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2007年11月/12月--引用科学现象改进科学素养教学

演示会上展示了K-12科学课程教学可以引用的科学现象。

  很多科学工作都是在观察中得出发现,并且用少数几个原理或概念来解释这些发现。学生们要领会科学工作模式,必须对科学观察(科学现象)的范畴有一种感知,从而能够形成科学发现,并且还要对科学原理或概念有一定的感知,以便用来解释科学发现。“2061计划”对科学类教材的评估结果显示,教材很少让学生接触到与重要科学概念相关的现象,如真实的物体、系统和事件;同时也很少收录那些直接针对学生中常见的错误概念的科学现象,并且很少指导学生通过现象科学地理解概念。(科斯都和罗斯曼, 2002;斯特恩和罗斯曼,2004; 美国科学促进协会[AAAS];2002,2005)。

  为了解决上述的教材中缺少相关科学现象的问题,并为教师和学生提供指导,“2061计划”研究人员和其它来自科学课程教材中心(CCMS)的研究者们正在推敲确认可以在教学工作中引用的科学现象,以便有助于对《科学素养的基准》(AAAS,1993)和《国家科学教育标准》(国家科学研究委员会,1996)中列出的科学概念开展教学工作。在今年7月于华盛顿特区美国科学促进协会(AAAS)总部召开的CCMS中心资源共享机构(KSI)会议上,与会者们参加了一个主题为“科学现象”的互动式演示会,分享各自在该领域的研究成果。(了解KSI会议的情况,请参见《2061快讯》2007年7/8月刊出的《为了更好的科学教育而合作》(Collaborating for Better Science Learning)一文。)

  这次会上共演示了10份资料,展示了关于多个科学主题的、有助于学生学习重要科学概念的一些科学现象,并且强调了关于教师如何有效引用这些科学现象的一些问题。在这次KSI会议上展示的许多科学现象将被收入“2061计划”教材资源在线收集项目,该项目是由国家科学基金支持的,收集的教材资源还包括:(1)国家科学教育标准中列出的要求学生学习的科学概念的阐释;(2)关于这些科学概念之间的联系的描述;(3)关于学生如何理解这些科学概念的研究工作的总结;以及(4)关于如何指导学生解释科学现象并进行推理以促进学习的建议(阅读project overview)。

  “2061计划”项目主管泰德•威立德(Ted Willard)也在会上演示了研究成果。他表示:“这次KSI会议的情况进一步证明,教师们需要一些已准备好可供随时引用的各类科学现象的素材,以便有效地实现各类不同的教学目标。”他还说:“我们可以清楚地看到,如果想要学生象我们期望的那样理解科学概念,必须对他们在解释科学现象方面提供具体的指导。”

  “2061计划”研究助理娜塔丽•迪布瓦(Natalie Dubois)是首次参加KSI会议。演示会为她提供了一个与其他研究人员对话交流的机会。“一些学生们可以观察到的科学现象可以为教学目标提供切实的例证。在尝试分辨这些科学现象时会遇到些困难,对此我有了新的深入的了解。”迪布瓦说,“而且,这些科学现象必须是学生可以接触到的,并通过接触让学生们将课堂经历转化为对‘现实世界’的概念性了解。”

  下面是在“科学现象”演示会上演示的10篇报告的清单及报告摘要。查看每份报告请点击标题。

  在科学课堂上引用科学现象来学习季节
  罗莉•雅甘,美国缅因州巴斯市巴斯初中
  摘要:2007年春季,雅甘采用了LHS-GEMS教材《季节的真正原因》,并为教材补充了额外的教学资源。她在教学模式选择中仔细地考虑了讲解及科学现象的引用。她发现引用科学现象是很关键的,但是难以管理。雅甘的报告强调,有必要为教师提供帮助,使其能在教学中有效地引用科学现象。

  让学生了解植物体内物质转化的科学现象
  娜塔丽•S•迪布瓦(Natalie S•Dubois),乔治•E•德波尔(George E. DeBoer),以及乔•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进协会”2061计划”
  摘要:迪布瓦、德波尔以及罗斯曼就初中阶段学生要学习的关于生命系统内物质转化的重要科学概念,列举了一些科学现象实例,尤其是关于植物的实例。生命系统的本质是相当复杂的,通常要求学生运用多个重要的科学概念来理解某一个特定的科学现象。尽管这可能会给学生同时也给老师造成困难,但也为学生提供了一个了解重要科学概念之间联系的机会,并且在解释生命体生长发育的过程中,开始认识到这一系列相互关联的科学概念的重要性。

  科学现象在IQWST中的重要性:帮助学生通过亲身体验理解科学概念
  詹妮弗•伊克伦德(Jennifer Eklund),耶勒•西瓦兹(Yael Shwartz),以及乔维•梅里特(Joi Merritt),密西根大学
  摘要: IQWST的每个单元都引用了多个科学现象来帮助学生建立现实世界与科学概念之间的关系。伊克伦德、西瓦兹和梅里特展示了来自IQWST初中化学、物理及地理课程的实例,以说明引用科学现象可以:(1)帮助构建科学概念模型,(2)细化或改进科学概念模型,(3)提供证据以支持某个论点,(4)促进学生的学习并进一步促使他们开展科学调查。

  使学生体验热胀冷缩现象
  卡瑞•F•赫尔曼•阿贝尔(Cari F. Herrmann Abell),乔治•E•德波尔(George E. DeBoer),以及若•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进协会“2061计划”
  摘要:赫尔曼•阿贝尔、德波尔以及罗斯曼提供了3个与初中阶段重要的热胀冷缩概念相一致的科学现象实例。为使学生能够完全理解这些科学现象并将它们与热胀冷缩的概念联系起来,他们必须理解精确测量的重要性,以及/或者学会使用比肉眼更加精确的监测仪器或手段。而且,要让学生将科学现象与科学概念联系起来,还需要给他们讲解分子现象。报告中还说明了数据对于学生理解科学概念的作用——它们可以帮助学生分辨出有意义的科学现象,以及如何指导学生解释科学数据。

  为何子女像父母亲:适合K-2级学生的相关现象
  贝兰•赫勒(Belén Hurle),全国人类基因研究所—全国卫生研究所(NHGRI-NIH),若•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进会”2061计划”组
  摘要:赫勒与罗斯曼展示了一些现象例子,能够用来说明K-2年级需要掌握的科学思想:生物很像它们的父代并且彼此相像,但并不完全一样(基准5B/P2)。这个看似简单的思想概括了一类广泛的现象,促进3—5年级的学生的认识,“对于子代像它们的父代,生物一定存在一种可靠的方式将信息从一代传递到下一代”(基准5B/E2),而且对相应的高中需要掌握的思想也有帮助——“从一代传递到下一代的信息编码在DNA分子里”(基准5B/H3)(罗斯曼,考德维尔,基欧斯,库尔斯,2006年)。如果不能掌握这些科学观念和其它相关观念,学生将不能够理解科学,也无法理解例如人类基因组计划等重要发现的意义。

  PRISMS:中学科学教学中的现象与陈述
  蓓姬•琦莉(Page Keeley),弗朗西斯•艾贝尔(Francis Eberle),乔伊斯•图吉(Joyce Tugel),缅因州数学与科学联盟(MMSA);弗朗西斯•莫利纳(Francis Molina),泰德•威拉德(Ted Willard),美国科学促进会“2061计划”
  摘要:“2061计划”对科学课本的评估强调了在中年级教材里应当有更好的现象与陈述。国家科学数字图书馆(NDDL)的收藏是一处潜在资源;然而,它们主要适合于高中与大学本科教育。缅因州数学与科学联盟(MMSA)全体人员,经过了美国科学促进会“2061计划”组的训练,正在与一个中学教师团队一起努力去分析近1000个数字现象与陈述,以判断它们与中年级内容标准的一致性以及它们为老师提供教学支持的质量。这些资源的综述将被整合进一个叫做PRISMS的收藏集(关于中学科学教育的现象与陈述)中。PRISMS的设计意图是为了通过数字图书馆以增加合格的K-12级科学教育资源。
 
  使学生参与生命相互依赖现象:供养相互作用
  克里丝汀•列农(Kristen A. Lennon),乔治•E•德波尔(George E. DeBoer),乔•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进会”2061计划”
  摘要:列农、德波尔以及罗斯曼展示了一组现象的例子,可以用于帮助中学生理解关键科学观念“动物可能通过各种方式为食物而与其它生物相互作用”(来自于科学素养基准,5D/M2a)指向的学习目标概念。

  帮助中学学生理解自然选择机制的现象
  鲁丽•斯特恩,美国科学促进会”2061计划”
  摘要:斯特恩的海报展示了一个现象,可以挑战中学生关于获得性特征遗传的幼稚观点。他还展示了另外一个现象,能够使自然选择机制对学生来说显得更加可信。

  帮助小学生理解地球是球形的现象
  泰德•威拉德(Ted Willard),索菲亚•柯西都(Sofia Kesidou),罗莉•库尔斯(Lori Kurth),乔•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进会”2061计划”组
  摘要:威拉德、柯西都、库尔斯以及罗斯曼描述了三个现象,能够帮助学生理解地球是球形的科学思想,以及一个可能对小学生没有用的现象。

  帮助中学生理解地球上季节温度变化的现象
  泰德•威拉德(Ted Willard),乔•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),美国科学促进会“2061计划”组;提姆•艾希勒(Tim Eichler),美国国家海洋和大气局(NOAA)
  摘要:威拉德、罗斯曼以及艾希勒描述了如何给学生展现显示某地全年温度随时间而变化的数据,以及如何给学生展示地表气温是如何变化的模型。

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  由国家科学基金提供资助,作为一个学与教的中心,科学课程教材中心(CCMS)将美国科学促进会(AAAS)、密歇根州立大学、西北大学、密歇根大学联合起来,参与开发对教材的有效设计、选择及使用有贡献的新知识与领导力的任务。

  “2061计划”开发一系列课程资源,“支持科学,数学及技术学科的下一代教材,”的工作是由国家科学基金提供资助。
想获得更多关于CCMS及”2061计划”关于教材的研究的信息,请联系:
CCMS首席调查员/总监:若•艾伦•罗斯曼(Jo Ellen Roseman),(202)326-6752工程总监:泰德•威拉德(Ted Willard),(202)326-6778

参考资料
美国科学促进会,(1993)。《科学素养的基准》。纽约:牛津大学出版社。

美国科学促进会,(2002)。《中年级科学课本:一次基于基准的评估》。2007年6月19日取回,来自http://www.project2061.org/publications/textbook/mgsci/report/index.htm.

美国科学促进会,(2005)。《中学生物课本:一次基于基准的评估》。2007年6月19日取回,来自http://www.project2061.org/publications/textbook/hsbio/report/default.htm.

柯西都,S。,罗斯曼,J.E.(2002).《中学科学课程符合标准的程度如何?“2061计划”队课程评审的研究结果》。科学教学研究杂志,39(6),552-549.

国家科学研究委员会,(1996)。《国家科学教育标准》。华盛顿特区:美国国家学术出版社。

斯特恩,L.,罗斯曼,J.E.(2004)。《中学科学课本能够帮助学生学习重要观点吗?“2061计划”生命科学课程评估研究的成果》。科学教学研究杂志,41(6),538-568.

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