考和交流的质量却令人印象深刻。

  为不同年级制定基准

  美国全国教育进步评估(NAEP)以4年级和8年级为基础来制定基准,全国数学教师理事会(NCTM)会也遵循了这一模式(《学校数学课程和评估标准》,1989)。但是参与2061计划的学区课题小组认为从幼儿园到8年级在心理上存在很大差距,因此不应该只制定一个基准。他们认为在学习完2年级和5年级的课程后,学生将面临更关键的发展时期,我们正在为这些年级制定基准。

  我们不主张让2年级的学生参加正式的国家考试来检验他们都学到了哪些科学知识(这对大孩子来说已经不可避免)。对2年级的期望值和对5年级的期望值是完全不同的,所以我们不希望幼儿园教师一开始就以5年级为目标进行教学。鉴于其本身难度适中并没有涉及技术性的内容,2年级的基准建议把学生较难理解的知识放在3年级的课程里,从而降低了对3年级至5年级学生学习能力的要求。

  推导基准

  《面向全体美国人的科学》中描述了12年级应该具备的知识和能力,在设定“低谷”期望值时,我们一方面参考了对实现这一目标所需的方法和思考的分析,同时也考虑到对学生在不同年龄段的能力进行的评估,并从学区编写小组的资深教师,以及关注儿童对科学的理解和学习的研究人员那里获取信息。遗憾的是,现有的有关儿童对科学的理解的研究,其内容都很狭隘,实用性不强。

  我们已经发现要从12年级的目标依次向前倒推出前面各年级的难度水平是不太可能的。通常,知识的教授既有集中(为理解一个概念需要先理解好几个概念),又有分散(由一个概念发散出几个新的概念)。因此表达这些目标的最佳方式就是用带有方框和箭头的图表。我们把这种推测性图表称为理解进程图(与目前在科学教育界流行的概念图表区分开来)。

图表1是理解进程图的一个例子,描述了一些与“物质结构”一章中的部分内容有关的概念(《面向全体美国人的科学》第四章:物理设定)。从下往上看,图表粗略地显示出了时间的推进,以从学生入学时所具有的观念为起点。在我们描绘进程图时,概念的先后顺序比概念与年级的对应更为重要。稍后我们才会评估每一种概念应该在哪个年级学习。

  遗憾的是,现有的有关儿童对科学的理解的研究,其内容都很狭隘,实用性不强绘制进程图最难的是中间部分。由于缺乏全面的研究课题的有力指导,我们也面临着与国家教育标准委员会地理专门小组一样的困难:“很难为8年级课程制定标准,学生要了解得比4年级多,比12年级少”(《提高美国教育标准》 1992, p. L-4)在目前的学校体制下我们希望孩子能达到的水平和5年级或8年级学生的最佳表现之间可能存在的差距无疑加深了我们的不确定性。

  绘制进程图时,我们一般一次只画一条主概念线,分出的支线可以和其他主线的分支联系起来。例如,物质的结构与物质与能量的流动有明显的联系。“物质的结构”是《面向全体美国人的科学》中的一个章节,它包含的概念太多,很难在一张图表中完全表现出来。(在图表1中它是不完整的)。很明显,在进程图中一条主概念线所包含的内容比远比人们所想的要复杂。

  使用软件来绘制进程图,把主线的分支联系起来要容易得多(而且现在我们有权开发此类软件)。我们计划建立一个课程资源数据库,此数据库可准确链接到理解进程图中的各个部分,用户可以选择所需信息的难度。数据库还可以将基准连到数据块、活动和教材,以及适当的评估建议上。

  我们计划为每条基准进行简要的说明,有助于引起人们对概念进程和不同概念相互之间关系的注意。例如,对物质的结构这一基准的说明会把人们引向4条平行的概念进程线:物质的性质,物质的化合,微观物质和物质守恒。

  说明由编写小组和工作人员撰写,他们也将借鉴教育学和心理学的研究成果。这些文章呼吁人们注意学生在每个阶段可能遇到的困难,尤其是以前的概念有可能会干扰现在的学习(见图表2)。我们仍不确定这些文章能在多大程度上提供合适的指导。(研究中对困难本身的讨论过多,并没有提出太多解决的办法。)

图表2
目标:物质的结构

选自《科学素养的基准》(草案)

  学生将学习原子和分子的本质以及物质的结构。

  在所有的章节中,这一章可能为学生从科学角度理解世界是如何运转的提供了最多的线索,但也是最难的一章。原子和分子理论能够准确地解释世界的构成,但是这也要求结合多种知识和想象力:关于物质的性质和化合,状态的改变,温度的作用,物体的构成,甚至是解释的简化。所有这些都要求孩子们在中学时期掌握,因此关于原子的一系列概念可以在8级结束时开始教授。

  对于原子和分子的科学理解要求学生有一个概念,那就是所有可见的物体都是由不可见的粒子组成的。另外一个概念是所有物体都可能是由几种成分组成的,这一概念的前提是物质通过不同的组合方式能够拥有不同的性质,在此之前还要理解物质的性质。

  在考虑化合物的性质的同时,还要意识到物质的整体性质和其组成部分的性质是大不相同的-这正好与学生的直觉相反。1另外还要意识到物质的总量是不变的,首要证据就是不管物质怎样变化,总重量不变。

  3到5年级

  对于物质的学习应贯穿于这几个年级的教学过程,而且应更加系统化和量化。学生应该能够设计和进行实验来验证物质的不同性质。我们希望学生能清楚地记录他们的设计和实验,尽量用图表呈现他们的实验结果(图表要由学生自己设计,而非教师),并将数据和结果输入计算机。

  学生要会测量(重量,面积,温度),估算(面积,重量,数量)以及计算(面积,体积,数量)必要时可以使用计算器。3他们应该能够使用放大镜观察由大量粒子构成的物质,如沙子、香料、面粉,从而发现微观世界中令人意想不到的细节。他们应该去观察和描述大量小物体如面粉,大理石花纹,糖的立方面,木块的运动方式(有时候像固体,有时候像液体)。

  到了五年级结束时,学生应该知道:

  • 加热和冷却能导致物质性质发生变化。很多变化在高温条件下发生得更快。
  • 不论如何组装,组装物体的重量与每个零件重量之和总是一样的;同样当一个物体被拆分成不同的零件,每个零件的重量之和与原物体的重量也是一样的。
  • 物质可能是由许多很小的微粒构成的,这些微粒需要在显微镜下才能看到。
  • 如果一个物质是由两个或两个以上的物质化合而成的,它的性质可能与这几种物质都不相同。因此,少数的几种基本物质,就可以组合并产生出各种不同的物质。
  • 组成物质的微粒可能保持不变也可能像液体一样流动,这完全取决于它们是如何组合在一起的。

--------------------------------------------------------------------------

1 Brook et al 1984,Driver 1987。
2 一开始,关于什么是物质,孩子一直有各种不同的想法。对于很多孩子来说,气体甚至液体都被认为是没有重量的,或不是物质(Lee et al In press, Driver 1987, Stavy 1990)。非常微小的物质因为不能被感知也常常被认为是没有重量的(Smith, Carey, and Wiser 1985, Carey 1991)。3 研究显示孩子们可能会认为东西轻到都感受不到了就是没有重量(Smith. Carey, and Wiser 1985; Carey 1991)。使用高精确度的秤进行大量称量会有所帮助,可以逐渐提高秤的精确度,先把小物体放在一起称,然后再分别去秤它们单独的重量。

  对基准的调整

  在编写基准的过程中,会出现为某个年级制定的基准并不适合该年级使用的情况。最简单的方法就是将这个基准原封不动地应用于另一个年级,并对相关的其它基准做调整。

  第二个选择就是重写这条基准,使之更加适合目前的年级水平,但这不仅仅是形式上的转换。年级的调整并不是换个词就行的。重写往往要求重新考虑该年级的学生在智力上和行为上能够达到什么程度。

  第三个选择是最难的,但也可能是最富有成效的:分解基准的内容,创建两个新的基准,保留其中一个,把另一个放到其它年级使用。同样,仅仅改变用词不能改变基准的本质。一定要重新思考学生能理解什么,以及理解的顺序是什么。

  知识和信仰

  研究表明孩子在相信一种现象的科学解释前,就能够理解它(比如, Hewson 和 Hewson 1992, Osborne 和Freyberg 1985)。对一个概念从复述到最终接受的时间跨度越长,撰写基准的难度就越大。那么在制定一个关于孩子解释能力的基准时,是要求他们给出一个科学的解释就行,还是同时要求他们接受这一解释呢?

  从哲学的角度来看,2061计划倾向于要求知识而非信仰。在撰写《美国大众科学》“价值和态度”一章时遇到了类似的难题。我们的目标并不是要求每个人都必须喜爱科学、数学和技术,或是要求他们相信这些努力对人类全都有利,而是希望学生对科学的态度-不管是支持,反对或中立-都应建立在正确理解的基础上。

  自然选择便是一个贴切的例子。我们当然要求学生了解自然选择的科学理论是什么,但是并不强迫他们去相信现在地球上的生命是如何演变而来的。

  结语

  基准草案应接受大量读者的检验,不仅仅是赞同或小的改动,还要看读者是如何解释和使用这些基准的。撰写好的基准并不要求有固定的规则,但要注意过程中可能产生的对某一意图的误解。

  研究员帕特海勒(明尼苏达大学)在最近一次写作研修会后替我们作了总结:

  基准不能太具体,那会产生较大的局限性;也不能太宽泛,否则人们会不清楚你要表达什么。

  在为一个年级制定基准时,如果需要要有一个明确的次序。

  基准的内容要能反映出从一个年级到另一个年级理解水平的进步。

  要体现出不同目标下的基准之间的联系。

  基准应该能够适应发展,具有可评估性,与孩子的世界息息相关。


  参考文献
  《学生掌握概念的现状》. Hewson, P., and M. Hewson.(1992). 物理学习研究:理论问题和实证研究. R. Duit, F. Goldberg 和 H. Niedderer( 编). Kiel,德国:科学教育协会
  《理科教师的角色》(1985). Osborne, R.和 P. Freyberg. 科学学习,R. Osborne &P. Freyberg(编),奥克兰:海纳
  《提高美国教育标准》(1月24日,1992年). 华盛顿特区:美国国家教育标准和测试委员会
  《面向全体美国人的科学》(1989). 华盛顿特区:美国科学促进会
  --------------------------------------------------------------------------------
  《创建科学教育基准》1993, 50 (5). Ahlgren,Andrew. 教育领导

中国科学技术协会 版权所有 1998-2009 Tel:010-68571875 京ICP备05038051号


中国科学技术协会办公厅 主办 地址:北京市海淀区复兴路3号 邮编:100863


中国科协信息中心 技术支持 地址:北京市海淀区学院南路86号 邮编:100081