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1、上海市科技教师培训课程,发达国家科学教育中 STS教育的理念方法和特点,华东师大课题组 朱鋐雄,问题的提出：1.STS教育就是科学知识和专业技能的教育吗？2.STS教育就是关于科学在技术和社会中的应用的教育吗？3.STS教育就是关于个人认识和理解科学技术地位和作用的教育吗？4.与学科教育（物理教育，化学教育，数学教育等）相比较，STS教育具有哪些最明显的特点？5.在目前的教育环境下，如何实施STS教育在学科教育中的渗透？,爱因斯坦在科学与社会一文中指出： “科学对于人类事物的影响有两种方式.第一中方式是大家熟悉的：科学直接地、并且在更大的程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种是教育

2、方式的它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式好像不大明显，但至少同第一种方式一样锐利。”,如果说，科学的直接作用主要体现在物质层面上，那么科学的间接作用主要体现在精神层面上。这两个层面的作用不是互相独立和割裂的，而是互相影响和依存的。 自16世纪以来，在人类历史上出现过三次科学革命，并由此推进了相应的技术革命，产生了显著的社会影响。,、第一次科学技术革命（16-17世纪） 以哥白尼日心说和牛顿经典力学体系为标志的第一次科学革命，推动了以纺织技术的改进为开端，以蒸汽动力技术达到实用阶段为标志的技术革命。 这次科学技术革命的特征是技术走在科学前面，技术对科学提出新课题；,例如，蒸汽机效率推动了热力学

3、理论的创立和发展，在热力学理论指导下，发明了内燃机。 其产生的社会影响是，社会面貌发生根本变化，人类社会开始了由传统的农业社会向近代工业社会的跃进，极大地提高了社会生产力。,（2）第二次科学技术革命（18世纪） 以奥斯特发现电流磁效应，法拉弟提出电磁感应定律到麦克斯韦创建了电磁场理论为标志的第二次科学革命推动了以电动机和电力技术的广泛应用为标志的第二次技术革命。 其特征是科学走在技术前面，科学导致了电力革命。,以发展和利用动力为特征，人的机体功能得到了延伸。 其产生的影响是，人类社会由蒸汔时代进入电气时代，由机械化开始走向电气化。,、第三次科学技术革命（19世纪末20世纪初） 以相对论，量子论

4、的创立和对原子结构与基本粒子层次的认识以及分子生物学的诞生为标志的第三次科学革命推动了以原子能的利用、电子计算机、空间技术和信息技术的发展为标志的第三次技术革命。 以发展和利用信息为特征，人的脑力功能得到了延伸。其影响是，人类由工业革命时代进入知识经济时代。,二十世纪以来，现代科学技术越来越发展成为一个内容丰富，结构完整，门类齐全的庞大体系。现代科学技术在日益分化的同时，又出现了逐渐综合的趋势，从而使科学技术走向整体化和系统化。科学对人类的作用无论在物质层面和精神层面上都产生了前所未有的影响。,当代科技发展的一个基本趋势是：科学的社会化和社会的科学化。 科学是一项复杂的社会活动，不可避免反映社

5、会价值和社会观点，科学又越来越渗透在社会生活的各个方面。从上一个世纪50年代开始，随着电子计算机、遗传工程、光导纤维、海洋开发、航天技术等科学技术的迅猛发展和应用，人类社会进入了第三次技术革命的新时代以后，科学技术越来越快地转化为生产力。在发达国家中，社会生产力在物质技术方面正向着自动化、高科技化的方向发展，产业结构正由“劳动密集型”转向“知识密集”，社会生活正在发生深刻的变化。,磁性纳米粒子标记物 许多检验都是通过检测抗体同靶子的结合，从而揭示某种分子或致病生物的存在。当用磁性纳米粒子标记的抗体同表面上(前景所示)的靶子结合时，把它们短暂地暴露在磁场下就能使这些“探针”共同发射出强有力的磁信

6、号。与此同时，未同靶子结合的抗体则向四面八方翻腾，因而产生不了一点磁信号。上述最后这一特性使得研究人员无需先将未能同靶子结合的“探针“洗去就可以看清检验结果。,金纳米粒子 已同DNA短片段结合的金纳米粒子可构成一种基础，使检查研究样本中是否存在某种遗传顺序(黑色所示)的结果容易看清的检验成为可行。能同这样一种顺序(红色所示)的一半互补的DNA附在溶液中的一组金粒子上，而能同另一半顺序(蓝色所示)互补的DNA则连接在另一组金粒子上。如果所研究的遗传顺序存在于样本中，它就会同两组金粒子上的DNA触手结合，而把金粒子置于一张密实的网中。这种团聚作用会使溶液改变颜色由红色变为蓝色)。,弯曲几纳米的灵巧

7、的悬臂 利用小小的悬臂(与原子力显微镜所采用的类型相同)，可检查出生物样本中是否存在特定的遗传顺序。每个悬臂的表面都涂有能同某种特定的靶顺序结合的DNA。然而，把样本撒在悬臂上。样本中的DNA同靶顺序结台时，会产生一股表面应力。它能使受到影响的悬臂弯曲几纳米幅度虽然不大，但已足以表明，弯曲的悬臂已找到样本中特定的靶子。,纳米级半导体“条形码” 充满几种颜色的纳米级半导体(称为“量子点“)的胶乳球有可能用作任何数量的各种“探针”的独特标记。受到光照射时，胶乳球会发射出可以分解成特有颜色和强度谱的光，即一种光谱的“条形码”，从而表明自己的身份(以及与其相连接的”探针”的身份)。,苍蝇机器人,爱因斯

8、坦机器人,科学技术是一把“双刃剑”，它在造福人类、增进人类文明的同时，却也由于使用不当给人类的生存和发展，甚至给整个人类文明带来很大的危害，人们需要面对由科学技术而引起的如人口、粮食、能源、环境、政治、战争伦理间题等等，而且这些间题日趋复杂和尖锐。 这样，严峻的现实促使人们不得不重新思考和调整科学、技术和社会的关系。,地球上空臭氧层的浓度,十年来二氧化碳排放量增加十倍,南极冰块融化,今年七月英国暴雨成灾,家电造成的“电子烟雾”,现代科技发展的另一个基本趋势是：科学技术化和技术科学化。 现代的技术发明越来越依靠科学，而科学的研究也越来越需要高技术的装备。技术依靠科学又促进科学。科学可以启发和导致

9、新技术的产生，技术可以为科学提供“眼睛”和“耳朵”，又可以激励科学研究的动机和方向。(例如，气象研究，人口统计，基因结构） 技术对人类社会进程和历史进程有着重大的影响反之，技术的决策会受到社会环境和社会价值的影响。技术越复杂，与科学的联系越紧密。科学与技术的界限变得越来越模糊不清。,1.STS产生和发展的背景1.1 现代科学技术发展的基本趋势 从科学与技术的关系看：,科学 技术,社会,科学技术社会化,社会科学化,科学,技术,科学技术化,技术科学化,从科学与技术的关系看：,-从科学研究本身的模式看,研究领域 的发展性,科学研究 的领域,科学研究 的内容,科学研究 的手段,物质世界的科学,精神世界

10、的科学,客观世界的科学,主观世界的科学,现实世界的科学,虚拟世界的科学,研究理论 的完整性,层次 理论,过程 的 动力学 理论,物质 结构 理论,结构 功能 理论,研究对象 的综合性,简单性,复杂性,学科科学,系统科学,分析性科学,综合性科学,线性科学,非线性科学,研究方法的多样性,研究信息的全球性 （网络时代）,时间上的传递和变化,空间上的延伸和共享,理论研究,实验研究,计算机研究,从科学包含的价值和提供的世界图景看 在科学价值上，从重视知识价值走向更重视方法和情感价值； 在科学观念上，从传统的机械的，简单的，人和自然对立的时钟式的确定论的实在世界观走向现代的，复杂的，人和自然和谐的自组织的

11、不确定的生态型的整体的世界观。 在世界图景上，从以线性，平衡，可逆的世界图景走向非线性，非平衡，不可逆的世界图景。,科学家面临的22个难题之一（与信息有关） 传统计算的极限是什么？,科学家面临的22个难题之一（与信息有关）如何从大量生物学数据中得到生命体的全息？,科学家面临的22个难题之一（与信息有关） 记忆是如何存取的？,科学家面临的22个难题之一 -在量子和不确定层次下还有基本原理吗？,科学家面临的22个难题之一 -物理学的基本定律可以统一起来吗,科学家面临的22个难题之一（与宇宙有关） 宇宙是由什么组成的？,科学家面临的22个难题之一（与宇宙有关） 我们人类在宇宙中是唯一的吗？,科学家面

12、临的22个难题之一（与宇宙有关） 我们的地球将变得多热？,1.2 当前科学教育提出的主要问题1如何看待科学教育中传授知识与全面提高学生科学素养的关系。 科学教育需要传授科学知识，但是科学教育更需要全面提高学生的科学素养。尽管在口头上都会承认，这两者之间不是割裂的，而是互相密切联系的。但是在科学教学过程中却存在着一些值得反思的现象。,2如何看待按照教材教知识和利用教材展示过程，点拨方法的关系 与其他学科教育情况类似，在科学教育中仍然存在着究竟是“只教教材上的知识”还是“用教材引导学生学习知识，点拨方法”两种不同的教学理念。我们的科学教材往往只写入了知识性的结论以及与教科书中提到的科学成就紧密相关

13、的部分科学家的部分工作，而忽略了科学家所走的弯路和所犯的错误；也很少写入科学家的科学思想和科学方法的发展过程。,3 如何看待“读科学书”的学习方式和“做科学事”的学习方式的关系 学生在接受科学教育时是只采取读“读科学书”的学习方式，还是同时采取“读科学书“和“做科学事”结合的学习方式？这是两种不同的学习观。 只读“读科学书”的教育在教学目标上表现为，首先要求学生记住教材上的内容，然后通过解题偏重学生逻辑思维能力的培养，而忽视了提出问题并解决问题能力的培养，忽视了通过“做科学事”，使学生将科学原理变为解决真实情境中问题的实践能力的培养。,只读“读科学书”的教育导致的结果是:学生虽然学习了大量的科

14、学知识，但是学生不会问，不敢问，即使提出的问题大多是：这个习题怎么解？学习这个定律有什么用？等的问题，对生活中的具体问题缺乏好奇心和探究欲，不是漠不关心就是束手无策；没有形成“爱科学”的情感、态度和“用科学”的意识、能力，更谈不上体验科学探究所蕴含的无限乐趣。,1.3 科学课程改革需要新的科学教育理念1树立合理的科学观,a）科学知识具有不确定性，不等同于确定真理；,b）在观察和推理之间没有绝对的界限， 简单的归纳方法或单纯的观察不是形成科学理论的通道；,c）没有一种认识不在某种程度上受到错误和幻觉影响。,e）新的科学理论体现了人类的创造性思维和认识世界 的先进科学思想方法；,f）科学家是他们研

15、究的这个世界的一部分，这个世界 并非处于与他们对立的地位上。,2以培养科学素养为总目标美国国家科学教育标准指出，,“科学素养就是对个人决策、参与公共和 文化事务以及经济生产所需要的科学概念 和过程的知识和理解。具有科学素养的人 能够提出、发现和解答与日常体验有关的 问题。他们能够描述、解释和预言自然现象。” “科学素养有不同的程度和形式，人的 一生中科学素养都在不断发展和深化，而不 仅仅局限于在校期间。”,The International Encyclopediaof Education（教育的国际大百科全书）给出了以下的定义：,（1）了解重要的科学事实、概念、原则和理论；（2）具有把有关的

16、科学知识应用于日常 生活情景中的能力；（3）具有实施科学探究过程的能力；（4）理解科学性质的一般原理和 关于科学技术于社会的相互作用。（5）具有明智的对待科学的态度以及具有对与 科学有关事物的兴趣。,科学素养包括4个核心因素： 在这四个因素中，运用科学技术解决日常生活及社会间题是要达到的结果，而前3个因素是达到这一结果的必要条件。,1）理解科学技术的性质、概念、原理和过程；2）理解科学、技术、社会三者的关系；3）树立科学的精神和态度；4）运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力， 包括运用科学方法的能力、判断和决策的能力、与他 人合作交流的能力、自我补充和继续学习的能力。,我国的科学课程标准将

17、科学课程的目标规范在四个维度上: 科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会的关系。 科学素养的培养无疑是一项非常复杂的工程，它不仅涉及到教育的总目标、科学教育的目的，还关涉到学生的年龄、社会的需要、科学文化价值、地区之间的文化差异、学生的志向和兴趣爱好等因素，需要我们在实践中进一步探索。,3建立“科学-技术-社会”整合的课程观 新的科学课程标准突出了科学、技术和社会一体化的重要性，力图实现科学教育课程的整合。 为什么要强调科学、技术和社会整合的课程观呢？一方面，它反映出科学、技术和社会的互动与关联。科学技术发展的生态化趋势要求人们更重视人类与客观世

18、界的相互协调和适应，以保持人类有一个可持续发展的生态环境，不断地提高人类的生活质量。,另一方面，强调科学、技术和社会的整合对中小学生有重要的教育意义。 在某种意义上说，这些“作风”、“意识”和“观念”比具体的科学技术知识在学生的科学素养中占有更优先的位置。,科学课程标准指出，“理解科学、技术与社会 的关系是现代公民科学素养的重要内涵，对这一部分 内容的学习是培养学生理论联系实际的作风、参与社 会决策的意识、形成可持续发展观念的关键。”,如何实施科学技术社会课程整合的课程观？,以科学、技术和社会三者之间的联系为中心，,以选择与学生日常生活有关的科技问题为学科 内容，,以关于自然、社会和人的知识为

19、一个有机整体，,以培养学生作为合格公民所必须的科学素养 为目标。,4 建立以探究为科学教育重点和核心的教学观 以探究为核心是世界各发达国家对科学教育的共同要求，也是科学教育的重点和核心。,科学课程标准（7-9年级）指出： “在科学课程中，学生将通过科学探究等方式理解 科学知识，学习科学技能，体验科学过程与方法， 初步理解科学本质，形成科学态度、情感与价值观， 培养创新意识和实践能力。”,1.4 当前科学教育面临的迫切问题。1.当前科学教育面临的迫切问题有： 新一轮的以科学技术社会为旗帜的科技教育改革运动诞生了。STS教育正是人们在科学发展和科学教育的背景下中寻找的一种对这些迫切问题的回答。,

20、如何改进和重构科学教育的体系？ 如何理解社会和文化变化带来的挑战？ 如何树立符合社会发展的科学教育的核心观念？ 如何建构科学技术和社会整合一体化的科学教育？ 如何用新的科学教育图景去指导人们设计科学技术 的学习与个人科学素养发展相统一的新途径？,2.什么是STS教育? 所谓STS，通常指英文的SCIENCE， TECHNOLOGY AND SOCIETY，即“科学技术与社会”之简写对于STS常见的观点，有广义与狭义两种 我国研究STS的有些学者曾对STS给出的狭义定义如下：,“STS是一门研究科学、技术和社会相互关系的新兴学科它把科 学技术看作是一个渗透价值的复杂社会事业，研究作为社会子系 统

21、的科学和技术的性质、结构、功能及它们之间的相互关系；研 究科学技术与社会其他子系统如政治、经济、文化、教育等之间 的互动关系；还要研究科学、技术和社会在整体上的性质、特点、 结构和相互关系及其协调发展的动力学机制”,由此基础上形成的教育就是STS教育。因此，STS教育实质上就是引导人们去认识当今时代里科学、技术、社会乃至观念、意识、文化之间的复杂关系，去研究并掌握如何对这些关系进行有效的调控，以保证地球系统的演化能处于最佳状态，从而使人类文明得以长期稳定的一种教育。,在1995年问世的美国国家教育标准的“科学内容标准”中，STS内容最明显地体现在其中“科学与技术”、“从个人和社会视角所见的科学

22、”，以及“科学的历史和本质”这几部分里这几部分内容的目标，是要为学生提供一种理解个人问题和社会问题并采取行动的手段，帮助学生培养决策能力，同时，也是让学生通过历史来理解科学，理解科学是一个处在不断变化之中的事业，借以阐明科学探究的不同侧面、科学的人性侧面以及科学在各种文化的发展过程中的作用,从更深刻的背景上看，所谓将STS引入基础科学教育，实际上是国际范围内对于沟通科学文化和人文文化这“两种文化”的持续努力的一部分STS内容被引入到科学教育中，事实上也就是以一种人文的视角来更全面地审视和理解科学 从一些国外重要的科学教育标准，或类似于标准的大纲或要求等文献中，可以清楚地看到如下一些被强调的ST

23、S教育的十个目标它们分别是：,对于科学方法的培养， 对于科学态度的培养， 对于科学思维习惯的培养， 对于科学观的培养， 对于科学与技术之差别的认识， 对于科学(主要是技术)在社会生活方面的影响， 对于科学技术内容之具体应用的认识， 对于人与自然的关系、可持续发展概念，以及科学(主要是技术)的环境影响的认识， 通过对科学史的学习，加深对科学之本质的理解， 对于社会责任感的培养，对于在理解科学技术之本质的基础上做出合理决策之能力的培养,由此可见，在基础教育中引入STS内容，绝不仅仅是简单地将科学知识诉诸具体的实际应用，而是有着更深刻的理论和观念的寓意 STS教育理念是一种观念形态，不像化学教育，物

24、理教育那样具有一定的相对性,有确定的所指. STS教育是在特定历史条件和特定文化背景下产生的思潮，一开始人们对它的理解就有一定的偏差，并在实践中又不断地修正更新；对不同的人来说，STS教育意味着不同的事物。,例如，STS教育是科学教育的核心；（Yager） STS教育是激发学生学习科学动机的因素；（Kromhout） STS教育是为学习知识，过程以及达到职业目标提供学习的背景；（Bybee） STS教育提供了科学认识的不同方式；（Solomon） 不管什么观点，对STS教育的界定总是从三个角度上考虑的。,STS教育是STS在教育上的映射，是对当代科学教育的一种理性反思，是对传统理科课程挑战的一

25、种应然回答。 STS教育把社会因素纳入到科学教育中，并将其作为不可分割的一部分，使科学、技术、社会成为一个相互关联的整体，并充分地展现了科学、技术与社会的互动关系，体现了保持学科知识结构与理解科学、技术与社会三者关系间必要的张力。,STS教育是一种实现个体社会化的学校教育。它的 提出和研究顺应了时代的发展，反映了新时代对人才 的要求。,STS教育在一定程度上体现了对现实世界的全面理解。 无论是从理念层面还是实践层面课程的结构、内容 与组织等，STS教育都体现了一种开放的思想和体系。,STS教育具有综合、开放、动态、发展的特点，体现了 现代系统科学思维方式。以人为本、关注情景，强 调互动交往，S

26、TS教育的整个过程表现了建构主义教 育理论的丰富内涵。,3. 西方发达国家的STS教育-美国的STS教育发展和现状。 在STS教育发展较为普遍的美国，经过了长达200年的辩论，STS教育才作为一门普通的学科进入教育领域。早在1861年，美国波士顿市民的一个协会就曾为一个科学技术社会课程规定一个理论基础、课程目的和教学策略。其后，STS思想曾消失过一个时期。1913年STS思想又重新出现。STS教育首先是在理工科大学发展起来的。,上个世纪六、七十年代，美国许多著名大学先后成立了专门的研究组织STS研究中心，专门开展科学、技术和社会三者之间的相互关系的研究。这些研究中心在研究的基础上向本科生和研究

27、主开设STS课程。,例如，麻省理工学院的STS研究中心，汇集了许多 学科领域的著名学者，他们用学科交叉的、比较的 历史和哲学的观点，把科学技术的发展和由之引起 的社会问题结合起来研究，开没了“科学技术的社会 研究”，“技术的社会和政治影响”、“美国的科技政 策”等近70门STS课程。,美国自1969年在康奈尔大学制定第一个以STS命名的计划以来，对STS的研究先后历经了三个阶段，产生了大批新的STS计划，许多大学设立了固定的专业、研究中心，成立了国家科学、技术和社会协会(NASTS )，开办了一些专业杂志和许多通讯，对STS的研究也由数量扩展转向内涵的深化、专业化程度的提高，对社会的影响越来越

28、大。,1971年和1983年，美国科学教协会先后过列关科学技术社会的情况报告书，后一报告书名为科学技术社会：80年代的科学教育。科学技术社会逐渐在中等教育中流行。肯定科学教育比较权威的文件是美国国家科学教育标准（NRC，1996），它确认STS方法是适合用于科学大纲的。,在美国国家科学教育标准的内容与“在个人和社会观点中的科学”联系的一些STS题目中，包括以下48个有关科学技术社会的一些问题、难题和题目:人口和人口增长污染与科学/技术相联系的社会问题（克隆人、胎儿组织移植、自由和管制）寿命延长绿色革命以及设计,未来的需要世界饥饿和贫困露天开矿砍伐森林人类基因研究项目国外政策中的科学和技术地球资

29、源保护生活质量化石燃料食物和农业政策海洋资源利用食物链中的有毒物质水力的水闸构造,太阳能作为能源的风作为能源的生命体矿物资源的保护和减少资源勘探和开采可再生和不可再生资源有毒废物弃置辐射照射天气、气候变更利用,土壤侵蚀野生生物灭绝武器和备战水产养殖核能地热能潮汐能合成燃料蓄水层管理空气污染固体废物弃置噪声污染,臭氧耗竭土地使用森林使用土壤污染沙漠化野生生物习惯性消灭健康卫生政策住房政策运输政策,- 英国的STS教育发展和现状。 在STS教育也较普遍的英国，1981年就出版了一个完全致力于STS的供第六学级使用的学校课程社会中的科学。原适用于大学和工学院的“在一个社会背景中的科学（SISCON）

30、课程”于1981年进入了中学. 20世纪80年代，英国科学教育协会决定，在学生中扩展社会中的科学技术（SATIS）这个项目，自1986年起编写了供814岁、1416岁和1619岁学生用的教材。,英国的STS教育的目标：,1 表明知识是有用的。2 表明科学并不仅仅限于学校的实验室里，而是 存在于现实世界的各个方面。3. 表明科学与人有关。4 激发在科学、技术和社会相互作用方面的兴趣。5 提高对科学和技术对社会所产生的作用的认识， 包括好的和坏的。6 提高对工业作用的认识，了解它的经济基础， 它是如何工作的，它在财富创造中充当什么角色。,7 说明需要考虑技术活动对环境的影响，需要将环 境危害减至最

31、低限度。8 表明生物课程并不是一个孤立的探究领域，而是 与其它学科如地理学、经济学和历史等相互影响的。9 说明现实生活中的决定常常是不得不建立在相互 矛盾或不充分的知识的基础之上，那些决定包括着一 些妥协办法，而且并不总能获得“正确”的答案。10 鼓励学生们在事实的基础上展开辨认，同时去听， 并判断别人的争论。11 鼓励学生们在一个科学的论题范围内，和其他同 学讨论自己的观点。12 提供对一些技能进行实践的机会，包括阅读和理 解，数据收集和分析，信息检索，问题解决，戏剧活动 和交际等技能。,英国科学协会设计了“社会中的科学”项目，出版了系列读物;汲取新的哲学和社会科学的研究成果开发了高等教育的STS课程一一“社会范围的科学(SISCON);提出了SATIS计划并撰写成书。,英国的一些名牌大学80年代以来陆续开设了STS课 程，如“社会中的科学与技术”、“检会中的科学”等。开 设这些课程的目的，在于揭示教学内容中的科学技术知 识在社会生活中的应用，使学生在真实生活中，把所学 知识融汇贯通；帮助学生理解科学知识的本质和局限性， 认识科学知识能够有利于或有容于社会和环境等。,-其他发达国家的STS教育。 加拿大的STS科学课程在1972年拉开了研究与开发的序幕,至今已走过了近30多年的历程。 1997年,加拿大出台了第一个国家科学教育纲要科学学习目标公共纲要（the