中美基础科学教育的差异(1)

摘要：通过赴美考察和比较研究发现，中美两国学校在科学教育的观念及其体制、科学课堂教学方式、科学课程与教学资源、科学教科书及其使用等方面都存在明显差异。认识和理解中美两国科学教育上存在的这些差异，并通过科学教育改革力求达到和而不同，对普及和发展我国基础科学教育、提高科学教育质量不无启发与借鉴作用。

关键词：科学教育；中美基础教育

一、科学教育观念及其体制上的差异

近几年，虽然科学教育的观念在我国随着新一轮基础教育课程改革开始流行起来，但由于长期实行分科教学，人们的意识里缺少整体的科学教育的观念。有些人认为，只有现在小学和初中设立的综合科学课才算是科学教育，这种认识在我国几乎是一个普遍的误解。

美国从19世纪开始，科学就成为中小学课程的重要组成部分。20世纪初期以来，小学和初中（或中间学校）大都采用综合科学课程，高中虽分生物、物理、化学和地球科学等学科，但也有一些主题是跨学科的，因此人们的意识里都具有科学教育的观念。进步教育运动时期，美国初中和高中一年级普遍开设“普通科学”（general science）课，内容涉及学生日常生活中常见的科技现象及其原理。该门课程尤其重视科学方法的训练，目的是使中学生受到基本的科学教育。［1］为推进普通科学的教学，美国早在1916年就创办了世界上第一个科学教育学术期刊《普通科学教育》（现更名为《科学教育》）。20世纪50年代末期至60年代是美国科学教育课程现代化时期，当时流行的学科结构课程理论倡导分科教学，反对综合科学教育，但分科的科学课程仍然保留了一些跨学科的性质。例如，生物学统合了动物学、植物学和生理学；物质科学在很大程度上整合了物理与化学；生命科学则在更高的程度上整合了生物学、环境科学与生态学。20世纪70年代以后，美国科学教育改革的钟摆再次偏向综合科学课程，一些高中在9年级或10年级开设综合科学（integrated science），至今亦然。综合科学反映了当代科技发展的跨学科性，体现了科学本质的一个重要方面，因为无论是物质科学（理、化等）还是生命科学，都要强调科学素质、科学探究及科学技术与社会的联系。美国1996年颁布的《国家科学教育标准》，从幼儿园到高中13年义务教育期间，科学教育的内容标准涉及生命科学、物质科学和地球科学等不同学科，是把科学教育当做一个整体来对待。

美国中小学每个学校建立一个科学组（science department）。尽管美国高中的科学教学一般也是分科的，但是物理、化学、生物、地球科学等学科的教师都在同一个科学组里，其教研活动和教师专业发展活动也都在一起进行。2006年3月20—22日，笔者有幸参加了美国科学促进协会（AAAS）“2061计划”举办的“使用科学素养导航图”的科学教育工作者专业发展工作坊（workshop）。在除我之外的45名学员中，有3名大学科学教育副教授，17名中小学科学教师，其余的人或者是科学课程开发人员和教科书作者，或者是学区的科学教育协调人员，或者是科学测验（考试）的编制人员。这些来自各州、身份各异的科学教育工作者聚集一堂，进行为期3天的研讨《科学素养导航图》（2001年出版）的专业发展活动。这里，既没有不同学科的分野，也不存在大学科学教育教授与中小学科学教师的分别，大家在研讨中从彼此不同的视角和经验中相互学习，取长补短。

同样，在大学教育学院里，从培养学前与小学教师（这个阶段美国没有专门的科学教育专业）到培养中学各阶段的科学教师，全部由课程与教学系（或教师教育系）负责。如我所访问的威斯康星—麦迪逊大学教育学院，其课程与教学系既培养学前和小学的教师，也培养中学科学教师。不仅如此，科学教师的在职教育和专业发展同样由大学教育学院承担。美国许多州的教育法规定，在职教师每5年必须在大学教育学院修满6个学分的课程（即两门3个学分的课程），以保证他们的知识更新和专业发展。美国科学教师教育的高起点和一体化为科学教育改革的成功提供了必要的师资保障。

美国科学教育在教学体制和科学教师培养上这种制度安排，是与其科学教育观念一致的。从20世纪60年代开始，美国科学教育开始从整体上考虑中小学科学课程与教学的统一性问题。无论是小学和初中（或中间学校）的综合课程还是高中的分科课程，虽然内容有别，但都具有内在的统一性和连贯性，即都注重科学素质、科学探究、科学本质、科学的思维方式、科学与技术及社会的关系。

二、科学课堂教学方式上的差异

在美国中小学科学课堂里听课，给我印象最为深刻的是美国科学课堂的教学方式。概括地说，美国中小学科学教学的总体特征是强调师生之间及学生相互之间的合作—探究，这与我国科学课堂注重科学知识的传授形成了巨大差异。长期以来，我国中小学科学教学基本上是传统的授受式教学方式，教师注重备教材和面向全班讲解，强调按部就班地学习和通过做习题反复训练；学生则主要是听教师讲解，注重个人领悟和记忆，缺乏学生之间的互动、合作与交流。新课程改革虽然强调学习方式的变革，倡导探究、合作与互动的教学方式，但短期内传统的教学方式恐怕难以从根本上有所改变。

美国无论在幼儿园、小学的科学课堂上，还是在中学科学课堂上，小组合作—探究学习是普遍采用的教学方式。我所参观和听课的学校中，只有一所教会学校的科学教学方式显得比较传统，即基本上仍是教师讲授、学生静听，其他学校普遍采用小组合作—探究的学习方式。

2006年2、3月间，笔者每星期到麦迪逊市林肯小学听半天科学课。这是一所规模比较大的3—5年级小学，有20个教学班。担任所有科学课教学的专任教师是年轻的、具有科学教育硕士学位的克莱尔·瑟坤（Clare Sequin）女士。在她的科学课堂上，学生4人一组，围着一个长方形实验桌而坐。上课时大部分时间用在动手做的探究、实验活动上。比如，2006年2月1日上午听的两节科学课，第一节是4年级学生科学课，有20名学生。学习的课题是关于力学方面的内容。每个小组的桌上都有一个小天平，一边放着两小片圆形磁铁（一块在塑料盒子里，另一块放在盒子底下面），另一边放一些圆形空心铁垫圈。当学生不断往一边盒子里加圆形空心铁垫圈时，另一边的两块小磁铁分开了。教师要求学生在课堂笔记本里记录每次实验操作的结果。最后教师把每组的结果写在白板上。下课前，教师发给每个学生一张作业单，上面有一个表格，要求学生把实验结果用图表的形式表现出来。但这节课的任务没有完成，等待下节课继续。第二节课是5年级科学课。学习的内容是混合液、溶解、饱和等概念性知识。上课开始，教师把这些概念及其定义写在白板上，并向学生解释这些概念的含义。然后发给每个小组一个工具盒，里面有注射器、漏斗、瓶子、支架、食盐等。接着要求学生先把实验的步骤写在笔记本里，她让学生用注射器把水（一定量）装进瓶子里，然后要求学生把食盐一小勺一小勺地通过漏斗放进瓶子里，盖上盖子使劲摇晃，让其溶解，直到饱和为止。最后要求学生计算出盐水的重量。方法是把溶液倒进一个杯子里，把同样量的水倒进另一个杯子里，放在天平上，天平因盐水重不平衡而倾斜。然后要求学生把塑料块（每个1克重）放进水杯子里，直到平衡。学生每个人都要记录每次实验的结果。实验结束后，师生一起讨论实验过程和结果，结合一开始教给学生的那些概念，深化对它们的理解。这两节课给我总的感觉是学生合作学习、动手操作的活动比较多，时间比较充分。小组成员之间一边活动、一边交流是很自然的学习形式，似乎也没有特别的分工。小组合作—探究以后，教师注重组织课堂讨论，讨论中教师重视引出学生自己的观点，帮助他们修正和发展自己的观点，体现了学习科学时合作—建构的特征。另外比较突出的一点是，每个学生都有一个课堂听课笔记本，上面记录着实验的结果。由此可见，这节课上观察、提问、交流、推理等科学过程技能使用得比较多，而学生通过合作—探究，关于力的概念也在形成和发展中。

2005年12月21日（星期三）上午，我和另外两位中国访问学者到麦迪逊市著名的威斯特高中（West High School）听了两节科学课。一节是开设一个学期的跨年级的生物技术课（biotechnology），有20多名11年级和12年级的学生选修；另一节是9年级的必修课生物Ⅰ。在生物技术课堂上，授课教师贝翠·巴纳德（Betsy Barnard）女士首先进行简要的陈述，提出任务与要求，并给每个学生三页的实验操作指南，然后就让学生自由组合分4人一组进行实验。实验的任务是找出实验的样本DNA来自哪种动物。具体的实验过程是，学生先提出假设，进行探索，记录实验数据，最后写出简要的实验报告。在此过程中，教师不断为学生提供需要的材料和仪器，在各个小组之间穿梭进行个别指导和答疑。整个一节课教师讲授的时间大约不到10分钟，大部分时间留给学生进行合作—探究。从另外一个角度看，这堂课也可以说是基于项目的探究学习，因为学生始终是围绕一个核心问题而进行开放式探索。

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