武志偉 蘇玉成

(中央民族大學(xué),北京 海淀 100081)

美國《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》(the Next Generation Science Standards,以下簡稱NGSS)[1]于2013年4月發(fā)布.踐行一個(gè)高質(zhì)量的科學(xué)教育意味著學(xué)生將科學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了深入的了解,也意味著發(fā)展了學(xué)生溝通、協(xié)作、探究和解決問題的能力,這將會為他們的職業(yè)生涯服務(wù).

強(qiáng)調(diào)進(jìn)行科學(xué)本質(zhì)教育,國內(nèi)學(xué)者有著細(xì)致的研究.劉健智通過討論美國科學(xué)本質(zhì)教育的若干問題,得出了“科學(xué)課程的改革必須培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解”的結(jié)論;梁瑋以我國高中生物為例,比較了中美課標(biāo)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)觀的教育,提出了對我國課標(biāo)的改進(jìn)建議;康琪認(rèn)為,科學(xué)本質(zhì)教育只有落實(shí)到科學(xué)課堂實(shí)踐中,才能還原科學(xué)教學(xué)的本來面貌.

此時(shí)的中國正值高考改革的探索階段,中學(xué)物理首當(dāng)其沖,成為被“冷落”的對象.[2-4]本文將以中學(xué)物理為例,通過中美課標(biāo)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的對比,希望能夠獲得一些在教師培養(yǎng)及物理教學(xué)方面的有益啟示.

1 課標(biāo)中關(guān)于科學(xué)本質(zhì)研究的背景

1.1 科學(xué)本質(zhì)的概念

科學(xué)本質(zhì)被定義為“科學(xué)的認(rèn)識論,科學(xué)作為一種思考的方式,科學(xué)知識價(jià)值的信念及科學(xué)的發(fā)展”.[5]

科學(xué)本質(zhì)在不同的研究機(jī)構(gòu)或?qū)＜铱捶ú⒉幌嗤?一些研究者將“科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系(STS)”歸為“科學(xué)事業(yè)的本質(zhì)”.這3個(gè)方面都是科學(xué)教育所要傳達(dá)的,這對于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著重要的意義.

1.2 踐行科學(xué)本質(zhì)教育的意義

科學(xué)家、科學(xué)教育家和科學(xué)教育組織大都認(rèn)為,學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)科學(xué),而且要了解這些無可爭議的本質(zhì)原理.[6]物理教育不是為了培養(yǎng)物理學(xué)家,而是具有其普通的教育功能.物理是邏輯和實(shí)證的科目,因此,物理課程的學(xué)習(xí)對于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)很有必要.

1.3 關(guān)于我國科學(xué)教育本質(zhì)的現(xiàn)狀分析

教師現(xiàn)在給學(xué)生討論的題目,往往是具有一定理想化的模型,這樣不容易啟發(fā)學(xué)生從實(shí)際中的情況中得出某些物理結(jié)論.這樣就會使學(xué)生“只見樹木不見森林”,很少能起到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.物理教學(xué)應(yīng)該培養(yǎng)物理思維,起到科學(xué)啟蒙的作用,而大量的習(xí)題并不能很高效地訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維能力.

我國目前的很多教師會有意識的在課堂上穿插一些物理學(xué)史的內(nèi)容,作為對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)方式.[7]很多省份的中、高考題目中也加入了史學(xué)的內(nèi)容,作為對學(xué)生是否習(xí)得這些素養(yǎng)的考查.但是,學(xué)生形成了什么樣的科學(xué)本質(zhì)觀,許多教師并不關(guān)心,可能有的教師自己都不知道.[7]因此,科學(xué)教師不僅需要理解科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容知識,還需要具備科學(xué)本質(zhì)的教學(xué)知識,并具備開發(fā)科學(xué)本質(zhì)教學(xué)資源的能力,實(shí)現(xiàn)教師對科學(xué)本質(zhì)的理解向科學(xué)本質(zhì)課堂教學(xué)實(shí)踐的轉(zhuǎn)化.[8]

2 中美課標(biāo)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的比較

2.1 初中物理部分的比較

NGSS中對于科學(xué)本質(zhì)的基本理解分為8個(gè)核心概念,[9]其中包括:

(1) 科學(xué)研究使用多種方法(Scientific Investigations Use a Variety of Methods);

(2) 科學(xué)知識基于實(shí)證證據(jù)(Scientific Knowledge is Based on Empirical Evidence);

(3) 科學(xué)知識根據(jù)新證據(jù)進(jìn)行修訂并保持開放(Scientific Knowledge is Open to Revision in Light of New Evidence);

(4) 科學(xué)模型、法則、結(jié)構(gòu)和理論解釋自然現(xiàn)象(Scientific Models,Laws,Mechanisms,and Theories Explain Natural Phenomena);

(5) 科學(xué)是一種認(rèn)知途徑(Science is a Way of Knowing);

(6) 科學(xué)知識假定了在自然系統(tǒng)中存在秩序和一致性(Scientific Knowledge Asumes an Order and Consistency in Natural Systems);

(7) 科學(xué)是一項(xiàng)人類事業(yè)(Science is a Human Endeavor);

(8) 科學(xué)用來解決自然和物質(zhì)世界的各種問題(Science Addresses Questions About the Natural and Material World).

筆者將先以初中物理為例,列出了在美國課標(biāo)物理學(xué)科中提及到的核心概念,同時(shí)對應(yīng)初中物理科學(xué)主題及具體要求,如表1所示.[1]

表1 美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》 初中物理部分科學(xué)本質(zhì)教育內(nèi)容

表1說明了NGSS中初中物理部分關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的教育內(nèi)容.分析發(fā)現(xiàn),美國課標(biāo)科學(xué)本質(zhì)涉及的核心概念有兩個(gè),即“科學(xué)知識基于實(shí)證證據(jù)”及“科學(xué)模型、法則、結(jié)構(gòu)和理論解釋自然現(xiàn)象”,其中,“科學(xué)知識基于實(shí)證證據(jù)”在4個(gè)科學(xué)主題中均有涉及.由此可知,美國初中主要是讓學(xué)生認(rèn)識到物理是以實(shí)證為基礎(chǔ)的科學(xué),通過實(shí)證總結(jié)出的科學(xué)模型可以解釋自然現(xiàn)象.

在我國2011年頒布的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《初中標(biāo)準(zhǔn)》)中也有體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容.《初中標(biāo)準(zhǔn)》提出其課程目標(biāo)旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),學(xué)生主要在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀3個(gè)方面得到不同程度的發(fā)展.在課程內(nèi)容方面,《初中標(biāo)準(zhǔn)》將其分為“物質(zhì)”、“運(yùn)動和相互作用”、“能量”3大部分.筆者以這3個(gè)部分列出了在《初中標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述,如表2所示.[10]

表2 中國《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》 中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述

表2說明了《初中課標(biāo)》中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述,分析發(fā)現(xiàn),與美國課標(biāo)不同,中國關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的理解更多的集中在對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)上.一方面,通過物理知識的學(xué)習(xí),讓學(xué)生認(rèn)識到現(xiàn)在所學(xué)的物理知識與前沿的科技有著密不可分的聯(lián)系;另一方面,通過讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)知識的探究過程,提高學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.

2.2 高中部分的比較

美國課標(biāo)物理學(xué)科中提及到的核心概念,同時(shí)對應(yīng)高中物理科學(xué)主題及具體要求,如表3所示.[1]

表3說明了NGSS中高中物理部分關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的教育內(nèi)容,分析發(fā)現(xiàn),與初中不同,美國高中物理部分在“科學(xué)知識基于實(shí)證證據(jù)”的基礎(chǔ)上對“科學(xué)模型、法則、結(jié)構(gòu)和理論解釋自然現(xiàn)象”這一核心概念的具體要求作出了細(xì)化,集中在“運(yùn)動與穩(wěn)定性:力和相互作用”和“波及其在信息傳遞技術(shù)中的應(yīng)用”這兩個(gè)科學(xué)主題.同時(shí),對學(xué)生提出了進(jìn)一步的要求,要求其認(rèn)識到“科學(xué)知識假定了在自然系統(tǒng)中存在秩序和一致性”,集中在“物質(zhì)及其相互作用”及“能量”兩個(gè)科學(xué)主題.

表3 美國《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》 高中物理部分科學(xué)本質(zhì)教育內(nèi)容

在2017年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《高中標(biāo)準(zhǔn)》)提出其課程目標(biāo)旨在進(jìn)一步提高學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng),為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ),促進(jìn)人類科學(xué)事業(yè)的傳承與社會的發(fā)展.[11]在課程結(jié)構(gòu)上,分為必修、選擇性必修和選修模塊,在這些模塊中,不僅含有物理學(xué)概念、規(guī)律和實(shí)驗(yàn),而且含有物理與社會發(fā)展、物理與技術(shù)應(yīng)用、物理與生活等方面的內(nèi)容.筆者以各模塊為分類標(biāo)準(zhǔn),列出了在《高中標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述,如表4所示.[11]

表4說明了《高中課標(biāo)》中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述,分析發(fā)現(xiàn),此次物理課標(biāo)的修訂在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)上,更加注重學(xué)生對知識的應(yīng)用能力,使學(xué)生可以通過所學(xué)知識解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題.其中,《高中課標(biāo)》在核心素養(yǎng)中提到了“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”這一部分,它是指在認(rèn)識科學(xué)本質(zhì),理解科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上,逐漸形成的對科學(xué)和技術(shù)應(yīng)有的正確態(tài)度和責(zé)任感,而“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”主要包括了科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度、社會責(zé)任等要素.[11]

表4 中國《課程標(biāo)準(zhǔn)》中體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)教育的表述

與之前課標(biāo)不同的是,此次《高中課標(biāo)》在電磁振蕩與電磁波這一部分新加了“初步了解麥克斯韋電磁場理論的基本思想,初步了解場的統(tǒng)一性與多樣性,體會物理學(xué)對統(tǒng)一性的追求”這一點(diǎn).這一要求與美國NGSS關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的理解第(6)點(diǎn)“科學(xué)知識假定了在自然系統(tǒng)中存在秩序和一致性”基本一致.

綜上所述,美國初、高中關(guān)于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的把控是求長效的,通過層層遞進(jìn)的方式讓學(xué)生認(rèn)識到科學(xué)的本質(zhì).由表1和表3可知,美國對初、高中關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的8個(gè)理解的要求是相互滲透的,涵蓋的內(nèi)涵更加豐富,有具體的要求和說明.我國對于科學(xué)本質(zhì)的描述在某些方面是較模糊的,而且對于其內(nèi)涵的闡釋在一定程度上是比較單一的.

3 啟示意義

科學(xué)教育中真正意義上的科學(xué)本質(zhì)教育應(yīng)該包括清晰且具體的內(nèi)容.[12]本文通過中美課標(biāo)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的比較研究,從教師教育、教學(xué)實(shí)施兩個(gè)方面得到以下啟示.

3.1 對我國教師教育的啟示

物理教師是將來課程的主要實(shí)施者,可以說物理教師擁有怎樣的科學(xué)本質(zhì)觀將會關(guān)系到其對學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的培養(yǎng).因此,高校在培養(yǎng)物理教師的時(shí)候,要注重對其科學(xué)本質(zhì)觀的塑造,高校師生也要緊密關(guān)注科學(xué)本質(zhì)觀的研究現(xiàn)狀,做到心中有數(shù),使新教師入職后對學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)教育具有可控性.

3.2 對教學(xué)實(shí)施的啟示

在教學(xué)實(shí)施過程中,教師要將科學(xué)本質(zhì)觀的培養(yǎng)落到實(shí)處.教師不能只看重表面,不看重物理本質(zhì),糾結(jié)于考試,考什么,考多少分的問題.例如:一旦考試中出現(xiàn)新題型,有的教師馬上就會總結(jié)出新的訓(xùn)練方式,而實(shí)際的物理思維過程總是被忽略,這也與新題型設(shè)計(jì)的理念所違背.所以,在教師教學(xué)過程中,要盡量避免“偽科學(xué)”的教學(xué)行為.同時(shí),盡管科學(xué)本質(zhì)的培養(yǎng)內(nèi)隱與科學(xué)探究的過程之中,但對于學(xué)生來說,如果不在科學(xué)探究的過程中告知學(xué)生相關(guān)的科學(xué)本質(zhì)問題,而只是僅僅指導(dǎo)學(xué)生完成科學(xué)探究的過程,這樣并不能很有效地幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的內(nèi)容.[13][14]基于NGSS中關(guān)于科學(xué)本質(zhì)的8個(gè)理解的呈現(xiàn)方式,我國課標(biāo)也應(yīng)該將科學(xué)本質(zhì)的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)途徑納入其中.

同時(shí),美國科學(xué)課程各科目之間是相互聯(lián)系、相互滲透的,強(qiáng)調(diào)各學(xué)科之間的聯(lián)系.但是,我國的各科目之間缺乏緊密的聯(lián)系與滲透,將來新高考選科制度的實(shí)施甚至將會加劇這種科目的獨(dú)立性,引起學(xué)生對于某些科目的輕視.因此,基于NGSS中關(guān)于K-12科學(xué)教育的連續(xù)性,我們應(yīng)該將科學(xué)本質(zhì)觀的教育下移到小學(xué)和初中階段,使學(xué)生在啟蒙階段就對科學(xué)本質(zhì)有比較深刻的認(rèn)識,我們?nèi)沃囟肋h(yuǎn).