科学教育专业发展中的问题与对策

科学教育专业发展中的问题与对策胡兴昌（上海师范大学生命与环境科学学院，上海 ）摘 要 课程改革是中国在21世纪教育改革中的一个亮点。科学教育专业的开设是我国基础教育改革发展的迫切需求，也是我国高等师范院校在经济全球化、教育国际化中的大势所趋，培养能适应21世纪中学科学课程教学的师资是师范院校义不容辞的职责。自2002年以来科学教育专业在部分师范院校开设，使得科学教育专业的课程建设、课程内容的选择成为已开设科学教育专业师范院校和准备开设科学教育专业师范院校关注的热点问题。科学教育专业在高等师范院校开设，为高等师范教育改革开辟了新的领域，但同时也面临许多新的问题。科学教育专业面临的主要问题是课程设置、课程体系配套、课程内容的确定、教材的系统性等问题，这些问题是关系到该专业培养的学生的知识结构是否能适应21世纪基础教育改革发展的需要。因此加强科学教育本科专业的自身设刻迫在眉睫。关键词 科学教育 现状 课程当今世界，以信息技术为主要标志的科技进步日新月异，高科技成果向现实生产力的转化越来越快，初见端倪的知识经济预示人类的经济社会生活将发生新的巨大变化。21世纪，国家的综合国力和国际竞争能力越来越取决于教育发展、科学技术和知识创新的水平，教育将始终处于优先发展的战略地位，作为人才培养主渠道的高校如何抓住机遇，在发展中应不断调整步伐，为社会培养合格人才。高等师范教育担负着指导和服务于不断发展的基础教育的重任，而目前课程设置不合理现象比较普遍，因此课程改革是高等师范院校教育改革的重要任务之一。科学教育专业的目的是培养具有科学知识、科学方法、科学态度，科学精神，具有较强的思维能力和创新能力，适应能独立从事初、高中综合理科教学及小学自然与科技等课程教学的复合型人才。科学教育是一种通过现代科技知识及其社会价值的教学，让学生掌握科学概念，学会科学方法，培养科学态度，其内涵不仅是传授科学知识与方法，而且是训练学生的科学思维方式、培养科学精神和科学态度、提高科学探究和创新能力。科学教育是一个新兴的专业，在发展的过程中会不断暴露出一些问题，如课程设置、课程结构、教材配套等问题，这些问题是科学教育专业发展的瓶颈，也是已开设和准备开设该专业师范院校关注的热点问题。一、科学教育专业现状分析1教学情况科学教育是一种通过现代科技知识及其社会价值的教学，让学生掌握科学概念，学会科学方法，培养科学态度，且懂得如何面对现实中的科学与社会有关问题做出明智抉择，以培养能胜任中学综合理科教材教学的科学教师。科学教育的内涵不仅是传授科学知识与方法，而且是培养学生的科学思维方式、培养科学精神和科学态度、提高科学探究和创新能力。科学教育专业的目标是要培育具备科学素养的人才和提高全民的科学素养，从整体上改善社会的知识水平，推动社会的进步，但目前从已开设科学教育专业的部分师范院校的调查情况分析，主要存在以下问题：（1）于缺乏科学教育专业的课程标准，在已开设科学教育专业的师范院校中其教学计划大都根据本校的特点设置，对科学教育专业学生应具备的知识结构没有一个相对统一的标准；（2）教材缺乏系统性、课程设置和课程内容没有标准，而且明显带有各校自身的主观意识；（3）该专业涉及数、理、化、生、地各科知识，牵涉到几个院系的师资，管理上很难协调，致使学校采取拼盘式的教学，因而教学质量得不到预期的效果。2分科教育与科学教育并存 分科教育（理、化、生、地）课程与科学教育专业各具有不同的课程，分科专业课程是一种单学科（single-subject）的课程组织模式，它强调不同学科门类之间的相对独立性，强调一门学科的逻辑体系的完整性。科学教育专业课程是一种多学科（multi-subject）课程组织模式，它强调学科之间的关联性、统一性和内在联系。单从学科本身的发展来看，这两种课程组织形式各有其存在价值，因为学科的发展呈现分化和综合并驾齐驱的趋势。同时，学科的综合趋势又非常明显，迄今为止出现了三种不同时期的交叉科学：第一种交叉科学又称为“边缘科学”，它出现在自然科学领域内，是指两门成熟的科学相互渗透以后，产生出一门新兴科学；第二种交叉科学称为“综合性科学”，它是以特定的自然界的客体作为对象，运用多学科的理论、知识和方法进行研究；第三种交叉科学是自然科学与社会科学合流的产物，比如信息论、控制论、系统论、科学学等等。从学科本身的发展看，这两类课程组织形式似乎不能随意彼此取代。 3分科教育课程与科学教育课程的关系理、化、生、地课程与科学教育课程这两类课程组织形式之间又存在着内在联系。首先，分科课程与科学课程的区分是相对的，分科课程包含着知识之间的某种程度的综合。一门学科既然能够形成一个完整的课程体系，它总是建立在一定的知识综合的基础之上的。而科学教育专业作为一个新的综合学科其课程是由各分科课程组成的，它总呈现出某种分科的形式。其次，分科课程与科学课程又是相互依赖、相互作用的。不同分科课程之间其区别是明显的，而且总存在着一定的内在联系。目前课程实践中各学科之间相互封闭、相互独立的现状并不是自然科学原本的特点，而是由于在长期的分科教学过程中人为因素所导致的结果。其次，科学课程并不全然不顾学科逻辑，并不是以牺牲科学体系为代价，而是从某种观点、以某种方式对分科学科逻辑的超越。4高等师范院校的对策当今高等师院校分科教育模式培养的毕业生不能适应21世纪科学课程教学需要。为适应基础教育课程改革，高等师范院校在改革自身教育教学方面进行了一定的探索。部分高等师范院校通过实行主修、辅修加选修的方式，力图增强新增师资的综合课程教学能力。实行“主辅修制”改革虽然拓宽了学生知识面。但由于“主辅修制”造成了知识之间互相平行，没有交叉点，学生所能学到的也就等同于分科教学所能教授的，未能彻底解决高等师范毕业生任教科学教育的适应性问题，虽然出发点是好的，但未能彻底解决高等师范毕业生任教综合课程的适应性问题，未能从根本上解决中学科学课程师资的缺乏问题。 二、科学教育结构体系的确立课程体系反映出专业领域的未来发展，科学教育专业是一个新设置的专业，其课程结构体系的确立是高等师范教育必须解决的一个现实课题。分析未来科学教育发展的趋势，并对其课程体系的框架进行了科学的分析与探讨，阐明科学教育的课程结构体系的框架，分析未来科学教育发展的走向，以促进科学教育专业的健康繁荣发展。科学教育专业课程应该有独特的课程体系框架，有自己课程的逻辑和结构，其逻辑顺序必须与学生的身心发展顺序及实际水平相适应，特别是课程的内容、容量、结构、编排等指标。以往人们认为科学教育的教学仅是指物理、化学和生物等学科的教学，然而随着近年来科学技术日新月异的进步和社会的发展，科学教育的内涵正在不断延伸。真正的科学教育涵盖了生命科学、物质科学、地球与空间科学三个领域的内容，统一的科学概念、科学探究、科学、技术与社会的关系贯穿其中。1科学教育注重过程、智力开发及实践传统的教育重结果甚于重过程，重标准答案甚于重智力开发，重书本知识甚于重实践知识。往往教师注重学生学习的结果而不是他们的学习过程，注重他们的成绩而非他们所花费的精力，不重视对在学习过程中所出现的问题的分析和解决，不重视学生的实践动手能力、分析问题能力和解决问题能力的培养，认为只要结果是好的，中间的过程如何并不重要。所有的问题都只有一个标准答案使学生的创新意识被抹杀，思维僵化，往往成为了应试教育的牺牲者，所有书本上的知识都是正确的，是前人的经典，是毋庸质疑的，而所有与书本上的知识不符合的实践则是错误的，用这中模式培养的学生迷信书本上知识、无观察能力、无实践能力、无分析能力，思维模式僵化。科学教育就弥补了以往在这些方面所存在的不足，其教学的重点由重知识的传授而转向了重视学生的自我发展，在传授知识的同时要能兼顾学生潜能的开发，使他们在学习中不丧失自我。科学教育以知识为载体，实现知识与技能并行发展，为学生可持续发展打下良好的基础。2STS课程与科学教育“STS”课程，就是一种综合度较高的科学教育，使学生对现代科技有综合、整体的把握。这种课程将科学（science）、技术（technology）、社会（society）三者充分地结合起来，课程内容的安排已不再仅仅以科学知识本身的体系作为依据，它可以按照需要探讨的现实问题来组织课程内容，也可以增加与科学知识相关的技术发展内容或和学科知识技能相关的社会知识等等。如美国中学的社会中的化学课程就是一种比较典型的“STS”课程形式，它的课程结构形式同分科课程中的化学迥然不同，它包括了8个单元：分别是供水、保护化学资源、石油：用于建设还是烧掉、理解食物、我们世界中的核化学、化学药品、空气和气候、化学和健康、化学工业：前途和挑战。它把化学和地理资源、食物链、物理中的核能、空气污染、身心健康和可持续发展建立了紧密的联系，既培养了学生的能力，又增强了他们的社会责任感，使他们充分认识到如何切实地保护资源。它充分强调了学科知识的非单一性，把化学的各方面的作用及其危害详细叙述清楚，使学生充分了解化学这门课程的本质。科学教育课程体系的确立可以借鉴这种“STS”课程形式。3理科课程与科学教育在美国有的理科课程是用科学上的共同概念来组织内容的，如“初级理科概念教学大纲”主要有个概念系统：宇宙的结构，相互作用和变化，能量的衰变，自然计图。有的综合理科是把科学家的“观察、分类、测量、假设、实验”等认识过程作为组织内容的方法。与分科很细的传统科目相比，综合课程的内容体系已不同于单一学科知识本身的逻辑体系，它更多地注意了多学科知识之间的呼应和联系，注意了知识与学生实际及现实生活的有机联系，通常表现为“组合式”或“连环式”的内容结构。在课程发展史上，曾经出现过课程设计的“钟摆现象”，即课程设计的基点在学科、儿童、社会三者之间摇摆不定，随着理论研究和实践的深入，人们逐渐形成了共识，认为只有在学科、儿童、社会三者之间寻求一种动态的平衡，才能保证课程设计的科学性和可行性。科学教育课程的目标指向是学生知识的扩展与统整、能力的培养和提高、知情意行的协调发展等，是使学生比较全面地掌握与现代社会生活关系密切的科学知识，增进对自身社会和现代科技的了解，培养学生的科学态度和科学方法；掌握分析问题和解决问题的能力，增强学生适应现代社会的基本能力。科学教育课程的内容具有明显的跨学科性质，内容的组织打破了原有的学科体系和学科界限，强调所研究的客观对象的整体性。三、科学教育课程设置的难点科学教育课程设置已经成为科学教育专业教育理论与实践探索的重要课题，是一个关系到科学教育专业发展的关键问题。科学教育专业应开设那些课程？开设课程的原则是什么？课程的内容确定以什么为依据？这一系列问题是科学教育专业建设急待解决的问题。目前对科学教育课程误解最多的就是，认为科学教育无非是把多门学科的知识简单凑合在一起所构成的“拼盘式”课程。而一些地区和学校的科学教育课程设置实际上也是采用“拼盘式”的方法设置课程，“拼盘式”课程内容杂，结构松散，课程设计上带有主观随意性，缺乏科学依据。这种“拼盘式”的课程往往把“综合”简单理解为“相加”关系，在科学技术迅猛发展的时代，仅靠“加法”设置课程内容是不科学的，应考虑理科知识内容之间的内在联系，将各科知识进行有机整合。这种“拼盘式”的课程，往往会导致学生获得比较肤浅的、杂乱无序的知识，影响学生知识和能力水平的提高，影响科学课程的教学。要克服“拼盘式”课程的不足，主要是要科学地确定科学教育课程的设置原则，作为科学教育专业的学生应该具备那些知识，找到确定科学教育课程设置的的关键、规律和科学依据，这是科学教育课程设置的一个难点，其中，核心的问题是科学地确定科学教育课程体系和课程内容。1科学教育课程设置的基本策略 （1）科学课程目标的确立 科学课程目标的确立应根据不同地区的地理环境、经济发展水平、学校的特点等因素为依据。例如，素质教育对学生的科学文化素质提出了较高的要求，从而决定了科学文化知识教育的目标是要帮助学生打下宽广而扎实的知识技能基础，并形成良好的科学文化素质。为此，弄清学生基本素质所包含的具体要素及要素之间的有机构成，才能科学地确定课程目标。科学课程目标的确立提高学生的基本素质仍是基础和前提，特别是学生合理知识结构的构建，对于学生能否胜任科学课程的教学、可持续发展和参与社会实践有着十分重要的意义。教育内容要尽量注意反映当代科学技术发展的综合化趋势，并注意培养学生综合运用知识解决现实问题的能力，并注意培养学生综合运用知识解决现实问题的能力。科学教育课程的目标通常指向应是学生世界观、人生观及社会责任感的养成，求知方法和实践能力的获得，知情意行协调发展等方面。（2）科学教育课程的确定 科学教育课程的培养目标规定了在一定时限内，学生基本素质的某一方面或某几方面应该达到的标准。科学教育课程所预期的目标直接制约着科学教育专业课程的设置和课程内容的选择。现代社会需要身心和谐发展的高素质人才，过去那种分科很细，过于专门化的“学问中心课程”，既不能反映科学技术发展的趋势，也不能反映现实社会生活，尤其不适合基础教育阶段普遍提高全体受教育者基本素质的需要，为此，学科课程的改革出现了综合化的趋势。科学课程的确立应注意这些课程既有学科内部的整合，又有学科之间的综合。科学教育专业学生应具备的知识结构是安排科学教育课程内容的重要依据，它直接决定知识内容的取舍与组织。而课程目标的不确定就会直接影响知识内容的选择和组织。要从社会的需要和学生的年龄特征出发，以此去联系和整合社会的需要，也就是要把社会对人才的需要与学生成长发展的需要结合起来，并将此转移和体现在学校培养目标和课程目标之中。在目标的指引下，动态地去把握学科、学生、社会三者之间的关系，并以此作为课程内容选择的依据。科学教育课程在内容的选择与组织上，应有一个客观规律和科学依据。一些国家和地区在小学开设的“自然科”和“社会科”，其课程的性质、内容的范围多是围绕学生的日常生活来设定的；而到了高中阶段，在开设分科课程的基础上，开设“综合理科”“社会研究”等科，课程的内容范围则多是围绕人类社会生存与发展等重大问题来设定的。美国国家科学教育标准（草案）指出：“科学以其重要实验事实，严密的逻辑性和大胆的质疑精神而有利于其它认知方式和知识体系”。美国的科学教育非常重视科学与技术的联系。科学探究一般是由对自然的理解愿望引起的认知活动，技术设计则是为解决人类生产生活的难题，满足人类生活需要引起的操作活动。科学教育课程的确定必须注意这些问题，选择和组织有利于培养学生的创造性，批判思维，探究精神，价值观念和经济意识的有关内容。2科学教育课程内容的选择 科学教育课程内容的选择应遵循的原则：（1）继承与借鉴原则在考虑科学教育内容时，一个不容回避的问题是如何处理与分科教材的关系。分科教材的编写进行过大量的社会调查和一些理论研究，可以作为综合理科教学内容选择的依据。但是，必须看到，现行分科教材存在分量大、程度深、繁琐等问题，而且大都是80年代中期着手编写的，从那时起至今，我国社会发生了巨大变化。因此，从分科教材选取教学内容时，需要进行深入的分析和筛选，注意选择各学科中的基本概念和原理，尤其是不同学科间有关联的基本概念和原理。（2）时代性原则要根据学科知识的发展等，更新教学内容。怎样更新教学内容呢，主要有三点：一是适当介绍自然科学领域出现的新成果、新进展，可以进行一些社会调查，并征求中学理科教师和学生的意见等。二是增加一些地球科学、天文学和气象学等方面的内容。三是适当吸收自然科学领域的新观念和新方法，用新的观念指导教学内容及体系的更新，教学内容的更新还要考虑学生已有的经验和认知水平，注意将新知识与原有的知识结合起来。（3）探究性原则当今理科教育改革的一个重要趋势是重视探究活动，强调把科学探究作为获取知识和认识世界的一种方法，并且通过学生动手“做科学”，使他们亲身体验探索自然界的乐趣。探究活动不仅包括学生所进行的各种活动，也包括介绍科学家所做的一些经典科学研究过程。（4）适应性原则教学内容的选择应与学生的身心发展水平和认知水平相适应。一方面，要删除一些较难较深、过于烦琐的知识，精简某些知识的内容，使教学内容的深难度适合绝大多数学生，不会造成过重的学习负担。另一方面，内容的选择要有利于激发学生对自然科学的兴趣，并促进学生的身心发展。（5）理论联系实际原则这是国内教材编写一贯较重视的一个原则。在选取科学教育教学内容时，应将它的内涵予以拓展，即在以往教材注意联系工农业生产实践的基础上，注