美国科学教育中培养学生科学素养的课堂教学策略

1、美国科学教育中培养学生科学素养的课堂教学策略 摘 要 教师在课堂教学中采取合理的教学策略是培养学生科学素养的有效措施。美国教师培养学生科学素养的课堂教学策略主要有: 主体性教学策略; 探究性教学策略; 合作学习教学策略;创设真实情境的教学策略; 教学评价策略。 1996 年出版的美国国家科学教育标准将培养学生的科学素养列为重要的科学课程目标, 主要包括: 科学概念、科学研究的方法论、科学伦理、科学与人文、科学与社会、科学与技术等1(p.28)。我国目前实施的将培养学生素养作为重要内容的新课程的三个目标领域与美国的科学素养内容是相对应的, 其中科学素养的内容包括知识与技能; 过程与方法; 情感、

2、态度与价值观。培养学生科学素养的主要途径在于课堂教学, 而课堂教学的效果与教师的教育教学理念及应用理念所采取的课堂教学策略密切相关。 美国在培养学生科学素养方面所取得的成绩在国际上是有目共睹的, 因此值得我们研究和借鉴, 本文仅就其课堂教学策略加以介绍。 一、主体性教学策略 主体性教学策略是指以学生为学习主体、以促进学生全面发展为目的的教学策略。要成为有科学素养的人, 学生首先应该是一个学习的主人, 处在积极的学习过程之中, 有丰富的情感、主动地思维和积极的行动。任何有效的学习都是在学生积极主动参与的条件下发生的, 只有当学生积极参与到教学活动中, 其主体性才能得到充分发挥, 才能调动认知、情

3、感、意志等多方面的能力进行知识的主动建构,才能有效地获得科学知识、方法、情感态度和价值观。因此, 教师在设计教学策略时要从学生出发, 把学生当成充满生命活力的、有着丰富情感的人,关注他们在学习中的感受, 尊重学生的个性和差异。 一位美国小学教师曾经来我国访问, 这位教师不会说一句汉语, 学生也听不懂英语, 但是这位教师却上了一堂成功的课。他将学生分成 4 人一组,为每组学生准备了蜗牛及其他相关材料, 然后用肢体语言演示并指导学生探究了蜗牛的食性和蜗牛生活的适宜温度。一节课老师没有“说”一句话,同学们却愉快地在主动参与的探究活动中明白了蜗牛生活需要的温度和蜗牛所吃的食物。由此案例我们可以发现,主

4、体性教学策略的实施包括以下几点。 1.创设使学生主动参与的情境。学习科学是学生自己参与, 而不是向学生灌输知识的过程,教师必须引导学生参与以探究活动为中心的学习过程。首先,凡是引起学生惊奇、疑惑和兴趣的情境都能够吸引学生的主动参与。案例中的教师利用学生感兴趣的蜗牛等材料和特殊的呈现方式吸引了学生的主动参与。教师还可以创设问题情境来吸引学生。同时,只有在民主和谐、宽松宽容的情境中, 学生才能放心大胆、无拘无束地进行思维和行动, 并产生出创造的欲望。教师应精心营造使学生主动参与的氛围,融洽师生的感情, 鼓励学生大胆提出问题, 亲自动手操作,敢于质疑、猜想, 敢于发表自己独特的见解。同时,教师也要用

5、自己对科学的情感、态度与信念潜移默化地影响学生。美国的教师特别注重鼓励学生提出各种各样的问题,老师喜欢会问问题、喜欢发问和发表见解的学生, 喜欢有创意、有创见的学生。如果学生提出的问题老师都回答不了, 他会认为自己的教学很成功,学生则会认为自己很了不起。 2.提供学生活动的时间和空间。学生积极参与学习活动、探究活动、合作交往活动是其主体性充分发挥的体现。教师在呈现知识内容时,要为学生敞开意义建构的空间, 应以更高的要求重组并呈现教学内容, 尽可能减少自己的讲解和指导。当案例中的美国老师提出上课时, 校长很为难,原因是美国老师不会说一句汉语, 可见在我们的观念中, 老师不“讲”, 课就无法上,

6、实在是过于重视教师的“讲”。同时, 教师在组织学习活动时,要为学生提供更多参与、交往、合作的机会。案例中的美国教师没有“说”一句话, 也没有事先告诉学生实验的结果会怎样,但他却给了学生充分的观察、思考和动手实验的机会。 3.创造成功的情境, 使学生学会参与。学生能够取得成功是他们产生和维持学习动机的一个重要因素, 而教师的帮助和引导是学生获得成功的保障。为此,教师应激发学生参与教学的动机, 指导学生参与的方法, 为学生提供必要的帮助。 二、探究性教学策略 探究性教学策略是指学生在老师的帮助下, 选择有关的科学探究问题, 通过对问题的探索研究, 获得蕴含在问题中的事物的本质及关于现象间规律性联系

7、的知识,培养学生探索问题的精神, 发展学生的智力能力,特别是抽象逻辑思维能力2(p.79)。杜威的“做中学”和布鲁纳的“发现学习”理论是探究性学习的重要理论基础。杜威认为, 知识离不开活动,包括身体和心理的活动。最好的教学方法就是让儿童自己用思想做试验, 自己在活动中直接接触各种事实, 这样才能在心灵上获得深刻的印象,从而取得有用的经验3。布鲁纳的“发现学习”理论认为, 学校教学最重要的目的是帮助每一个学生获得最好的智力发展, 因此更重要的是获得知识的过程,是学生是否进行充分的智力活动, 是否有自己的探索。于是, 他大力倡导发现学习, 以达到不仅向学生传授学科结构的知识,而且培养学生探究问题的

8、精神、独立解决问题和预见未知的能力4。 在美国的课堂教学中, 科学探究是学生获得科学素养的最佳途径。在探究过程中, 学生要亲自去做,是一个能动的人。学生要描述事物、提出问题、阐明解释、验证这些解释并与别人交流自己的观点, 因此通过探究,学生在理解知识、建构知识体系、运用知识解决问题等方面有很大收获。在能力方面, 将获得探究的方法, 学会清晰地表达与交流,建立起批判的、逻辑的思维技能, 将体验并领悟其中蕴含的情感、态度和价值观。探究性教学的实质是围绕问题而进行的一系列教学活动,学习方式主要有观察、实验、调查、分析资料等, 具体内涵如下2(pp.78- 81)。 1.创设问题情境, 引导学生发现问

9、题、提出问题。问题情境主要指富有启发性、思考性、探索性和创造性的问题。探究活动始于一个真正的、有价值的问题,对此, 学生没有现成的答案。教师首先应将内容设置在学生感兴趣或熟悉的问题情境中, 使学生感到好奇, 感到迷惑, 引发认知冲突,进而提出要解决的问题。一般可以利用自然现象、生产生活实际、学生自身实际、案例分析、故事等来创设问题情境。 2.指导和帮助学生解决问题。有了值得探究的问题只是探究活动的开始, 接下来教师需要帮助学生把问题分解为若干疑点,并启发引导学生提出解决问题的相关假设; 指导学生通过有效方法收集、筛选、辨别有关证据, 发展解决问题的依据; 指导学生审查、核实材料, 得出结论;验

10、证假设, 补充、修改结论。教师要重视学生探求知识、解决问题的过程, 并始终将自己作为学生探究活动的参与者和合作者。在学生的探究出现问题或困难时,教师要做的是进行澄清而不是直接传授, 是引导而不是指挥,是推动学生努力去做而不是将自己的方法教给学生。针对所探究问题的复杂性和学生的实际水平的不同, 教师指导的程度和指导的量也有所不同。如小学的科学课中,教师以启发、引导、组织活动为主, 指导的量比较少, 而在中学的理科课程中, 教师指导的量相对要多一些, 但探究的性质并没有因此而改变。 3.组织学生总结、交流、评价、反思。探究活动的最后阶段要组织学生撰写总结报告,并进行交流、评价、反思。教师应培养学生

11、通过文字描述、数字表格、示意图等方式完成报告。组织各种形式的活动让学生交流探究的过程和结果,如课堂讨论、小型报告会、墙报、展板、制作网页等。完成交流后还应进行个人反思及组内、组间、生生、师生间的评价,分析成功的原因并找出不足之处。对于成功之处, 进一步探讨是否还有更好或更简洁的探究方法; 对于不足之处,探索改进的可能性及对策。最后,教师还要与学生一起小结, 梳理、补充知识, 使之系统化。 三、合作学习教学策略 合作学习教学策略是以学习小组为教学活动的基本单位, 通过小组内成员的分工协作去达成小组共同目标,并以小组活动的整体效果为教学评价的主要指标的教学策略2(p.81)。维果茨基认为, 在儿童

12、的现实发展水平和潜在发展水平之间存在一个被称为最近发展区的区域。这个区域的发展,必须在受到诸如教师、父母、或者发展超前的同伴的社会影响之时方能实现。面对比较复杂的实际问题情境, 小组内部就需要相互合作,共同解决所遇到的问题,同学之间互相在其最近发展区内操作, 对学生智力的成长具有重大意义5。合作学习方式是培养学生科学素养的重要途径之一。合作学习能促使学生更有效地参与到学习活动之中, 能够高效地学习和建构知识, 并在共同建构知识的过程中,促进智力的成长。在合作学习中共同完成复杂的学习任务, 减轻了学习的难度, 并能够发挥个体的优势,有助于对所面临的复杂任务产生持续的研究兴趣。同时能锻炼与人共事的

13、能力, 学会合作与竞争, 有利于培养合作精神和责任感。 美国高中生物学课程“光合作用”科学史的一个重要目标是“说明科学界对光合作用的认识是如何随着时间的推移不断变化的”。师生先以集体学习的形式完成了一部分内容,余下的内容由学生们带着自己设计的问题以小组合作学习的形式来完成。教师把学生分成 5人一组进行工作。每个小组要选择、准备某一特定历史时期中光合作用概念的简要介绍。每个小组成员经过两天的资料收集之后,共同确定或推断出每个时期的发现。他们要找出新技术等有关因素, 以及各个研究项目的经费来源、研究人员的个人兴趣、机会和运气,以及指导研究的已有理论等因素。最后, 每个小组要与大家分享他们发现的模式

14、以及他们是如何得出结论的1(pp.246- 248)。 1.学习小组是合作学习活动的基本单位。学习小组是合作学习的基本单位, 建立学习小组的关键是各学习小组之间在整体学习能力上相当,从而使以小组整体活动效果为主要评价指标的合作学习教学评价成为可能。内部成员之间在学习能力、知识水平等方面存在一定的层次结构,以便小组成员之间具有学习上的互补性。 2.小组合作要有明确的目标和适宜的内容。小组合作的目标是凝聚组内成员的力量, 是推动小组成员积极活动的动力, 也为小组成员的活动指明了方向,具有凝聚、定向、规范的功能。在内容的选择上,应注意内容的特点是否适合合作学习, 难度是否适宜, 内容过于简单或过难一

15、般都不适于合作学习。 3.分工协作是合作学习的基本活动形式。分工应建立在对共同目标的合理分解上, 其难易程度应与承担相应目标的小组成员的能力水平相适应。适当的分工既有利于培养学生对小组共同目标的责任感,也有利于学生通过努力实现自己所承担的部分进而体验成功的快乐。协作是分工基础上的协作,是对目标最终进行整合的过程。协作学习有利于培养学生现代社会所必须具有的团队精神。小组成员的分工协作使得每个学习者的思维成果都能为整个群体所共享,如此完善对事物的理解, 从而达到意义建构的目的, 有利于小组成员各自的认知发展。有效的分工协作不仅仅只有目标的分解和任务的分配,还要有目标分解、任务分配之后的整合。 4.

16、小组合作活动的评价。整体活动结果展示给老师和全班同学的过程。对小组活动的评价是以小组活动的整体效果、小组完成的共同目标为取向的,而不是评价小组内每个人所完成的部分目标。这种教学评价不仅基于学习小组是建立在一定共同目标之上的学习集体,同时也是增强学习小组凝聚力、通过合作学习培养学生合作性竞争意识、培养团队精神的需要。 四、创设真实情境的教学策略 创设真实情境的教学策略是指将书本中的知识还原到真实的情境中, 创设与学习内容相融合的真实学习情境, 让学生在身临其境中学会知识, 获得能力,学会在体验中认识世界, 丰富人生的经历5。真实的情境是学生获得科学素养必不可少的条件。首先, 真实的情境能够使抽象

17、的知识具体化,帮助学生真正理解知识, 明确在什么情况下运用知识;其次能够化枯燥为生动, 从而激发学生的学习兴趣;第三, 能够使学生关注生活, 对生活充满好奇,并善于从日常生活中发现问题、提出问题, 关注科学技术与社会之间的关系, 用科学技术充实自己的观点,进行价值判断。从皮亚杰儿童智力发展的阶段特点来看, 处在具体运演阶段的儿童必须在真实的情境中学习。皮亚杰指出, 好的教学必须把学生置于现实的情境中,让他们对事实进行尝试, 以观察它到底发生了什么, 对事物及符号进行亲自操作、提出问题并寻找答案,且学会核查某一次实验与另一次完全相同的实验所发现的结果之间的关系, 能比较他自己的发现与别人的发现之

18、间的异同6。 在纽约布朗克斯(bronx)高级中学高一年级的一节生物学课“植物果实中糖的转化”上, 教师将日常生活常见的现象引入课题: 随着时间的延长,香蕉会发生什么变化? 然后从讲台上拿起两个不同颜色的香蕉, 一个是黄里带青, 另一个是黄褐色,请学生回答问题。学生根据自己的观察和已有的经验说出香蕉会颜色变深、质地变软、味道变甜等。教师问“:香蕉为什么会变甜? ”学生讨论、提出各种可能性后,教师再解释原因, 即淀粉变成葡萄糖, 且用实验的方法验证, 最后学生把香蕉吃掉7。由案例可以总结出创设真实情境的教学策略的实施包括以下几点。 1. 联系学生的生活实际。教学只有联系学生真实、鲜活的生活实际,

19、 才能真正激发学生学习的热情与兴趣, 使学生认识到科学与生活是紧密联系的,也有利于培养学生从生活中发现问题和运用知识解决问题的能力,有利于理解新知识并将新知识纳入到已有的知识结构之中。案例中为使抽象的道理淀粉如何变成葡萄糖感性化、具体化, 而从学生熟悉的香蕉入手,使学生感到亲切、真实, 感到生活中处处有科学。 2.提供观察、实验、考察、调查等实践机会。为学生提供这些机会, 会使课本中抽象的知识具体化、感性化, 实现化难为易、化枯燥为生动,并在实践活动中获得能力和体验。除了案例中的以外, 教师还可以为学生提供实物、模型、图片、录像等进行观察; 组织学生到大自然中观察各种自然现象,观察物质之间的相

20、互关系及物质所处的环境, 体验自然界的丰富多彩; 在实验室中组织学生亲手实验等。在美国, 学生学习自然科学会得到社会的支持,有很多博物馆、科技馆、图书馆、公园等免费向学生开放, 学生们可以在这些公共场所中学习科学史, 了解现代科学技术,进行实验操作。学校教师也为学生创造条件, 引导学生开展研究, 给予学生较多的动手实验的机会,培养学生的探究能力。 3.提供与所学知识相关的历史背景。将科学知识置于社会和历史背景之中, 可以使学生在更大的背景中理解知识, 建立更广泛的知识结构,了解知识在发生发展过程中科学家的思维方式和价值取向, 体会科学知识在人类发展史中的价值与作用。在美国非常重视科学史教育,

21、通过学习,学生们会逐渐认识到, 科学理论并不是突然出现或者是一次到位的。每个新概念都反应了发现者的个人背景、时间和地点的特征。在科学史教学中,教师不应仅满足于学生有能力描述、解释科学概念的历史和现状,还应重视学生预测未来的能力。科学史教育对学生价值观、情感态度、科学方法的形成、科学知识的建构都具有不可替代的作用。 五、教学评价策略 教学评价策略是指教师为促进学生科学素养的形成和发展在课堂教学中采取的评价手段。作为课堂教学中的评价,其本身就是教学活动的组成部分,具有教学的功能。通过评价活动促进学生主体能动性的充分发挥, 使学生积极参与到教学活动之中,明确并保证教学活动的方向及效果。 美国某小学三

22、年级上“蚯蚓”课。教师拿一盒活蚯蚓分发给学生, 蚯蚓到处乱爬, 于是学生满教室抓蚯蚓。教师让学生观察蚯蚓,并组织讨论。一个孩子说“:我看见蚯蚓没有脚, 可是能爬。”教师说“:好。”一个孩子说:“那不是爬,是蠕动。”教师说“:你说得更好。”一个孩子说“:我发现蚯蚓身上是一环一环的。”教师说:“你观察得很细致。”一个孩子说“:我尝了尝,蚯蚓是咸的。”教师说:“我不如你, 你很勇敢。”一个孩子说:“我拴一根线, 把蚯蚓吞了下去, 又拉出来, 我发现它还活着,说明它生命力很强。”教师站了起来, 严肃地说“:你真了不起, 我应该向你学习勇于为科学献身的精神。”由案例总结出教学评价策略的实施要注意以下几点

23、。待添加的隐藏文字内容2 1.全面评价。科学素养包含多个方面的内容, 是综合性的。因此,评价学生的科学素养应从整体出发。案例中的教师对学生的知识、能力和情感态度价值观等方面都作了评价。在科学知识方面,应注重评价学生对科学知识的理解和应用; 在科学方法和技能方面, 应注重评价学生发现问题的能力, 注重评价学生获取、分析、评估信息的能力,注重思维方法的多样性、创新性, 注重观察、实验等获得经验性材料的方法及技能的准确性、灵活性, 注意方法和技能运用得是否恰当;在情感、态度、价值观的评价内容上, 要注重学生参与活动的主动性, 实事求是的态度, 合作精神、创新精神、好奇心等。 2.注重对过程的评价。具

24、体指注重评价学生的认知过程、探究过程、合作交往的过程。将学生在学习过程中的活动表现及取得的成果作为评价的对象,评价学生的参与、观察、实验、讨论、调查、解决问题等活动的质量和行为表现,以及在活动中表现出来的兴趣、好奇心、投入程度、合作态度、意志力、探索精神、探究能力等,尤其是学生在活动中表现出来的独特思维方式和解决问题所采取的特殊手段。通过评价来引导和促进学生积极参与教学的全过程, 在过程中获得情感态度,获得并运用学习和科学研究的方法, 建构起牢固的知识体系。 3.激励性评价。激励性评价是以支持、激励学生为主, 充分发挥教学评价的激励功能, 使学生朝着正确的方向前进。对于学生做得对、做得好的地方,特别是有所创新之处应予以及时的肯定、表扬和鼓励,对于学生的错误