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
 
 
导 言

  科学、数学和技术对我们所属的文化和你我的生活产生着深远的影响。在人类进行的几乎所有活动中都能发现它们的作用,它们还影响我们同他人及周围世界的联系。“2061计划”便是为改善教育,使公众获得科学素养——即基本了解自然与社会科学、数学、技术及三者之间的相互作用而做出的长期不懈努力。

  进展图与我们熟知的科学教育中的“概念图”有着天壤之别。进展图描绘的是技能与观点的发展,而概念图描绘的是学生的理解能力在某一时间点上的表现。

  “2061计划”的开创性报告《面向全体美国人的科学》(AAAS,1989)阐述了哪些技能和知识构成了科学素养。其姊妹篇《科学素养的基准》(AAAS,1993)列举了学生在四个年级阶段——获取素养过程中经历的阶段——中应学到哪些目标性的具体技能和知识点。全美国都在使用《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》以及其他一些标准文献来改革国家和各州的课程框架、教学要求、教学评估及师资教育。但改革中难免会遇到很大的困难。

  《科学素养的导航图》迎接把科学教育改革变成现实的重大挑战:科学素养不应视做支离破碎信息及毫不相干技能的简单集合,而应是一个内容丰富、技能与观点可以相互支撑的架构,这个架构是随着时间的推移而发展变化的。从小学到高中,学生的学习应建立在他们的既有知识基础上,这才能了解他们今后还得学什么,并为他们日后还应该学习什么做好准备。为了帮助学生获得科学素养,教学人员需要明白学生在不同年级乃至不同学科中学到的技能和知识是如何相互作用的。《科学素养的导航图》使用一系列“进展图”来描绘这种相互作用,把学生理解能力的增长以图形化的形式表现出来。每张图都说明了在某一主题下获取素养所应具备的知识点和技能,以及它们之间是如何连接的,并显示了学习过程中的每一步来自何方、去往何处。

  《科学素养的导航图》旨在帮助教学人员明了学生在不同年级应学到些什么,从而帮助他们设计更加全面且连贯的课程、教学和评估方案。教学人员必须明白概念和技能随着时间的推移而发展,并且它们之间相互关联,否则学生只能学到一堆互不相干的,晦涩难懂的,易于忘却的事实、运算法则和技术术语。

  《科学素养的导航图》并非为某一课程或教学要求量身制作,而是提供了一个框架来激励人们思考如何根据实际情况来设计和组织学习。此外,这些图还将在新的讨论、课堂经验、教学研究中不断完善。我们希望《科学素养的导航图》能持续给人如下信息:仔细斟酌学生从幼儿园至高中毕业期间理解能力的增长,是制定计划让学生去学习什么和如何尽最大可能帮助他们达成预期目标的不可或缺的组成部分。

关于《科学素养的导航图》

  《科学素养的导航图》提供了一些进展图,这些图表示随着时间的推移,学生理解获取科学、数学和技术素养所需技能和观点的能力如何增长。本书还包含针对进展图所做的一般性讨论和针对每张图所做的特殊论述。

  《科学素养的导航图》用来帮助教学人员了解并确定学生学习中的具体目标,是“2061计划”所开发的一套协同工具中的一部分。假如教学人员在使用《科学素养的导航图》时配合使用先前出版的两本书(《面向全体美国人的科学》和《科学素养的基准》),就会在本书的使用上获得最佳效果。《科学素养的导航图》中的进展图由基准——《科学素养的基准》中设定的学习目标衍生而来,而基准本身则源自《面向全体美国人的科学》中成年人的素养目标。此外,图中基准间的关联基于《科学素养的基准》中关于认知学的研究和论文,以及《面向全体美国人的科学》中成年人应拥有的素养。

使用《科学素养的导航图》

  《科学素养的导航图》通过展示各个基准之间的明确关联而丰富《科学素养的基准》(和其他标准教材)的内容。

  这些关联本身是构成科学素养和帮助学生获取科学素养的关键要素。因此,我们发现这些图在指导我们自己的研究和发展方面,以及在对各级教学人员开展工作方面是非常有用的。下述范例阐述了进展图的一些适用情形,以及它们为何能在改进科学教育中作出如此重大的贡献。

  理解基准和标准。教师和其他教学人员通过仔细研习某一张图,就能提高自身对具体学习目标性基准的性质和内容的理解。例如在“2061计划”的职业发展研讨会上,进展图帮助教学人员理清了各个基准的含意,并对这套基准想要实现的目标有了直观的认识。当然,各地的教学框架或其他教学标准的体系也能用图的方法加以表示,从而更直观地显示它们的全面性和连贯性或显示它们缺少这些性质。

  设计课程。图中信息可帮助教学人员建立在不同年级和不同课程提高中学生科学素养的责任体系,以确保教学要求的不断提高。为不同年级和不同课程分配基准时应考虑中学生能学到的观点与技能之间的关联。有些州和地区已经使用进展图的草图来加速这一进程了。

  制订教学计划。进展图可以把人们的注意力集中在如何准备将基准纳入教学要求和在今后的学习中应重点教授哪一部分。当学生为某一教学难点所困扰时,这些图可以用来确定需要什么样的概念支持或确定哪些概念对教学会有所帮助。学习中若是能考虑到基准之间的关联,则可以加强理解。从长远看,帮助学生把学到的东西整合在一起有助于提高他们的理解力和记忆力。

  教材开发设计。进展图可以帮助教材开发人员掌握在适当的时间达到适当的基准。进展图还可以帮助他们以不同的深度说明基准之下关于某具体活动与课堂教学,而非仅仅说明同一大标题下都有哪些内容。无论是在开发教材还是分析教材中,很关键的一步是深刻认识目标基准本身、其实施的前提条件和应在教材或教师指南中加以强调的概念之间的关联。进展图是“2061计划”课程教材分析程序的重要组成部分。《科学素养的导航图》中大量的图是从“2061计划”课程教材开发中逐步发展而来的。

  教学评估和分析。当用作解读评估结果时,导航图可以帮助解答何时适合评价某一特定技能与观点,以及学生为何会在学习中遇到困难。有了图作为框架,对学生的评估便可设计为在理解能力增长的过程中,学生处于何种位置,而不是让学生们去理解某些撮合在一起的风马牛不相及的观点。“2061计划”早期的分析性评估工作证实了在寻找某一任务的基准方面和确定深度方面,图都是一个很重要的工具。

  准备师资。不论职前还是在岗,以上列举的所有活动都可以强化教师对基准意义的理解及如何帮助学生达到基准。教师们通过认真地学习进展图中各基准之间的联系,也丰富了他们自己的知识。这些图从学生如何获得知识的角度出发描绘了科学、数学和技术素养,为思考如何教授这些素养指明了方向。

图的设计

  本书最后的“进展图与基准”一节详细说明了《科学素养的基准》在本版《科学素养的导航图》中图示化的情况,以及各个基准都出现在哪些进展图中。

  本版《科学素养的导航图》并未形成一整套导航图的体系——也就是说,它并未涵盖《科学素养的基准》中全部的学习目标。《科学素养的基准》中大约50%的内容在本版中有图示。下一版《科学素养的导航图》中会完成所有的图。

  虽然本版《科学素养的导航图》对《科学素养的基准》中大部分章节的主题都绘制了进
展图,但第十章和第十二章是例外的。第十章“历史展望 ”中的一些基准在《科学素养的导航图》其他章节的几张图中有所涉及,相关的历史事件将在下一版《科学素养的导航图》中涉及并配有相应的图。第十二章“思维习惯”没有制图,该章节中出现的基准已分散至本版《科学素养的导航图》的其他章节中。

  鉴于没有对所有基准都进行图示化,因此一张图可能会与某主题有关,但这个主题却未收录至本版《科学素养的导航图》中。进展图旁边的文字会对这种情况有所说明,同时建议
读者到《科学素养的基准》或《面向全体美国人的科学》的相关部分寻找关于遗漏主题的详细信息。

《科学素养的导航图》的结构

  《科学素养的导航图》的章节与《科学素养的基准》和《面向全体美国人的科学》一致。《科学素养的导航图》的每个章节都包含“一群”关系密切的图,它们或近或远地与《科学素养的基准》中的章节相对应。但由于《科学素养的导航图》中一张图会并列涉及《科学素养的基准》中几个不同的基准,因此本书中以《科学素养的基准》中某一特定部分命名的一个图集可能会包含其他章节中提到的基准。

点击看大图

  的确,这些图的价值之一便是它们能把每一主题下所有的基准集合到一起,而不管它们原先在《科学素养的基准》中处于什么位置。例如本版《科学素养的导航图》第一章“科学的性质”中属于“科学探索”节的图主要描绘了《科学素养的基准》第一章“科学探索”的基准,但同时也包含了其他章节的一些基准。图1显示了《科学素养的基准》的章节目录,以及“科学探索”图集中涉及的基准都来自何处。

  尽管我们尝试着将《科学素养的导航图》中图的设计与《科学素养的基准》的章节结构相对应,但在将基准放入图示的过程中难免会产生新的结构,同时激励读者以一种全新的方式对《科学素养的基准》进行思考。

图 解

  《科学素养的导航图》每个章节的开头都会简要地探讨一下与《科学素养的基准》一书相同章节中的主题,以及下一版的《科学素养的导航图》里会增加哪些主题。接下来会简要地讨论一下本章出现的每个图集——着重其总体内容和图间的一般关系。

  每张图的前面都会有相应的图解。图解的第一部分是对该主题的一般性探讨,及其对内容和主要路线的简要概括,还有对相关的但尚未图示化的主题、历史阶段的注解。图解的第二部分是与图相关的“备注”和“研究”。备注会指出该图有趣或难以理解之处,以帮助读者掌握该图,但并非要完全阐明图中观点;同时,相关的认知学研究也会适时出现。这些研究节选自《科学素养的基准》第十五章的“研究基础”,受《科学素养的基准》出版时的限制,仅包括对阐明图有重大帮助的那些文献。

关于进展图

  一张进展图聚焦于对科学、数学和技术至关重要的一个主题,展示了最易于帮助理解这个主题从小学到高中的若干基准,还显示这一主题立足于哪些基准和它能进一步支持哪些基准。这些图最重要的特征是体现基准所表达的技能和观点是如何随着时间的推移而发展变化的。为突出这些图的发展变化性质,我们称其为“进展图”。“进展”即不同年级阶段在一组基准中发展变化的能为人们所辨识的概念或描述。

  然而,将一张图上的基准整理成条理清晰的进展图不一定有用或站得住脚。构成素养的概念和描述在它们发展过程中常常相互交错、融合并相互共享。重要的是把这些图看做是总体上的基准组合,它表达着每张图的基本内容,并帮助读者聚焦在提高理解能力上。

基 准

  每幅图中所表达的技能和观点是学生学习中要实现的具体目标。我们称其为学习目标性基准,这是因为它们选自《科学素养的基准》,每个基准都以“学生们应该知道……”或“学生们应该学会……”作为开头。在图中,每个基准的文字之后都会有一个编码,用以说明《科学素养的基准》中相应目标所在的章节(见第12页“图例”)。当然,应依据任何一套具体、合理、连贯、完整的学习目标来绘图。描绘基准过程中遇到的问题和经验对于描述其他一些学习目标也有借鉴作用。

  编写《科学素养的基准》的重要之处就是注意技能与观点之间的关联,但由于一个基准可能在不同背景下出现多次,因此并不可能每次都把基准互相关联得很好。把图中的基准明确地联系起来会很快让人注意到它们之间的关系,并能做出微调。例如,许多基准都包含几个相关的技能与观点。在图中,这些技能和观点常常分开来阐述一条基准中具体观点与另一基准中具体观点之间是什么关系。图2就表示了《科学素养的基准》中处于同一页上的两条基准是怎样体现在图的三个方框里的。

  在《科学素养的导航图》中,为表示技能和观点的流向,作者小幅修改了一些基准的措辞。除却这些轻微修改,图中的基准还是与出现在原来《科学素养的基准》中的基准保持一致的。

  在少数情况下,出于认真和细致的考虑绘图会对基准做出更积极的调整。有时与《科学素养的基准》相比,图中的基准会出现在高一些或低一些的年级中。有时还需要增加一些技能和观点。这种需要大多数情况下会通过使用《面向全体美国人的科学》或《科学素养的基准》中的观点来满足,但有时不得不提出一个新的基准。总之,在绘制本版《科学素养的导航图》的过程中,对《科学素养的基准》也进行了微调,使之更合理。

关 联

  基准之间的关联基于学科的逻辑性,还基于在可能的范围内查找到的关于学生如何学习——包括一段概念和特定概念——的研究文献。两条基准之间的关联如果在图中以箭头的形式表示,则表示一条基准可以“促成或实现”另一条基准(见第12页“图例”)。偶尔出现的双向箭头表示这些基准之间是互相支撑的。


点击看大图

  一个基准会以不同方式促成另一基准。例如,要想让学生明白力改变运动的原理,从逻辑上讲他们需要事先知道什么是“力”,什么是“改变运动”。但仅仅依靠逻辑很难充分提高理解能力,心理和发展的因素也要考虑在内。要理解一个基准,学生常常需要事先了解包含同样概念的更为简洁的另一个基准。

  关于学习某一特定理念的认知学研究将会帮助确定重要的先决条件,并支持其他学科中的关联或一般观念。若没有具体的研究,基准之间的关联则会以认知发展的一般性原则作为指引,例如先抽象后具体,或先简单后复杂。

  举个例子,要想让学生学习地球的形状,认知学研究表明重要的是应让学生们有一个关于地球引力早期的概念:为什么地球上的人不会自己摔倒。关于地球形状及重力的观点出现在3至5年级阶段要实现的两个基准中。图3中的两个框之间的箭头表示对其中一个基准的理解会促成对另一个基准的理解。

  关于地球形状的基准也作用于关于地球重力的一串基准,并能引出关于宇宙引力的基准。图4表示重力图中关于地球重力的一串基准中观点的发展变化。



  在任何主题下要获取素养都离不开基准在深度上的发展,并往往基于那些通常不属于该主题的基准。

有标记的图线

  每张图中都指出了几条基本的线索来帮助读者从总体上了解图的内容并从中寻找东西(见第12页“图例”)。这些线在图的底部作了标记,而且我们尽可能把相关的基准置于各个标记上方的一栏。当然,对每张图来讲,做过标记的图线并不一定是唯一一条可能出现的图线,读者也大概会注意到我们并未标记其他一些群集的基准。

  所有的图线都带点印象派色彩,有时图的版式不尽完美,有时界限有些模糊,有时甚至不是从底部开始绘图。它们意在指出图中哪些主要的“描述”和观点可以用做阅读帮助,而非建议如何组织某主题的基准体系,亦非建议给出任何形式的指导。


年级范围

  每张图中互相平行的线描绘的是大多数学生应获取特定基准的年级范围(见第12页“图例”)。根据学生的兴趣、能力和经历,基准实现的年级可高可低。但不能盲目地把它们分配至不同年级中去。若技能和观点被强行分至低年级——常用来扩充课程——学生们则会理解不了。若一味推迟讲授,学生们的兴趣和动力则会衰减。

  图中处于同一年级范围里但位置较高的基准不一定比处于同一年级范围的其他基准更难以理解,设计时常常上下左右挪动基准以便于绘制它们之间的关联。至于哪个促成哪个要看基准间的具体联系。

与其他图之间的联系

  我们并非简单地把基准分解到不同的图中去。实际情况是每张图都包含了与理解一个素养主题息息相关的一些基准,而不考虑《科学素养的基准》中什么地方还出现了这些基准。的确,所有的基准都可以看作一大类观念、技能及其之间相互关系的一部分——一张假想的“全部图示之母”。本书中的图都是从这个庞大的架构中一点一点地选取的,大到能提供一些主题的见解,小到能实现可操作性和保证有用性。

  因此,相同的基准,甚至同样的路线会在不止一张图中出现。例如,一个关于能量的初中基准能引导学生在高中学习一些非常复杂的主题:物质形态、恒星核聚变和光合作用。此外,本书处于同一章节中密切相关的一组图松散地对应着《科学素养的基准》的每一章节。

  假如把这些图视作互相分离的实体,那么就不能很好地理解或不能有效地使用这些图。为帮助读者时刻牢记我们是从一个更大的架构中抽取了这套图,这些图表示了不同图集之间、同一图集中不同图之间的相互联系。

  不同图集之间的图。假如一个基准在不同图集的多张图中都发挥重要作用,那么或者在每张图中这个基准都会出现(但各张图会在关联方面显示差异性),或者当一张图最适合作某基准的载体时,这个基准只会在那张图中出现,但我们会写明它和其他图之间的关系。不同图中基准之间的关系用虚线表示,虚线引向有关联的图的名称(见第12页“图例”)。图5(见第9页)表示一个基准出现在两张不同的图中。每张图中一条虚线把读者引向其他的图。

点击看大图

  同一图集中的图。图集原本是整张的复合图,但它们太大以至于即使打印出来也不便阅读。尽管我们把它们改成了一些小图,但它们还应被视为一个整体。在同一图集里的图相互关系往往很密切,因而表示其关系的虚线会布满整张图。正因为如此,同一图集中图与图之间的关系能从反复出现在属于该图集的图里的基准上推断出来。当一个基准也出现在该图集的其他图中时,那些图的英文首字母(如ST代表Scientific Theories科学理论)将标注在基准的旁边(见第12页“图例”)。大多数图集由两张图组成,但有些图集由三张或四张图组成,还有一些图集中只有一张图。

  因为每张图都有一定范围,所以读者看单张图时可能会感觉有所缺失。一些“缺失的”基准可以在同一图集的其他图中找到,也可能在图集外某相关的图中找到,用虚线表示它们之间的联系。假如“缺失的”基准是尚未绘图的主题,那图解中会有所说明,读者应到《科学素养的基准》或《面向全体美国人的科学》中去寻找相关内容。

进展图、教学课程与教学要求

  进展图不能确定任何教学课程,也不能用其安排教学要求的先后顺序。它们只是让教学人员在教授科学素养的时候牢记这些关系。举个例子,这些图省略了对理解某基准或主题关系不大的一些有趣的联系,而只是建议应使用哪些内容或方法来教授这个主题。一个主题应在强调一些大题目、历史背景或科学社会内容的方法下进行讲解。在图中,这些可能性是开放性的,而不是仅选取一种方法进行讲解。这种针对某一张图的关系和方法会在图解中有所提及。

  但即使是图中明确表示的关系也不能用来确定教学课程或要求。图中表示的不同学科之间的关系并非意在建议跨学科学习那些技能和观点。显而易见的关联可以在很多课程中讲授(包括现有的课程安排)。

  此外,并不一定两个或更多的基准在图中用虚线表示了相互关系,就要合在一起讲授,反之亦然。例如组织一次到河边考察的活动就可能涉及测量水位,观察岸边栖息的动物等互不相连的多个基准,而这些基准之间的关系并未体现在任何一张图上。或者,不同的课程中,同样的主题会在不同的教学背景下重复出现,随着基准分组的不同,讲授内容也不同。基准在图中的排列顺序并不表示教学要求中“先教这个,再教那个”的顺序。讲解小学阶段的基准时,老师需要略微讲一下更深层次的中学阶段的基准(虽然学生不一定能完全理解)。另一方面,这并不表示基准要按随机的顺序进行讲授。要时刻牢记基准间的概念关系。

  有许多积极的方法将基准联系在一起,这取决于不同学区和教室的情况(可以得到的资源,对一个特定项目的课堂兴趣等)。这些图并不能预测或规定不同教室里技能和观点之间的相互作用。然而,这些图的确是设计大多数教学课程和教学要求的概念基础。

解读进展图

  进展图设计的意图就是让人们来研究它、使用它。尽管乍一看其复杂性咄咄逼人,但努力学习它还是值得的。在课堂讨论或课堂讲授中,我们介绍这些图的时候要首先讲解2~3个基准,再给听课人一些时间来仔细研究基准间的关系,并思考这些关系的意思。然后,再多讲授一些基准就会变得容易理解,渐渐地整张图就会构建起来了。

  相似的渐进型学习方式会帮助读者了解和使用好本书中的图。图的用途不同,理解方式也不同,但大多数读者会发现从关注图的一小部分入手会有所帮助。在这种方式下,首先要寻找核心基准,再探索它与其他基准之间的关联或首先关注一条有标记的路线,在不同年级范围中按顺序寻找关联,对每张图的研究可以讨论其中重要的基准、线图或有趣的特征作为切入点。

  连向其他图的虚线和表示图集中交迭的图形英文首字母简称,乍看上去很混乱,最好暂时不要管它。当读者对该图有了总体的认识时,它们就会提供宝贵的指导。

点击看大图

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