PDF《G L口》

G L口 技术 、 科 学这三个核心概 念作 出了清楚 的界定 在一教育的语境 中, ` 科学'

专指传统的自 然科 学,如物理 、化学 、生物和新 兴的地球 、太空和环 境学 ` 工程 '

的含义比较宽泛 , 意指所有以系统性 的 设计 工作 解 决特定 问题 的 实践 .

` 技术'

的含 义也同样宽泛 , 意指所有人造设备 、系统和工作流程 , 而不仅仅局限于计算机和通信工具 当工程师运用 他对自然世界 运行原理的理 解和甘人类行为的认知 科学 , 设计出 工程 满足人们需要的设备 、系统 和工作流程时 ,技术就发生 了 从以上定义不难看 出科学 、工程与技术三者之间 相辅 相成 的关系 .《下一代科学教育标准 》 草案的具 体 内容也严格遵守 了框架给出的相关定 义. 如在技 术 、工程 与应用科学部分 ,术语 工程设计 取代 了原 先 的提法 技术设计 , 以契合 工程是系统性 实践 , 而 技术是实践 的结果 的定义 . 草案还强调 , 从教 学 的角度 来说 , 正是工程设计必须反复进行 、 重 复验 证 的特征 ,保证 了科学知识的深刻理解和切实应用 同时 ,工程设计 中也处处渗透着科学探究的思维 . 比如 ,技术 、工程与应用科学标 准将 工程设计分 解 为三个步骤 界定 问题 、破解 问题 , 即将待解 决的 问题 尽量清楚地 加 以陈述 , 并 设定成功 的标准及其 局 限性 设计 解 决方案 , 生成 一系列 不同 的解 决方 案,以对于待解决问题的适切性为标 尺,来评估各组 方案 的优 劣点 ,选 出最佳方案后 , 加 以测试和修 正 优化设计方案 ,这 是一系列权衡的过 程,即舍弃次重 要的 元素 、保 留最 重要的部分 的过程 , 在反 复的 掂量 中达到 设计方案的最优化 . 其实 ,将 技术和工 程教 育的内容整合 进科学课 程 标准 中,并不是什 么新 鲜事 物.早在年国家教育进 步协 会简称发布 的题 为 为 了所 有 美国 人的科学 教育 的研 究报 告中 , 就有 一章专 论 技 术的本质和人造世 界 其后 , 还分 别于 年、年发布 的研究报告 科学 教育的 国际 指标 中重 申了 技术是科学的一部分 的论点 现 在通 用的年版 《国家 科学教 育标准 》 中,也将 科学和技术 单 列一 章.虽然有 了上述努力 , 然而 , 在 科学课程 、学业 评估和 学科教师培 养上 , 工程和技 术 教育还是远未能得到和其他传统科学学科 同等 的关注度 . 《下 一代科 学教 育标 准》最大的亮 点正 在于通过在 一 所有年级 的课堂教学 中,给予工程 设计以和科学探究相 同的地位 ,通 过将工程 、技术和 其他科 学学科 的核心概念 等量齐观 , 而将 工程和 技 术教育完全地整合进 科学教育之 中.比如 , 在 《科学教 育框架 》 中,就有对科 学与 工 程教育标准设计思路的出色描述 从某种意义上来说 ,每 个孩 子都是 天生的工程 师 他们在 孩提 时代 就利 用工具和 材料搭 建沙堡 , 给玩偶 盖房子 , 给仓 鼠造 笼子 . 因此 小学阶段 的科 学教育课应鼓励孩子们利用老师提供的工具完成某 项设计 任务 , 比如在 某 两个物 体之 间造一 座桥 用

图表方式展示学校停车场的交通状况 或为学校花 坛设计布局图 初 中阶段则应为学生提供全程参与 一个 完整项 目的机会 , 从界 定 问题 到研 究开发到验 证 实施 高中的学生则应参与到本地 、国家和国际 上的重 大项 目中去 , 不过 此阶段应将 重点放 在探 究给定问题 的本质 、 评估其他 方案 、权衡不 同设计方案 之 间的优 劣势及 洞悉不可预 侧的结果上 来 工程和 科学教 育之所 以能跻 身 正统 科 学学 科 之列 , 和 《科学教 育框 架》中以 贯通性概 念 推 进 学科大融合 的努力不无关联 . 北海道 国际学校 学生 自己动手设计物理模 型FOCUS一聚了 焦、《科学教育框架 》推动 学科大融合 《 科学教育框架》 从三个维 度 来搭建 下一代 科 学教育标 准的概念框架科学和工程实践、贯 通性概念、子 学 科核心概念 . 科学和工程 实践 .包括两部分 科学家在调查研究和建立模型 的过程中所应用到的主要实践方式和关于世界 的理 论 工程师在进 行系统性设计工 作时所用到 的一 系 列工程设计实践 . 在 以科学探 究为取 向的科学课程 教学实践 中,学生应该亲 自参与 到各种实 际操作 中去,而不是仅仅经 由教 师充当 二传手 学到二手知 识.没有 直接 的实 践,无论是对 科学知识 本质 的理 解,还是对操作性技 能的掌握 , 都难免失之浅薄 . 框架 定义的八条科学和工程 实践分别是 问问 题 科学 , 界定问题 工程 设计 、应用模 型 规划 、 实施调查研究 分析 、阐释数据 运用数学思维和计 算 机思 维给出对于 问题和 现象 的解 释科学,开发设计 方案 工程 参与基 于 实证 的讨论 获取、评估 、传播信息 . 贯通性概念 . 即在科学的各个子学科之间起 到桥梁作 用的七 个贯通性概念 , 分别为 规律 因果 在动 手做 中学习 关系 量尺 、比率和数量 系统 和系统模 型 能量和 物质 结 构和功 能恒定和变化 . 其中 , 每个概念均 在某几个子学科里 占据全局性 、框架性 、结构性的地 位 同时 , 对于某 门子学科来 说,它并 不能将这一组 贯通性概念面 面俱到地 覆盖 , 而 只是着重 强调其中 的几个 . 之所 以列 出这 些贯通 性概 念,是为 了强调 科 学各子学科之 间并没有清晰的 界限 .这些概念在 自然科 学 、生命 科学和 工程技 术子学 科 中的价值体 现在 它们 能帮助学生建立起一个跨子学科的 、有组 织 的认知框架 , 从而将 各子学科 的知识连 贯起 来,共同形成一个对 世界完整而非割裂的科学认识 . 子学科核心概念 .虽然科学知识库的无限膨胀 己经让在 一 阶段的科 学教育 穷尽所有领域 的努力 成 为可能 , 但 是既然其 中的许 多知识 在这个信 息时 代 己经 唾手可得 , 就不 如将科学 教育 的 目标从传授 所有 科学事实 转变到 为学生打造 核 心概 念工具 箱 上来 , 方便他 们之后 以此 为框架 ,将 零碎 的历 史 事实或 者学科 前沿的新信 息 自成体 系地组 织起来 , 从而形成对科学探究和工程设计更深层次的理解 . 舍弃事实性 、信息类 内容 ,而将教 学聚焦于科学 和 工程 学科领域 屈指可 数的 几个核心概 念,不仅 可 以减轻学生机械性记忆 的压 力,还能拓宽学习视域 , 有效释放他们的学 习活力和积 极性 . 有了这个将 零 碎知识体系化 、结构化的 工具箱 ,学生不仅能 自行 评估和 筛选 可靠 的科学 信息 , 还 能实现 从碎片化 的 新手思维 到 系统化 的 专家思维 的转 变,从而成 长为高 等教育阶段 科学 知识 的明智使用 者 、科学相 关工作 的快速学习者乃至前沿科学信息的创造者 . 一 科学课程 的核 心概念应具有这些特征 在 多个科学或 工程学 科中都 起到核 心作用 , 或作为某 门学科 的框 架性概 念 可作 为一件重 要的 知识工 具 , 用来理解 、剖析 、释疑更为 复杂的概念 和学生 的学习兴趣或 生活经验 有所 关联 , 或者具有针 对科 学技术相关社会现 象的强大解 释力 便于在 多个年 级 实施程度递增的教学活动 . 科 学各子学科核 心概 念分别为 自然 科学 . 物质和它 们之 间的相 互作用 运动 与 静止 力与 相互作 用能量各种波及 其在 信息 技术领域的应 用.生命科学 . 从分子到有机物 生物结构和演化 历程 生态系统 相互 作用 , 能量 和动 力学 生物性 G I 汤 学生设计 的作品 状的遗传与变异 生物进 化 统一性与 多样性 . 地球和 太空学 . 地球在 宇宙中的位置 地球 的 各种系统 地 球和人类活动 . 工程 、技术 与应 用科学 .工程设计 工程 、技术 、 科学与社会之间的联系 . 我们可 以发现 , 各子学科核心概念各有偏 重,所以 贯通 性概 念 才 显得 尤其 重要 . 正是这 些 贯 通性 概念 在科学 各子 学科之间强大 的联 系和整合 能力 , 使得工程 、 技 术教育不管在学理辨析还是在具 体 的标准 内容上 , 都能水到渠成地 登堂入室 . 描绘无缝对接的学习进步曲线 多年来 , 美 国基 础教育阶段 的科学 教育一直 以相互脱 节 、相 互孤 立而广受 垢病 , 这次《科学教育框架 》 大胆 提 出贯通 性概念,是试 图在 一论教育阶段为 学生描绘 一条无缝对接 、循序 渐进 的学习进 步曲线 . 对此 , 《科学教 育框架 》是这样表述的 为了让学 生在长达数年 的科学教育中形成对周遭世 界完整 、彻底而深刻的认识 , 我们理应让他们有 足够 的机 会,长时间、经常性地接触 、学习 、理解 、应用蕴 含于各科学 学科之中的核心概念 , 并认识到这些概念之 间是左右 相通 、前后相续的 .我们可以将这种连通性概念化为 一 条学习进步 曲线 .如果说精通一 门科 学学科的核 心概念是教育的终极 目标 ,那 么设计精巧的学 习进步 曲线就提供了达此 目标的路线图.从这条学习进步 曲线 上,我们既能发现学生对于核心概念 的理解是如 何 日臻成熟和深刻的 , 也能洞 悉到为了取得进步 ,学 生还 需要何种教学上的帮助和实践方面的拓展 . 学 习曲线的连 贯还有另 一个重要 面向 ,这就又回到了前文讨论过 的焦 点代表理论知 识的科学教 育和代 表实 践 的技术 、工程 教 育之 间 的相 互贯 通.其实 , 《下一代科 学教育标准 》 之所 以不惜 笔墨一再 强 调工程和技 术教育在 整个 一 科学 教 育中的地 位,除了促进学科 融合 外,亦有 两点动 因 一是基于 人类社会生存 发展的长远 目标 二 是出于解 决实际 问题 的需要 . 从长 远角度来 说,工程和 技术 知识在 应对许 多 全世 界面 临 的严峻 课题 上能 够起 到 破 题 作 用.如产 出足量 的清 洁能源 预防 、治疗疾 病 保证粮食 安 全和清洁饮用 水安全 应对 全球暖化 . 正是这些 严峻 的课题激发 了科学家 战天斗地 的科研 实践 , 而科 学教 育标 准 中对 工程和技 术的 高光 凸现 必 定能鼓励学生投入到相关 的学 习 、研究和实践之中 . 从近 期 目标 来看 , 通过将 从课堂 上学到 的科 学 原理不断地应用到实 际动手 、动脑 的工程 、技术实践 中,学生对科 学理论的理解一定 比 袖手旁观 时更 为深 刻.上述 两种考量 在某一 点上可谓 不谋而 合,即通 过将技术 和工程 教育融入 到科学课程 标准之 中,教师们 就为学生们 装备上 了功 能强大的 工具箱 , 可 以游 刃有余 地解 决当下和 未来 、本 地和全 球实际 生活中出现 的种种 问题 . 最后 , 《下一代科学 教育标准 》 发布的时机选 择 颇耐 人寻味 . 年 月正式颁行 的 《共同核心 州立标准》现在几 乎 得到 了所有 州 的采纳 , 包括英语和数学两 门学科 的标准 .这个背景对 于起 始于 年 、预计 于 年年底 前正式颁行 、届时各州 必须全 部采 纳的《下一代科学 教育标 准》来说 不容忽视 .首先 , 科学科 目有望进入 一 综合教育 的学科 门类之列 . 向 校准 的 《下一子 吃 科学 教育标准 》 也 能保 证它和另外 两门学科之 间的兼容 性和衔接性 . 这三个标准在很 多实质性 的部分存 在 重叠和祸合现象 ,这 对所有 一 阶段 的孩 子来说不 舍于一道福 音,因为他们 很有希望 在三大学 科的融 汇 贯通和守望相助 中实现 同时达标 的大满 贯. ........