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新课改背景下的科学教育为何不完整 ——实验教学缺失的原因分析及对策
来源:《行业通讯》 发布日期:2015-09-10 浏览人数:6787

  科学教育是指以自然科学知识、技能和方法为基本载体,有组织、有序列地提高学生科学文化素养活动的统称。完整的科学教育包涵知识传授、实验操作和科学方法的培养。虽然我们通过新课程改革转变了课程观念、配齐了仪器设备、提高了师资水平,但毫无疑问的是科学教育普遍徘徊在知识教育这个层面。基础教育中的科学教育问题到底在哪?本文通过文化背景、社会制度和系统哲学三方面来分析我国科学教育仍然滞后的原因并探讨相应对策。

  一、科学教育与文化土壤

  著名的科学哲学家邦格认为科学是一种特殊的社会文化现象,科学家是站在一个包含理论但又比理论大得多的文化背景上去研究自然的,因此科学探究活动的开展就与文化观念有密切关系。科学教育是科学探究活动在教育领域内的一种特殊存在,它的开展形式与实现程度与文化观念也密切相关。

  1. 科学教育与文化基因

  产生科学的土壤与产生科学教育的文化土壤是一致的。无论是“李约瑟之问”还是“钱学森之问”都与文化有关。爱因斯坦说:“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础,一是希腊哲学家发明的形式逻辑体系,二是发现通过系统的实验可以找出因果关系。”这两种工具都在西方文化土壤中产生。“真”与“唯一” 是西方文化里最重要的一组基因。“唯一”代表真神的权威,也代表真理的本质。真理具有唯一性,真与不真不能共存。科学是从宗教中产生,从表面上看早期的科学家往往都是教士,从深层次看,西方宗教追求唯一的真神,排斥其他神的存在,导致了人们在认识自然、认识教育本质时也遵循这种“唯一”“真”文化基因。

  在科学中怎么去实现“唯一”“真”呢?亚里士多德认为真的知识必须由“三段式演绎”去证明出来,通过这种手段才能窥探真知。典型的三段式逻辑是“假如A等于B,B等于C,那么A也等于C”。在自然科学中如何去证明“A等于B”、“ B等于C”?靠实验。科学研究的一般包括如下六个步奏:提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验、分析与论证、交流与合作。

  以英美为代表的科学教育,经历了从传授知识→掌握实验操作技能→熟悉科学方法这样一个逐步深入的过程。17~18世纪的英国也偏重知识教育,学校的教学内容极为简单,重宗教、阅读而轻计算,直到19世纪下半叶英国中等教育学校才开设了初等数学、自然科学、历史、地理等实用学科。到了裴斯泰洛齐的时候才认识到科学与人文学科不同,在教授自然学科时,必须注重“直观”教学。裴斯泰洛齐的主张使科学教育迈出只重视知识传授的泥潭,为实验教学打开了一扇窗,但他的实验教学更注重技能的训练,类似于今天的验证性实验。到了赫胥黎的时代,他认为科学教育的“真”不仅体现在给学生传授真理,而且还需要给学生提供科学方法上的训练。相对于裴斯泰洛齐,赫胥黎将科学教育又向前推了一步,科学教育之真,不仅让学生记住科学知识,还要让学生掌握科学技能,掌握科学方法。至此,19世纪末期英国的科学教育,在赫胥黎主张下涵盖了科学教育的三个要素:知识、技能和方法。到了杜威的时代,“做中学”对科学教育产生了巨大影响,强调给学生创设一个类似于科学家探究自然规律一样的环境,让学生通过实验去摸索科学知识产生的过程。这类似于今天我们提到的探究性实验了。

  西方也有只重视科学知识传授的时代,但他们在“唯一”“真”的文化土壤里,很快就找到了科学教育是一种特殊的科学探究活动这一真理,从而让科学教育走上了科学之路。而反观我们的文化基因,则没有给我们提供这么幸运的机会。

  2. 儒家思想对科学教育的束缚

  儒家思想影响我们至深,其核心是“仁”“礼”,信奉“德成而上,艺成而下”,偏重社会秩序的构建,轻视科技。以“四书五经”为教学内容,通过科举考试选拔人才。为了应付这种考试,明清时代的教育方法是先是识字、写字、诗赋、作文训练,然后进入读经、应试阶段。单纯地传授知识几乎成了教育的惟一任务。以书本为中心、课堂教学为中心、教师为中心的模式一代一代地传下来,注入式的教学,死记硬背地学习已深深地烙印我们这个民族的记忆深处。1793年,英国派遣以马嘎尔尼为首的庞大使团出使中国,使者们满怀热忱从英国出发,带着大量最先进的科技成果,期望与北京达成贸易协定。在马嘎尔尼私人日志中,记载了这样一幕:“我们随身准备和携带各种各样、最近发明的昂贵仪器……被视为毫无价值。无论乾隆本人,还是他身边的人,对这些东西都没有好奇心。现政府的政策不鼓励新事物。” “有个传教士叫丁纬迪博士在广州的英国商馆讲了几次课,做了一些实验,但北京的官员对此没有显出什么兴趣,没有一个人关注水压、光学原理、透视法、电气等等。尽管他们好几个人曾看到排气机、电动机器、望远镜、幻灯。总之,可以说前来参观地球仪,太阳系仪,气压计的大人们,都漠然视之,好像这些都十分寻常,没有什么稀奇。”英国人的日志,真实地反应了儒家思想渲染下的中国,既不重视科技成果,又不重视科学教育。清光绪三十一年(1905)终于废除科举制度,自隋朝起实行了1300多年的科举才结束。废除科举后,清朝开办了新式学堂,教授新学,增加了自然科学知识。但新模式下的学校缺少仪器设备,教师只能用教授“四书五经”的方法来教授自然学科,穿新鞋,走老路。1921年美国教育家孟禄来华调查中国教育,认为中国教育中科学教育的缺点有二,其中最重要的一条是科学方法运用不良,机械地接收科学知识,忽视实验。

  3. 文化基因不同,导致科学教育水土不服

  西方大规模开展科学教育是在19世纪末,由赫胥黎在英国提倡“自由教育”开始。我国学校大规模开展科学教育是1905年废除科举考试开始。从时间上来看,我们落后不多。西方开展科学教育前有中世纪的神学教育桎梏,我们有几千年的儒家文化熏陶。但西方在19世纪前至今,一直存在着一种科学精神,这种科学精神的精髓就是对“唯一真”的追求。而反观我们的传统文化,注重道德的追求,注重秩序的构建,忽视创新,固步自封,沉缅于过去。“中国文化始终展示着它那浓厚的本土特色。荒凉的沙漠,巍峨的高山,以及数千公里的距离,将中国文明的发祥地——黄河与其他古老的文明地区分隔开来。这一事实构成了(而且至今仍构成着)远东文明区域与欧亚大陆西部文明区域之间一种无处不在却又很明显的差异。”由于地理的原因,阻挡了科学精神在我国的传播,另一方面,根深蒂固的传统思想,导致了现代科学没有在中国产生,也导致科学思想在我国水土不服。

  二、科学教育与实施机制

  2001年始,在全国推行的新课程改革更多的是一场价值观念的改革。新课改提倡开展探究性实验,凡是教学内容涉及到实验,要求师生尽可能地到实验室开展教学活动。新课改的理念与西方国家的科学教育思想站在了同一水平线上,很多教育人视新课改是一场教育领域的革命。新课程改革推行10年以后,调查数据表明:74%的教师认同“合作、自主、探究”新课改的理念;在回答“新课程改革后,您觉得您的课堂教学方式是否发生了变化”提问时,9.8%的认为“改变很大”, 22.5%的认为“有较大改变”, 51%的认为“有一定改变”, 17% 的认为“没有多少改变”。从调查可以看出,认同新课程改革理念的多,但近七成的人认为课堂教学方式改变不大甚至没有改变。为什么会这样呢?从制度经济学角度看,实施机制没有跟上。

  1. 制度经济学基本理论

  制度是人们共同遵守的办事规程或行为准则,可分为正式制度、非正式制度和实施机制。正式制度是人们有意识创造的一系列政策法规。非正式制度是人们在长期交往中无意识形成的,包括价值信念、伦理规范、道德观念、风俗习性、意识形态等因素。实施机制是实施正式制度的程序和过程。

  影响正式制度实施效果的因素有二:一是正式制度和非正式制度的相容性。例如,当从外部借鉴良好的正式制度时,若内部的非正式制度因惯性而一时难以改变,新的正式制度和旧的非正式制度势必产生冲突,从而导致借鉴来的制度无法实施或奏效。二是实施机制的完备程度。判断一个正式制度是否有效,除了看正式规则是否完善以外,更主要的是看正式制度的实施机制是否健全。离开了实施机制,任何制度尤其是正式规则形同虚设。制度经济学广泛适用于社会科学,包括科学教育。

  2. 两种制度的冲突

  以“知识”教育为中心的教学模式是传统的制度。新课程改革由国家发起,推行的是一种正式的制度。新课程改革倡导“自主、合作、探究”的教学模式,在科学教育中重视实验教学,在“做中学”,体现“学生中心、经验中心、活动中心”,积极开展探究性实验教学,培养学生的创新精神和创新能力。但批评者认为,“实行以学生为中心,轻视乃至否定教师主导;主张经验课程,消解学科课程;反对过于注重教师传授系统知识,使学生主要掌握人类文明成果,而完全由学生自己亲身探究,获得直接经验和体验。这明显违反学校(尤其是中小学) 教育的基本规定性”。 教育的基本规定性是“中小学以教学为主,传承人类历史文明成果,教书育人,教师起主导作用。这是古今中外普遍的客观事实、教育学的公论,并形成了悠久传统。”

  以“知识”教育为中心的教学模式与以“经验”为中心的教学模式的冲突,表现在科学教育过程中就是采取“教师中心、教材中心、课堂中心”还是“学生中心、经验中心、活动中心”。从文化基因的角度说就是采用“唯一”“真”,还是“仁”“礼”的精神内涵。

  3. 实施机制缺乏

  新课程改革提出的科学教育目标是沿着传授知识→掌握实验操作技能→熟悉科学方法的路走向素质教育,培养出创新人才。为了实现这一目标,基建部门盖好了实验室,装备部门配好了仪器,教研部门用新课程理念培训了老师,看来什么条件都具备了,理想的科学教育可以大范围内实施了,可是现状是,许多老师宁愿讲实验、看视频,就是不做实验,更别要说探究性实验了。问题出在哪?谁来监管老师上不上实验课,怎么样来上实验课?

  教学有目标、有任务,同时又是一门艺术。在教学的过程中,教师怎么去完成教学任务,现实中给了教师很大的发挥空间。在高考的指挥棒下,教师往往追求的是教学的结果。社会及教育主管部门评价老师的依据也是结果而不是过程。这就导致教师在教学过程中更倾向于采用那些简便的、省心的教学方式。对于探究性实验教学这种需要投入大量时间和精力的教学模式,老师不乐于采用,而是选择不做实验,或者开展验证性实验。教学评价忽视教学过程,教学管理也就容易忽视教学过程。从教育局层面的业务管理部门来说,教研部门倾心于为老师打造优质课,展示探究性教学模式。教育装备部门关注于配齐实验器材,培训好实验教师怎么用这些器材。在教学实际中,教师到底采用什么样的教学模式,做不做实验,怎么做实验,没有谁来管。教师教学过程管理成了真空。制度经济学认为,没有实施机制的保障,正式制度只是一纸空文,新课程改革也是如此。

  三、科学教育与结构耦合

  学校教育包括三个要素,教师、学生和课程。当前的科学教育具备了学历达标的教师、装备达标的实验室、新理念的课程、优生优育的学生,但就是无法培养出具有创新思维和创新才能的一大批人。为什么一加一不等于二呢?系统论认为要素的简单相加不等于整体,无法实现整体功能。

  1. 结构耦合原则

  系统论是当今指导认识自然规律和社会现象的一种新理论。结构耦合原则是系统论一个重要原则,能科学地对当前一些社会现象做出分析,提出应对措施。要素—结构—系统是系统论的存在范畴。要素和系统只有通过结构这一中介才能有效发挥作用。当要素的功能和条件能够完全耦合或基本耦合时,这些要素就能组成一个稳定的整体,从而发挥出系统的功能。这就是结构功能耦合原则。各要素之间形成互为因果,相互调节的功能耦合网络,相互之间不断调节,才能共同维持整体的稳定,如果其中任何一个要素的结构、功能都不能耦合起来,整个结构的功能就不会很好地发挥出来。结构耦合原则广泛地运用于社会学分析,同样实用于分析学校教学。

  2. 科学教育要素结构不耦合现象

  科学教育包括四个要素:教师、学生、教材、实验仪器,只有将四个要素耦合起来,形成一个有机整体,才能发挥出完整的科学教育的功能。但要实现这四个要素的结构耦合并不容易,在废除科举考试前,我国的教学内容以四书五经为主,不涉及理科内容,教学不需要实验仪器,学校(私塾)教学系统主要由教师、学生、教材这三个要素构成。这是典型的三边关系,这种关系对我国学校教育的影响非常深远,实施素质教育就是要打破这种简单的信息传递。科学教育四要素不耦合表现在以下几方面:一是空间布局不耦合,实验室和教室分开。实验室采取封闭式管理,学生少有机会接触实验室,学生动手开展实验的机会不多。二是教学方法不耦合,将理论课和实验课严格区分开。就物理来说,它是一门以观察和实验为基础的学科。师生双边关系下的物理教学只关心教材有哪些主要内容,哪些知识是学生应该学习的,哪些是考点,教学过程都过于注重知识的传授,注重结论而忽略过程。学生的学习只限于接受公式规律和机械运算,理论和实验严重脱离。物理教与学的弊端日益呈现,难以体现物理学科真正的科学价值。三是教材和实验仪器之间不耦合,教师对课程理解出现偏差,认为教材就是课程,实验仪器这种课程资源可有可无,在开展教学时重教材轻实验器材。四是职能耦合不够,任课教师和实验管理员分工多余合作。实验室管理一般采取专职实验员或兼职实验员两种模式。专职实验员熟悉实验室,但参与实验教学程度不够,往往扮演一把锁、一张帕、一个搬运工的角色,很少具体指导学生的学习。兼职实验员一般由学科教师兼任,又上课又管实验室,往往将工作重点放在教学上,不进实验室、不会做实验。

  四、反思与讨论

  科学教育停留在知识传授这个层面有100多年的历史了,要推动科学教育沿着科学知识→操作技能→科学方法的路径前进,从实施手段上可以尝试以下几点:

  1. 加强实验教学过程评估

  仅仅依靠教研部门对学科教师进行理念培训,装备部门配齐仪器设备、督导部门按分数论英雄的管理模式无法真正落实新课程改革,依靠教师的自发、自觉,无法大规模落实“自主、合作、探究”的教学模式及探究性实验教学。教育督导、教研和教育装备三个业务部门应加强联系,加大对教学过程的监督管理。教研部门要列出一些基本实验和重点实验,明确哪些实验是学生必须做的,哪些实验是必须采用探究的方法去开展的。教育装备部门要督查核实这些实验的开出情况,定期将督查结果反馈给教育督导部门,作为行政部门考核学校办学质量的重要依据。教育督导部门在评价学校时,要将实验教学纳入评估体系并加大权重。

  2. 改变实验室布局和实验教师职责

  把实验室与教室合并,建立物理教室、化学教室、生物教室等专用教室。实验室与教室分开建的原因包括资源不够、学生人数多等等。在经济不断发展、办学条件不断提高的条件下,取消实验室,建设专门学科教室,所有的课都在相应的专业教室开展。学生能直接面对实验器材,便于学生熟练掌握一些基本实验操作。

  实验内容按性质可分为基本操作性实验、测定性实验、探究性实验。第一种基本操作性实验是了解和使用实验器材及测量仪器,比如天平、电学仪表等,强调的是仪器构造及原理、正确使用、准确读数还有误差分析。第二种测定性实验,是指用两种以上的器材,测量两种以上的数据,组合成某一个物理量,如密度、平均速度、电阻的测量等。对于这两类实验,学生可以边学边操作,可以自学,这对培养学生学习兴趣,提高课堂效率具有很好的作用。图书管理有类似的成功例子。学校图书室封闭管理导致学生到馆率低、图书借阅率和流通率低。为了改变这种现状一些学校建设了开放式图书馆或图书角,让学生直接面对图书,从而达到了提高图书阅览率的效果。

  实验管理员不能仅仅为实验教学准备器材药品,而是要成为老师的助手,要强化以下三方面的职能:一是参与组织课堂教学、作业批改、答疑解惑;二是辅导个别学生在课余做实验;三是带领学生开展探究性实验。探究性实验的开展,由于对师生的时间和知识储备要求较高,往往难于有效地开展。让实验管理员带领学习小组开展探究性实验、课外活动和课题研究。

  学生是教学关系中的主体,兴趣才是最好的老师。通过实验室配置方式和老师职能的转变,为学生学习提供一个方便的、快捷的、高效的装备支撑和智力支持,激发并保护学生的学习兴趣和学习热情,让学生推着教师改变教学模式,重视实验教学。

  四川省教育厅技术物资装备处 苟帮超

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