科学教育的若干国际进展市公开课金奖市赛课一等奖课件

科学教育若干国际进展刘洁民北京师范大学数学科学学院jmliu@126.com第1页第1页摘要一、对两个关键词表述和理解二、美国若干进展三、加拿大情况四、欧洲情况五、国际学生评价项目（PISA）六、启示和思考第2页第2页一、对两个关键词表述和理解1.科学素养2.科学探究第3页第3页1.科学素养《面向全体美国人科学》：科学素养包括数学、技术、自然科学和社会科学等许多方面。应理解科学关键概念和原理；熟悉自然界，结识自然界多样性和统一性；能够按个人和社会目的利用科学知识和科学思维办法。第4页第4页科学素养《美国国家科学教育原则》：由于对自然界有所理解和结识而产生充实感和兴奋感；在进行个人决议之时恰当地利用科学办法和原理；理智地参与那些就与科学技术相关各种问题举办公众对话和辩论；在自己本职员作中利用一个含有良好科学素养人所应有知识、结识和各种技能，因而能提升自己经济生产效率。第5页第5页科学素养瑞典（）美国伊利诺州（）澳大利亚新南威尔士州（）英国（）第6页第6页科学素养四个国家（地域）科学课程标准都提出了对学生科学素养要求，包含科学知识、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、社会和自然环境联络等方面内容，而且都有详细明确表述。但不同国家科学素养包括维度和表述方式等方面都有一定差异。第7页第7页科学素养比如，英国课程原则分为三个方面：增进学生精神、道德、社会和文化诸方面发展；增进学生交流、应用数据、信息技术、合作、完善自我、问题处理等关键技能发展；增进学生思维技能、创新技能、与工作相关技能和可连续发展教育等。第8页第8页科学素养瑞典课程原则分为下列三个方面：关注自然和人类；关注科学活动；关注知识应用。第9页第9页科学素养中国科学教育界一个通用表述：科学素养包括多方面内容，普通指理解必要科学技术知识，掌握基本科学办法，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定应用它们处理实际问题、参与公共事务能力。第10页第10页2.科学探究瑞典（）美国伊利诺州（）澳大利亚新南威尔士州（）英国（）第11页第11页科学探究除了瑞典，其余几种国家科学课程原则对科学探究要求都包括下列要素：提出假设、构思有假设科学探究、进行问题探究（包括观测、测量、搜集数据等）、解释描述结果分析（包括对搜集数据和观测结果评估）、汇报，展示探究过程和发觉并做辩论。第12页第12页科学探究不同国家对科学探究能力要求不同，表述详细程度也有很大差异。第13页第13页科学探究英国强调从科学观点到探究技巧两方面来提升学生进行科学探究能力；第14页第14页科学探究探究技能：应当教给学生制定计划：利用科学知识和理解力把思想转变成能够探究形式，并选择适当探究方式。决定是利用第一手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。考虑搜集证据时必须被考虑关键原因，并教给学生在变量不能被较好控制情况下如何搜集证据。决定搜集数据程度和范围，用技术、设备和材料。第15页第15页科学探究获取和提供证据：用适当设备和材料并采用行动控制对自己和别人危险。观测和测量，包括利用ICT做数据统计和作适当预测。做充足适当相关观测和测量，以减少错误，取得可靠证据。利用各种办法，包括：图示、表格、图表、图像和ICT来表示和交流定性和定量数据。第16页第16页科学探究分析证据：利用图示、表格、图表、图像包括适当线来拟定和描述数据中图案和互相关系。利用观测、测量资料和其它资料来得出结论。决定这些结论支持预测程度或作进一步预测程度。利用科学知识和理解力来解释阐明观测资料、测量资料或其它数据和结论。第17页第17页科学探究评估：思考观测和测量中异常现象，并试着解释这些现象。思考证据是否充足支持结论和解释。对改进办法应用提出提议。第18页第18页科学探究美国则注重科学探究整体过程，让学生理解如何进行科学探究，如何依据问题提出假设和检查假设，如何在探究过程中利用概念、原理和技术设计，并要求学生在学习各部分知识内容过程中理解科学实践；第19页第19页科学探究澳大利亚对学生提出进行科学探究普通要求，未涉及详细细节。第20页第20页二、美国若干进展1.修订《科学教师教育原则》（）2.把科学带到学校：幼稚园—8年级科学学习和专家（）3.卡内基—普林斯顿高等研究中心高级研究委员会汇报：《教育机会：改革公民数学和科学教育与全球经济》（）4.新科学教育概念框架（）。第21页第21页1.修订《科学教师教育原则》（）修订后原则分为10个构成部分：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。他们能够将主要概念、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学习，帮助学生区别科学与非科学，理解科学作为人类努力演化和实践，并批判地分析科学名义下言行。第22页第22页修订《科学教师教育原则》（）探究。要求科学教师使学生学习各种科学探究办法，并通过科学探究进行积极学习。教师勉励学生个人探究和合作探究，以便观测、提问、设计探究过程和搜集及解释数据，使学生建立概念和从经验性经历中建立联系。问题。科学教师应当结识到“公民必须有能力对与当代社会利益攸关科学和技术问题作出决议并采用行动”。教师应指导学生对这些问题进行调查并依据他们目的和价值取向评价行动和结果也许性。第23页第23页修订《科学教师教育原则》（）普通教学技能。要求科学教师创造多样化学习共同体，使学习者通过本身科学经历建构意义，使他们拥有未来摸索和学习素质。科学教师应利用并能调整各种课堂准备、分组、活动、策略和一套办法，并证实其合理而有效。课程。要求科学教师设计并实行积极、一贯而有效课程，与《国家科学教育原则》目的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设计和教学中。第24页第24页修订《科学教师教育原则》（）小区科学。该部分要求科学教师将所教学科与地方和区域内小区相联系，并在教学中利用小区资源。教师应积极引导学生从事与科学相关研究或者从事与当地主要问题相关活动。评价。即科学教师能建构和使用有效评价策略，从而判断学习者背景和学业成就，并增进他们智力和社会化发展。教师能公正和平等地评价学生，并且要求学生参与形成性自我评价。第25页第25页修订《科学教师教育原则》（）安全与福利。要求科学教师组织安全而又有效学习环境，以便于增进学生学习成功和改进生存环境。要求他们掌握安全知识和提升安全意识，并关注课堂中和田野里合用一切生物生存福祉。专业成长。科学教师要不断努力实现个人和专业成长及转变，以满足学生、学校、小区和职业多样化需求。科学教师拥有本身成长和不断进步抱负和素质。第26页第26页2.把科学带到学校：幼稚园—8年级科学学习和专家（），美国国家研究理事会下设科学教育委员会（BOSE）公布了一份题为《把科学带到学校：幼稚园—8年级科学学习和专家》（TakingSciencetoSchool:LearningandTeachingScienceinGradesK-8）研究汇报，借鉴从神经科学课堂观测大量工作，叙述了下列问题：第27页第27页把科学带到学校（）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？孩子们是如何学到科学，又是如何做科学？在孩子科学概念发展中，有没相关键阶段作为目的？课外学习对科学知识学习起到什么作用？如何利用孩子自然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任务是什么？如何教会老师专家科学办法？书中还对我们已经理解以及如何理解儿童对科学学习提供了详细考察。该汇报为指导科学教学和帮助学生学习科学提供了一个基本依据。第28页第28页3.卡内基—普林斯顿高等研究中心高级研究委员会汇报：《教育机会：改革公民数学和科学教育与全球经济》（）汇报综合了以前美国各州相关教育绝望呼吁，并对当前美国在数学和科学教育方面弱势提出严重警告；汇报提出数学和科学教育应有更严格内容、提升教学原则和评估水平、对教师进行更加好培训、建设创新能力更强学校。第29页第29页卡内基—普林斯顿高等研究中心高级研究委员会汇报新汇报呼吁：思考全球化、行动区域化，全民动员起来，协作努力，提升美国数学和科学教育水平。汇报认为，美国正处于一个急迫却又充斥了机会时刻：应尽快减少国家既有教育结果与未来所需求教育体制间差别，“世界发生了戏剧性改变，我们学校也应当适应这种戏剧性改变”。第30页第30页卡内基—普林斯顿高等研究中心高级研究委员会汇报汇报提出三项提议：第一，建立国家统一数学和科学原则并伴之以高质量评估，原则内容设置应当更少、更清楚、（质量要求）更高；第二，提升数学和科学教学水平，包括聘请教师、哺育未来教师和管理国家优秀教师办法；第三，重新设计学校和相关系统，实行卓越、平等数学和科学教育。第31页第31页4.新科学教育概念框架（）在纽约卡耐基基金会资助下，全美科学教育研究委员会（NationalResearchCouncil’s(NRC)BoardonScienceEducation(BOSE)）开始领导和组织研究者设计新科学教育概念框架，作为制定新一轮科学教育原则基础。该项工作讨论了下列问题：第32页第32页新科学教育概念框架（）1．为何需要制定概念框架？科学影响着人们日常生活决议，比如，吃什么，如何节能，如何看待疾病等；公民需要对包括科学决议问题进行投票，美国经济发展也需要提升学生科学成绩。创新是美国竞争力和经济增长关键，科学教育是培养创新人才主要基础。第33页第33页新科学教育概念框架（）自从前美国颁布了国家科学教育原则以来，科学教育研究领域开展了大量关于科学教与学研究，所取得关于学生如何理解科学大量研究结果应当反应到新框架和下一代科学教育原则中。积累了实行科学教育原则经验，理解了将原则转化为课程、教学和评价过程中面临挑战。比如，当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，新概念框架要处理这个问题。第34页第34页新科学教育概念框架（）2．什么是概念框架？概念框架将提供关于什么是熟知科学整体结识，它基于下列科学观：科学既是知识体系，同时是基于证据、建构模型和理论事业，科学知识在不断增长、完善和修正。它提供和解释关键观念、概念和实践之间联系，拟定科学中关键观点和关键实践，用来指导开发一系列能使科学教学更深化原则。主要是，框架是以关于学生如何有效地学习科学最新研究结果为指导。第35页第35页新科学教育概念框架（）3．什么是科学关键观念？关键观念是指那些在科学中含有最强解释功效观念。拟定关键观念有助于组织科学课程、教学和评价，使之聚焦于科学最主要方面。框架还将阐明学生如何伴随年级增长投入对这些观念学习。第36页第36页新科学教育概念框架（）4．关键观念是如何拟定？在拟定过程中考虑哪些证据？委员会负责建立和使用一系列原则来拟定K-12科学水平关键观念。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。依据既有相关文献，如国家科学教育原则、科学素养基准、NAEP科学框架、“为大学成功学习科学原则”，以及关于科学教与学最新研究结果。第37页第37页新科学教育概念框架（）选择关键观念标准：（1）在多个科学分支或工程学中含有主要意义，或者是能够组织某个学科内容主要概念。（2）能够作为了解或探究更复杂概念或处理问题工具。（3）与学生兴趣和生活经验相关，或者与需要科学或技术知识社会和个人关心问题相关。（4）教学能够跨越不同年级，符合学生不停增加能力和知识水平。第38页第38页新科学教育概念框架（）5．概念框架结构和主要内容7月12日至8月2日，新概念框架草稿在网上公布，以征求公众意见和提议。主要内容下列：（1）引言：一个新概念框架整体一致视角；框架原理；框架结构；对原则启示第39页第39页新科学教育概念框架（）（2）为K-12科学和工程教育设计目的科学要素；与工程综合；K-12学生科学能力分类；能力类别与框架（3）维度1：关键学科观念生命科学中关键观念；地球和空间科学中关键观念；物质科学中关键观念；工程和技术中关键观念第40页第40页新科学教育概念框架（）（4）维度2：跨学科元素跨学科科学概念；科学、工程、技术和社会中课题（5）维度3：科学与工程实践科学家和工程师如何工作；科学课堂中实践（6）各维度整合：成就盼望对成就盼望阐明（7）学习进展示例准确表示学习进展；生命科学学习进展示例；地球与空间科学学习进展示例；物质科学学习进展示例；工程与技术学习进展示例第41页第41页三、加拿大情况年初，加拿大安大略省颁布了1～8年级科学与技术课程原则修订版()。本次修订是在1998年出台课程原则基础上经历并积累了近课程实行经验后进行。第42页第42页加拿大情况修订主要方面：1.重新调整课程目的2.新增基本概念和大观念3.调整内容系列4.强调评估和评价第43页第43页1.重新调整课程目的修订后加拿大安大略省1-8年级科学与技术课程目的制定强调以实现卓越教育和公平教育为基础，在课程原则中描述了学生将要取得和发展知识与技能，以及负责任地利用知识和技能态度。课程目的包括:1.将科学与技术和社会与环境相联系;2.发展学生进行科学探究和处理技术性问题技能、策略和思维习惯;3.理解与科学技术相关基本概念。第44页第44页2.新增基本概念和大观念修订后课程原则中提出了“基本概念(fundamentalconcepts)”和“大观念(bigideas)”，并以图表形式阐明基本概念、大观念、课程目的、总体盼望和详细盼望之间关系。其中，“基本概念”是指取得所有科学技术知识所需要、最关键一些要点，相称于构建知识框架中支点，为取得更多更深知识提供支持。这些基本概念还能够帮助学生将科学技术知识与从其它学科(如数学、社会学)中取得知识整合起来。第45页第45页新增基本概念和大观念在1-8年级科学与技术课程和9-级科学课程中强调基本概念包括：物质、能量、系统和互相作用、结构和功效、连续和责任、改变和连续。而“大观念”是指超越于零碎事实和技能而集中在概念、原理和过程上；是学生忘掉一些学过详细事物之后、仍然能长期保留广泛而主要理解。第46页第46页新增基本概念和大观念大观念获得，需要学生理解基本概念，发展探究和解决问题技能，并能将这些概念和技能与课堂外世界相联系，运用到生活实际中去。课程原则中大观念描述了每年级强调基本概念各个方面，例如，3年级理解生命系统系列中基本概念之一是系统和互相作用，两个与之相关大观念涉及:植物是人类基本食物来源；人类需要保护植物以及它们生长环境。也就是说学生在学习了植物生长和变化以及生长变化特点之后，结识到人类食物基本来源植物，人类应当保护植物及其生长环境。第47页第47页3.调整内容系列旧版课程原则中包括生命系统、物质与材料、能量与控制、结构与机械、地球与宇宙系统五个内容系列，在1-8年级共构成40个主题。修订后科学与技术课程包括四个系列，即理解生命系统、理解结构与机械、理解物质与能量、理解地球与宇宙系统。在此基础上构成了1-8年级科学与技术课程32个内容主题。这一改变考虑到了加拿大1-8年级科学与技术课程与9年级科学课程（包括生物、物理、化学、地球与宇宙）衔接问题。第48页第48页4.强调评估和评价修订后课程原则明确提出评估和评价主要目的是增进学生学习，强调通过评估取得信息不但能够帮助教师判断学生在达成每一年级课程盼望目的时表现出长处和不足，还能够指导教师调整课程和教学办法以符合学生需要，进而评估课程和教学总体效能。第49页第49页强调评估和评价其中，评估是从各种资源(包括作业、日常观测、交谈和讨论，展示、项目研究、表现和测试)中获取信息过程，这些信息源能准确反应学生在实现课程盼望目的过程中表现如何，作为评估一部分，教师要为学生提供叙述性反馈意见以指导似门努力改进和提升;评价则是依据制定原则，对学生学习质量进行判断过程，并赋值来表现其质量高下。第50页第50页强调评估和评价在安大略省学校中，1-6年级采用等级分制，而在7-8年级采用百分制。为确保评估和评价既能做到有效、真实，又利于改进学生学习，修订后课程原则不但修改了本来成绩评估等级表，还为教师提供了11条评估和评价策略。第51页第51页四、欧洲情况1.法国：做中学2.欧盟委员会汇报《当今科学教育：着眼于欧洲未来教学改革》（）3.《欧洲创造与创新宣言》（）4.英国皇家学会提议振兴科学与数学教育（）第52页第52页1.法国：做中学20世纪90年代初，一个新型科学教育模式“动手做”在美国兴起，1994年被引入法国，1995年启动试点，1999年在法国幼稚园和小学全面展开，20开始在初中推广。，中国教育部和法国科学院签署协议，从法国引进“动手做“科学教育项目，命名为“做中学”，自年起在中国部分地域开始摸索研究。第53页第53页2.欧盟委员会汇报《当今科学教育：着眼于欧洲未来教学改革》（）汇报强调指出，许多相关调查显示，近年来欧洲青少年对学习自然科学和数学兴趣呈明显下降趋势。依据经合组织（OECD）对过去十年调查结果，许多欧洲国家大学招生人数增长，但攻读自然科学和数学专业学生百分比下降，引起欧盟高度关注。欧委会认为，自然科学和数学是社会经济可连续发展关键领域，上述局面如不能及时扭转，将造成整个欧洲科研水平和技创新能力下降。第54页第54页欧盟委员会汇报（）汇报认为，增强青少年学习科学兴趣应着力处理四个方面问题：１、将演绎教学法转变为“答疑式科学教育”，以增强青少年学生对学习科学兴趣。２、中小学科学教育革新有助于加强正规教育系统和非正规教育系统在科学教育领域合作。３、教师是科学教育革新关键和关键；要加强教师培训，更新其观念和知识，支持理科教师形成网络，互相学习借鉴。４、对各国既有科学教育革新办法进行研究，对好教学经验和做法加以总结推广。第55页第55页欧盟委员会汇报（）汇报认为汇报最后提出六点提议：1、由于科学教育攸关欧洲未来，欧盟决议者们必须要求所有相关部门和机构采用行动，在地方、地域、国家和全欧四个层面对科学教育进行革新；欧盟组员国均应积极配合。2、改进科学教育有赖于推广革新教学办法。应大力推广并支持学校采用答疑式教学法，并发展理科教师网络。3、对女生学习重点理科科目应予以关注，增强她们学习科学自信心。第56页第56页欧盟委员会汇报（）4、应采用办法，勉励并推动欧洲都市和小区集体参与在全欧范围科学教育革新活动，通过互相学习借鉴，加快扭转当前不利局面。5、各国开展科学教育革新活动与欧盟支持活动应相辅相成；应对既有革新举措加大支持力度。6、欧委会应成立包括教师、学生、家长、科学家、工程师、公司代表在内“欧洲科学教育征询委员会”，并对其活动提供资助。第57页第57页3.《欧洲创造与创新宣言》（）11月12日，欧盟委员会公布了由27位“欧洲创造与创新年”大使共同发起《欧洲创造与创新宣言》。宣言是“欧洲创造与创新年”主要结果之一，涉及七个大纲和七个行动，涉及教育、文化、科学、设计、工作场合和公司一系列政策。第58页第58页《欧洲创造与创新宣言》（）1．七个大纲（1）在终身学习过程中理论结合实践，培养创新精神。（2）使学校和大学成为学生和教师进行创造性思维和做中学（Learningbydoing）场合。（3）将工作场合转变为学习场合。（4）增进一个强大、独立和多元文化业发展，使文化间对话经久不衰。第59页第59页《欧洲创造与创新宣言》（）（5）推动科学研究以理解世界，改进生活并激励创新。（6）改进设计流程、理念和工具，理解用户需求、情感、愿望和能力。（7）支持有助于繁荣和可连续发展商业创新。第60页第60页《欧洲创造与创新宣言》（）2．七个行动分别是进行知识投资，彻底改造教育，奖励首创精神，维护传承文化，支持增进创新，进行全球思维，发展绿色经济。其中行动二“彻底改造教育”为：学校和大学师生关系需要彻底改造，使教育能为学习型社会储备人才。教师再培训和家长参与有助于建立这样一个教育体系，它能够为开展文化间对话、进行批判性思维及找到含有创造性处理问题方案，提供必要知识、技能和态度。应大力强调因材施教。在全欧范围开展重大教育研发活动，提升各级教育质量和创造力。第61页第61页4.英国皇家学会提议振兴科学与数学教育（）3月英国皇家学会推出汇报《科学世纪：确保未来经济增长》（The

scientific

century:

securing

our

future

prosperity）。该汇报由英国皇家学会会员、英国诺贝尔获奖科学家以及两位英国前科技部长等人花一年时间共同撰写完毕。汇报释放出两大强烈信号：第一，英国需要将科学与创新置于英国经济长期发展战略关键；第二，各国对科学与创新投入从深度和广度上都在快速发展，英国面临世界各国在科学与创新领域愈加激烈竞争。第62页第62页4.英国皇家学会提议振兴科学与数学教育（）为此，汇报提出六大提议：1.将科学与创新置于英国经济长期发展战略关键：建立新科学与创新长期投资战略；规划未来（2011-2025）科学经费；优先发展科学能力建设，包括科学能力建设和技能储备；扩大研究开发税收优惠政策。2.优先考虑对优秀人才投资：形成更合理科研项目资助办法，实现项目责任人制度；延长博士教育年制和提升培养质量；增长博士后职位数量。第63页第63页4.英国皇家学会提议振兴科学与数学教育（）3.政府要利用好科学：政府部门要从过去科学经费战略中总结经验和教训；加大中小公司研究创新计划实行力度，支持政府创新采购计划；政府首席科学顾问要支配更多资源；提议财政部设置首席科学顾问。4.强化英国在全球科学与创新领域地位：扩大英国研究网络地理分布；通过“科学桥”计划等强化与海外合作伙伴联系；吸引世界上最优秀科学家继续保留在英国或来英国从事科学研究；为来英访问科学家和研究人员提供更加好环境。第64页第64页4.英国皇家学会提议振兴科学与数学教育（）5.通过科学与创新应对全球挑战：由英国研究理事会主导，联合科学界、产业界和公共部门共同研究应对全球挑战；改革既有研究资助制度和学科评估办法；勉励和吸引公众与重大利益方明确和应对全球挑战；协调各政府部门，拟定共同支持优先发展领域。6.振兴科学与数学教育：为科学教育工作者提供更多激励；增长初等教育领域含有科学背景教师数量；建立科学与数学教育专家征询团队。第65页第65页五、国际学生评价项目（PISA）1.PISA