美国科学素养导航图简述及启示琚四化 符太胜 (江苏省南京师范大学教育科学学院 210097)
科学素养“导航图”(strand map s)是由美国科学促进协会开发的一种图示模型。其目的是作为2061计划主体项目的一个配套工具,帮助教育者理解和使用学生将要学习的特定内容。
1 开发背景
科学素养导航图是伴随《面向全体美国人的科学》和《科学素养基准》的制定而产生的。一开始,2061计划就意识到需要去描述形成成年人科学素养的概念步骤。在《面向全体美国人的科学》完成之后,2061计划组织了六个小组去设计相应的课程模型。在开始设计之前,六个小组都是通过“作图”来描述观念和技能是如何从幼儿园到大学之间的发展的,并且很快就开发一套达到素养目标的先导性前提知识达成了共识,这就产生了《科学素养基准》。虽然科学素养基准并没有开发出相应的图示框架,但却引起了设计者对基准之间连接的注意,并最终根据基准开发出了导航图。
在导航图设计者看来,从初级学校到高级学校,学生的学习都是建立在他们以前所学的基础之上,现在的学习,将为以后的学习做好准备。因此,为了帮助学生获得良好的科学素养,教育者都需要了解学生在不同的年级,甚至是不同的学科之间所学观念和技能如何依赖于或者支持别的观念和技能,否则教师教给学生的不过是一堆孤立的和贫乏的理解。科学素养导航图的目的就在于帮助教育者理解学生被期望在不同年级学习的东西,并且帮助他们去设计连贯和综合的课程、教学和评价。
2 导航图组成
科学素养导航图主要依据《科学素养基准》里的科学教育基准而制定。如图1所示,是大主题生命环境中的次级主题细胞和器官的导航图[1]。
科学素养导航图主要由四个部分组成:
2.1 基准(bench marks) 基准指学生在经过某个阶段学习之后,在知识和技能方面必须达到的水准。如图1中的“大部分物体都由部件组成”。基准是导航图的基本成分,导航图本质上就是描述学生对组成科学素养的观念和技能的理解如何随着时间而发展,这种发展就构成了各阶段的基准。导航图里的基准包括两种,即知识基准和技能基准。知识基准指一般性的知识要求,如图1中的基准都是知识性基准。技能基准指技能领域内的基本要求,如“根据事物的数量、形状、重量、颜色、运动等来描述和对比它们”。在一个导航图里,可以同时存在两种基准,也可以只有一种基准。
2.2 连接箭头(connecting arr ows) 如图1中基准间箭头所示。连接箭头用来表示一个基准的完成有助于另一个基准的实现。在导航图里,一个基准可能有助于另外一个基准实现,也可能有助于多个基准实现。相应的,一个基准的实现有时可能需要多个基准的支持。而基准间的连接则是建立在客观事物的逻辑联系和关于学生如何学习的认知研究基础之上的,如认知研究表明,为了理解地球的形状,学生理解一个先前概念“地球重力”,对他们理解生活在“球背面”的人为什么不会掉下去就很重要。因此,就有一个箭头从理解地球重力指向学生对地球形状的理解。有时这种箭头是双向的,表示基准间的支持是相互的。当缺乏特定的认知研究时,基准间的连接就是根据一般的认知原则来设计,如先具体后抽象,先简单后复杂。可见,这些连接本身就是科学素养重要的组成部分。
2.3 标志块(labeled strands) 在导航图中,少量的一些主要线索被抽出来,作为标志块,如图1中下方“细胞差异、结构、分裂”。标志块的用处在于帮助读者发现导航图中的事物(主要的概念或事实),理解导航图的内容。标志块位于导航图的下方,在标志块的正上方,通常就是相关的基准。虽然标志块能帮助读者理解导航图的内容,但这并不是说标志块就能使读者明确清晰地了解内容,标志块只是给读者以大致的印象,并且它通常也并不贯串整个导航图。
2.4 年级范围(grade ranges) 如图中水平线及其左端数字。年级范围表明了什么时候决大多数学生应当能够达到这些基准,如图1K-2(幼儿园到小学2年级)之间,在这一部分,学生要达到的基准就是知道“大部分物体由部件组成”和“放大镜可以帮助人们看到肉眼看不到的东西”。基准的年级范围是相对的而非绝对的,根据学生的兴趣、能力和经验,获得基准的年级可以上下波动。另外,由图中我们也可以看到,在相同的年级范围内,通常存在多个基准。除非基准之间有连接,否则我们不能根据它们所处的垂直高度来判断其难易程度。
3 导航图的功能
・
1
・
2005年第6期(第11卷) 科学教育Science Educati on
3.1 理解基准和标准 科学素养导航图在孤立的基准之间建立起了意义联系,这能使教育者了解这些基准来自哪里,导向哪里,又如何与别的基准相关,从而深入地理解作为特定学习目标的基准的内容和本质,在教学中做到心中有数。例如,我们通常是一开始就直接告诉学生有关地球形状的知识。但是如果教师认识到,学生先理解地球重力有助于他们理解地球形状的知识,那么她就不会疑惑为什么要先教这些,以及教到什么程度。
3.2 设计课程 设计课程是一个需要顺序性的活动,后继的课程内容必须以先前的内容为基础。如导航图的评价者所说,导航图提供了课程设计的顺序性的信息。教育者从中获得了关于先教什么、后教什么的信息,这有助于他们建构适合不同年级和对象的科学课程,形成教学的累积效果,以增长学生的科学素养。同时,这也有利于避免相同内容的重复。
3.3 设计教学 导航图特别重视在教学中,对一个基准需要准备什么和应强调什么,来支持后来的学习。当学生学习一个观念时,导航图能被用来决定什么样的概念支持是必要的和有用的。在设计教学时,有箭头相连的基准或在导航图中位置相近的基准,并不意味着一定要去一起教。如一次班级远足活动,你可以让学生测量水位和观察生活在水边的动物,这样你就可以完成那些在导航图上并不相连的两个或多个基准。
3.4 建立和分析评价 在解释评价过程中,导航图能帮助回答什么时候是评价特定观念和技能的适当时机,以及为什么学生在完成特定任务上有困难。将导航图作为一个框架,能设计出适当的评价来探知学生在理解的进程中处于哪个位置,以及如何进一步发展。这样做,能充分发挥评价的作用,而不是像以往那样,只追问学生将一个孤立的观念集合记忆的如何。
3.5 培训教师 因为导航图在基准间建立起了意义联系,因此不论在职前还是职中培训中,导航图都能帮助教育者理解基准的意义,以及如何帮助学生获得这些基准。并且通过学习导航图中基准间的连接,教师自身的内容知识也得到了提高和完善。
4 评价与启示
科学素养导航图是在“科学素养基准”产生之后制定的,其最大的亮点在于将科学素养基准里孤立的基准连接起来,并且确定了这些基准的年级范围。基准连接使教育者能认识到基准之间的联系以及在学习过程中的相互影响。年级范围使教育者能明确特定基准的学习年级。当前,我国的课程标准实行的是大的学段制标准,在标准间的连接和年级范围分置方面还比较模糊,而这些又是非常需要的。缺少这些,给课程设计和教师教学都带来了不少问题,如有的教师就认为当前很多新知识在教学时,缺乏必要的前期铺垫和顺
・
2
・ 科学教育Science Educati on 2005年第6期(第11卷)
