美國中學(xué)科學(xué)教育掠影

文軍慶

筆者曾有幸走進(jìn)美國中小學(xué)校課堂，對(duì)美國的基礎(chǔ)教育情況進(jìn)行實(shí)地考察?？疾鞖w來，細(xì)細(xì)品味，我們發(fā)現(xiàn)：從表面上看，美國的基礎(chǔ)教育是輕松愉悅的，充滿了人文精神關(guān)懷;但從深層次探究，美國的基礎(chǔ)教育更加關(guān)注學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展，關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而這一點(diǎn)在美國的中學(xué)科學(xué)教育上體現(xiàn)得尤為突出。本文通過筆者在美國考察期間的點(diǎn)滴見聞與思考，旨在梳理、概括出美國中學(xué)科學(xué)教育的特色與優(yōu)勢(shì)，與讀者分享。

一、目標(biāo)聚焦學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展

作為世界上科學(xué)教育開展得最為成功的國家之一，美國特別重視中小學(xué)生的科學(xué)教育，這一點(diǎn)從其將科學(xué)教育作為小學(xué)的核心課程便可見一斑。在美國的小學(xué)和初中階段，科學(xué)課是以綜合課的形式開展的，而在10～12年級(jí)的高中階段則是以分科的形式進(jìn)行的。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的學(xué)?？茖W(xué)教育目標(biāo)是：使學(xué)生由于對(duì)自然界有所了解和認(rèn)識(shí)而產(chǎn)生充實(shí)感和興奮感;在進(jìn)行個(gè)人決策之時(shí)恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用科學(xué)的方法和原理;理智地參與那些新的與科學(xué)教育有關(guān)的各種公眾對(duì)話和辯論;在自己的本職工作中運(yùn)用一個(gè)具有良好的科學(xué)素養(yǎng)的人所應(yīng)有的知識(shí)、認(rèn)識(shí)和各種技能，提高自己的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)效率?？梢?，美國的科學(xué)教育重在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)以及利用科學(xué)方法創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題的能力。這一目標(biāo)并不是針對(duì)某一學(xué)段，而是貫穿于從幼兒園一直到大學(xué)的教育全過程。

美國中學(xué)的科學(xué)教育特別注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法及動(dòng)手能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)。在教學(xué)活動(dòng)中，特別強(qiáng)調(diào)將所學(xué)的知識(shí)和技能與真實(shí)任務(wù)情境聯(lián)結(jié)起來，讓學(xué)生通過解決情境性任務(wù)中的問題，掌握相關(guān)的知識(shí)和技能;通過多次評(píng)價(jià)、反饋，達(dá)到學(xué)以致用的目的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)細(xì)致、全面地觀察現(xiàn)象，真實(shí)、科學(xué)地收集數(shù)據(jù)，縝密、獨(dú)到地分析結(jié)論，積極、平等地交流討論。因此，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)學(xué)生所從事的科學(xué)探究活動(dòng)的步驟、方法、問題、總結(jié)等諸多方面都有恰當(dāng)?shù)囊蟆?/p>

我們?cè)赑in Oak中學(xué)參觀時(shí)看到，物理課上，學(xué)生在小組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后僅用10分鐘的時(shí)間便能寫出帶有個(gè)人感受的完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，這種能力絕不是從初中才開始培養(yǎng)的。在歷史課上，當(dāng)教師提出美國憲法中有關(guān)“人生而具有生命的權(quán)力”的論斷時(shí)，學(xué)生立刻提出得克薩斯州死刑政策與憲法這一規(guī)定沖突的疑問。這種自覺地將所學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系的分析能力也不是一時(shí)半會(huì)兒就能夠訓(xùn)練出來的。

二、內(nèi)容綜合，具有明顯的跨學(xué)科、跨領(lǐng)域特點(diǎn)

美國初中的科學(xué)課基本上是理、化、生各學(xué)科的綜合課程，這體現(xiàn)了美國科學(xué)課程逐步向綜合性發(fā)展的趨勢(shì)。高中階段的科學(xué)課基本上是分科教學(xué)，學(xué)生可以分層選修。例如，生物學(xué)科分為生物基礎(chǔ)課程和生物高級(jí)課程，學(xué)生可以根據(jù)自己的知識(shí)水平和興趣需求進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。

初中的綜合課程注重學(xué)科之間知識(shí)、技能的融會(huì)貫通。我們所觀摩的物理課中涉及了大量的工程技術(shù)內(nèi)容，而化學(xué)課中涉及了大量物理和生物知識(shí)。教師所教授的內(nèi)容絕不是單一的，而是綜合性的。這一方面反映出美國基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀;另一方面也是美國教育培養(yǎng)成果的真實(shí)寫照—美國的中學(xué)教師就是綜合素養(yǎng)較高的復(fù)合型人才。

高中的綜合課程更多地體現(xiàn)了跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的特點(diǎn)。我們走訪的一些優(yōu)秀高中開設(shè)了大量的綜合學(xué)科選修課供學(xué)生選修學(xué)習(xí)，如海洋生物科學(xué)、地球物理科學(xué)、生態(tài)環(huán)境科學(xué)、STEM集成、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)等。此外，美國高中還開設(shè)了大量科學(xué)教育AP課程，以滿足各種不同層次學(xué)生的需要。學(xué)區(qū)對(duì)學(xué)校進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，也會(huì)將學(xué)校開設(shè)AP課程的門數(shù)及選修AP課程的學(xué)生人數(shù)作為學(xué)校是否優(yōu)秀及經(jīng)費(fèi)撥付的一個(gè)重要指標(biāo)。

美國中學(xué)的科學(xué)教育非常鼓勵(lì)學(xué)生在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)交叉學(xué)習(xí)，科學(xué)教育可以成為探索其他課程的跳板。例如，學(xué)生可以通過“寫”的方法記錄觀察或?qū)嶒?yàn)結(jié)果，而“寫”是訓(xùn)練語言技巧的有效方法;學(xué)生也可以通過圖畫來描述他的發(fā)現(xiàn)，這樣科學(xué)便與藝術(shù)建立了聯(lián)系;學(xué)生還可以運(yùn)用圖表來呈現(xiàn)結(jié)論或通過運(yùn)算來解釋數(shù)據(jù)，這些活動(dòng)表明了科學(xué)與數(shù)學(xué)之間的密切聯(lián)系。這種跨界學(xué)習(xí)方式增添了科學(xué)探究活動(dòng)的趣味性，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了學(xué)科之間知識(shí)與技能的融會(huì)貫通。

三、學(xué)習(xí)方式以問題探究為主

美國中學(xué)的科學(xué)課以科學(xué)探究為主要學(xué)習(xí)方式，將相關(guān)的科學(xué)知識(shí)滲透其中，使學(xué)生在“做”中“學(xué)”、“樂”中“知”、“組”中“感”、“探”中“悟”，注重學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)。

我們?cè)贐ellaire高中觀摩了一節(jié)化學(xué)課和一節(jié)物理課。在化學(xué)課上，當(dāng)學(xué)生提出問題時(shí)，教師并不是直接給出答案，而是通過不斷的追問，讓學(xué)生在交流中碰撞出思維的火花，或者引導(dǎo)學(xué)生在教材中找到答案。課堂上，學(xué)生們?nèi)褙炞ⅲ瑹崃业亟涣饔懻?，積極地參與學(xué)習(xí)活動(dòng);學(xué)生們的思維也很活躍，不時(shí)有人提出獨(dú)到的見解或新奇的想法。在這里，學(xué)生是課堂的主人，是學(xué)習(xí)的主人。課下，我們與授課教師進(jìn)行了簡(jiǎn)單交流，她認(rèn)為在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生自己找到答案是至關(guān)重要的，這直接關(guān)系到學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成和學(xué)習(xí)方法的掌握。孔子云：“不憤不啟，不悱不發(fā)?！笨磥?，美國的教師已經(jīng)很好地掌握并實(shí)踐了孔夫子的這一教育理念。

在學(xué)習(xí)動(dòng)量守恒定律的物理課上，教師設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。教師簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)操作步驟和注意事項(xiàng)后，便將實(shí)驗(yàn)報(bào)告單分發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生自己拿著實(shí)驗(yàn)用具分組做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)、結(jié)論以及最后的定律都由學(xué)生自己做實(shí)驗(yàn)得出。由于該間教室的條件并不適合進(jìn)行有效的分組實(shí)驗(yàn)，教師便將學(xué)生分成四組，兩組學(xué)生在教室內(nèi)，利用座位間的空地進(jìn)行實(shí)驗(yàn);另外兩組學(xué)生則到樓道里去做實(shí)驗(yàn)。看著學(xué)生們興高采烈地拿著實(shí)驗(yàn)用具三三兩兩地走出教室，我們不禁為課堂的學(xué)習(xí)效率而擔(dān)心?？墒菍W(xué)生們的表現(xiàn)完全出乎我們的意料，在沒有教師組織和監(jiān)督的情況下，他們非常自然地進(jìn)行了分組并完成了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生們各司其職，一組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，每一個(gè)學(xué)生都在自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單上認(rèn)真記錄。一個(gè)性格開朗的女生在實(shí)驗(yàn)間隙還主動(dòng)和我們交流，而下課時(shí)，她交上來的不僅僅是完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，還附有半頁紙的總結(jié)反思。這只是美國一所普通公立高中的課堂剪影。

通過與美國教師交流，我們了解到，美國的科學(xué)課堂上穿插了種類繁多、內(nèi)容豐富的實(shí)驗(yàn)，其中大部分是要求學(xué)生自己動(dòng)手操作的，目的是通過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過程引導(dǎo)學(xué)生將知識(shí)的學(xué)習(xí)與科學(xué)探究能力的培養(yǎng)有機(jī)融合;引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，像科學(xué)家那樣思考、觀察、實(shí)驗(yàn)和推理。每一節(jié)科學(xué)課都有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)來輔助知識(shí)的反復(fù)呈現(xiàn)，這些實(shí)驗(yàn)要么充分利用日常生活材料，拉近學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生的距離;要么在實(shí)驗(yàn)中增加趣味性，激發(fā)學(xué)生探究的樂趣;要么結(jié)合科學(xué)前沿動(dòng)態(tài)，以滿足學(xué)生的不同需求。教師精心設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)不僅能讓學(xué)生準(zhǔn)確地理解科學(xué)概念，更能讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)對(duì)人類的影響，以及如何利用已掌握的知識(shí)和技能改善人類生活、保護(hù)人類環(huán)境、探求人類未來。

四、關(guān)注學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)

在參觀過程中，美國中學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣令我們贊嘆不已。當(dāng)教師講到一個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，幾乎所有學(xué)生都能很嫻熟地畫出表格，做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)備;實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生們又能流暢地寫下結(jié)論、觀點(diǎn)或者反思體會(huì)。從他們工整的筆記、完整的報(bào)告和規(guī)范的圖表中，我們不難看出美國中學(xué)生所具備的科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，而這種良好的素養(yǎng)和習(xí)慣正是科學(xué)探究所必備的基本條件。

美國學(xué)生在學(xué)習(xí)與探究的過程中，非常注重隨時(shí)記錄。厚厚的筆記本、認(rèn)真完成的作業(yè)和學(xué)案、規(guī)范整齊的實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，都引起了我們極大的關(guān)注與興趣。在學(xué)校聽課過程中，我們發(fā)現(xiàn)從初中的低年級(jí)開始，教師在理科課堂中就有意引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中體會(huì)方法、養(yǎng)成習(xí)慣。例如，在實(shí)驗(yàn)課上，教師似乎并不太強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，而是關(guān)注學(xué)生的體驗(yàn)過程及獲取信息、記錄信息和分析信息的能力。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程學(xué)生們要全員參與，操作、計(jì)時(shí)、測(cè)量、記錄，沒有哪個(gè)學(xué)生游離在外，也沒有哪個(gè)學(xué)生坐享別人的勞動(dòng)成果。而在數(shù)學(xué)課堂上，教師淡化計(jì)算及記憶等細(xì)節(jié)問題，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)問題的思考方式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、探索和觀察。盡管學(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算很多時(shí)候還需要依靠計(jì)算器，但他們的科學(xué)探究能力和科學(xué)素養(yǎng)是我們的學(xué)生所不能比擬的。

其他課堂也同樣關(guān)注學(xué)科核心問題與學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)。比如，在一節(jié)歷史課上，教師邊講解邊帶領(lǐng)學(xué)生逐行書寫筆記，一方面，加深學(xué)生對(duì)關(guān)鍵問題的記憶;另一方面，仍然強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣的培養(yǎng)。在這樣的教學(xué)引導(dǎo)下，學(xué)生也養(yǎng)成了積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。無論是初中還是高中，走進(jìn)任何一間教室，我們都能看到學(xué)生人手一本甚至幾本厚厚的筆記本或作業(yè)本，上面密密麻麻地寫滿了學(xué)生自己的學(xué)習(xí)心得和感悟。

五、校內(nèi)外科學(xué)教育資源豐富，利用高效

美國的校內(nèi)外科學(xué)教育資源非常豐富，每門學(xué)科的學(xué)生教科書都是厚厚的一大本，堪稱圖文并茂的大百科全書。學(xué)校圖書館有大量藏書可供學(xué)生自由借閱。科學(xué)教室的布置也具有鮮明的學(xué)科特色：墻上貼滿了與本學(xué)科知識(shí)相關(guān)的掛圖、符號(hào)、科學(xué)家介紹等，地上擺放著各種教具、模型。走進(jìn)教室，就如同進(jìn)入了一個(gè)知識(shí)的海洋。同時(shí)，在環(huán)境布置上也非常注重細(xì)節(jié)，如在科學(xué)教室放置了滅火器、洗眼器等器材，墻上張貼著實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、安全操作規(guī)則等，在強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)性的同時(shí)也非常注重規(guī)范性與安全性。

海量的網(wǎng)絡(luò)信息資源及各種信息平臺(tái)，更是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、了解前沿動(dòng)態(tài)的重要渠道。美國教師布置的大量實(shí)踐性作業(yè)也使得這些資源能夠得到有效利用。

美國的公共科學(xué)教育資源也極為豐富，科技館、博物館、科學(xué)探索館、科學(xué)歷史博物館等，種類齊全、數(shù)量繁多，并且免費(fèi)開放，便于學(xué)生隨時(shí)參觀和學(xué)習(xí)。高校、科研單位和社區(qū)的社會(huì)責(zé)任感都很強(qiáng)，家長資源、社區(qū)資源隨處可用，這些都為家庭和學(xué)校進(jìn)行科學(xué)教育提供了有利的支持，為提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)提供了良好的條件。充分發(fā)掘和利用各種校外資源進(jìn)行科學(xué)教育，這是目前我國的學(xué)校教育所欠缺的。

同時(shí)，美國社會(huì)所倡導(dǎo)的科學(xué)精神、批判思維、自主意識(shí)、多元價(jià)值等理念也與學(xué)校教育注重能力發(fā)展及綜合素質(zhì)培養(yǎng)的理念不謀而合，成為一種無形的社會(huì)文化資源，對(duì)學(xué)校教育而言是有益的補(bǔ)充。

美國的科學(xué)教育之所以如此有效，離不開一批富有創(chuàng)造力、責(zé)任心和工作熱情的科學(xué)教師?？茖W(xué)課教師大多不會(huì)照本宣科，而是根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)合實(shí)際情況，開發(fā)出具有針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容，從而高效地完成教學(xué)任務(wù)。從教師們?cè)O(shè)計(jì)的一篇篇“教案”“學(xué)案”中可以看出其中傾注的心血和汗水;親臨課堂，更能深刻感受到教師們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度、靈活多變的教學(xué)方式和孜孜不倦的工作

熱情。

從幼兒園孩子隨意而自由的涂鴉，到小學(xué)生提出如何解決糧食危機(jī)，到中學(xué)生研究探討意識(shí)控制的智能輪椅，再到大學(xué)生研究開發(fā)無線電力傳輸技術(shù);從課堂教學(xué)到活動(dòng)設(shè)計(jì)，再到作業(yè)布置，美國教育過程的每一步都聚焦于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和能力的發(fā)展。美國學(xué)生綜合全面的素養(yǎng)和極強(qiáng)的動(dòng)手操作能力與美國科學(xué)教育注重科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)在問題解決中發(fā)展能力的教育理念有著密切的關(guān)系，而這些也正是我們需要學(xué)習(xí)和借鑒的地方。

（作者單位：北京市海淀區(qū)教育科學(xué)研究所）

（責(zé)任編輯：江麗莉）