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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2008年01月11日 20:02 | 评论数(10) 阅读数(5300) 我的文章

2008年新年祝愿—对自己、亲人、朋友和教育


 

又是一年,没有什么可以埋怨的,健康地、充实地、带着平凡的快乐和烦恼而度过。只是原来打算抽身而退,关掉博客,做点像样的研究,这个愿望没有实现,只坚持了不到三个月。去年过春节时,到书店买了一大堆哲学和史学的书,整理了下载的一些文献,专心看了不到一个月的书,3月决定接受修改《国家义务教育阶段小学科学教育标准》的任务;5月承接了工程院《创新工程科技人才培养基础教育阶段》的调研任务;6月份看到“Did You Know”激动之下又重新开始写博客;10月份以后参加了三次国家级对科学教育培训者的培训;到了年底,想想关于“儿童早期发展和教育”的两次政协提案没有落实,总该在还担任政协委员时候做点什么,于是又参与推动了《早期儿童发展高级论坛》的召开,真是抽刀断水水更流。2008年需要把已经承接的任务先完成,希望不再接新的硬任务了,也不敢奢谈研究了,备备课、讲讲课还是想做的。博客准备写下去,和大家交流有关科学教育的问题,继续呐喊教育是科学,教育需要科学研究,这是我2008年对自己的心愿。

年年此时,总会收到许多祝福。今年贺卡明显少了,特别是来自国外的,我想是因为大家考虑到节约资源和保护环境的缘故。电子邮件形式的祝贺多了。我收到来自巴黎的一个祝贺圣诞的多媒体文件,非常美丽和温馨,还配了音乐,我把它转发给了一些朋友。我也收到不少用手机短信发来的祝福,这些大多来自还在仕途和岗位上忙碌着的朋友。

制作贺卡的水平自愧不如,我所以对亲人和朋友大多用快乐、安康的短语表示祝福。对所有过日子的人来说,没有比快乐、安康更重要的了,在这个基础上的创业和成就才是幸福,虽然不易做到,也有朋友批评我这是老人的心态,不过表示真诚的、良好的祝愿总是好的。

      
       对教育祝愿什么呢?祝愿科学的(也就是实证性的)教育研究能够得到重视和支持,因为只有这样,才能谈得上教育的科学决策和科学发展,我们才可能确保我们的孩子今天能够健康、快乐、成功地成长,期待他们明天能幸福、能保证我们国家繁荣富强;否则在教育发生重大变革的今日,我们已经为此付出了代价,还必将为此继续付出代价。这是今年我才悟到的一点太简单不过的道理,大概因为简单,教育圈内的人早已对文学式的教育研究习以为常,视为理所当然的事;而教育圈外的人,却认为“不可能吧!教育不是科学是什么?”。   

 

发布于2007年12月31日 07:14 | 评论数(25) 阅读数(9069) 我的文章

一篇值得注意的会议报道


我在12 11日的全国政协报副页的边角上,发现了一篇不过二百余字的报道,是记者李将辉写的题目是:美国信息产业机构和美国商会评价我国自主创新政策建议,政府鼓励创新的最好方法是支持基础教育。

这个道理是千真万确的,这种提法在美国不是新闻。早在上世纪90年代,被称为经济沙皇的美联储主席格林斯潘就曾经亲自跑到美国国会去作证,要求增加对基础教育中数学和科学教育的投入。进入二十一世纪以来,以微软皮尔.盖茨为代表的一些企业家,一直在批评美国的基础教育,并设立了专门的基金会,以促进基础教育中数学和科学教育的改革。

但是,中国的情况不同。我们的企业家、科技界人士和某些政府官员都有太多的事要做,还没有时间考虑创新人才培养的问题。教育界中不少的人对基础教育的现状比较满意,特别是认为中国的数学和科学教育已经不错了,不可能不满足创新人才培养的需要。有个别专家还喜欢引证国外一些并非专业的评价(我甚至认为是忽悠)和报道,为我们的教育质量作证。因此,我认为这条报道在目前的中国应该是新闻,一条应该引起注意,而大写特写的新闻。

出于关切,我在网上查找了十余个网站,包括主要的新闻网站和报纸。了解到在1210日由中国科技部、发改委、商业部和美国商业部、美国国务院共同在北京举办了中美创新大会。每个网站上都报道了这次会议,有的报道还很长,但是没有一家报导了与上述相同的消息。不过新华网和科学时报报道参加中美创新大会的美方发言人纽约市市长布隆博格的发言。他在发言中提出,促进创新有五项原则,包括更好的公共教育,实行和表达新想法的自由,活跃、公平的竞争,保护知识产权,社会要向世界开放等。他提出主张的第一条就是教育,他认为创新是从教育开始的。要提升创新的力量,在教育中要强调数学和科学,因为它们意味着注重培养学生的思想环境。

其实,建设创新型国家必须从重视和改革基础教育做起,这个主张不必进口,我们国家就有不少明确的政策指导和有识人士的建议。胡锦涛总书记多次强调建设创新型国家,关键在创新型人才的培养。我一向十分敬仰的钱学森先生,刚刚健康地度过了他的96岁生日。一位品德高尚的爱国主义者、一位功勋科学家、一位战略科学家、在他年过90的时候,两次在温总理去看望他的时候,谈的就是一件事,一件他放心不下的事,创新型领军人才的培养,好像这也没有引起有关方面的足够重视,至少在行动上是这样。

这次中美创新大会的召开,恰好也是钱老96岁生日的前夕,科技日报为此专门开一个座谈会,座谈钱老关于创新型领军人才的培养思想,但是关注的人似也不多。现在一些关注创新型国家和创新型城市建设的人们主要在忙什么呢?是不是有以下几种:

1、先提出建成的日期,我没有记错的话,有若干城市已经明确提出,在2010年要建成创新型城市。

2、把创新型国家或城市定义为科技对经济的影响大小和专利的多少,很少顾及这些是需要由具有创新能力的人,特别是领军和拔尖人才创造的。

3、把创新型人才的培养看成只是高等学校的事,没有考虑人的发展规律,特别是近几十年来脑科学的进展,以为人的培养是可以不考虑先天和经历,不是好铁也能炼成钢的。

     
      4、认为我国基础教育的主要任务就是普及和均衡,提高质量是高等教育的事。诚然,公共财政不仅应该在基础教育投入上实现公平,而且仅仅做到公平还不够,还应该向不利地区和不利人群倾斜,以体现社会的公正。如果从这个意义上来讲,求得教育的均衡发展是正确的。如果从教育的过程和结果来看,没有一种教育是均衡的,受教育者的背景不可能相同,包括学生所处的家庭、学校、同伴、社会和文化环境不同,学生的先天条件和后天经历不同,他们的发展就不可能是均衡的。一个教室里几十名学生的发展都不可能是均衡的,何况诺大一个发展相当不平衡的中国。我们需要承认学生之间的差别,欣赏学生之间的不同才能、因材施教,我们的创新人才才有可能脱颖而出。 
     我在想,对建设创新型国家认识的不同,可能是由于经济发展基础不同,还是文化的差别,抑或可能是我们现在眼面前需要解决的问题太急、太多,以致能够仰望天空的人太少,关注足下的人过多,也许这也是合理的。但是,教育是关系未来的事业,特别是基础教育。教育必须面对未来,在21世纪还必须面对世界,因此,我们新一轮的教改中采取的一些改革措施,如把小学一、二年级的科学课(原来称为自然课)取消了;现在中国基础教育中的主课是语文、数学和外文,科学课已经不是主课了,外文比科学要重要得多。 这个问题是否应该认真研究. 

 

 

发布于2007年12月18日 19:16 | 评论数(26) 阅读数(107752) 我的文章

从PISA 2006年对科学教育的评测结果看科学教育的评测问题


      这个月的月初(12 4号), OECD的秘书长Angel. Guria 先生在日本东京发布了最近完成的PISA(国际学生评测项目)2006的报告。OECD公布的主要文件包括:
1PISA 2006 Science  Competencies for the Tomorrows  World (面对未来世界的科学能力),分两卷出版;
2Assessing Scientific, Reading and Mathematical Literacy, A Framework for PISA 2006 (PISA 2006评测科学、阅读和数学素质的框架)另外还有一些分析和评论的文章,这些文件现在都可以在网上免费下载。

      PISA 2006主要的工作集中在科学素质的评测上。在这次有关科学素质的评测中, OECD国家的平均分是500分, 其中,芬兰以563的平均分位居第一,平均分在530542之间的国家和地区依次是加拿大、日本、新西兰、中国香港、中国台北和爱沙尼亚。

      PISA 2006还设置了学生成绩的分级标准,最高级是6级, 达到最高级表明在不同的复杂生活情境中,这些15岁的学生都始终能够鉴别、解释和运用科学知识,了解什么是科学。OECD国家中达到6级水平的学生比例平均为1.3%,新西兰和芬兰的比例超过3.9%,比OECD国家的平均值要高出三倍。英国、澳大利亚、日本和加拿大,以及列支敦士登、斯洛文尼亚和中国香港达到6级的学生数比例在2%3%之间。     

    

     PISA的评测属于总结性评测,因而在它们发布2003年对科学教育的评测结果以后,受到了许多质疑,讨论的焦点是能否用总结性评测来鉴别探究式科学教育中学生形成的科学素质。即使是参与PISA科学素质评测拟题的主要专家,也对此提出疑问。为此,IAP(国际科学院联盟)中的探究式科学教育(IBSE-IAP)网络,在智利科学院院长Jorge E. Allende 的带领下,从2004年开始就着重研究了这个问题。为此,专门在巴黎、斯德哥尔摩、华盛顿、和圣地亚哥开过五次研讨会。最后在20069月于圣地亚哥形成了对探究式科学教育进行形成性评测的文件。我们参加了上述研讨会,并已经把IAP的评测文件译成了中文。鉴于我国探究式科学教育还没有普遍展开。即使是试验区内也没有达到稳定进行三年的要求,这次新教改中又把小学一、二年级的科学课给取消了,所以我们没有参与申请按IAP的评估文件进行“做中学”科学教育的评测。

     

      PISA2006的报告看,也可以从OECD秘书长在新闻发布会上的讲话看出,他们吸收了部分意见,作了比较明显的努力。我在阅读他的讲话时,做了一些摘译,发表在下面,供大家参考。

      OECD的秘书长Angel. Guria 先生在他的讲话中介绍说:这次评测的地域包括了57个参与的国家和地区,比2000年的28个以及2003年的41个有较大的增加,这57个国家和地区占有世界经济的90%。 这次重点是对15岁学生的科学知识和能力进行评测。PISA希望通过评测对各个国家和地区中不同教育系统的质量、公平性和效率给出评价。

      OECD这次选择日本来发布评测的结果,是因为日本在1960年接受高中后教育的人数比例在OECD国家中仅占14位,而现在已经位居第二,仅次于加拿大。不仅是这样,在这次PISA2006 着重对15岁的学生科学素质进行的评测中,日本和芬兰、加拿大、澳大利亚和南韩不仅成绩较好,而且在提供平等的教育机会上处于前列。在OECD外的国家和地区中,中国香港、中国台北和爱沙尼亚的成绩也位于前列。

      2006 PISA项目不仅给出了总的排序, 而且对结果作了分析。日本学生在重述知识、解释、推理和得到结论方面较其他国家的学生优秀,但是在提出科学命题和辨别科学研究的特点方面,也就是说,在运用知识去解决新问题上的表现就不突出。这是一个重要的发现,因为这说明日本的教育培养的学生侧重在对知识的记忆和重述,这在知识社会里是很不够的。日本目前在进行的教育改革目的就是为了增强学生的探究能力,这说明日本教育界已经意识到了这个问题。在这个方面,芬兰、新西兰、澳大利亚、荷兰和加拿大是走在前列的。

      这次PISA的项目注重在科学教育,不仅分析了平均水平,而且研究了学生的成绩分布。PISA这次评测把学生的成绩分成六级,最高级是六级。OECD国家平均来看,学生达到六级水平的占1.3%,日本是2.6%,比平均值高一倍。但是在新西兰和芬兰达到六级的学生比例高于3.9%,而且他们在达到5级水平的学生数也远远高于平均水平。这方面的比较是很重要的,因为它说明在高层次人力资源竞争方面的强弱。在知识经济的社会里,需要全体公民都能具有一定水平的科学素质,在这次评测中,把二级作为及格线,要求学生能够记住简单的科学概念,能运用数据表格表现科学试验结果。OECD国家参加评测的学生中达不到2级水平的比例是19.2%,日本是12%, 而芬兰仅为4%。达不到基本科学素质水平,不仅意味着教育的局限性,同时也预示着社会和经济负担方面的增加。

      2006年的PISA评测中,也分析了学生对科学的态度,因为这是国家创新能力的标志,学生对科学的态度反映了这个国家未来在科学技术方面吸引人才的数量和质量,说明公众对科学技术的理解和支持,所以人们对科学所持的态度是很重要的。一般来说,日本的学生对科学学科比较喜欢,但不如其他一些OECD国家同年龄的学生表现得积极,特别是在对未来职业的选择上。只有8%的日本学生期望在他们长大到30岁的时候,从事与科技有关的职业,而在OECD国家此项的平均值是25%。虽然日本学生在测试中表现优秀,但是对自己科学能力评价的自信心在OECD国家中是最低的。在涉及环境问题的测试中,日本学生的表现也低于OECD国家的平均水平,对于环境问题的严重性和所涉及的科学问题了解不足。

      在性别问题上,2006年的结果是令人鼓舞的,在30OECD国家中,22个国家男女学生的成绩是一样的。但是在职业选择上,男女学生的差异明显,日本学生在这方面的性别差异也是明显的。

      了解有关事物是什么的知识是重要的,但是如何运用知识来改善事物?2006年的评测结果让我们思索这样的问题,什么样的教学和教学政策可以提高学生在科学上的能力?如何能对不同社会经济状况背景造成的差别予以补救?有人说,教育的成绩总是和投入有关的,的确我们看到了这样的相关,但是它们之间的关系并不是简单的正比关系,投入处于最高水平的美国和挪威学生的成绩低于OECD国家的平均水平,而成绩最好的芬兰、新西兰、韩国、日本、澳大利亚和荷兰的投入处于中等水平。PISA的结果也显示,虽然学生的成绩在2000年到2006年之间变化不大,但是在这个时期里,OECD国家对教育的投入增加了39%。所以投入是重要的,但是对提高教育质量不是唯一的,如何使用这些投入至少是同等重要的。教师是重要的,但是许多教育政策和实际措施更为重要,它们不一定和投入有直接的关系。在这里我强调其中的三项:体制上的区别、自主程度和问责制(institutional differentiation, autonomy, and accountability),它们是反映一个国家教育政策关键的因素。在早年就让学生分组有违公平性,也无助于质量的改善。在有些教育系统中,在第二阶段学习中就较早的将孩子分组,15岁时这些孩子的行为受到的影响大于通常因社会经济状况造成的影响,而且并没有显示对提高平均的水平有什么系统的得益。这是一个重要的政策方面的经验教训,也许对日本并不那么重要,但是对欧洲一些国家的教育系统肯定是重要的。 

      OECD秘书长在讲话中也提到中国和印度,虽然这两个国家都没有参加这次PISA 2006的评测。他说,今天,像中国和印度这样的国家以较低的投入,提供了高技能的人员,而且速度在加快。其他的国家,包括作为OECD成员的发达国家,不能忽视这种竞争的压力,以及会损害到自己未来福利而导致的痛苦。OECD秘书长有关中国和印度的讲话,并不友好,叫人看了很不舒服,似乎明显在煽动一种情绪,在宣传“中国威胁论”。但是,中国的前途,乃至世界的前途如何,在于我们自己的努力。

      我看到PISA 2006的报告以后,首先想到的是这样两个问题:

      1.为什么在这么多国家和地区如此重视科学教育的21世纪;在我们党和国家多次强调科教兴国,要建设创新型国家的时候,我们在新一轮的课程改革中却把小学一、二年级原来有的自然课,在改为科学课时给取消了。我们多次呼吁,不见修改,也没有回复,连辩论的对象都找不到,不知是谁定的?基于什么理由定的?让我们修改标准时很难办。

      2.评测的目的到底是什么?是评测学校,甚至考学生,还是研究教育政策和措施?从现在已经施行的评估看,提出这个问题来加以研究,不是没有必要。教育部最近在北京师范大学成立了基础教育的评测机构,这是一个大的决策,希望是一次大的进步。我也相信目的一定是明确的,也一定会在新教改课程教育改革中心(原来也是设在北京师范大学中的)的基础上,以严谨求实、科学研究先行的认真负责态度,开创我国基础教育评测工作的新局面。

      我们期待着,孩子期待着,中国的未来等待着。
 

发布于2007年12月12日 18:08 | 评论数(31) 阅读数(33184) 我的文章

七年“做中学”科学教育实验给我们的启示


七年“做中学”科学教育实验给我们的启示
(发言稿)
教育部儿童发展与学习科学重点实验室
中国工程院院士  韦钰
20071119全国政协论坛
     

中国政府一向十分重视教育的发展。最近,在中国共产党第十七次代表大会通过的决议中,再次强调提出优先发展教育,建设人力资源强国的任务;在各级各类教育发展中,指出要重视早期教育;在医疗卫生方面,提出要发展妇幼卫生事业。
 

中国在各级各类教育发展中取得了令人瞩目的进步,九年义务教育已经普及到98% 以上的人口地区,高中阶段普及率59.8%,大学入学率达到适龄人口的22%,青壮年的文盲率降到了3.8%以下。如何提高教育质量,让我们的孩子健康、愉快地成长为既有道德,又有创新能力的新一代,是政府和社会各界共同的愿望,其中早期教育起着十分重要的和关键性的作用。
 

2001年开始,由中国教育部和中国科协共同发起,在中国实施了一项名为“做中学”的科学教育实验项目,即在5-12岁儿童中进行基于动手的探究式科学教育,至今已经七年多了。从一开始,我们就为这个项目的执行明确了九条原则,强调不是为了培养科学家,而是希望能平等地面向每一个儿童,把他们培养成21世纪合格的公民。项目从最初四个城市中的几十所幼儿园和小学开始,经过七年的艰苦探索,依靠大家的努力,目前已经扩大到17个省市及农村近两千所小学和幼儿园,覆盖了20多万学生。
 

在进行这项教育改革的实验中,我们需要依靠实践经验,需要国际合作,但是我们最重要的体会是需要依靠教育的科学研究。我们尝试运用心智、脑与教育研究中的一些有用的知识,使对儿童的教育尽可能在实证科学的指导下进行。通过七年多来的研究和实践,取得了明显的成效。同时也凸显了需要在实证性科学研究支持下,建立国家层面的政策支持,以开展早期儿童发展与学习国家行动的急迫性。

     

                              (上图编译自  R. D. Fields “Making Memories Stick Scientific American Feb. 2005)

       神经元是我们脑中的基本工作单元,它们有各种形状,在我们的脑中有数千亿个神经元。 
       我们可以用我们的手来比喻一个神经元:手掌就像神经元的胞体,我们称它为神经元的核。和其他的细胞相似,在神经元的核中包含着可以制造蛋白质的基因。手指像接受送入这个神经元信号的天线,而传出神经元的信号则经过粗壮的手臂送出。一个神经元可以有上百条,上千条接受信号的“手指,我们称它为树突。但是,送出信号的通路,一个神经元只有一条,我们称它为轴突。一个神经元的树突和其他神经元的轴突之间会形成接触点,我们称它为突触。一个神经元可以具有数千个突触。真实地讲,突触处形成的不是直接的连接,而是一个个十分微小的间隙,间隙之中充满着不同的化学分子,我们称它们为神经递质,这类化学物质在脑中有数百种之多。它们就像不同的控制开关,各自起着不同的控制突触处信号传递的作用。所以,依靠进化,我们脑中神经元形成的是一个最复杂的、不连续的、具有高度可塑性的生化网络。
      当我们人的感官,如视觉和听觉,重复地受到外部的刺激,或是受到强的刺激时,突触会产生一个信号,激活含在神经元胞体中CERB蛋白。CERB蛋白是一种转录因子,它被激活,就会启动基因开始表达,以产生新的蛋白。这些新产生的加固突触的蛋白,会从包围神经元细胞核的细胞膜中溢出,弥散在神经元内,自动寻找到应该加固的突触。由于突触处的蛋白结构变化了,就形成了长期记忆,形成了我们学习的基础。  
      科学家发现了长期记忆形成的分子机理,用实证告诉我们,在我们脑中记忆的知识是建构的和重构的。这个建构过程和外界的刺激,即我们的经验有关,也和我们的基因有关,因此学习过程是应人而异的。儿童生而具有强大的学习能力和好奇心,特别是对他们周围的人、事和环境。家庭、学校、同伴、社区和文化都是儿童学习环境的组成部分。儿童有效地进行学习应该在教师的指导下,在有利的环境和学习共同体中主动地进行。儿童是学习活动的中心。 
      这个建构过程又是连续的,我们学习新的知识,是在原有的记忆基础上进行的,这就是我们常常在儿童科学教育中,强调学习过程要从儿童原有的、初始概念出发的原因。人在出生以前,神经元突触之间的联系就开始建构了,而在出生以后的最初几年里,脑的发育很快,对突触连接的建构过程十分重要。儿童早期的建构过程是从低级功能到高级功能的连续过程,在这个过程中,对不同的功能会呈现一些不同的建构敏感期,即在这个特定的时期里,儿童某种功能的建构比较有效。所以,早期这种神经元突触的建构是我们一生认知、情感、健康和社会适应能力发展的基础。 
      依靠对脑长期记忆形成分子机理的了解,可以帮助我们了解和计划如何能让儿童更有效地学习。
      脑是高度特定化的器官。人的学习不是只有一种形式。认知科学家对正常人的认知过程进行研究,把学习分成两类:明晰性学习和不明晰的内隐学习。神经科学家通过对部分脑区被切除病人的研究;对动物活体脑的研究;以及运用先进的脑功能成像技术对正常人认知过程的研究,进一步确认了脑中存在着两类不同的记忆系统。    

                                       

       一类对应于明晰性学习的记忆,称为陈述性记忆(或明晰性记忆)。在这一类里又可以分成情景记忆和语义记忆。情景记忆指我们记忆中保存的亲身经历的事件,如难忘的分离、喜庆的过程;而语义记忆是指我们获得的有关个人和周围世界的知识,它并不一定是我们亲身经历的,如我们日常习惯强调的认字、学计算规则、学外语生字等都属于这一类。进行明晰性学习时,我们是在有意识的情况下获得知识,获得的知识是可以用语言表达的、可陈述的;再提取的时候,也是有意识进行的。

      认知心理科学家经过研究还确认了另一种学习方式,即不明晰的内隐学习。这种学习往往是在不知不觉,潜移默化中无意识地进行的,像我们学习骑自行车、学习母语的文法、习得的讲话的自然姿势、感觉、触发、情绪反应等都属于这一类。神经科学家确认和扩展了认知心理学家对内隐学习方式的研究,认为内隐学习的内容会在脑中形成非陈述性记忆,包括情感记忆和动作记忆(认知心理学家往往注重研究认知,而往往忽略了情感记忆)。陈述性记忆重现时是有意识的提取;而非陈述性记忆的提取往往是无意识进行的,例如我们说母语时,并不需要去刻意考虑按文法来组织语句,就是属于提取非陈述性记忆。

      神经科学家的研究不仅证实了不同记忆系统的存在,并给出了它们在脑中的大致部位,图中给出示意框图。 

      陈述性的长时记忆在海马处生成,而逐渐储存在新皮层区域。动作方面的记忆在基底节中的纹状体以及位于脑后部的小脑部位。基底节对运动控制是很重要的,基底节的体积随年龄增大而减少,特别是右脑的尾核。正常儿童尾核的体积和年龄的增长呈显负相关,而患多动症的儿童不存在这种关系。小脑对时间上需要精确控制的动作记忆是关键部位。情绪记忆主要的部位是位于颞叶内侧靠近海马的杏仁体处。这些结构的部位如下图所示:

                                       

      依据长期记忆具有两种不同类型:陈述性记忆和非陈述性记忆的科学研究发现,我们强调了需要保护儿童学习的好奇心和主动性,强调儿童社会情绪能力、语言、表达能力培养的重要性。也让我们理解为什么缺乏睡眠、饥饿、恐惧和长期的精神压力会通过HPA轴,导致海马萎缩,减低儿童学习的效率。 
      基于上述认识,我们在制定“做中学”科学教育实验项目的内容标准时,落实到标准的制定中,不仅包含了概念的知识部分,还包括了探究能力、语言表达能力和社会情绪能力的培养要求。我们认为在社会情绪能力培养方面,要更注意同感能力(Empathy)和自尊自强性格(Self-Esteem)的培养。我们还针对某些儿童由于学业压力过大、早期教养忽视和先天基因倾向等原因,造成的性格内向倾向,强调了在成长过程中,教师和家长应对这些儿童加强帮助和支持。 
      七年的时间给我们的最重要的启示是:教育正面对着严峻的挑战和可能的机遇,我们必须在科学发展观的指导下发展教育。要能在科学发展观的指导下科学发展,首先需要把教育看成是科学,开展与时俱进的科学研究,沿袭文字注释式的教育研究是很难面对挑战的。 
      我们在实践中还发现幼儿园实验班的儿童在5岁时,已经形成明显不同的认知和情感类型,不同的发展轨迹。儿童5岁时已经表现出很好的观察力,表达能力、创造能力和良好的综合素质,有良好的合作行为、好奇心和自信心。但是也存在一些值得重视的认知和情感倾向:如:不愿合作;不能有效的交流;较困难参与活动和接受帮助;缺乏自信;较困难完成活动任务等;特别是有的孩子有较明显的内向心理倾向。在地区之间、城乡之间、不同人群之间也存在明显差别和发展不平衡。经济社会发展的状况差异,造成的发展不平衡已经十分突出。中国有句老话:三岁看大;七岁看老,是有道理的。
      因而,我们认为应该十分关注5岁前儿童的早期发展和学习。儿童在0-6岁期间脑发展十分迅速,也是许多功能可塑性最好的时期。我们需要研究是什么因素造成了他们在5岁时的差别,我们在早期发展中可以给他们什么样的支持和帮助。
      近几十年来,有关早期儿童发展的研究获得了很大的进展,特别是来自神经科学、发育心理学、分子生物学、人类学、教育和经济学的研究成果,揭示了早期儿童认知技能、健康、愉快的情绪,社会能力、健壮的身体和精神健康的发展奠定了人一生成功的基础。它不仅影响儿童后继的学业,而且是他们一生事业上成功,成为负责的合格公民,具有良好行为习惯的先决条件。成年以后的发展、合作和守法行为都是建筑在儿童发展期形成的能力基础之上的。儿童早期发展能否得到重视和关注,能否实现公平、健康和有效地发展,直接关系到国家和民族未来的实力与安全。对儿童早期发展的忽视和措施不当,即使有的方面以后可能能够弥补,也会付出大得多的代价。这方面的研究进展十分迅速,如一些儿童发育学家和神经科学家提出的基因和气质的关系;镜像神经元和儿童模仿的学习机理;儿童早期对周围世界的学习能力;针对不同气质类型对2—4岁儿童主动控制能力的培养等等。对这些迅速出现的有关儿童发展和教育的新知识,我们都需要认真地研究,并结合中国的实际来进行发展和运用。 
       参加我们“做中学实验的幼儿园还是极少的一部分,即使是能够进入幼儿园学习的孩子还不到适龄儿童的一半。有些幼教机构并没有采用基于科学依据的教育方法。有些政府机构认为早期发展不是政府的职责,把教育投资的关注重点放在高学历段等等。因此全国政协教科文卫体委员会和有关部委,共同召开一次高层专家论坛,明确儿童早期发展的重要性,对国家的早期儿童发展战略和政策制定提出建议,是十分及时和重要的举措。总之,我们应该认识到:教育是个人、家庭、民族和国家对未来最重要的投资,教育在为明天国家的安全、繁荣和昌盛奠定着最重要的基础!

发布于2007年11月21日 12:12 | 评论数(32) 阅读数(15106) 儿童早期发展

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