科学教育的若干国际进展.ppt
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1、科学教育的若干国际进展,刘洁民北京师范大学数学科学学院,摘 要,一、对两个关键词的表述和理解二、美国的若干进展三、加拿大的情况四、欧洲的情况五、国际学生评价项目(PISA)六、启示和思考,一、对两个关键词的表述和理解,1.科学素养2.科学探究,1.科学素养,面向全体美国人的科学:科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学等许多方面。应理解科学核心概念和原理;熟悉自然界,认识自然界的多样性和统一性;能够按个人和社会目的运用科学知识和科学的思维方法。,科学素养,美国国家科学教育标准:由于对自然界有所了解和认识而产生充实感和兴奋感;在进行个人决策之时恰当地运用科学的方法和原理;理智地参与那些就与科学
2、技术有关的各种问题举行的公众对话和辩论;在自己的本职工作中运用一个具有良好科学素养的人所应有的知识、认识和各种技能,因而能提高自己的经济生产效率。,科学素养,瑞典(2001)美国伊利诺州(2002)澳大利亚新南威尔士州(2002)英国(2006),科学素养,四个国家(地区)的科学课程标准都提出了对学生科学素养的要求,包括科学知识、观念和态度,科学探究过程、方法和技能,科学本质,科技与个人、社会和自然环境的联系等方面内容,而且都有具体明确的表述。但不同国家科学素养涉及的维度和表述方式等方面都有一定差异。,科学素养,例如,英国的课程标准分为三个方面:促进学生精神、道德、社会和文化诸方面的发展;促进
3、学生交流、应用数据、信息技术、合作、完善自我、问题解决等关键技能的发展;促进学生的思维技能、创新技能、与工作相关的技能和可持续发展教育等。,科学素养,瑞典的课程标准分为以下三个方面:关注自然和人类;关注科学活动;关注知识的应用。,科学素养,中国科学教育界的一个通用表述:科学素养包含多方面的内容,一般指了解必要的科学技术知识,掌握基本的科学方法,树立科学思想,崇尚科学精神,并具备一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。,2.科学探究,瑞典(2001)美国伊利诺州(2002)澳大利亚新南威尔士州(2002)英国(2006),科学探究,除了瑞典,其余几个国家的科学课程标准对科学探究的要求都包
4、含以下要素:提出假设、构思有假设的科学探究、进行问题探究(包括观察、测量、收集数据等)、解释描述结果分析(包括对收集数据和观察结果的评估)、报告,展示探究的过程和发现并做辩论。,科学探究,不同国家对科学探究能力的要求不同,表述的详细程度也有很大差异。,科学探究,英国强调从科学的观点到探究的技巧两方面来提高学生进行科学探究的能力;,科学探究,探究技能:应该教给学生制定计划:利用科学知识和理解力把思想转变成能够探究的形式,并选择适当的探究方式。决定是利用第一手的证据还是从间接资源中获取证据。进行预备工作并作出适当预测。考虑收集证据时必须被考虑的关键因素,并教给学生在变量不能被很好控制的情况下如何收
5、集证据。决定收集数据的程度和范围,用的技术、设备和材料。,科学探究,获取和提供证据:用适当的设备和材料并采取行动控制对自己和他人的危险。观察和测量,包括利用ICT做数据记录和作适当的预测。做充分的适当的相关观察和测量,以减少错误,获得可靠的证据。利用多种方法,包括:图示、表格、图表、图像和ICT来表示和交流定性的和定量的数据。,科学探究,分析证据:利用图示、表格、图表、图像包括适当的线来确定和描述数据中的图案和相互关系。利用观察、测量资料和其他资料来得出结论。决定这些结论支持预测的程度或作进一步预测的程度。利用科学知识和理解力来解释说明观察资料、测量资料或其它数据和结论。,科学探究,评估:思考
6、观察和测量中的异常现象,并试着解释这些现象。思考证据是否充分支持结论和解释。对改善方法应用提出建议。,科学探究,美国则注重科学探究的整体过程,让学生了解怎样进行科学探究,如何根据问题提出假设和检验假设,如何在探究过程中运用概念、原理和技术设计,并要求学生在学习各部分知识内容的过程中理解科学实践;,科学探究,澳大利亚对学生提出进行科学探究的一般要求,未涉及具体细节。,二、美国的若干进展,1.修订科学教师教育标准(2003)2.把科学带到学校:幼儿园8年级科学的学习和教授(2006)3.卡内基普林斯顿高等研究中心高级研究委员会报告:教育机会:改革公民数学和科学教育与全球经济(2009)4.新的科学
7、教育概念框架(2010)。,1.修订科学教师教育标准(2003),修订后标准分为10个组成部分:内容。要求科学教师理解当代科学知识和科学实践,并能够将它们连接成为整体。他们能够将重要的概念、思想和实际应用联系起来,并能够对其做出解释和进行科学调查。科学本质。要求科学教师指导学生有效地进行科学史、科学哲学和科学实践的学习,帮助学生区别科学与非科学,理解科学作为人类努力的演化和实践,并批判地分析科学名义下的言行。,修订科学教师教育标准(2003),探究。要求科学教师使学生学习各种科学探究方法,并通过科学探究进行积极学习。教师鼓励学生个人探究和合作探究,以便观察、提问、设计探究过程和收集及解释数据,
8、使学生建立概念和从经验性的经历中建立联系。问题。科学教师应该认识到“公民必须有能力对与当代社会利益攸关的科学和技术问题作出决策并采取行动”。教师应指导学生对这些问题进行调查并根据他们的目标和价值取向评价行动和结果的可能性。,修订科学教师教育标准(2003),一般教学技能。要求科学教师创造多样化的学习共同体,使学习者通过自身的科学经历建构意义,使他们拥有未来探索和学习的素质。科学教师应利用并能调整各种课堂准备、分组、活动、策略和一套方法,并证明其合理而有效。课程。要求科学教师设计并实施积极、一贯而有效的课程,与国家科学教育标准的目标和推荐内容保持一致,并有效地将当代实践和资源整合进他们的设计和教
9、学中。,修订科学教师教育标准(2003),社区科学。该部分要求科学教师将所教学科与地方和区域内的社区相联系,并在教学中利用社区资源。教师应积极引导学生从事与科学相关的研究或者从事与当地重要问题相关的活动。评价。即科学教师能建构和使用有效的评价策略,从而判断学习者的背景和学业成就,并促进他们的智力和社会化发展。教师能公正和平等地评价学生,并且要求学生参与形成性的自我评价。,修订科学教师教育标准(2003),安全与福利。要求科学教师组织安全而又有效的学习环境,以便于促进学生学习成功和改善生存环境。要求他们掌握安全知识和提高安全意识,并关注课堂中和田野里适用的一切生物的生存福祉。专业成长。科学教师要
10、不断努力实现个人和专业的成长及转变,以满足学生、学校、社区和职业的多样化需求。科学教师拥有自身成长和不断进步的理想和素质。,2.把科学带到学校:幼儿园8年级科学的学习和教授(2006),2006年,美国国家研究理事会下设的科学教育委员会(BOSE)公布了一份题为把科学带到学校:幼儿园8年级科学的学习和教授(Taking Science to School:Learning and Teaching Science in Grades K-8)的研究报告,借鉴从神经科学的课堂观察的大量的工作,论述了下列问题:,把科学带到学校(2006),孩子从什么时候开始学习科学?科学对孩子来说意味着什么?孩子
11、们是怎样学到科学的,又是如何做科学的?在孩子的科学概念的发展中,有没有关键的阶段作为目标?课外学习对科学知识的学习起到什么作用?如何利用孩子自然的好奇心进行科学教育?书籍,讲座,和动手学习在科学学习中最主要的任务是什么?怎样教会老师教授科学的方法?书中还对我们已经了解的以及怎样了解儿童对科学的学习提供了详细的考察。该报告为指导科学教学和帮助学生学习科学提供了一个基本的依据。,3.卡内基普林斯顿高等研究中心高级研究委员会报告:教育机会:改革公民数学和科学教育与全球经济(2009),报告综合了以前美国各州有关教育的绝望呼吁,并对目前美国在数学和科学教育方面的弱势提出严重警告;报告提出数学和科学教育
12、应有更严格的内容、提高教学标准和评估水平、对教师进行更好的培训、建设创新能力更强的学校。,卡内基普林斯顿高等研究中心高级研究委员会报告,新报告呼吁:思考全球化、行动区域化,全民动员起来,协作努力,提高美国的数学和科学教育水平。报告认为,美国正处于一个紧迫却又充满了机会的时刻:应尽快减少国家现有教育成果与未来所需求的教育体制间的差异,“世界发生了戏剧性的变化,我们的学校也应该适应这种戏剧性的变化”。,卡内基普林斯顿高等研究中心高级研究委员会报告,报告提出三项建议:第一,建立国家统一的数学和科学标准并伴之以高质量的评估,标准内容的设置应该更少、更清晰、(质量要求)更高;第二,提高数学和科学的教学水
13、平,包括聘请教师、培育未来教师和管理国家优秀教师的方法;第三,重新设计学校和相关系统,实施卓越、平等的数学和科学教育。,4.新的科学教育概念框架(2010),在纽约卡耐基基金会的资助下,全美科学教育研究委员会(National Research Councils(NRC)Board on Science Education(BOSE))2010年开始领导和组织研究者设计新的科学教育概念框架,作为制定新一轮科学教育标准的基础。该项工作讨论了下列问题:,新的科学教育概念框架(2010),1为什么需要制定概念框架?科学影响着人们的日常生活决策,例如,吃什么,如何节能,怎样对待疾病等;公民需要对包含科
14、学的决策问题进行投票,美国经济的发展也需要提高学生的科学成绩。创新是美国竞争力和经济增长的关键,科学教育是培养创新人才的重要基础。,新的科学教育概念框架(2010),自从15年前美国颁布了国家科学教育标准以来,科学教育研究领域开展了大量关于科学教与学的研究,所取得的关于学生如何理解科学的大量研究成果应当反映到新框架和下一代科学教育标准中。积累了实施科学教育标准的经验,了解了将标准转化为课程、教学和评价的过程中面临的挑战。例如,目前普遍认为大多数课程和教材内容覆盖面太广但深度不够,新的概念框架要解决这个问题。,新的科学教育概念框架(2010),2什么是概念框架?概念框架将提供关于什么是熟知科学的
15、整体认识,它基于如下科学观:科学既是知识体系,同时是基于证据的、建构模型和理论的事业,科学知识在不断增长、完善和修正。它提供和解释核心观念、概念和实践之间的联系,确定科学中的核心观点和关键实践,用来指导开发一系列能使科学教学更深化的标准。重要的是,框架是以关于学生如何有效地学习科学的最新研究成果为指导的。,新的科学教育概念框架(2010),3什么是科学的核心观念?核心观念是指那些在科学中具有最强的解释功能的观念。确定核心观念有助于组织科学课程、教学和评价,使之聚焦于科学最重要的方面。框架还将说明学生如何随着年级增长投入对这些观念的学习。,新的科学教育概念框架(2010),4核心观念是如何确定的
16、?在确定过程中考虑哪些证据?委员会负责建立和使用一系列的标准来确定K-12科学水平的核心观念。工作小组包括生命科学、物质科学、地球和空间科学、工程和技术四个领域。依据现有的相关文件,如国家科学教育标准、科学素养基准、NAEP2009科学框架、“为大学成功学习的科学标准”,以及关于科学教与学的最新研究成果。,新的科学教育概念框架(2010),选择核心观念的标准:(1)在多个科学分支或工程学中具有重要意义,或者是可以组织某个学科内容的重要概念。(2)可以作为理解或探究更复杂的概念或解决问题的工具。(3)与学生的兴趣和生活经验相关,或者与需要科学或技术知识的社会和个人关心的问题相关。(4)教学可以跨
17、越不同年级,符合学生不断增长的能力和知识水平。,新的科学教育概念框架(2010),5概念框架的结构和主要内容2010年7月12日至8月2日,新概念框架初稿在网上公布,以征求公众的意见和建议。主要内容如下:(1)引言:一个新的概念框架整体一致的视角;框架的原理;框架的结构;对标准的启示,新的科学教育概念框架(2010),(2)为K-12科学和工程教育设计目标科学的要素;与工程的综合;K-12学生科学能力的分类;能力类别与框架(3)维度1:核心的学科观念生命科学中的核心观念;地球和空间科学中的核心观念;物质科学中的核心观念;工程和技术中的核心观念,新的科学教育概念框架(2010),(4)维度2:跨
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