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导 言

  《面向全体美国人的科学》是一本关于人的科学素养的书。它提出了一系列建议,论述了在一个已由科学和技术形成的社会里所有公民应该具有哪些知识和思维方式。下文中我们将简明地讨论科学和技术是如何产生的,描述其性质和构成,但是首先我们说明为什么需要提出这些建议。

科学素养的必要性

  教育的最高目标是为了使人们能够过一个实现自我和负责任的生活做准备。科学教育—传授科学、数学和技术——是教育的一部分,这些知识有助于增进学生的理解,养成好的思维习惯,使他们变成富有同情心的人,使他们能够独立思考和面对人生。这些知识也应使他们作好准备同公众一道,全心全意地参与建设和保卫一个开放的、公正的和生机勃勃的社会。美国的未来——为建立真正公正社会的能力,维持经济繁荣的能力以及在被敌意分裂的世界中保持安全的能力——越来越取决于国家能否向全体美国儿董提供高质量并具有本国特色的教育。

  然而,较之于个人的实现自我和当前的国家利益,还有许多亟待解决的事关国家前途的问题更为重要。现在,人类所面临的最严重的全球性的问题是:世界许多地方不受到抑制的人口增长,酸雨,热带雨林减少,大量生物种群灭绝,环境污染,疾病,社会冲突,全球财富分配的极端不平均,为准备和发动战争投入了大量的人的智力和稀少资源,不祥的核破坏的阴影——这个清单很长很长,令人震惊。

  人类、国家和世界究竟如何掌握未来命运,这在很大程度上依赖于人们利用科学和技术的智慧。而人的智慧又依赖于教育的性质、分布状况和效果。简言之,理事会得出的结论是:

  积极地追求科学可以为人类提供生物物理环境和社会行为的知识,人们需要运用这些知识找出解决全球问题和地方问题的有效方法。没有这些知识,一个安定世界的进步就会遇到许多不必要的障碍。

  科学通过解释和强调生命体相互间和与物质环境的相互依存性,培养人们对自然界理智的尊重,它告诉人们要作出科学地使用技术的决策。缺乏这种理智的尊重,人们就将难以避免有鲁莽地毁灭生命赖以生存的系统的危险。

  科学的思维习惯能够帮助各界人士明智地处理问题,这常常涉及取证、定量分析、逻辑推理和不确定性。没有批判性思维和独立思考的能力,公民就很容易成为教条主义者和欺诈骗子们的牺牲品,成为用简单方式处理复杂问题做法的传播者。

  诸如有关从技术上认识各体系性质的原则、反馈和控制的重要性、成本—利润—风险的关系以及新技术无法避免的副作用等问题都向人们提供了一个评价新技术使用及其对环境和文化的影响的正确依据。不理解这些原则,人们就不可能从当前的自我利益的考虑中解脱出来。

  虽然许多紧迫的全球问题和地方问题有其技术起因,但是技术可为处置这些问题提供手段,提供借助科学获得重要的新知识的工具。社会倘若不能不断地开发和创造性地采用新技术,其生存能力和建造一个人类本身以及与环境协调发展的世界的能力就会受到限制。

  如果广大公众不了解科学、数学和技术,以及没有科学的思维习惯,科学技术提高生活的潜力就不能发挥。没有科学素养的民众,美好世界的前景是没有指望的。

大部分美国人缺少科学素养。人们只要查阅一下国际教育成绩研究报告,就会发现美国学生在科学和数学方面的排位接近末位。如果学校都能够搞好工作,这种情况几乎就不可能发生。例如,最近一份国际数学研究报告表明,在解题方面美国学生大大低于国际水平,美国教育发展评估组织的最新研究还发现,虽然学生的学习成绩略有提高,但是,1986年17岁学生的平均学习成绩仍然远远低于1969年的水平。

  美国应当能够做得更好。因为,它毕竟是一个繁荣昌盛的国家,它宣称珍视公共教育为民主的基石。而且,美国慎重地把未来的幸福押在科学技术的能力和领先地位上。因此,人们确有理由希望这种许诺能体现在一个由高质量的教职员工组成的,得到足够财政支持的现代化的学校系统。这类学校课程的特色应当是要求全体学生重视科学、数学和技术学习。然而,事实上许多州和学区的现状还远非如此,其表现如下:

  少数小学教师受过科学和数学的初步教育,许多初中和高中的科学和数学教师也尚未达到应有的水平。不幸的是,长期以来那些培养教师的机构、给他们发放许可证的公共团体、雇佣他们和给他们安排工作的学校、甚至教学职业本身都容忍了这种缺陷。

  科学和数学教师不论受过多么好的教育,沉重的教学负担使得他们不能很好地完成自己的工作。由于几乎完全没有现代化的支持系统做后盾,这种负担变得日益沉重。当世界正走向21世纪时,美国的学校建制(包括人员、时间和技术的投入)似乎仍滞留在19世纪。

  目前的科学教材和教学方法并不理想,常常阻碍了科学素养的提高。这些教材强调学习现成答案而不是探讨问题,把主要精力花费在记忆上而牺牲敏锐鉴别的思维,记忆零碎的信息而不是强调理解学习内容,重背诵轻论证,以学代干。学校也没有鼓励学生一起学习,彼此自由地交流思想和信息,或运用现代教学设备发展智力。

  目前的科学和数学课程过多过滥。在十多年时间里,课程内容几乎毫无限制地增加,搞得老师和学生不知所措,难于跟上科学、数学和技术的发展进程。有些课程重复讲授一些不必要的细节,而另外一些同样重要,甚至更重要的科学素养——常来源于自然科学、社会科学和技术——却不在课程设置内,或者仅为极少数学生设置。

  要扭转这种局面,需要决心、资源、领导和时间。世界的变化已使得科学素养成为每个人的需要,而不为少数人所特有。为此,必须改变科学教育方法以适应这种变化。对于目前可悲的教育状况,我们都负有责任,需要我们一起来改变这种状况。“2061计划”希望对这一全国性目标能有所贡献。

建  议

  “2061计划”的一个基本前提是不要求学校讲授越来越多的内容,而是集中讲授科学素养中最根本的内容,而且教得更为有效。因此,美国科学技术教育理事会对学习核心的建议仅限于对科学素养具有最大科学和教育意义的思想和技能。

  《面向全体美国人的科学》基于以下信念:懂得科学、数学和技术基础知识的人是有较强事业心和有自知之明的独立的人;应理解科学核心概念和原理;熟悉自然界、认识自然界的多样性和统一性;能够按个人和社会目的运用科学知识和科学的思维方法。本书前十二个章节中呈述的建议主要包括以下四个范畴:

  ■ 第一章至第三章集中讨论了科学、数学和技术的性质,科学作为人类事业的能动作用。
  ■ 第四章至第九章从当前科学、数学和已由技术形成世界的角度,讲述了与这个世界相关的基础知识。
  ■ 第十章、第十一章描述了人们应该了解人类科学事业历史中的某些伟大篇章,以及有助干人们思考世界如何发展的几个相互交错的主题。
  ■ 第十二章指出对科学素养至关重要的思维习惯。

  思考上述建议时,一定要记住本书的以下特点:

  “建议”反映了科学素养的广泛的定义

  科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学等许多方面,这些方面包括:熟悉自然界,尊重自然界的统一性;懂得科学、数学和技术相互依赖的一些重要方法;了解科学的一些重大概念和原理;有科学思维的能力;认识到科学、数学和技术是人类共同的事业,认识它们的长处和局限性。同时,还应该能够运用科学知识和思维方法处理个人和社会问题。

  科学素养的一些特点将在本书的某些特定章节中详加论述,而其他特点则被融会在各个章节中。重要的是,“建议”应从整体上看成是对科学素养的一次全面的、多方位的论证。

  建议适用于所有学生

  对所有的年轻人来说,不论他们的社会环境和生平抱负如何,这些建议都构成他们在学习科学、数学和技术时一个共同的学习核心。“建议”特别适合对过去在科学和数学教育方面被忽视的那部分人,如少数民族、小语言民族和女生。这些建议并不包括所有提出的有趣科目,也不会对传统大学预备班的课程造成冲击。不过,这些建议有意提出了较高的期望,因为,对学生的学习能力估计过低比期望过高更糟。美国国家科学技术教育理事会确信,在13年的学校教育中,只要目标明确,提供适当的设施,运用良好的教学方法,基本上所有的学生(即90%以上的学生)到他们毕业时都能达到建议中提出的(至少90%的)学习目标。

  同时,学生不应受到本书提出的学习目标的限制。相反,对于某些特殊的领域和技能,一些学生则希望获得比本书建议中要求的还要深刻的知识。此外,有些学生想要研修建议没有涉及的专题。一个设计完善的教学课程则不仅能够满足这些特殊的需要,而且不会妨碍学生学好科学、数学和技术的核心内容。

  从科技和人的双重意义上选择建议

  不必要求学校讲授越来越多的东西,但是,要求讲授得少而精。集中在较少的主题上,教师能按不同的背景将概念渐渐地引入,并随着学生的不断成熟,逐步加以强化和扩展。这种方法同那种让学生表面上学得比他们所能吸收消化要多的科目相比,学生能获得比他们期望的丰富得多的洞察力和更深刻的理解力。这样,制定教学计划的人面临的问题是删除的教学内容比增加的教学内容要多得多。

  修订过去二十多年间不断膨胀的教材是“2061计划”的主要目标。但是,要达到上述目标就意味着要做出选择。确定学习科学、数学和技术核心内容的标准既有科学性也有教育性。首先考虑的是那些对科学似乎具有极为重要意义的思想,因为人们在有生之年要学习的知识太多,更别说要在13年期间学完。这就是说要选择那些对现在和数十年以后仍然应当知道的知识有重大影响的内容,并且排除那些过时的技术或只局限于一定科学领域的科目。尤其要选择能为人生知识大厦建造永久基础的那些概念。其次,这些选择必须满足一些与人类生活相关的重要的标准,以及证明在自由社会中普及公共教育十分必要的标准。这些标准是:

  实用  推荐学习的内容——知识或技能,能否大大增加毕业生的长期就业前景,是否有助于个人决策。
  社会责任  推荐的内容能否帮助公民明智地参与作出有关科学技术的社会决策和政治决策。
  知识的内在价值  推荐的内容是否包括了科学、数学和技术的重要方面,这些方面在人类历史中是如此至关重要,或对我们文化的  影响如此广泛,以至于不讲授它们,通才教育就是不完整的。
  哲学价值  推荐的内容是否有助于人们提高思考诸如生与死、感觉与现实、个人利益与公众利益、肯定与怀疑等人类永恒问题的能力。
  丰富孩子的童年时代  推荐的内容能否使孩子的童年更加充实丰富(对于孩子,这段生活很重要,并将影响其未来生活)。

  建议既非全新,也不企求永远一成不变

  这些建议的提出既不刻意求新,但也不准备回避它。其目的就是要找出关键知识和技能的核心,不管这些内容是否是目前学校课程中的一部分。这些建议并不构成惟一的可能性,对本项目所涉及的各种科目,“2061计划”的参与者们确有不同的看法。然而,理事会确实认为,这些建议是有道理的,并为科学、数学和技术课程的设计工作提供了坚实的基础。

  但是,科学、数学和技术总是处于不断的发展之中,应保留一些观念和工作方法,修订一些或抛弃一些,补充一些。随着岁月流逝,修改建议的时刻最终会到来。某些领域会比其他领域早些,以适应新知识的需要。而且,当教育家与科学家们在“2061计划”第二阶段共同工作,根据本报告设计课程模式时,他们可能对建议的适当性得出自己的结论,并且提出某些修改。在任何情况下,这些建议不会成为一个新的不可改变的教条体系,而是为第二阶段的开发提供可信的资源,激发对教育内容的生动的辩论,促进课程改革。

  本书既不是一份课程文件,也不是教科书

  读者不要期望就具体课程或某年级应讲授哪些知识在本书中找到具体的建议。本书仅涉及总体学习目标问题,即学生应该记住什么、理解什么,并作为学习生涯保留下来的财富,以便他们离校后能够加以使用,但并不涉及如何组织课程学习目标的实践。建议的介绍也不是要像教科书那样教导读者。任何科目的扼要介绍都不能令人满意地描述出概念与经验之间的联系,而这在实际的课程和教科书中是最基本的要求。

  建议旨在传达适合于所有人的理解水平

  就教育过程而言,原则的概括(如“每个人都应该知道科学与技术是相互关联的”)并不比一系列专门的论题(如原子、细胞、行星、曲线图等)更有用。这两种方法都不说明学什么,都要读者自己去猜测应该学到何种程度。本书的具体建议详细拟定了需要传达的必要的理解水平和理解背景。这些建议根据四个层次上的概括形成:

  章  每章涉及一组有关的议题。每章的名称集中地向人们表述一个理解科学概念的框架,人们可以在获取新的关于世界的知识时终生享用。
  标题  在每一章,如“影响地貌的因素”或“生命的相互依存”等标题表明这是所有学生都应熟悉的概念。所有这些标题将对问题范围提供一个大体的答案。
  段落  每个标题之下分段落,说明在细节已经被淡忘以后人们应该掌握和记住的知识、洞察力和技巧。如果一个高中毕业生与人谈及“信息处理”问题,他就应该能够用自己的语言来运用该标题下各段路的主要思想。
  词汇  本建议的语言旨在传达应达到的学习水平。本建议是为那些已经受过教育的成年人编写的,而不是供学生直接使用。但是,所用技术词汇限于在学生离校时最低限度应掌握的词汇量。词汇应当被看成是可靠的科学、数学和技术教育的产品,但并非是教育的主要目的。

  总之,所有建议以不同的特征包含在下面十二章中的标题、正文和词汇中。然而,在这样简短的报告中无法使各论题囊括全部的知识特性。正如人们所知,在很大程度上知识的特性——探明事物的方法——取决于如何学习它。为此,本书在第三部分讨论教与学问题时,就怎样认识这些建议本身的性质提出了一点看法。

  建议的来源

  《面向全体美国人的科学》的建议并非来自单独的个体,也不是来自某一个委员会。这些建议的出现和被采纳是一个漫长的过程,它们既得益于个人果敢的洞察力,也吸取了集体激烈争辩的结果。简单来说,经由下列步骤:

  由美国科学促进协会任命的一些专家组负责提出五个领域的建议,即:生物学和健康科学;数学;物理学、信息科学与工程学;社会学和行为科学;技术。每一个专家组在两年期间召开了许多次会议,经常邀请咨询专家与专家组成员会谈,发表意见,共同探讨由一位或多位专家组成员提出的专门建议。

  经过慎重思考,每一位专家组成员必须就他们的提议的科学和教育的重要性进行答辩。当通过这种深入考察的建议的数量增加了,就加上了另外的条件,即哪些建议应该从名单上删去以便为新的建议留出空间?各个专家组都不断有机会研究和评判某个尝试性的建议。当得出深思熟虑的结论时,每个专家组要向美国科学技术教育理事会递交一份报告,概述总结其结论。然后由美国科学促进协会出版这些报告。

  美国科学技术教育理事会也由美国科学促进协会任命。它的责任是向专家组和项目组工作人员提供质量监控和咨询指导(这个工作是被称为“2061计划”的更大的项目:变革中的未来教育的一个组成部分,详见本书第十五章)。工作人员,主要是卢瑟福和阿尔格伦定期会见各专家组成员,以双边协议的形式,明确各专家组的研究领域,如科学努力、历史、跨学科等主题的性质。各专家组成员提出想法,对各草案逐个提出批评意见。

  然后,工作人员在许多专家的帮助下,参照各专家组的报告和他们的工作成果,着手准备一个单独的有说服力的报告,但并非简单地将其综合在一起。草案写出后,提交美国科学技术教育理事会,辩论后再修改。当美国科学技术教育理事会最终满意时,草案经130个高水平的专家对细节进行审阅,在研究其评价意见的基础上,形成最后草案。理事会将最后定名为《面向全体美国人的科学》的草案推荐给美国科学促进协会董事会。董事会的成员阅读整个文件,倾听全国理事会成员的辩论,长时间讨论后,全体一致投票同意授权发表。

  因此,《面向全体美国人的科学》代表了科学、数学和技术界的深思熟虑的思考,尽量做到了事出有据。它的确是大家一致的认识,而不是一次调查或会议作出的那种肤浅的报告。这个过程并不是说有了所有儿童的科学、数学和技术教育的惟一令人信服的建议,但是这些建议确实得到了人家的充分信任。它是雄心勃勃但可以达到的目标,它强调知识信息的意义、相互贯通和连接,而不是获取支离破碎的信息,它重视的是认识的质量而不是知识信息的数量。全体美国人不是正想要一种明晰的教育吗?

桉树林中,
绿叶伴着秋风起舞,
那冷酷苍白的人类守护者,
再次踏上了他那古老的轨道。

风驰电掣般地越过愤怒的金牛、
星光冈耀的双鱼和水瓶,
他蔑视着太阳那吞噬一切的火舌,
还有人马射手的弓,
蝎子的螫针,
半人马骑手的暴跳如雷,
长蛇那致命的缠绕,
他随之则隐遁而去。
不要问哈斯丁斯 的哈罗德 ,
你知道他不在这里,
不要问在沙隆沉沙折戟的阿提拉
或艾德蒙 ,这艾萨克法规的主人。
也不要问乔陶 ,或耶路撒冷的吉拉德人 。

你一定看到了
那前来迎接你的飞船,
下一次将会更多。
它们还将会登上你那桀骜不驯的头顶
并驾着你驶向海王星的黑夜!
是的,我们依然很勇敢。
尽管再一次我们了解到
你携带着的
与你那冷酷无情的回归号角共鸣的信息,
我们人类最庄重的韵律,
我们却满怀希望等待着你确定无疑的归来


乔治W.韦瑟里尔

  乔治W.韦瑟里尔,华盛顿地磁系卡内基研究所所长,19864月他在智利的拉塞雷那观测哈雷彗星时写下了上述诗句。摄影:艾伦·德莱斯勒,19863月于智利拉斯坎帕纳斯天文台。


 

译者注: ① 哈斯丁斯:英格兰东南部一城市。

哈罗德二世(10221066),英国国王,1066年在哈斯丁斯战斗中阵亡。

阿提拉:(406453),匈妈国王,在位期间433453

艾德蒙:(9801016),英国国王,在位年为1016年。

乔陶(12671337),意大利佛罗伦萨的画家及建筑家。

吉拉德人,公元6~70年间反抗罗马统治的犹太教派中的狂热派人。

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