美国小学科学教育科学教育现状研究.docx
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美国小学科学教育科学教育现状研究
美国小学科学教育科学教育现状研究
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教育科学研究所点击数：
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2003-7-10
美国小学科学教育科学教育现状研究
（2003-02-1313:
13:
08）
摘要：
美国小学科学教材的类型和教学用具呈更加多样化的趋势。
师范教育的教授在科学课程实践方面起带头作用，使师范教育成为培养具备先进理念的科学教师的重要保障。
美国的公共教学资源，包括图书馆、博物馆和网络等对科学教育提供了大量的支持，形成了比较雄厚的社会对教育的支持系统。
关键词：
标准；基准；科学教材；师范教育；公共教学资源
张军霞，课程教材研究所综合理科课程教材研究开发中心助理研究员。
20世纪60年代以来，美国对基础科学教育极为重视，形成了国家资助、社会支持、学校重视的有利于基础科学教育发展的局面，使得美国科学教育理念的研究走在了世界的前列，对国际科学教育的影响也很大。
目前美国各个阶段的科学教育都在新理念的影响下进行改革。
本文从以下几个角度介绍美国小学科学教育改革与实施的现状，从中对其教育理念如何影响小学科学教育可以有所了解。
一、长期的研究计划和相关文件成为小学科学教育的宏观指导
从20世纪80年代以来，美国相继有几个比较长期的基础科学教育的发展计划，其中最有影响力的有美国科学院的《国家科学教育标准》和美国科学促进会的“2061计划”，美国科学教师协会的《范围、顺序和导向》也在20世纪90年代产生了一定影响。
美国原来是没有全国性的课程标准的。
1985年，美国科学促进会联合美国科学院、联邦教育部等12个机构启动一项致力于美国中小学课程改革的跨世纪计划“2061计划”，编写出版《面向全体美国人的科学》，对美国社会重视科学教育起了重要的作用，并影响了国家对科学教育的政策，使得美国科学研究院继“2061计划”开始之后，进行课程标准的研究和实验，终于在1995年底完成《国家科学教育标准》（以下简称《标准》）［1］。
《标准》有六个主要内容：
科学教学标准、科学教师职业发展标准、科学教育评价标准、科学内容标准、科学教学程序标准、科学教育系统标准。
《标准》对教师的自身水平、学生的学习、教学设计及组织、教学评价以及管理机构、社会支持系统都提出了要求［2］，体现了对全国科学教育实施与管理的全面指导，因而成为科学教育各界参照的依据。
美国新出版的中小学科学教学理论及教材中都把《标准》作为主要编写依据。
一本原名《通过发现法教科学》的科学教学法教材在2000年的第九版更名为《用探究来教科学》［3］，书中专门有一章论述《标准》中提倡的科学探究，体现了《标准》中提倡的科学教学以探究为核心。
书中各章内容都提到《标准》，体现了以《标准》的精神作为指导。
另一本教学法教材《教孩子学科学》［4］在论述科学教学的各部分具体内容中，对怎样设计单元计划和课堂教学计划，提出要以《标准》中的科学内容标准为基础。
本书还把《标准》的K～8年级的内容作为附录附在书后。
美国1996年以后出版的各套科学教材，在教师指导书中都详细说明了在教学中要达到《标准》要求的哪些具体目标。
美国有的州是采用本州的标准,而不是《国家科学教育标准》，这些州标准是教师直接参照和评价的依据，教师在做单元计划和教学设计时，必须考虑本州的标准中对这部分内容是怎样规定的。
如肯塔基的教师在做单元计划时，要求写明本单元的教学期望符合《肯塔基学习目标和教学期望》［5］中的哪一条。
科学课的单元计划要写明本单元涉及的相关学科，如社会标准的核心内容是什么。
但美国各个州在制定本州的各种指导学科教育包括科学教育的文件时，很多是参照《国家科学教育标准》制定的。
这也是《标准》作为一个宏观性指导文件的特点。
如肯塔基州《肯塔基科学评价的核心内容》［6］有：
物质科学、生命科学和地球与空间科学的概念理解、科学探究和应用/联系三项主要内容。
科学概念三大块内容的详细分类与《国家科学教育标准》是一一对应的。
应用/联系部分包括《标准》中科学内容标准的后三项内容：
科学和技术、从个人和社会视角所见的科学、科学的历史和本质。
由于美国各个州的具体情况有差别，根据国家标准设立本州的课程标准有利于国家标准的区域化实施。
“2061计划”经过十几年的研究，又取得了一系列的成果，如《科学素养的基准》《科学教育改革的蓝本》《科学素养的设计》《科学素养的概念图》《科学素养的资源》等。
《科学素养基准》［7］是配合《面向全体美国人的科学》的一套特殊的科学素养目标纲要，内容比较宽泛，包括：
科学的性质、数学的性质、技术的性质、自然环境、生存环境、人类机体、人类社会、被改造了的世界、数学世界、历史展望、通用概念、思维习惯。
描述了为达到科学素养的目标，2、5、8、12年级末，以上12方面学生应具备的理解水平和能力。
因为《基准》的内容具体详细而且分段，成为科学教学参考的另一个主要依据。
小学科学教材《科学发现工作》［8］K～6年级主要就是以《基准》作为指导的。
在教师参考书中明确指出：
“基于可靠的教育标准的科学教育能有力地指导学生的学习、课程内容的选择和教师的教学活动。
《科学发现工作》教材是以美国科学促进会的一项长期的科学教育改革——‘2061计划’的《科学素养基准》和《国家科学教育标准》为依据……‘2061计划’中的四个通用概念——系统、模型、恒定和变化、规模，作为主题贯穿于整套教材中。
”在教师参考书的各单元起始也详细列出本单元依据了《标准》和《基准》的哪些内容。
《科学技能评价》［9］一书也列出《基准》中不同阶段对科学学习过程技能的要求，以此作为本书的编写指导。
美国科学教师协会是美国所有科学教师的一个组织。
1990年协会出版了《范围、顺序和导向》，在当时产生了一些影响，有一些教师据此设计了一些科学课程［10］。
现在，美国科学教师协会以年会和区域性会议、图书、杂志和网络的形式，交流最新的科学教育理念、科学动态和科学教材、图书和产品。
二、小学科学教材类型更加多样化
美国的科学教育哲学中早已将科学知识分为三个大领域：
生命科学、物质科学和地球与空间科学［11］。
传统的科学教材均以这三大块科学概念为核心，由于人体健康的知识与人的生存密切相关，小学许多教材中又将人体科学单列出来。
在《标准》和《基准》对美国科学教育的影响下，人们对科学本质的认识越来越清晰化，对科学探究能力在科学学习和研究中的重要作用越来越重视。
这些新的科学教育文件倡导课程教材的多样化。
20世纪90年代以来，又出现了多种类型的小学科学教材。
（一）以科学概念为核心
传统的以科学知识体系为主构建课程结构的教材属于以科学概念为核心的教材。
《SRA真实科学》［12］1～6年级教材是以科学概念为核心的小学科学教材，内容分为四个板块：
生命科学、地球与空间科学、物质科学和人体科学。
教材提供大量的教学资源，力图从四个方面发动学生学习科学：
1.视觉资料；2.有清晰的教学过程的教材；3.以学生为中心的、扩展的学习资源；4.观察、记录、测量和实验等活动材料。
以科学概念为核心的教材，在科学概念上是前后紧密联系的，教材每册的单元较多，罗列的知识内容也较多，而在探究的深入上却有所欠缺。
有文章认为这类教材容易导致“阅读科学”［13］。
但教学主要是教师开展的活动，如果教师的观念比较新，组织教学的能力强，就可以用这样的教材进行探究式的教学。
如SRA三年级《鸟的视野》一课，要学习三种地貌：
高原、草原和山脉；解释拓朴图是以什么特别的方式表达地表结构的。
一堂示范课是这样上的：
先看录像片，介绍三种地貌的特点和成因。
然后做画拓朴图的活动。
活动之后继续看录像带中的随堂测验。
课后可以阅读学习资源卡片中介绍的相关的科学家、科学职业、数学、科学技术和社会、与科学的其他领域的联系、与社会课的交叉等，卡片背面有判断题和问答题。
（二）以科学概念和统一概念为核心
《标准》中“科学的统一概念和过程”以及《基准》中的“通用概念”都是许多领域共用的思想武器。
两者都提倡在教学中渗透统一概念的理解。
有的教材在编写时特别考虑了统一概念。
《科学发现工作》（见表1）以科学概念为课程结构体系，并在整套教材中贯穿了《基准》中通用概念的思想。
其每个单元都能使学生对系统、模型、恒定和变化、规模四个概念中的至少一个增进理解。
由于通用概念在许多领域都具有重要的用途，教材的这种形式有利于学科的整合，使学生的思维更具开放性。
表1“科学发现工作”课程模块
内容
年级
生命科学
物质科学
地球科学
人体科学
K
生物的特征（系统、恒定和变化）
用感官探究（系统）
推和拉（系统、模型）
观察天空（恒定和变化、规模）
身体分几部分（系统、模型）
1
生物的种类（系统）
磁铁（系统、规模）
天气和季节（恒定和变化）
地球上的陆地和水（系统、模型）
保持健康（系统、恒定和变化）
2
生物的相互作用（恒定和变化、模型）
光和色彩（系统）
固体、液体和气体（恒定和变化）
随时间变化的地球（模型、规模、恒定和变化）
什么使我生病（系统、规模）
3
生命循环（模型）生物的角色（恒定和变化）
能量的形式（系统）
太阳、月球和地球（规模）地球上的水（系统）
午餐吃什么（系统）
4
动物（系统）
物质的特性（规模）
磁和电（模型）
地球上的陆地资源（恒定和变化）天气和气候（恒定和变化）
人体系统（系统）
5
植物（系统）种群和生态系统（系统）
能量、做功和机械（系统）
光和声（模型）
太阳系和星空（规模）固态的地球（恒定和变化）
运动和控制（系统）
6
细胞和微生物（模型）生命的延续（恒定和变化）
特质的性质（规模）
力和运动（规模）
变化的地球（模型）海洋（系统）
生长和健康（系统）
（三）以探究过程为核心
由于《标准》倡导以探究为核心，美国相继出版多套以探究为核心的科学教材。
这些教材的每个模块是一个相对完整的科学探究过程，需要较长的教学时间，因而这些教材结构一般比较简练，以达到“精心选择内容，并将内容放在探究导向的课程中”的目的。
《BSCS科学——教与概念和技能相关的活动》（TRACS）［14］K～5教材（表2略）和《为了孩子的科学与技术》（STC）［15］1～6年级教材的单元结构都是以探究的顺序为核心［16］。
TRACS每个模块的探究顺序遵循5E教学模式，即引入（engage）、探索（explore）、解释（explain）、详细描述（elaborate）、评价（evaluate）。
引入：
为教师提供机会发现学生已有的经验和对要学知识的认识程度。
探索：
提供很多经验，让学生在活动中进行比较。
解释：
学习运用正规的语言、科学术语和内容信息来表达，与原有经验相联系，建构新的经验。
详细描述：
学生在新的条件下应用或扩展新的概念，将新的概念整合到已有的概念中去。
评价：
评价学生达到的水平。
是对学生新学知识的一个总结性评价，在学习过程中的每一步都应该有评价。
STC教材的教学的模式与上面相似，主要教学步骤为：
焦点，澄清学生对教学主题已有的知识；探究，使学生对客观事物、生物和科学现象进行积极的调查研究；反馈，鼓励学生讨论他们的观察结果，调整他们的观点；应用，帮助学生在新的情况下讨论应用他们的新观点。
STC教材各个单元的实验材料与单元内容紧密配套。
如植物生长发育单元的实验材料中有快速生长植物——油菜种子，传粉用的干蜜蜂标本等。
快速生长植物的生长期只要40天，适合为时近两个月的单元教学。
三、改革的师范教育是培养新的小学科学教师和科学教师进修的重要保障
科学《标准》指出：
“高等教育方面，教授需要在采用示范科学教学法和科学课程实践方面起带头作用，要想让未来教师今后在中小学怎么讲授科学，在大学里就应怎么教他们。
”［17］因而在培养新科学教师的美国各大学的教育学院，小学科学教学论的教授们普遍采用探究式的、开放的教学方法。
教学活动形式多种多样，有小组讨论、学习提问、课前简短汇报、小组动手做研究、演讲和专家讲座、写教学计划、教学实习、采访科学家和工程师、教材阅读、使用计算机、文件包设计和编辑、反馈和评价等。
学生的学习形式多以小组学习为主。
师范生亲历的活动都可以迁移到自己以后的实际教学中，并且在亲历活动的过程中，经过反思和教授的指导，能悟到所学教学理论的实质，有利于将这些教学理论真正用于实际教学。
有一个教授要求学生整个一个学期持续观察月相变化，并能随时说出月球相对地球的位置和角度。
学生必须坚持观察，并且读书或上网查寻天文方面的有些资料，明白日、月、地球三者之间的相互关系。
如果学生能坚持观察了，就会在以后的教学中设计可行的方案和理解学生遇到的困难。
过程评价和终结评价也是教学中必用的手段。
除期中考试和期末考试外，一些作业和实习成绩都记录下来。
一位教授在期末还要求学生交一份电子文件包，就是将所有作业汇总的磁盘。
学业成绩属于综合测评的成绩。
期中考试和期末考试就是我们很熟悉的卷面笔试。
学期过程中的各种评价可以称之为现实评价，就是评价的内容和方式要在真实的情境中进行，是行为评价的另一种解释。
现在美国很提倡这种评价，认为这种评价真实、可信，最能评价出学生学习的真实效果。
有的地方的教育学院允许科学教材编者到学校培训师范生，并且算一个学分。
如STC教材就在大学中开设培训班，介绍教材所依据的新理念，在教材的各个单元中如何实现科学态度、科学知识与科学探究能力的培养，以及如何在探究教学的过程中实现教学评价的作用。
美国的科学教育非常重视与其他学科的联系，在师范教育中，也要求学生了解多种学科的教学内容与方法。
如小学社会教学论与小学科学教学论就是两个关系非常紧密的课，两门课的安排和教学实习常互相协调。
教学策略课等师范生必修课，由各个专业的学生一起上，其中有一些试教活动，使各个方向的学生有机会一起研究。
《标准》中指出“科学教育要人人平等，使不同性别、不同种族、残疾学生获得科学教育的机会，满足特殊学生、超常学生的需要。
”［18］这里的教育平等并不是单纯的每个人获得的教育机会都一样，而是科学教育要满足每个学生的潜力需要。
这符合加德纳（1997）的多元智力理论，他认为人们在八种智能上各有不同：
逻辑—数学、语言、音乐、空间、肢体运动、人际交往、个人头脑、自然智能。
［19］对孩子的教育来说，可以发现其强项，帮助他或她的弱项。
美国有的教育学院有超常学生研究中心。
为超常学生提供帮助和进行教师创造性教学能力的职业培训。
美国的教育学院安排了很多研究生课程，传播更多更新的教育理念。
学生大多是在职教师，为了方便他们的学习，许多课程都是安排在晚上和暑假，有的课是网上开设的课，学生可以在家中学习。
小学科学教师可以通过学习研究生课程得到提高。
四、公共教学资源对小学科学教育提供了大力支持
美国对图书馆、博物馆以及网络等公共教育资源的积累非常重视，到处都有公共图书馆和各种名目的博物馆，从网络上还可以查看各种各样的教育信息，这样形成了颇具规模的支持教育的社会支持系统。
有利于教师开展丰富的教学活动，也有利于学生开阔眼界，增长更多的知识。
1999年，美国就有122347家图书馆，其中公共图书馆就有9046家。
图书馆是免费的，一般居民都可以申办一个借书卡。
图书馆不论大小，从幼儿读物到成年书籍、从文学到科学都有。
据调查，有三分之二的成年人使用公共图书馆，大部分家长都会带孩子到图书馆借阅书籍、上网、借录像带及光盘等。
［20］
美国每个州都有很多各种名目的博物馆，有很多是科学博物馆。
他们积极支持学校教学，时常开展教育服务活动，一些科普活动专门面向科学教师，教师应该比学生更了解博物馆里有什么，了解最新的科技动态，所以很有必要参加这些活动。
各种科学博物馆常有学校带着小学生来上课，并且特约在这里工作的科学家讲课。
如纽约的美国国家自然历史博物馆是美国最大的自然历史博物馆，每一层都有很多展室，有各地动物、植物、矿石、地球、宇宙、人类发展史、化石、恐龙等20多个展室，还有两个另需要买票看的电影：
寻找宇宙中的生命和蝴蝶的生命史。
每个展馆里有大屏幕的电视、电脑等，恐龙馆还有免费的大屏幕电影，要坐下来一一地听、一一地看，需要很多天的时间。
学生如果用一个假期的时间专门到这个博物馆学习，假期结束，就能成为小小的博物学家了。
美国首都华盛顿的博物馆是最多的。
这个城市的中心地带除了政府机构外，就是几届总统的纪念堂和博物馆，这些博物馆都是免费的，与科学有关的有航空航天博物馆、自然历史博物馆、植物园等。
航空航天博物馆介绍了航天史上的里程碑、飞机的发展史、航天史、现代的航天技术、航空航天的未来等。
美国的网络信息很丰富，还定期出版类似电话号码本的网址簿。
其中的教育网、科普网也占有相当比例。
这些网络有各州的教育网、科学博物馆网、大学网、教材网、科普网等，在网上几乎能查到每个州的各科课程标准的详细内容、各种与科学教学相关的内容包括图片、动画以及新颖的教案等。
教师上课，常常从网上找一些资料、课件。
适应网络发展的需要，各种新版的教科书中提供了许多有关网站，在大学的教材中也一样。
《教孩子学科学》一书中每一章之后就介绍一些有与本章内容有关的网站。
此书的第八章还专门讲了网络科学探索策略，将从庞大的网络信息中收集资料的过程也作为一个探究过程。
［21］
美国的《标准》《基准》等中的最新的科学教育理念深入人心，在它们的影响下，小学科学教育正进行着大规模的改革。
教学过程中将科学知识融入到科学探究的过程中，注重培养学生的科学探究能力，在小学科学教学中还将统一的科学概念作为整体考虑，培养学生的思维能力，有助于增强学生对科学的理解。
小学科学教育得到来自科学家、师范院校、美国科学教师协会以及整个社会的支持，在交流、培训、图书资源、网络资源等多方面得到保障。
这些都是值得我国小学科学教育学习和借鉴的，我国的小学科学教育需要转变教师的观念，在教材中将科学探究、科学统一概念与科学知识很好地融合起来。
小学科学教育还需要大量的教学资源，并得到来自社会的大力支持。
注：
［1］［17］［18］美国国家研究理事会.美国国家科学教育标准.北京：
中国科学技术出版社.
［2］Lawrence,F.Lowery.PathwaystotheScienceStandards—ElementarySchoolEdition.Arlington:
NSTAPress,2000.
［3］［11］ArhurA.Carin&JoelE.Bass.TeachingScienceasInquiry,NinthEdition.MerrillPrentice-Hall,Inc.2001.
［4］［19］［21］JosephAbruscato.TeachingChildrenScience,FifthEdition.Boston:
Allyn&Bacon.2000.
［5］KentuckyDepartmentofEducation.Kentucky'sLearningGoalsandAcademicExpectation.1999.
［6］KentuckyDepartmentofEducation.CoreContentForScienceAssessment,Version3.0,1999.
［7］美国科学促进协会.科学素养的基准［M］.中国科学技术协会译.北京：
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［8］ScienceDiscoveryWorks（1—6），SilverBurdettGinn.1996.
［9］RichardJ.Rezba&ConstanceS.Etc.LearningandAssessingScienceProcessSkills,ThirdEdition.Arlington:
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［10］GlenAikenhead.TheIntegrationofSTSintoScienceEducation,TheoryIntoPractice,VolumeXXXINumber1,1992.
［12］ScienceResearchAssociateRealScience（1—6）McGraw-Hill2000.
［13］Newport,J.F.ElementaryScienceTexts:
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［14］TeachingRelevantActivitiesforConceptsandSkills（1—5）.Kendall/Hunt,1997.
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［16］张军霞.美国小学〈为了孩子的科学和技术〉教材介绍［J］.小学自然教学.2001，（5-6）.
［20］PublicLibrariesintheUnitedState:
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（张军霞）版权所有：
人民教育出版社
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