科学教育和创新型工程技术人才的培养(工程院分课题稿)-1

:过年以后,一直在忙着写这篇结题的报告,将分几部分陆续发表在博客上,请大家讨论.帮助完善和修正。

      从西方文艺复兴运动之后,科学技术逐渐发展成为推动社会发展的主要动力,它不仅是我们了解世界和我们自身的有力工具,也是推进人类社会发展的第一生产力。科学技术作为第一生产力,把人类社会推进到了21世纪。21世纪是知识社会和经济科技全球化的世纪,人类既能拥有普遍过上美好生活的前景,又同时面对人口急速膨胀、资源贫乏、环境恶化等方面的严峻挑战,这是一个像野马一样奔驰着,而人类又必须共同驾驭的世纪。

      人类靠什么来面对未来,正确的选择是继续依靠科学技术的发展,以及建筑在科学发展基础上正确的价值取向。因此,建设创新型国家,培养创新型人才不仅是增强国家竞争力的必然需求,也是保障人类社会得以持续、健康发展的唯一可行道路。

      一个创新型的国家必然是由具有创新精神和创新能力的国民组成的,是一个具有创新文化的社会。为了实现这一点,必须大力提高国民的文化和科学素质,培育创新文化。科学素质成为21世纪公民必备的素质,它是国家竞争力的重要组成部分,也是形成科学的、民族的新文化的主要基础。教育是实现这一目标必不可少的重要途径,而且必须从娃娃抓起,从基础教育抓起。从儿童开始进行探究式科学教育。

一、科学教育和探究式科学教育

      在科学教育的研究和实践领域里, 目前所指的广义的科学教育是包括从学前教育开始直到大学本科毕业的科学、技术、工程、和数学教育(ScienceTechnologyEngineering and Mathematics, STEM)。根据本课题分工的任务范围,在本研究报告里除了特别说明以外,下面提到科学教育是特指学前教育和基础教育阶段的科学和技术教育,不包括职业教育和中学阶段以后实施的科学技术方面的专业教育。

      传统的科学教育方式是讲授性的,甚至是灌输式的,这种科学教育的方式并不能体现科学的真正含义,更不能满足现代科学发展和社会进步的需求。由于科学技术发展迅速,因此知识总量急速增长,信息更新加快;由于经济发展对人才创新能力和实践能力要求的提高;也基于对人如何能有效学习了解的深入,科学教育必须进行改革,必须从灌输式转变为探究式,这已经是科学教育界的共识,所以本报告中所指的科学教育,除了特别说明外,都是指探究式科学教育(Inquiry Based Science Education, IBSE)。

      科学不仅代表着系统的、基于实证的、经过定量分析和逻辑推理而得到的知识,还包含着获得知识的过程和方法,以及其中蕴含的科学精神(态度)。虽然对探究过程的理解目前有不同的观点,对于不同年龄的学生和不同的学习内容,也需要采用不同的学习形式,但是探究式教育中应该包含如下一些主要特点《1》 :

1、在教师指导或示范下,学生主动地学习过程(以学生为中心)
2、绕着核心概念,让学生实际进行、或体验、或了解知识获得的过程。这个过程包括收集信息、聚焦和提出问题、提出设想和设计调研方案(观察、实验)、记录和分析数据、表达和交流等。这些过程都应该是在一个学习的群体中,通过充分地讨论和互动来完成的;
3、尊重学生的差别,从学生已有的基础出发,设置不同的“脚手架”(学习环境和指导),以有利于学生有效地学习和发展;
4、注意学习者社会情绪能力的培养;
5、在学习过程中采用帮助学生建立元认知的形成性评价。

    探究式教育的目的应该包括:
1、掌握重要的有关科学和科学知识的概念,以及建立联系科学概念的模型;
2、学习探究的技能;
3、促进语言和表达能力的发展;
4、保护孩子的好奇心和激发学习科学的主动性;
5、激发想象力,扩展思维;
6、改善合作和交往能力;
7、关心日常生活中的科学问题,关心环境和关爱生命。

    以“做中学’科学教育为例,在“做中学”科学教育实验中提出了以下的九项原则,以体现探究式科学教育的特点和要求:
1、面向每一个儿童、尊重儿童间的差异;
2、为儿童终身的学习,更为儿童学会生活奠定基础;
3、教学案例应来源于生活,从周围取材;
4、引导儿童主动探究、亲历发现过程;
5、教师是儿童学习科学的支持者和引导者;
6、采用激励性评价;
7、科学工作者和教育工作者共同进行科学教育;
8、充分动员社区和家庭的力量,支持科学教育;
9、通过现代化的互联网络增进国内和国际间的交流与合作,建立汉博网站。 

二、加强科学教育是各国建设创新型国家采取的主要措施

      我们承认世界上有些国家是创新型的国家,是培养创新型人才比较成功的国家,那么在一个科技经济全球化的时代,研究他们的发展过程和目前采取的政策,对我们培养创新型人才和建设一个创新型国家可以有所启示。

      科学是自西方文艺复兴运动以后迅速发展起来的,因此,科学文化一直是西方文化的核心。三百多年以前,科学教育起源于西方,脱胎于被教会控制的经院教育,并伴随着科学技术的进步不断发展,因此,西方发达国家历来就有重视科学教育的传统,并把它看成是增强国家竞争力的主要措施。在20世纪下半叶以后,科学技术发展越来越快,对社会经济发展的作用也越来越重要,科学和社会的关系发生了质的变化,西方发达国家更加强调科学教育的重要性,把以培养精英为目的的科学教育,转变为面向每个学生的基础教育中的基本要求,科学和语文、数学一样被确立为基础教育阶段的核心课程,把推动科学教育的发展和改革作为应对未来,确保国家竞争力的重要措施。

      以美国为例,二次世界大战以后,当时的美国总统杜鲁门决定要在美国系统地建立和加强科学研究能力,为此设立了美国国家自然科学基金会(NSF)。美国国家自然科学基金会从成立的一开始,就把支持科学教育研究作为它的主要任务之一,成立了专门的分部来负责。1957年,前苏联载人卫星的成功发射震撼了美国朝野。美国感到在科学领域落后之际,首先想到的是教育改革,特别是科学教育改革,并认为最重要的投资应该是对基础教育的投资。从小培养起来的新一代,更为有希望,也更为重要。他们发现冷战的取胜不取决于战场上的枪口,而是取决于科学教育的课堂。经过讨论,1958年美国议会通过了《国家防御教育法,National Defense Education Act (NDEA)》,用法律的形式推动基础教育的改革,其中科学教育是其中重要的组成部分。美国的幼儿园和小学的科学教育在六十年代末七十年代初兴起;1983年美国感到和日本相比竞争力下降,美国教育委员会发表了报告《在危机中的民族,A Nation at Risk》,接着是几任总统的教育改革计划:老布什总统的"America 2000," 教育计划;克林顿总统的 "Goals 2000," 以及布什总统的"No Child Left Behind“。科学教育的改革都是其中很重要的部分。

      在世纪之交,美国的科学教育从以培养精英为目的,转变为面对每一个学生,以普遍提高国民科学素质为目标。1985年美国的先进科学技术协会(AAAS)公布了2061计划,提出了在2061年哈雷彗星再次回归地球附近时,美国公民应具有的科学素质,并作为一个持续的行动计划不断推进《2》。1995年美国国家科学理事会(National Research Council)颁布了美国历史上第一部国家科学教育标准,提出了要在幼儿园和小学中实施探究式科学教育,并随后采取了一系列的措施来落实这个科学教育标准《3》。2006年美国科学院和美国工程院发表了题为《迎接风暴》的研究报告《4》。据此,布什总统在2006年发布国情咨文时宣布一项提高美国竞争力的行动计划(American Competitiveness Initiative),以鼓励在所有经济领域的创新,以及给美国的儿童在数学和科学方面打下更扎实的基础。在这项计划里,包括了三项主要的投资计划:1 在下一个十年里,增加对关键的基础研究项目的投资;2,对研究和发展投入实行税收优惠,以鼓励更多的私有部门参与技术革新;3,鼓励儿童学习更多的数学和科学,并且要保证这些课程真正足以能与其他国家竞争。美国议会两院在2007 8月一致通过了根据《美国竞争力计划》制定的《美国竞争力法》《5》。

      200710月美国国家科学委员会(National Science Board)再次提出《应对美国科学、技术、工程和数学教育系统紧急需求的国家行动计划》(6)。该计划经过两年的准备,在2007103日正式发布。这一天也是前苏联第一颗人造卫星上天的50 周年纪念日,所以特别选在这一天发布,是为了向美国朝野发出警示:50年前的威胁,今日以另一种形式出现,美国需要大大加强对学生的科学、技术、工程和数学教育。该行动计划主要提出两个方面的措施,一是要求对从学前教育到高中教育、大学本科教育阶段的科学教育,增加国家层面上的主导作用,在横向和纵向上进行协调;另一个方面是提高教师的水平和增加相应的研究投入。美国国家科学理事会在200710月出版了书籍《将科学引入学校——从幼儿园到八年级学习和教授科学, Taking Science to School: Learning and Teaching Science in Grades K-8》《7》。两份报告的有些观点不尽相同,但是对科学教育的重要性认识是完全一致的。

      上世纪六十年代以后,特别是八十年代以来,世界上其他一些主要的发达国家也十分重视从幼儿园和小学开始进行探究式的科学教育。法国的教育制度在中央集中管理这点上和我国比较类似,而我们和法国科学院又建立了已经长达8年多的良好合作关系,因此对法国科学教育的情况是了解得比较准确的,他们的发展过程、采取的政策和措施,对我国可以有重要的启示。

      1995年,法国诺贝尔物理奖获得者夏帕克(Georges Charpak)应法国教育部长的邀请,带领了一个研究团队,到美国考察美国芝加哥和加州的科学教育改革。回国以后,决定将美国的探究式教育引入法国,并作了进一步的发展,将它称为 “La Main à La PâteLAMAP)”,意为“动手和面”,即基于动手的探究式科学教育。1995 1996年开始由法国科学院推动在344 班级进行La main à la pâte8》实验;2000年实验班级扩大到5000个班级,参加探究式科学教育实验的是3-11岁的儿童。 1999年法国教育部在对LAMAP进行评估以后,决定在全国幼儿园和小学中进行上述科学教育《910》。2000年法国教育部正式公布科学教育改革计划,要求法国全部350000班级进行科学教育改革,成立执行此项计划的国家委员会,并对教师培训提供财政支持(Implementation of local and national plan management committees )。2002法国教育部公布了新的国家课程计划(New national  Curriculum),并对 7 %  的在职教师进行了专门的科学教育方面的培训。2003- 2004教育部发布了教师培训的指导书 (Guide for teacher training (Ministry of Education)2004-2005大约有25 % 的教师已能够进行科学教育,他们大部分能用好的教育方法,在职培训的量减少了 3%。其间,希拉克总统曾亲自到小学参观科学课的教学《11》。从2006年开始,LAMAP开展初中低年级试点(12-13 岁),进入第一批试点是10所学校共100个班级,试点进行得比较顺利。法国在2007年对400011岁左右3年级的学生进行了科学教育评测。此项评测将会在5年以后再次进行。为了促进教育的跨学科的科学研究,法国在2007年将所有的培养教师的高等教育机构并入综合大学《12》。

      1988年英国的英格兰、威尔士和苏格兰先后通过教育改革条例,对512岁的儿童进行科学教育,并把语文、数学和科学教育并列为小学的三门主要课程《13 》。在1988年科学课程标准草案的基础上,英国先后颁布了5个不同版本的科学课程标准。其中,关于科学探究活动的内容和教学要求虽有调整和修订,但科学教育的地位和作用一直受到强调与重视《14》。2006年在法国和瑞典的推动下,启动了欧盟12个国家中12个城市间的合作计划—花粉计划《14》。20078月欧盟发表了《为了欧洲的未来,立即改革科学教育方法》《16》的报告,欧盟正在蕴养欧盟国家在科学教育上的联合行动。

      九十年代以后,国际上一些科学家,包括一些诺贝尔奖金获得者,本着对未来的责任感,根据自己的科学实践,提出并亲自和教育界一起合作推动国际范围的科学教育,科学教育开始在发展中国家推行。国际科学联合会(ICSU)从1994年开始组织了科学能力建设委员会(CCBSCommittee of Capacity Building on Science),致力于在世界范围里推动探究式的科学教育。200011月 中国教育部、中国科学技术协会和国际科学联合会,联合国教科文组织共同在北京召开国际小学科学与数学教育会议,并发表了北京宣言《17》。有九十多个科学院参加的国际科学院联合组织(IAPInter-Academy Panel)中成立了负责对世界问题提出科学咨询意见的国际科学院委员会(IAU)。国际科学院委员会在20042月向联合国秘书长安南先生(Kofi Annan) 正式提交了他们第一份对国际问题的咨询报告“创造更美好的未来:在世界范围内建设科学技术能力的战略”《18》。在这份咨询报告中,强调了科学能力建设对世界可持续发展的重要性。其中,作为基础的和最具战略性的任务是中小学(518岁)的科学教育,指出科学教育是科学技术能力建设的核心。200312月国际科学院联合组织在墨西哥发表了联合宣言,有69个科学院院长在宣言上签了字,承诺在各自的国家推进科学教育。中国科学院陈竺副院长代表中国科学院在宣言上签了字《19》。随后,成立了以智利科学院院长Allende为主席的IAP-IBSE国际网络。20069月经过两年的工作,IAP-IBSE工作组发表了对探究式科学教育进行评估文件《20》。

      20046月在联合国教科文组织位于法国巴黎的总部,召开了国际科学技术教育大会,会议提出科学教育改革应该作为重要议题列入联合国教科文组织的议程,应该在世界范围内推动一个大的计划,并着力于推动发展中国家的科学教育改革。会议号召世界各国教育界、科技界和政策制订者共同为系统地改革少儿的科学和技术教育而努力《20》。

      现在世界上已有三十多个国家,包括亚洲、非洲和拉丁美洲的一些发展中国家正在进行此类的科学教育改革。国际经济合作与发展组织(OECD)组织的国际学生评测计划(PISA)在2003年对学生的科学素质进行了国际比照性评测《22》。20072月,OECD-PISA又发布了他们在2006年对59个国家和地区15岁学生科学素质的评测结果《23》。 (待续)    

发布于1月11日 20:02 | 评论数(10) 阅读数(4086) | 我的文章

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