職業教育論文-中美基礎科學教育的差異摘要：通過赴美考察和比較研究發現，中美兩國學校在科學教育的觀念及其體制、科學課堂教學方式、科學課程與教學資源、科學教科書及其使用等方面都存在明顯差異。認識和理解中美兩國科學教育上存在的這些差異，并通過科學教育改革力求達到和而不同，對普及和發展我國基礎科學教育、提高科學教育質量不無啟發與借鑒作用。關鍵詞：科學教育；中美基礎教育Abstract:BythevisittosomeAmericanschools，theobservationonscienceclassroomsandacomparativestudyontheChineseandAmericaneducationalsystem,wefindsonebigdifferencesinschoolscienceeducationbetweentwothecountries,thatisthedifferencesofideasandsystemofscienceeducation,classroomteachingmethodsofscience,sciencecurriculumandteachingresources,scienceteachingmaterialsanditsusage.Knowingandunderstandingthesedifferenceswillbehelpfulforthepopularixationanddevelopmentofbasicscienceeducationandtheimprovementofscienceteachingquality.Keywords:scienceeducation；ChinaandtheUS；basiceducationinChinaandtheUSA一、科學教育觀念及其體制上的差異近幾年，雖然科學教育的觀念在我國隨著新一輪基礎教育課程改革開始流行起來，但由于長期實行分科教學，人們的意識里缺少整體的科學教育的觀念。有些人認為，只有現在小學和初中設立的綜合科學課才算是科學教育，這種認識在我國幾乎是一個普遍的誤解。美國從19世紀開始，科學就成為中小學課程的重要組成部分。20世紀初期以來，小學和初中（或中間學校）大都采用綜合科學課程，高中雖分生物、物理、化學和地球科學等學科，但也有一些主題是跨學科的，因此人們的意識里都具有科學教育的觀念。進步教育運動時期，美國初中和高中一年級普遍開設“普通科學”（generalscience）課，內容涉及學生日常生活中常見的科技現象及其原理。該門課程尤其重視科學方法的訓練，目的是使中學生受到基本的科學教育。1為推進普通科學的教學，美國早在1916年就創辦了世界上第一個科學教育學術期刊普通科學教育（現更名為科學教育）。20世紀50年代末期至60年代是美國科學教育課程現代化時期，當時流行的學科結構課程理論倡導分科教學，反對綜合科學教育，但分科的科學課程仍然保留了一些跨學科的性質。例如，生物學統合了動物學、植物學和生理學；物質科學在很大程度上整合了物理與化學；生命科學則在更高的程度上整合了生物學、環境科學與生態學。20世紀70年代以后，美國科學教育改革的鐘擺再次偏向綜合科學課程，一些高中在9年級或10年級開設綜合科學（integratedscience），至今亦然。綜合科學反映了當代科技發展的跨學科性，體現了科學本質的一個重要方面，因為無論是物質科學（理、化等）還是生命科學，都要強調科學素質、科學探究及科學技術與社會的聯系。美國1996年頒布的國家科學教育標準，從幼兒園到高中13年義務教育期間，科學教育的內容標準涉及生命科學、物質科學和地球科學等不同學科，是把科學教育當做一個整體來對待。美國中小學每個學校建立一個科學組（sciencedepartment）。盡管美國高中的科學教學一般也是分科的，但是物理、化學、生物、地球科學等學科的教師都在同一個科學組里，其教研活動和教師專業發展活動也都在一起進行。2006年3月2022日，筆者有幸參加了美國科學促進協會（AAAS）“2061計劃”舉辦的“使用科學素養導航圖”的科學教育工作者專業發展工作坊（workshop）。在除我之外的45名學員中，有3名大學科學教育副教授，17名中小學科學教師，其余的人或者是科學課程開發人員和教科書作者，或者是學區的科學教育協調人員，或者是科學測驗（考試）的編制人員。這些來自各州、身份各異的科學教育工作者聚集一堂，進行為期3天的研討科學素養導航圖（2001年出版）的專業發展活動。這里，既沒有不同學科的分野，也不存在大學科學教育教授與中小學科學教師的分別，大家在研討中從彼此不同的視角和經驗中相互學習，取長補短。同樣，在大學教育學院里，從培養學前與小學教師（這個階段美國沒有專門的科學教育專業）到培養中學各階段的科學教師，全部由課程與教學系（或教師教育系）負責。如我所訪問的威斯康星麥迪遜大學教育學院，其課程與教學系既培養學前和小學的教師，也培養中學科學教師。不僅如此，科學教師的在職教育和專業發展同樣由大學教育學院承擔。美國許多州的教育法規定，在職教師每5年必須在大學教育學院修滿6個學分的課程（即兩門3個學分的課程），以保證他們的知識更新和專業發展。美國科學教師教育的高起點和一體化為科學教育改革的成功提供了必要的師資保障。美國科學教育在教學體制和科學教師培養上這種制度安排，是與其科學教育觀念一致的。從20世紀60年代開始，美國科學教育開始從整體上考慮中小學科學課程與教學的統一性問題。無論是小學和初中（或中間學校）的綜合課程還是高中的分科課程，雖然內容有別，但都具有內在的統一性和連貫性，即都注重科學素質、科學探究、科學本質、科學的思維方式、科學與技術及社會的關系。二、科學課堂教學方式上的差異在美國中小學科學課堂里聽課，給我印象最為深刻的是美國科學課堂的教學方式。概括地說，美國中小學科學教學的總體特征是強調師生之間及學生相互之間的合作探究，這與我國科學課堂注重科學知識的傳授形成了巨大差異。長期以來，我國中小學科學教學基本上是傳統的授受式教學方式，教師注重備教材和面向全班講解，強調按部就班地學習和通過做習題反復訓練；學生則主要是聽教師講解，注重個人領悟和記憶，缺乏學生之間的互動、合作與交流。新課程改革雖然強調學習方式的變革，倡導探究、合作與互動的教學方式，但短期內傳統的教學方式恐怕難以從根本上有所改變。美國無論在幼兒園、小學的科學課堂上，還是在中學科學課堂上，小組合作探究學習是普遍采用的教學方式。我所參觀和聽課的學校中，只有一所教會學校的科學教學方式顯得比較傳統，即基本上仍是教師講授、學生靜聽，其他學校普遍采用小組合作探究的學習方式。2006年2、3月間，筆者每星期到麥迪遜市林肯小學聽半天科學課。這是一所規模比較大的35年級小學，有20個教學班。擔任所有科學課教學的專任教師是年輕的、具有科學教育碩士學位的克萊爾瑟坤（ClareSequin）女士。在她的科學課堂上，學生4人一組，圍著一個長方形實驗桌而坐。上課時大部分時間用在動手做的探究、實驗活動上。比如，2006年2月1日上午聽的兩節科學課，第一節是4年級學生科學課，有20名學生。學習的課題是關于力學方面的內容。每個小組的桌上都有一個小天平，一邊放著兩小片圓形磁鐵（一塊在塑料盒子里，另一塊放在盒子底下面），另一邊放一些圓形空心鐵墊圈。當學生不斷往一邊盒子里加圓形空心鐵墊圈時，另一邊的兩塊小磁鐵分開了。教師要求學生在課堂筆記本里記錄每次實驗操作的結果。最后教師把每組的結果寫在白板上。下課前，教師發給每個學生一張作業單，上面有一個表格，要求學生把實驗結果用圖表的形式表現出來。但這節課的任務沒有完成，等待下節課繼續。第二節課是5年級科學課。學習的內容是混合液、溶解、飽和等概念性知識。上課開始，教師把這些概念及其定義寫在白板上，并向學生解釋這些概念的含義。然后發給每個小組一個工具盒，里面有注射器、漏斗、瓶子、支架、食鹽等。接著要求學生先把實驗的步驟寫在筆記本里，她讓學生用注射器把水（一定量）裝進瓶子里，然后要求學生把食鹽一小勺一小勺地通過漏斗放進瓶子里，蓋上蓋子使勁搖晃，讓其溶解，直到飽和為止。最后要求學生計算出鹽水的重量。方法是把溶液倒進一個杯子里，把同樣量的水倒進另一個杯子里，放在天平上，天平因鹽水重不平衡而傾斜。然后要求學生把塑料塊（每個1克重）放進水杯子里，直到平衡。學生每個人都要記錄每次實驗的結果。實驗結束后，師生一起討論實驗過程和結果，結合一開始教給學生的那些概念，深化對它們的理解。這兩節課給我總的感覺是學生合作學習、動手操作的活動比較多，時間比較充分。小組成員之間一邊活動、一邊交流是很自然的學習形式，似乎也沒有特別的分工。小組合作探究以后，教師注重組織課堂討論，討論中教師重視引出學生自己的觀點，幫助他們修正和發展自己的觀點，體現了學習科學時合作建構的特征。另外比較突出的一點是，每個學生都有一個課堂聽課筆記本，上面記錄著實驗的結果。由此可見，這節課上觀察、提問、交流、推理等科學過程技能使用得比較多，而學生通過合作探究，關于力的概念也在形成和發展中。2005年12月21日（星期三）上午，我和另外兩位中國訪問學者到麥迪遜市著名的威斯特高中（WestHighSchool）聽了兩節科學課。一節是開設一個學期的跨年級的生物技術課（biotechnology），有20多名11年級和12年級的學生選修；另一節是9年級的必修課生物。在生物技術課堂上，授課教師貝翠巴納德（BetsyBarnard）女士首先進行簡要的陳述，提出任務與要求，并給每個學生三頁的實驗操作指南，然后就讓學生自由組合分4人一組進行實驗。實驗的任務是找出實驗的樣本DNA來自哪種動物。具體的實驗過程是，學生先提出假設，進行探索，記錄實驗數據，最后寫出簡要的實驗報告。在此過程中，教師不斷為學生提供需要的材料和儀器，在各個小組之間穿梭進行個別指導和答疑。整個一節課教師講授的時間大約不到10分鐘，大部分時間留給學生進行合作探究。從另外一個角度看，這堂課也可以說是基于項目的探究學習，因為學生始終是圍繞一個核心問題而進行開放式探索。在9年級的生物課上，我們發現20多名學生分4人一組圍桌而坐。年輕的授課教師克里斯黑格（ChrisHager）首先檢查了前一次上課（星期一）留的作業，其內容是關于細胞及其環境的一項練習，一共17題，印在一張作業紙上，要求學生把右邊每一個描述與左邊的術語一一對應起來。在檢查作業時，學生的回答時有出錯，但教師并不批評或直接糾正，而是解釋錯在哪里，然后從學生中引出正確答案。接著教師使用投影儀講解了動、植物細胞不同的特點和結構。這是一個大約5分鐘的簡短講授。我們注意到，教師在講解時很強調與學生的互動，學生不僅在聽，也在教師講解過程中主動提問。顯然，這是為下面的實驗做準備。緊接著，學生離開座位到教室的另一端進行觀察實驗。學生4人一組圍著放著顯微鏡的實驗臺，從教師提供的放在清水中浸泡的植物細胞與在鹽水中浸泡的植物細胞標本中提取樣本，觀察它們的顏色、排列和結構有何不同。課后教師克里斯黑格告訴我們，生物學每星期有一次實驗，實驗時間占這門課教學總課時的40%。這堂課實驗結束后，我們發現教師給每個學生布置了課后的探究作業，作業的要求打印在兩張作業單上，上面的標題是“咸味的馬鈴薯”。探究的任務是“找出浸泡在兩種不同的溶液里的馬鈴薯片對其質量和硬度的影響”。這個兩頁紙的作業單給我印象深刻的是，教師對每個學生的要求非常具體，如要求寫出問題的情境、需要的材料、對探究的規劃、進行探究的步驟、交流的結果以及評價的規則等等。可以看出，這項探究任務留給學生創造性探究的空間很大，比如，在學生對探究進行規劃時，要求他們“給它（實驗）一個標題，包括自變量和因變量作一個可以檢驗的假設，并與問題（如果，那么）相關聯。給出理由，解釋為什么認為你的假設是真的。”總之，這是一項要求嚴謹而又需要學生發揮想象力和創造力的科學探究活動，而不是我印象中的那種刻板的、例行公事式的、按步驟完成任務的課后練習。與其他學科不同，科學學習尤其需要采用小組合作探究的方式來教學，因為科學探究不是學生一個人獨自就能有效進行的活動，而是需要小組成員共同學習才能很好地完成教學任務。例如在進行一項實驗時，不可能也沒有必要讓每個學生都有一套實驗儀器和材料，因此小組合作探究學習成為必然的選擇。美國從20世紀60年代開始，一些教學理論學者（如約翰霍普金斯大學的羅伯特斯萊文教授、明尼蘇達大學的羅杰約翰生教授等等）大力倡導合作學習。經過40多年的努力，合作學習成為從幼兒園到大學普遍采用的主要的學習方式。也是從20世紀60年代開始，科學課程與教學改革大力倡導探究學習。20世紀80年代以來，建構式學習（constructivistlearning）、基于項目的學習（project-basedlearning）、概念圖（conceptmap）、學習環（learningcircle）、情境學習（situatedlearning）、真實學習（authenticlearning）、學習性評價（assessmentforlearning）等教學策略成為當今美國中小學科學課堂上的主要的探究式教與學的方法。在美國科學課堂上，合作探究學習如今已經成為美國公立學校普遍的科學教學方式。合作探究學習的含義是多方面的，有不同的表現形式，并不是固定不變的模式。在美國中小學科學課堂上合作探究學習的基本特征是：小組成員之間克服不良競爭的心理，彼此尊重、友好；學生愿意與他人分享自己的經驗與觀點，耐心傾聽同學的發言；教師在課堂上給學生比較長的時間動手做實驗、做科學，并在動手做之后引導學生通過互動、交流、討論、甚至辯論，注重對科學概念或原理的深度理解；重視學生在小組合作學習過程中建構對重要科學概念的理解，促進學生的原有觀念向公認的科學概念轉化；重視課堂評價或學習性評價在教學中促進學生理解的作用；等等。合作探究學習是當代科學文化和科學精神在基礎科學教育中的體現，其價值不僅體現在科學學習本身，亦有助于學生終身學習和終身發展。當前我國科學教育改革的一個重要目標是，改變教與學的方式，提倡合作學習、自主學習和探究學習。但是，在我國科學教育改革中由于教師教育和教師專業發展遠遠適應不了科學課程與教學改革的需求，合作、自主、探究的學習方式恐怕還需要相當長的時間才能成為普遍的教學方式。當前，我國師范院校在培養新科學教師過程中，傳統的科學教育觀念、課程觀念、教學觀念和評價觀念等還在根深蒂固地影響著教師教育實踐，合作、探究、反思、建構的科學教學思想和方法還沒有得到普遍認同與制度化；另一方面，在職科學教師的專業發展主要限于少數骨干教師，多數科學教師仍然受傳統的授受式教學觀念和考試指揮棒的影響，缺乏主動改革科學教學方式的制度環境、經驗和能力。由于我國缺少科學教育專家和研究人員，中小學科學教師在課程與教學改革中也很少像美國科學教師那樣得到必要的專業支持。這種狀況應當引起我國教育決策部門及科學教育界的高度重視，應當重視科學教育研究和培養高層次的科學教育研究、開發與教學人才。三、科學課程與教學資源上的差異我國學校（也包括社會和家庭）為學生提供了大量以應試為目的的練習資料：試題匯編，教研員及重點中學骨干教師編寫的課外輔導材料，與課程標準和教材配套的同步練習，等等。相反，美國學校首先是為科學教師提供大量的科學教學參考書籍（包括科學教學理論與方法的書籍、科學教科書的教師用書、科學課堂探究的實用手冊等）和可用于課堂的科學探究活動的材料和資料，為學生提供了科學探究的儀器和設備、科學探究的材料、科學普及的圖書，等等。例如，在威斯特高中克里斯黑格老師9年級生物課堂上，我們看到了學生在課外自己進行探究的活頁指導材料。在林肯小學，我們看到課堂上幾乎每節課都有供學生實驗使用的儀器和材料。克萊爾瑟坤老師告訴我，這些器材是由學校提供需求單報給學區，由學區統一購置免費提供給每所學校的。在威斯康星麥迪遜大學教育學院的圖書館的書架上，關于科學教師專業發展的圖書資料和音像資料比比皆是。近年來，隨著信息技術和互聯網的發展，美國社會和學校提供的網絡課程與教學資源給人留下深刻的印象。在這方面，中美兩國學校存在的差異也十分突出。筆者在北京幾個名牌中學網站上搜索過，幾乎找不到關于科學課程與教學的網絡資源，而我國成千上萬的縣級中小學和農村中小學連校園網都沒有建立起來。而在美國威斯康星州麥迪遜市著名的威斯特高中網站（http:/www.madison.k12.wi.us/west/science/index.htm）上，有包括科學在內的各學科豐富的課程與教學網絡資源為師生服務。如該校科學組的網上資源有：麥迪遜南部地區物理教學資源共享網頁，上面有該地區物理教師1990年以來專業發展會議的簡報，許多物理學的網絡鏈接，物理教學活動的通知，等等。在科學組的生物學網頁上，有關于生物教師的詳細資料，有給學生提供的非常詳細的網絡鏈接，以及其他引起學生學習興趣的資源。在科學組生物技術學科的網頁上，有該門課程的概述、實驗記錄的要求、期末考試的不同選擇形式、科學論文報告表、研究項目和作業要求、生物技術的專門術語、上課演示時常用的動畫、提供給學生的生物技術的大量網絡鏈接、教師情況介紹、實驗規則等10項內容。此外，科學組網頁上還有對各門科學課程的詳細介紹，以及所有科學教師的簡介等信息。我所訪問的其他中小學，如詹姆斯麥迪遜高中、詹姆斯賴特中間學校和林肯小學等，都為學生提供了許多學習科學的網絡鏈接。而麥迪遜都市學區的網站上（）提供的科學課程與教學資源更是豐富多采。無論是學校校園網還是學區網站，它們提供的科學課程與教學資源為激發學生學習科學的興趣，進行自主學習和獨立探究，培養從事科學研究的能力，創造了良好的資源條件。特別值得一提的是，美國從20世紀90年代以來，不僅政府與教育界推動科學教育改革，民間機構與科學教育界的密切合作也為科學課程與教學改革提供了大量豐富有用的資源。例如，愛林伯格基金會（AnnenbergFoundation）與史密桑寧研究院（SmithsonianInstitution）及許多著名大學的科學教育教授以及中小學科學教師合作，10多年來制作和發行了34套科學課程與教學改革的錄像帶（以及許多其他學科的錄像帶），并在其網站（）每天24小時不間斷地免費播放。例如，有關于建構探究式教學案例的錄像，有關于學習性評價案例的錄像，也有關于K12年級（即幼兒園到高中）科學教師專業發展的錄像。這些科學教育的錄像無論對提高中小學科學教師自身的科學素質還是提高他們的科學教學水平，都發揮著較大的作用。中美兩國學校科學教育在課程教學資源上的差異，既有兩國科學教育人員觀念上的不同，也存在科學教育人員數量和素質上的差異。在課程與教學觀上，我國科學教育界仍然受教師教學即是“教書”（教科學教材）、學生上學即是“讀書”（讀科學教材）的傳統觀念影響。因此，科學教學實際上主要是讓學生學習書本上的科學知識，主要目的是為了應付升學考試。從學校、社會到教師、家長和學生都具有這種根深蒂固的意識。從科學教育人員（科學教育研究者、教研員、教師、教材編輯、輔導材料編寫人員等）的數量與素質來看，我國近百年來師范院校培養出來的從事科學教育的人員除理、化、生各科教師外，鮮有輔助課程開發和提供科學教學器材研制的人員，尤其缺少進行科學教育研