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美国是如何开展科学教育的

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美国是如何开展科学教育的

中国教育报 2003-01-26 丁璐莎　李济英

美国是如何开展科学教育的

　　美国国家科学教育研究委员会曾经提出了一条国家科学教育的准则。这个准则要求把带有实践活动的、以探索为基础的科学教育变为全体美国人从幼儿园开始的核心科目。现在这个准则已经成为一些学校科学课程教学改革的目标和动力。

　　活动的力量

　　当枯燥的基础科学课程的教材摆在学生面前时，他们常常提出这样的问题：“为什么要学习这些课程？它对我有什么用？”美国密执安州阿伯尔市社区中学的科学教师感到很难用口头讲解的方式加以切实说明，但用事实却能够回答这些问题。于是，他们设计出一套自己的科学教育模式：以真实的科研课题为基础带动地球科学、生物学、物理学和化学等基础科学课程的教学。学生应用这些学科的基本原理去解决那些真实而长期存在的科研课题，特别是那些能够涉及社区居民的切身利益、其研究成果能够用于提高社区居民的生活质量的科研课题，因此这样的课题更有意义。

　　这所中学科学教师选定的实践研究典型课题之一是要求9年级学生调查休伦河流域的生态环境与水质变化的关系。他们这样选择的直接原因是阿伯尔市社区中学地处休伦河附近，深层次的原因是休伦河水是沿河城镇居民的饮用水源。学生调查得出的数据与社区居民的生活密切相关，而且调查过程涉及多学科知识的学习与应用。

　　学生以全球河流环境教育网提供的水质质量标准为依据，与休伦河河水化学成分进行对比，学习运用计算机程序模型分析环境因素与水质化学成分变化的关系，以图表显示水质被污染的状况。

　　学生们还利用计算机编制出虚拟的地区园林旅游游戏软件，介绍每个景点的风光、自然特征和居民生活史。这使得学生学习科学的实践活动过程就成为学习为社会服务的过程。对学校来说，指导学生学习科学的过程，也就是对他们进行人文精神的教育过程。

　　因此，这种专题实践调研活动给学生的教育是多方面的。到大自然去认识自然的奥秘，能够激发每一个学生的学习兴趣，激起他们学习科学的热情。那些平时拒绝学习自然科学知识的学生，也开始兴高采烈地与同学一起到休伦河支流去采集水样。为了全面收集数据，学生常常在一天内采集沿河三个不同地点的水样。学生浓厚的学习兴趣使他们忘记什么是艰苦，也激活了他们探索自然奥秘的智慧。有的学生为了处理数据、分析动态变化、撰写实践报告以及准备向社区机构演示调研成果，常常放弃在周末与家人到自然公园度假的机会。

　　另一个重要收获是学生得到与同学群体合作的实际锻炼。开始，教师发现学生们不知道怎样在群体活动中相互配合，以后，教师在分配每组学生任务的时候，就提出相互配合的具体要求，要求每个小组协调活动步骤。每次活动以后，将整体配合情况作为评估成绩的一个重要标准。教师根据这个标准在每周实验报告上评定成绩，促使全班学生形成一个整体。

　　此外，学生在实践调研过程中还学习多学科科学课程的一些基本知识。这些知识进一步增加了一些学生学习自然科学的兴趣，有的人在完成休伦河水质调查项目以后，立即着手探索生命和地球进化历史。

　　学生的这个实践调研活动得到美国国家科学基金的经费拨款支持，也得到密执安州大学的教授、研究生和程序设计人员的帮助。在他们的支持下，学校建成了电脑网络，安装了处理数据的软件程序。师生在水质调研过程中还能够随时向大学教授请教，与他们讨论遇到的种种科学问题。

　　探索的魅力

　　促成美国宾西法尼亚州阿拉喀尼高级中学科学教师进行科学课程教学改革的原因是传统科学课程授课方式的弊端。这种方式要求学生死记硬背科学术语，必修数学课上的难题怪题使得学生逐渐失去学习科学和数学的兴趣与热情。因此，怎样激励学生的兴趣与热情成为他们改革课堂教学方式的目的。他们深知正是那些顽皮的学生往往更富有冒险精神，恰当地诱导他们有可能使这种精神转化为探索科学的动力。引导学生学习应用高新技术，因势利导，强化他们认识尖端科技前沿进展的好奇心和冒险精神。

　　阿拉喀尼高级中学科学实验课程改革是这样起步和进行的：

　　首先是因陋就简，创造引进高技术实验的必要条件。该校地处偏僻农村地区，不可能奢望配备硅谷的最新型计算机。但是，学校却有不少配置落伍闲置不用的老型号苹果机。教师们订购必要的软件和所需的各种传感器，与计算机切口相连接，学生就可以在这些计算机上输入数据，显示图象，进行运算，使用数据程序软件制作图表，处理文字，完成全部实验报告。

　　其次是教师设计出既适合学生能力水平、密切配合课堂教学内容的，又富有挑战性、能够激发学生浓厚的探索兴趣的实验课程，例如制作太阳能灶的实验。实验要求学生利用普通的窗玻璃和铝箔等材料装配太阳灶，灶温必须达到100℃，而且能够用来给自己烧午饭。

　　在整个实验的完成过程中，学生们一直使用热敏电阻，提供数据，处理信息，监测灶温，利用计算机显示数据。然后教师给以质量评价。实验成果的竞争是激烈的。学生体验到成功是激励科学兴趣、热情和力量的源泉，所以，每当一个小组灶温升高，赢得了100分的时候，其他小组便争先恐后地改进自己的“产品”，提出新的实验措施。

　　教师们发现，学生这样学习与单纯依靠课堂讲授这些教学效果迥然不同。各班学生都以过去不曾见过的极大热情投入实验之中。他们常常比教师还要早到教室。

　　随着实验课程的开展，阿拉喀尼高级中学的物理教师的角色渐渐地由知识权威性的代表者，变成了技术方面的指导顾问。师生共同切磋如何攻克技术难关。

　　学生们通过这个实验过程，体验到探索的成功，意识到智慧的发展，看到自己刻苦带来的成果，理解这些成果与社会的关系，这些体验实际上是在引导学生们理解人生的价值，帮助他们踏上真正的人生道路。

　　科学教育的三个原则

　　从美国阿伯尔市社区中学和阿拉喀尼高级中学科学教师的科学教育改革实践，可以清晰地看到他们贯彻了三个科学教育的原则：一个是科学基础知识的教学与科学价值观的培养融为一体；一个是引导学生通过系统的课题研究，获得探索自然现象过程中的实际体验和感受，奠定学生理解科学的基础；一个是排除僵死的科目界限，更多地注重科目之间的相互联系，教育学生学习从多学科的不同视角，综合认识同一个自然现象。

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