中外科学教育教学策略比较

时间：2014-09-25 19:50:16 阅读量：0次 所属分类：教育论文

由于文化传统的不同、社会发展程度的差异以及意识形态的区别，不同国家研制的科学教育教学策略体现出不同的倾向和特色。对中外科学教育教学策略的比较研究将更好地促进科学教育的发

　　摘要：由于文化传统的不同、社会发展程度的差异以及意识形态的区别，不同国家研制的科学教育教学策略体现出不同的倾向和特色。对中外科学教育教学策略的比较研究将更好地促进科学教育的发展。基于有限案例的研究表明中外科学教育教学策略存在三方面主要差异：中外科学教育教学策略在教学内容载体选择上明显不同;价值取向上差异显著;研发方式与途径风格迥异。

　　关键词：科学教育;教学策略;比较研究

　　一、科学教育教学策略的界定

　　科学教育教学策略(science education strategy)自20世纪70年代以来频繁出现于西方科学教育研究文献中，自20世纪90年代以来在我国渐成研究热点。这里的“科学教育”通常指物理、化学、生物、地理等学科，这几门学科的共同特点是：研究对象是客观世界、研究方法体现实证特征。

　　“教学策略”的定义比较复杂，不同的研究者对“教学策略”有不同的定义。邵瑞珍主编的《教育心理学》一书对教学策略的定义是：“教学策略是教师在教学过程中，为达到一定的教学目标而采取的相对系统的行为。”李晓文等认为：教学策略具有动态的教学活动纬度和静态的内容构成纬度。[1]较早研究课堂教学策略的美国学者埃金等人认为，教学策略就是“根据教学任务的特点选择适当的方法”。[2]

　　一般而言，我国学者倾向于认为：策略是比方法更上位的概念，策略比方法更高远一些、更抽象、更概括些。策略既有技能特性又有系统特性，因而具有普遍意义。而西方学者则常将教学策略看做具体的教学方法。不过，他们通常在特定的教育理念和教学环境中谈教学策略。如Borich著、易东平译的《有效教学方法》(Effective Teaching Methods)一书中，有专章介绍“直接教学策略”“间接教学策略”“提问策略”等非常具体的教学方法。新西兰配合1—9年级《科学》的教学编制的“Teaching and Learning Strategies”中，详细介绍了许多具体教学方法，且都冠名以“某某策略”，如“邮箱策略”“毛线团策略”等。

　　鉴于以上分析，本文将科学教育教学策略暂时界定为：“在一定教育理念指导下的科学教育具体教学方法及应用。”

　　二、关于科学教育的共识

　　在近期的世界科学教育发展中，已经基本确立了一些共识，它们是中国、美国以及其他一些国家不约而同提倡的。[3,4]其核心内容包括以下几点。

　　●科学教育的目的是提高公民的科学素养。科学素养不仅包括科学知识与技能，还包括科学过程与方法、情感态度与价值观。

　　●科学是面向所有学生的。科学课程应从学生的生活经验出发，注意知识技能在实际生产、生活中的运用，重视科学技术与社会的相互关系。科学课程要反映作为当代科学实践之特点的理性传统与文化传统。

　　●科学学习是一种能动的过程。学习科学是学生亲自动手而不是别人做给他们看的事情。科学探究是学习科学的重要途径，也是学习科学的重要内容。

　　这些关于科学教育的共识构建起中外科学教育教学策略比较的前提和基础。对科学教育目的、内容和途径之认识的一致性，使得各国在设计和运用科学教育教学策略中有了许多共同的追求;不同的人文、地域和历史背景又赋予各国的科学教育教学策略鲜明的特色，使比较成为可能。

　　三、中外科学教育教学策略比较

　　(一)中外科学教育教学策略在教学内容载体选择上明显不同

　　教学策略设计要选择适当的教学内容作为载体，有些教学内容的学习和传授需要特殊的教学策略。中外教学策略设计所选择的学科内容载体明显不同。我们先看以下两个案例。

　　案例1 哪种炸薯片含有的热量更多

　　这是新西兰科学教师Azra在中国为某高师课程与教学论(化学、物理)研究生演示的一个教学片段。教师给出两种不同品牌的炸薯片，要求学生通过实验判断它们中哪一种含有的热量更多?在让学生讨论各种可能的方案后，演示了其中的一个方案：用回形针将薯片固定在软木塞上，点燃薯片，用薯片燃烧产生的热量加热盛有50 mL水的大试管，根据试管中水温上升的多少比较薯片含有热量的多少。

　　然后，讨论上述实验是否“fair”。尽管“fair”一词的本意是“公平的”，但观看Azra演示的中国的这些未来的科学教师显然认为这个实验不够科学，他们在发言中将自己所认为的此实验的所有不合理之处都讲了出来：

　　① 两薯片的厚薄、大小可能不同。

　　② 两薯片的质量可能不同。

　　③ 两薯片燃烧的完全程度可能不同。

　　④ 加热水时热量的散失多少可能不同(火苗的稳定性不一样)。

　　⑤ 两只被加热的试管管壁厚薄可能不同。

　　⑥ 如果将薯片弄得更碎，甚至变成粉末，燃烧会更充分，结果会与燃烧整个薯片不同。

　　⑦ 食物含有的热量是在体内消化时释放出来的，用燃烧的方法所得结果是否代表食物含有的热量，值得怀疑，等等。

　　Azra肯定了听众的质疑，并自然地过渡到下一个问题：“在这个实验中，我们需要保持哪些量不变?”以及更进一步的问题：“如果全班分成若干个小组，每个小组都做上述实验，还可得出不同的结果，怎样看待这种不同，它为什么会产生?应该如何处理?如果将各组测得的水温上升值平均后再代入公式算薯片的能量是否比依据单独的一组数据算更准确?”

　　案例2怎样形成喷泉

　　这是我国某中学化学教师的一个教学片段。她首先演示了如图1所示的氨气溶于水的“喷泉实验”。先将胶头滴管中的水挤一点进入烧瓶，烧瓶中就会因为氨气的大量溶解而形成负压，导致烧杯中的水进入烧瓶，形成喷泉。然后教师给出了图2所示的装置，要求学生讨论怎样利用此装置产生喷泉。

　　讨论是很有意思的，实录如下。

　　学生1：可以用嘴向下面锥形瓶中吹气。

　　教师：吹的目的是想增大锥形瓶中的压强，是吧?还有没有更好的办法来增大下面的压强?想一想。吹气的话，这个气压还是有限度的，能不能采用其他方法，作为化学实验这种方法(用嘴吹)不太妥当，是不是?

　　学生2：可以通过加热锥形瓶的方法。

　　教师：很好。加热锥形瓶，就会使下面的压强增大，那么液体就由下往上喷。刚才这位同学提出的方法是通过加热来增大下面的压强，那么我们能不能从上面着手呢?想一想。

　　学生3：可以通过用冷水浇在上面的圆底烧瓶上，形成内外压强差。

　　教师：可以通过用冷水浇在上面，形成内外压强差。我觉得还可以换一种方法，例如用冷的毛巾来敷，这样就会使上面的压强减小，从而形成喷泉，非常好。刚才同学们是设法增大下面的压强或者减小上面的压强，我们能不能通过增大上面的压强来形成喷泉呢?大家考虑一下，如果上面的压强增大了，就会出现什么现象?氨就会怎么样?会沿着导管进入下面的水中。是不是能引发喷泉?好，也可以。那怎样去增大上面的压强呢?同学刚才说用冷毛巾敷，那现在怎么办?对，用热毛巾敷，这样就可以增大上面的压强了，同样可以引发喷泉。

　　上例中新西兰教师选择的作为教学策略载体的教学内容与生活关系密切，更注意科学过程、方法的引导，且对所讨论的内容在原理上作了适当的近似处理和简化;中国教师选择的教学内容是重点学科知识，逻辑推理严密，但在生活中不常见，有点像实验室中的智力游戏。

　　这种差异在中外科学教育教学策略研发中普遍存在，相关的例证还有很多。比如测定香烟烟雾中的有毒物质、用纸上层析法鉴别支票签字的真伪、比较电池的性价比、比较不同洗涤剂的去污能力和毒性等，是常见的国外教学策略设计的载体。而我国设计的教学策略则更注重教学难点和重点的突破，如让学生通过实验探究原电池形成的条件、用实验探究外界条件对化学反应速度的影响、推测和想象CH4分子的空间构型、探究利用“守恒法”“十字相乘法”解题的规律等。

　　教学策略研发在教学内容载体选择上的差异一定程度上反映了中外基础科学教育传统的不同。较长时期以来，我国的科学教育以传授科学知识为主要目标，加之激烈的升学竞争，教师自然比较注重如何更有效地传授知识。一些西方国家比较早地注意到科学内涵的丰富性和科学教育的人文性，认为“科学不仅是需要学习的一堆知识，同时也是一种学习的过程或方法”[5]“每一个人都应该有机会去领略一番因领悟和探明自然界的事理而可能产生的那种兴奋之情和自我满足感。”[3](1)因而，在设计教学策略时比较注意选择过程性的和与生产、生活密切联系的内容作为载体。另一个重要认识差异还在于：日常生活中的事例通常是复杂的、受多种因素影响的，而我国科学教育工作者非常重视知识的逻辑关系和推理的严密性，由于担心出现科学性错误而不敢也不善于将日常生活中复杂的科学问题简单化、将结构严谨的知识趣味化。比如，有一种国外初中科学教材在介绍盐的性质时，设计了不用冰箱制造冰激凌的活动。在我国大多数教师看来，其中涉及“盐使水的凝固点降低”的知识，是超过教学要求的，因此，大多数教师可能就不能接受，更不会设计类似活动。

　　也许对教学策略研发在教学内容载体选择上比较理智的认识应该是：传授知识和体验过程、方法都需要精心设计教学策略。做关于过程和方法教学的策略设计时，要允许或应该在原理上做适当的简化和近似处理，以突出过程和方法的本质特征。做关于知识内容教学策略设计时，要努力寻找生产、生活的实际情境，以体现科学知识的真正价值。

　　(二)中外科学教育教学策略在价值取向上差异显著

　　教学策略研发的价值取向反映了设计者对“教什么最有价值”问题的思考和判断。有限的教学时间用在哪里?策略实施的预期是什么?这些方面中外教学策略也有较大的不同，请看以下两个案例。

　　案例3 关于地图的学习

　　“关于地图的学习”是美国科学教材FOSS ①设计的一个完整的单元教学策略。学习约持续3个月。从画山的等高线开始，学生得到一座泡沫塑料制的大山模型，山被平行的切成6层，每层1 cm厚。教师要求学生保持山的中心位置固定，用笔沿着每一层的边缘移动，将每一层的边缘线画在纸上。当6层的边缘都画出来后，纸上出现了由等高线构成的山的地图。再对照山的模型和等高线图，教师引导学生发现等高线的意义、等高线疏密的意义、等高线区间的意义等。

　　接下来画山的轮廓图并与此山的风景照片对照。然后教师拿出该山区真正的地图。让学生寻找南北方向、研究地图上的颜色(应该能找到五种颜色：蓝色、褐色、绿色、黑色和红色，分别代表湖泊、陆地、植被、建筑和公路信息或测量信息)、研究地图上的符号(交叉的箭头表示采石场、虚线表示四轮车道、双虚线表示没有改造的公路、周边有一条曲线的小蓝圆圈表示喷泉、旁边写有数字的×或△表示海拔、黑色实方块表示建筑物等)、观察等高线和等高区间、确定该山的海拔、根据描述在地图上找到相应的路线(如从海拔为10 800英尺和11 200英尺之间的一个小冰川出发，开始向西南方向走到最近的瀑布，它位于10 400英尺的地方。然后又向西走，到达一个小湖)、根据地图提出到一个神秘地方的路线等。

　　案例4设计对比实验证明乙醇能使蛋白质变性

　　这也是我国某中学化学教师的一个教学片段。乙醇使蛋白质变性是乙醇用做消毒剂的化学原理。教师要求学生利用鸡蛋清、无水乙醇、蒸馏水、淀粉、淀粉酶、碘水等试剂设计对比实验，证明乙醇可使蛋白质变性。

　　这是一个比较复杂的实验，要用乙醇让淀粉酶这种蛋白质变性，失去对淀粉水解的催化作用，来说明乙醇能使蛋白质变性。淀粉酶催化作用的失去可通过淀粉遇碘水变蓝的实验现象来表征。实际施教时，教师引导学生讨论出如下的一种可能的实验设计。

　　(1)向7 mL淀粉溶液中加入碘水6滴，分成甲、乙两等份;

　　(2)向甲中加入淀粉酶的水溶液5滴，乙中加入淀粉酶乙醇溶液5滴;

　　(3)同时水浴加热半分钟;

　　(4)同时冷水浴冷却，观察现象。

　　实验结果应该是甲中的蓝色褪去(淀粉酶使淀粉水解了)，乙中蓝色不褪去(淀粉酶在乙醇作用下变性，失去了使淀粉水解的作用)。

　　然后是学生的实验和观察。实验现象是明显的。整个活动用时约12分。

　　笔者认为，这两个案例很典型地反映出教学策略设计价值取向的不同。美国学者认为，使用地图是基本科学素养的要求，因而投入相当长的教学时间(大约半个学期的地理课)，精心设计教学策略，以教会学生认识、理解、使用地图为目的。整个过程的教学策略是从模型开始，经历一系列的动手活动：测量、绘图、比较山的地图和真山照片、认识地图上的各种符号、根据要求在地图上标出相应的路线等。将非常抽象的等高线、等高区间等概念经由学生亲自动手画，再反复观察、辨认、应用、比较，变得具体而生动;从模型、草图、风景照片到真实地图，要求步步提高;从具体到抽象，再到具体，最后达到使学生会读、看懂、能使用真正地图的目的。中国教师意识到要让学生有科学探究活动的训练和体验，精心设计了上述很有创新性的探究课题，但给学生开展探究活动的时间却只有12分，学生没有充分的时间讨论原理、设计实验，教师稍加引导便给出了实验方案，目的是留出时间让学生做相关实验和完成本节课的其他教学任务。原本非常好的探究活动令人惋惜地异化为“照方抓药”的简单操作。如果让学生自己设计、实施实验方案，让他们犯那些可能的错、上那些难免的当：比如没有对照实验、对照组溶液的量、浓度等与实验组不一致等。可能更有利于学生在犯错、改错、预测、检验、反思、讨论中获得探究的体验，学到科学的真谛。但若要做到这些，可能至少要1节课甚至更多的时间。

　　教学策略研发价值取向的不同产生于不同的知识价值观。尽管笛卡儿在1637年发表的《方法论》中就已指出最有价值的知识是科学研究方法的知识，斯宾塞在1861年写的《教育论》中也强调：学习实验科学和训练科学的实证精神最有价值，[6]人们还是很难超越“知识就是事实、概念、原理、定律”的认识。中外的科学教育都存在这样的现象，但近期国外改变的速度似乎更快一些。

　　我国科学教育的传统观念通常认为，保持课堂教学内容的高密度是提高课堂教学效率的关键之一，如果教师在课堂上让学生活动多而自己讲的少，就会有不负责任的嫌疑。例如，我国的中学生在校学习时间要远远长于美国等西方国家的中学生在校学习时间。我国有些学校一天9节课，寒暑假还要补课。新西兰、澳大利亚等国的中小学生通常早晨9点到校，下午3点放学，若3点后教师要将学生留在学校必须得到校长批准。但我国教师在设计教学策略时，却不太舍得让学生在探究性、自主性学习中花太多的时间，就如上例所示。有些很好的教学策略因为没有充分的时间保障而得不到应有的效益，有时便落入为探究而探究或探而不究的俗套。不让学生从事探究活动就如同不让学生下水，又怎么能奢望他们学会游泳、学会探究呢?在教学中让学生高质量地“动”起来，教师要做的事不是少了，而是更多了;教学中教师讲的少了，也不等于学生学的少了;因为学生需要在探究的过程中学习探究，在感受科学的同时学习科学，这无疑需要教师有更高的水平，更好地设计和运用教学策略。

　　教学策略设计的价值取向的不同和变化启示我们，应该将有限的教学时间用于让学生做最有价值的事情。教学策略实施的预期目的应该是让学生实现最充分的发展，因此，在课堂的教师讲授时间和学生活动时间上必须有所取舍;在传授知识、发展能力和形成正确观念上必须寻求平衡。

　　(三)中外科学教育教学策略的研发方式与途径风格迥异

　　中外都研究和开发科学教育教学策略，但研发方式和途径却风格迥异，各有所重。总体上说，国外的研发表现出团队运作、系统性强和注重理论指导的风格;而我国的研发则体现出个体钻研、经验性强和注重与学科内容密切联系，思维强度高的特色。

　　在美国，有若干研究教学策略的团体，他们通常以大学的某研究中心为核心，联合中学有经验的教师并争取国家基金和社会力量的资助。他们将教学策略研发与教材编写同时开展，在编写和改进教材的同时研究开发相应的教学策略，使得教材推广的过程成为新教学策略应用的过程，二者相得益彰。如：美国科学教材FOSS及其一整套教学策略就是加州大学伯克利分校的劳伦斯研究中心经历25年不懈研究的成果。另一套美国科学教材STC/MS(Science and Technology Concepts for Middle School)的研发与FOSS相似，而且，STC/MS教材中3/5以上篇幅的内容是学生的探究活动，学生通过完成一个一个的探究活动来学习科学。这些活动中的每一个都经过学生的试做和教师的改进。教材本身就是个由许多小的教学策略有机组合的系统的教学策略设计。由于是团体运作，又持续多年，并有经费支持，他们所研究开发的科学教育教学策略往往涵盖某一学科或某一课程的全部内容，而不仅仅是某些教学片断。

　　另一方面，国外研发教学策略比较注重理论的指导。除了建构主义等学习理论之外，还将脑科学等探讨人类学习的理论应用于指导教学策略的研发，将脑科学和心理学的一些实证研究方法应用于教学研究。如FOSS的主编Laurence Lowery具有很高的理论水平，曾在中国以“人是如何学习的：脑的研究”“脑发展的研究”“继续发展研究”作过专题报告。他了解典型的探测脑信息加工过程的技术，如：EEG(脑电图)、MEG(脑磁波)、MRI(核磁共振成像)和PET(正电子X射线断层摄影)等。在报告中，他出示了一张照片，显示一个小女孩在看到一个小动物和看到并用手触摸到小动物时的两张PET图。他用“exploding”这个词来表示脑某一区域血流量突然增大的现象，并解释说：“PET图显示小女孩的手触摸到小动物之后，她脑中前部的血流量突然增大，说明此时大脑接受到一个强烈的刺激。更多的研究表明，脑细胞的任何区域都不会储存图像。脑，既不像照相机那样记录图像，也不像录音机那样记录声音。脑将一个事物或事件分成许多部分，储存在脑的不同区域。形状储存在一个地方，颜色储存在另一个地方，运动、顺序、情绪、状态也分别储存。这一分解策略的优点在于，一个脑细胞可以被激活多次来识别相似的因子。脑的内部只有无数不断变化的联结模式。当受到刺激时，已构建的联结会将各个部分组合成一个整体(一个概念、事件、物体等)。组合的质量取决于原始输入的质量。这就是我们提倡‘learning science by doing science(通过做科学来学科学)’的理论依据之一。让大脑能获得丰富的、高质量的原始输入信息。”在国外，有一批具有高学历和高职称的博士、教授等热衷于基础教育教学策略的研发，因此，其研发相对而言更注重理论的指导。

　　我国科学教育教学策略的研发在现阶段主要还是许多教师的个体行为，这些教师大多直接从事教学工作，他们的研究往往更依赖于个人经验，并以部分教学内容和片断的教学策略研发为主。例如，2001、2002、2003三年中，在《课程·教材·教法》上发表的、内容涉及科学教育教学策略的文章分别为27、23、27篇，分别占当年该刊总文章量的12.6%、9.5%和13.4%。均为个人署名，其中的绝大部分是个体研究成果，涉及小组探究、问题解决、课堂提问、阅读教学、研究性学习、合作学习、案例教学等方面。我国教师个体进行的科学教育教学策略研发亦不乏高水平的成果。如，南京某中学教师利用STELLA软件研制了系统思考教学策略，其相关论文曾被美国2003年系统科学学会年会接受，并应邀赴美做年会分主题报告。但可能是因为许多科学教育研究者正承担着繁重的教材编写工作，也可能对教学策略研发的重要性认识还不充分，我国科学教育教学策略研发还缺乏团体的、有战斗力的队伍，因而不易产生系统的、有广泛影响力的成果。

　　我国科学教育教学策略研究的另一特点是注重与学科内容的联系，有较高的思维强度。如就化学学科而言，重点学科知识：电解质溶液、氧化还原反应、未知物性质和结构推导等是教学策略设计时被频繁涉及的主题。探究活动中问题设计、过程要求通常有较高的思维挑战性。图 3如，在讲解微粒运动时，我国某教材设计了如下教学策略：首先，学生看到图3装置中A烧杯的溶液片刻后由无色变为红色。然后，要学生对上述变化作出解释，并设计实验验证自己的解释。显然，这对学生的思维要求是相当高的。实践证明，在科学学习中，当学生面临具有挑战性的、通过努力有可能解决的问题时，即处于最近发展区，是最佳学习情境之一。我国有注重学科知识传授和思维能力培养的传统，这种传统也自然成为教学策略设计的特色，这是值得保持和发扬的。

　　综上所述，中外科学教育教学策略有许多共同之处，更有许多不同特色。若能相互借鉴、取长补短，定会相得益彰，使科学教育水平更加提高，使学生的科学素养得到更好的发展。

　　① University of California at Berkeley.Full Option Science System.Delta Education.

　　参考文献：

　　[1]李晓文，王莹.教学策略[M].北京：高等教育出版社，2000.

　　[2]埃金，等.课堂教学策略[M].王维诚，等，译.北京：教育科学出版社.1990.

　　[3]〔美〕国家研究理事会.美国国家科学教育标准[M].戢守志，等，译.北京：科学技术文献出版社.1999.

　　[4]中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准(实验稿)[S].北京：北京师范大学出版社.2001.

　　[5]Center for Science,Mathematics and Engineering Education,National Research Council.Inquiry and the National Science Education Standards:A Guide for Teaching and Learning[M].National Academy Press,2000.

　　[6]周天泽，胡定熙.化学和科学精神的弘扬[J].化学教育，2004，(2)：13—15.