美國是如何開展科學教育的

         中國教育報     2003-01-26     丁璐莎　李濟英 

  

美國國家科學教育研究委員會曾經提出了一條國家科學教育的準則。這個準則要求把帶有實踐活動的、以探索為基礎的科學教育變為全體美國人從幼兒園開始的核心科目。現在這個準則已經成為一些學校科學課程教學改革的目標和動力。 

活動的力量 

當枯燥的基礎科學課程的教材擺在學生面前時，他們常常提出這樣的問題：“為什麼要學習這些課程？它對我有什麼用？”美國密執安州阿伯爾市社區中學的科學教師感到很難用口頭講解的方式加以切實説明，但用事實卻能夠回答這些問題。於是，他們設計出一套自己的科學教育模式：以真實的科研課題為基礎帶動地球科學、生物學、物理學和化學等基礎科學課程的教學。學生應用這些學科的基本原理去解決那些真實而長期存在的科研課題，特別是那些能夠涉及社區居民的切身利益、其研究成果能夠用於提高社區居民的生活質量的科研課題，因此這樣的課題更有意義。 

這所中學科學教師選定的實踐研究典型課題之一是要求9年級學生調查休倫河流域的生態環境與水質變化的關係。他們這樣選擇的直接原因是阿伯爾市社區中學地處休倫河附近，深層次的原因是休倫河水是沿河城鎮居民的飲用水源。學生調查得出的數據與社區居民的生活密切相關，而且調查過程涉及多學科知識的學習與應用。 

學生以全球河流環境教育網提供的水質質量標準為依據，與休倫河河水化學成分進行對比，學習運用計算機程序模型分析環境因素與水質化學成分變化的關係，以圖表顯示水質被污染的狀況。 

學生們還利用計算機編制出虛擬的地區園林旅遊遊戲軟件，介紹每個景點的風光、自然特徵和居民生活史。這使得學生學習科學的實踐活動過程就成為學習為社會服務的過程。對學校來説，指導學生學習科學的過程，也就是對他們進行人文精神的教育過程。 

因此，這種專題實踐調研活動給學生的教育是多方面的。到大自然去認識自然的奧祕，能夠激發每一個學生的學習興趣，激起他們學習科學的熱情。那些平時拒絕學習自然科學知識的'學生，也開始興高采烈地與同學一起到休倫河支流去採集水樣。為了全面收集數據，學生常常在一天內採集沿河三個不同地點的水樣。學生濃厚的學習興趣使他們忘記什麼是艱苦，也激活了他們探索自然奧祕的智慧。有的學生為了處理數據、分析動態變化、撰寫實踐報告以及準備向社區機構演示調研成果，常常放棄在週末與家人到自然公園度假的機會。 

另一個重要收穫是學生得到與同學羣體合作的實際鍛鍊。開始，教師發現學生們不知道怎樣在羣體活動中相互配合，以後，教師在分配每組學生任務的時候，就提出相互配合的具體要求，要求每個小組協調活動步驟。每次活動以後，將整體配合情況作為評估成績的一個重要標準。教師根據這個標準在每週實驗報告上評定成績，促使全班學生形成一個整體。 

此外，學生在實踐調研過程中還學習多學科科學課程的一些基本知識。這些知識進一步增加了一些學生學習自然科學的興趣，有的人在完成休倫河水質調查項目以後，立即着手探索生命和地球進化歷史。 

學生的這個實踐調研活動得到美國國家科學基金的經費撥款支持，也得到密執安州大學的教授、研究生和程序設計人員的幫助。在他們的支持下，學校建成了電腦網絡，安裝了處理數據的軟件程序。師生在水質調研過程中還能夠隨時向大學教授請教，與他們討論遇到的種種科學問題。 

探索的魅力 

促成美國賓西法尼亞州阿拉喀尼高級中學科學教師進行科學課程教學改革的原因是傳統科學課程授課方式的弊端。這種方式要求學生死記硬背科學術語，必修數學課上的難題怪題使得學生逐漸失去學習科學和數學的興趣與熱情。因此，怎樣激勵學生的興趣與熱情成為他們改革課堂教學方式的目的。他們深知正是那些頑皮的學生往往更富有冒險精神，恰當地誘導他們有可能使這種精神轉化為探索科學的動力。引導學生學習應用高新技術，因勢利導，強化他們認識尖端科技前沿進展的好奇心和冒險精神。 

阿拉喀尼高級中學科學實驗課程改革是這樣起步和進行的： 

首先是因陋就簡，創造引進高技術實驗的必要條件。該校地處偏僻農村地區，不可能奢望配備硅谷的最新型計算機。但是，學校卻有不少配置落伍閒置不用的老型號蘋果機。教師們訂購必要的軟件和所需的各種傳感器，與計算機切口相連接，學生就可以在這些計算機上輸入數據，顯示圖象，進行運算，使用數據程序軟件製作圖表，處理文字，完成全部實驗報告。 

其次是教師設計出既適合學生能力水平、密切配合課堂教學內容的，又富有挑戰性、能夠激發學生濃厚的探索興趣的實驗課程，例如製作太陽能灶的實驗。實驗要求學生利用普通的窗玻璃和鋁箔等材料裝配太陽灶，灶温必須達到100℃，而且能夠用來給自己燒午飯。 

在整個實驗的完成過程中，學生們一直使用熱敏電阻，提供數據，處理信息，監測灶温，利用計算機顯示數據。然後教師給以質量評價。實驗成果的競爭是激烈的。學生體驗到成功是激勵科學興趣、熱情和力量的源泉，所以，每當一個小組灶温升高，贏得了100分的時候，其他小組便爭先恐後地改進自己的“產品”，提出新的實驗措施。 

教師們發現，學生這樣學習與單純依靠課堂講授這些教學效果迥然不同。各班學生都以過去不曾見過的極大熱情投入實驗之中。他們常常比教師還要早到教室。 

隨着實驗課程的開展，阿拉喀尼高級中學的物理教師的角色漸漸地由知識權威性的代表者，變成了技術方面的指導顧問。師生共同切磋如何攻克技術難關。 

學生們通過這個實驗過程，體驗到探索的成功，意識到智慧的發展，看到自己刻苦帶來的成果，理解這些成果與社會的關係，這些體驗實際上是在引導學生們理解人生的價值，幫助他們踏上真正的人生道路。 

科學教育的三個原則 

從美國阿伯爾市社區中學和阿拉喀尼高級中學科學教師的科學教育改革實踐，可以清晰地看到他們貫徹了三個科學教育的原則：一個是科學基礎知識的教學與科學價值觀的培養融為一體；一個是引導學生通過系統的課題研究，獲得探索自然現象過程中的實際體驗和感受，奠定學生理解科學的基礎；一個是排除僵死的科目界限，更多地注重科目之間的相互聯繫，教育學生學習從多學科的不同視角，綜合認識同一個自然現象。