科学课程改革的背景介绍

一、美国科学课程改革历程回顾——三次国际科学课程改革概述［1］

过去的半个多世纪，无论是世界，还是中国，都经历了天翻地覆的变化。作为社会子系统的教育，自然也在变革中寻求着其自身的出路。科学课程，科学教育中至关重要的一个环节，也在悄然地进行着范式革命。

以史为鉴，可以知兴替。对国际的科学课程改革，我们必须要冷静地吸取其经验。别人的经验与教训对自身必定有积极的意义。我国的科学课程改革，也在经历重大的转型。因此，认真反思三次重大的科学课程改革将会深化我们对科学教育改革理念的认识，使我国新世纪的科学课程改革朝着更有利的方向健康地发展。

1.第一次国际科学课程改革

苏联于1957年发射了第一颗人造卫星，在很大程度上刺激了美国人。美国人开始感到危机的存在，呼吁教育改革的声音一浪高过一浪。于是，一场声势浩大的科学教育改革正式展开，史称“第一次科学课程改革”。

这场轰轰烈烈的科学课程改革是由美国精英阶层中的科学家们所主持的。在20世纪50年代末至60年代，以布鲁纳结构主义为理论基础的一系列科学课程纷纷登场。这些高深的科学课程包括：生物学科的“生物科学课程研究项目”（Biological Science Curriculum Study，BSCS），化学学科的“化学研究项目”（CHEM Study），物理学科的“物理科学研究委员会项目”（Physical Science Study Committee，PSSC）。以化学课程为例，“化学研究项目”的教材名为《化学——一门实验科学》。它偏重化学实验，从实验引出化学法则；实验与讨论并存，在教学中主张发现式的学习方法。这套书的面世，改变了过去很长一段时间内，美国化学教材基本稳定的局面，为推动美国的中学化学课程改革起了一定的积极作用。

《化学——一门实验科学》一书，是在布鲁纳结构主义课程理论影响下编写的。布鲁纳认为，任何学科都有一个基本的结构，这个结构具有内在的规律性，其外在的表现就是各种定义、原理和法则。使学生掌握学科的基本结构是整个教育过程的核心所在，所以课程设计与教材编写应该重视本学科的基本概念和原理，且应该由专家来承担这一重任。第一次科学课程改革，其课程的范式正是“学问中心课程”。随着时间的推移，第一次科学课程改革并没有使改革者的愿望得以实现。由于科学教材的理论性过强，对于一般水平的学生而言，理解存在很大的困难。有的学生甚至对科学有了抵触的情绪。诚然，第一次科学课程改革给美国带来了可喜的变化——1969年阿波罗第一次登月成功，但这种以牺牲绝大部分学习者兴趣为代价的改革总体上并不能算成功。

而美国20世纪60年代的物理课程改革不仅在美国受到欢迎，还影响了全世界。英国理科女教师协会和理科教师协会在纳菲尔德财团的资助下，相继推出了纳菲尔德普通水平物理课程方案（The Nuffield O-Level Physics Project）和高级水平物理课程方案（The Nuffield Advanced Physics Project），该方案具有强烈的科学主义倾向以及利用科学方法进行训练和探究活动的浓厚色彩。

“生物科学课程研究项目”是美国生物科学研究所（American Institute of Biological Science）在20世纪50年代末，为改进高中生物教育而推动的生物课程。该项目的成员均为著名的生物学者与生物教育学者。在20世纪60年代初期，“生物科学课程研究项目”出版了三套适用于高中阶段学生的生物教材，分别称为黄版（yellow version）、绿版（green version）和蓝版（blue version）。黄版教材的内容是以生物个体为出发点，从个体生命的本质和共同性（unity）说起，再讨论生命的多样性（diversity），最后论及生物之间的相互作用及生物的遗传、发育与演化。就组织结构而言，黄版教材是比较传统的课程组织形态。绿版教材的内容则是以生态学为主轴来学习生物科学，由生物个体与种群（population）的关系为出发点，探讨生态群落（community）和生态系统（ecosystem）的结构以及物质和能量的流转。蓝版教材则以分子和个体为出发点，经由对生命与环境的相互作用的探讨，了解生命的本质及其延续的机制，并用分子与生理的观点加以诠释。虽然“生物科学课程研究项目”出版了三种不同形态的高中生物教材，不过三种教材的课程理念与概念纲领是相同的。

这一时期的国际课程改革对全世界的基础科学教育产生了深刻的影响。这些影响包括以下三个方面。

其一，物理和化学内容的现代化。20世纪上半叶，物理和化学领域取得了巨大成就。通过课程改革，这些新的理论被纳入物理和化学教材中，从而减少或删除了中学科学课程中大量陈旧的教学内容。例如，物理课程不再强调基础热学、声学和静电学，而更加注重波。在化学课程里，元素化学内容相对减少，而更加强调与化学键等有关的理论内容。

其二，生物学作为一个统一的领域出现。20世纪上半叶，生物学分为植物学、动物学和生理学，各个分支的教学内容互不关联，支离破碎。科学课程改革运动强化了生物学领域自身的独立存在性，并按照生态学原理、细胞的性质与功能、生物有机体的功能把各个不同的部分整合起来。经过改革，有些国家高中学生学习生物学的人数增加了很多。

其三，注重探究和实验教学。20世纪50年代中期以前，科学教学所用的教材大多是描述性的。科学是作为一堆联系松散的事实和基本原理教给学生的。科学课程改革显示，科学是一个实验的事业，学生通过学习科学获得科学探究的能力，并通过他们自己所做的这种探究学到科学知识。

但这次国际课程改革的不足之处也是显而易见的。主要表现为削弱了对科学应用的重视程度。美国在20世纪上半叶的科学教育很重视科学技术与生产和生活的联系，但这次课程改革的结果是，增强了对科学理论的重视，却削弱了科学在工业和日常生活中的应用。因此，这次课程改革在很大程度上把学校里所教的科学与技术及其应用分离开来。这些不足之处成为之后课程改革需要认真对待和加以研究的问题［2］。

2.第二次国际科学课程改革

“危机，即使它不构成人类生命的所有，然而它对人类生活却是必要的，它是人类生命得以延续的一个必要条件。”［3］第一次科学课程改革并没有做好科学普及的工作，相反，它使得大多数学生远离，甚至逃离科学。科学仅仅成了少数人的游戏。这种以政治经济为价值取向的科学教育显然是行不通的。到了20世纪70年代，就连布鲁纳也不得不表示，要从人的立场来论述教育，他提出了“从科学到人”的主张。几乎在同一时期，科学哲学界的几本专著不约而同地将矛头对准了科学技术造成的日益增长的一系列全球问题上。这其中包括了卡森的《寂静的春天》、罗马俱乐部的《增长的极限》以及特德·霍华德与杰里米·里夫金的《熵：一种新的世界观》等。

从20世纪60年代到70年代的短短十几年里，世界发生了巨大的变化。世界多极化的趋势正在悄然明朗。人类的生存需要自然资源，这当然无可厚非，但是，地球上的资源却是有限的。由于人类文化向度的单向性，地球上的资源在20世纪70年代起被大量地消耗。这不得不引起人们的警惕。一系列与地球资源有关的环境问题，使人们对科学技术的负面影响忧心忡忡。这个时期内，一系列具有影响的并与教育有关的国际会议的焦点都集中在科学、技术和社会上，它们或多或少地使科学教育开始从关注“知识结构”转移到关注“人与社会”上来。

如果说第一次科学课程改革时，科学被理解成“学科知识”，那么第二次科学改革时，科学就被理解成“相关的知识”。除了前文提到的科学课程应与社会相关外，在第二次科学课程改革中，科学课程的内部也在进行着横向的“相关”。一系列与其他知识相关的科学课程应运而生。它们之中比较有代表性的主要有：美国的CHEMCOM化学课程、荷兰的POLN物理课程、美国的USMES小学综合理科课程、英国的NSTP课程以及澳大利亚的ASEP课程等。与第一次科学课程改革时的“学问中心课程”相比，第二次科学课程改革中的“社会中心课程”无疑受到了学生与教师的广泛欢迎。因为科学不再是那种“神秘莫测”的事物了，通过这类课程的教学，学生能够切实地体会到原来科学与技术就在他们的周围。

20世纪70年代，美国中学物理课程由学术模式向文化模式演化，即背景—思想—阅读—实验—基本理论；对中学物理教材的处理不再从物理学家的角度出发，而是考虑学生的接受能力和兴趣；不再单一强调抽象理论，而是结合物理在生活生产中的应用，以及与社会问题的联系。这种模式被人们广泛接受。1969年，英国学校理事会推出了综合理科计划（The School Council Integrated Science Project），力求培养具有综合理科素质并有较强的信息获取能力和科学思想表达能力的未来社会公民。

这一阶段的课程改革，美国科学教育改革的钟摆再次偏向综合科学课程。课程综合化表现在相关的分科式设计，即保持现有分科的课程模式，但加强各学科的相互联系，相互渗透。例如：物理知识可以用于解释一些生物现象，历史学科可以渗透生态教育、环境教育，生命科学在更高的程度上整合了生物学、环境科学与生态学。课程综合化还表现在广延的分科设计，即把两门或更多门学科综合起来，例如：地球科学、物理学与生物综合在一起成为“地球上的生命世界”，但强调生物。一些高中在9年级或10年级开设综合科学（integrated science），至今亦然。综合科学反映了当代科技发展的跨学科性，体现了科学本质的一个重要方面。无论是物质科学（物理、化学等）还是生命科学，都要强调科学素质、科学探究及科学技术与社会的联系［4］。

3.第三次国际科学课程改革

时间进入了20世纪80年代末90年代初。世界多极化的趋势完全形成。人们的价值观受到了前所未有的冲击。究竟什么才是正确的，什么才是不正确的？“以往人们以为是常数的值，现在，也随着变化而变化，换句话说，连常数也在发生着变化。”［3］

早在20世纪60年代，库恩出版了《科学革命的结构》一书，把科学的发展称为科学“范式”更迭导致的科学革命。这为历史主义的科学观提供了理论基础，也对过去很长时间里，在科学哲学中占主导声音的实证主义进行了批判。历史主义的科学观认为，科学知识不可能是绝对的真理，所谓的科学知识只能在一定的历史时期，相对“真实”而已。根据历史主义的科学观，我们的科学教育教给学生的永远不可能是“完美”的科学。

于是，第三次国际科学课程改革浪潮中，科学被称为“不完美的知识”，它强调的是学生对科学知识的主观建构。笔者认为，它有三方面的含义。首先，科学知识不可能完美。第二，学生对科学知识的建构不可能完美。第三，科学技术具有两重性。过去人们对科学技术总是充满着美好的憧憬与幻想，但自从一系列全球问题爆发后，科学技术的负面效应已被越来越多人所认识。人们应该更加理智地看待科学技术。

第三次国际科学课程改革中也不乏优秀的课程样例，例如：英国的《科学项目中的儿童学习》、加拿大的《亚特兰大科学课程项目》、荷兰的《一千个问题中的化学》、澳大利亚的《增进有效学习项目》等。这些课程体现了建构主义的理念。

英国教育开始注重社会、科学、人类以及环境的相互关系。英国科学教育协会开始提出社会中的科学与技术课程改革计划（Science and Technology in Society）。课程由若干个独立的专题组成，涉及社会的方方面面，每个专题提供学生一些背景材料或信息，让学生在讨论、实践调查的基础之上，提出对解决问题的看法，让学生在真实的环境中学习物理知识，体会到物理学科的实用性，感受到物理科学的发展。

美国历经四年深入研究，于1989年公布了科学教育改革的总蓝图“2061计划”的第一个报告——《面向全体美国人的科学》，它发出了“普及科学”（Science for All）的号召，旨在提高全体美国人，尤其是青少年学生的科学技术素养。这份标志着美国科学教育改革进入实质性阶段的重要报告及其五个分科报告发表后，美国科学促进会和国家科学研究委员会又分别于1993年和1996年先后出台了《科学素养的基准》和《国家科学教育标准》。这些重要的科学教育改革文献对包括中国在内的国际科学教育改革，已经并将继续产生积极和深远的影响。

国际科学课程的三次改革经历了从关注知识（物质层面），到关注知识与外界的关联，再到关注人的内心（精神层面）。这一条价值取向的嬗变历程，对我国科学课程的改革无疑是一个重要的启示，非常值得我们借鉴和深思。

二、21世纪初美国科学课程改革新动向

如果说20世纪前三次国际科学课程的改革是以冷战作为大背景的，那么从21世纪初开始的国际科学课程新一轮改革，则是美国为了巩固其作为冷战后的世界超级大国的地位，继续在教育领域引领话语权。

美国的科学教育处于世界领先水平，这一原因部分在于美国雄厚的经济和政治实力促进和保障着科学教育的发展，更在于美国人精神中的危机意识，这种危机意识让美国人十分注重科技力量，更注重科学教育的发展［5］。(www.xing528.com)

从20世纪80年代（第三次科学课程改革时期）起至今，美国在国家层面上以及民间科学团体层面上发布的与科学教育改革有关的文献以表格的形式整理如下。

表1

续表

20世纪90年代起至今，美国的化学、物理、生物课程都是以《国家科学教育标准》为指导进行编制的。虽然已有的化学、物理、生物课程是增强科学教育的重要一步，但仍旧有不少改善的空间。这不仅是由于科学本身的进步，还有教育发展以及学校在实践《国家科学教育标准》的一段时间里积累了宝贵的经验和教训。事物是发展的，课程改革也是如此，它不是一成不变的。美国国家科学研究委员会在21世纪初推出《科学教育框架》和《下一代科学教育标准》则是对《国家科学教育标准》的巩固和深化，它们必将对今后的化学、物理、生物课程改革起到引领的作用。

新的《科学教育框架》深深地扎根于过去已有的实践与研究中。这些前人的成果包括《面向全体美国人的科学》《科学素养的基准》，以及《国家科学教育标准》。新的框架强调科学概念的综合理解，强调参与科学实践，并试图为学生勾画出在经历学校学习之后的科学的魅力。同时该框架还为工程的概念学习和实践留有一席之地。

科学、工程与技术已经渗透到现代生活的几乎每一个环节。它们同样拿有开启人类现有及将来挑战的钥匙。但是，在当今美国，很少有工人在这些领域里有很深厚的背景，很多人只有基本的科学、工程与技术的知识。所以，新的《科学教育框架》将在全美范围内进行一次新的科学课程改革，继续改革科学教育。新的框架的首要目标，就是使全体学生在12年级毕业的时候能够欣赏到科学的魅力和奇迹；拥有足够的科学和工程知识，参与到该领域的公众讨论中；成为一个了解日常生活里科学技术资讯的细心的消费者；能够继续在学校之外学习科学；能够拥有从事与科学、工程和技术有关的职业技能。

遗憾的是，当前美国的科学教育还并没有达成这些目标，没有更好地做到科学普及和科学审美。长此以往，学生将丧失对科学学习的兴趣，更谈不上今后走向社会从事与科学、工程和技术有关的工作了。这样与2061计划里“面向全体美国人的科学”的理念无疑是背道而驰的。究其原因，很大程度上还是出自学校的教育，包括：多年的学校学习不够系统、过于强调割裂的知识点、知识点过于宽泛、没有为学生提供机会来经历科学实践等。新框架则是突出了这些缺点，并准备克服这些缺点，更有效地实现科学普及与科学审美的任务。

新的《科学教育框架》的制定是为在国家层面进行新一轮科学课程改革铺路的。新一轮科学课程，包括今后的美国高中化学、物理、生物课程，将和过去一样，以《下一代科学教育标准》为基准，进行设计和编制。

为了推广《下一代科学教育标准》，美国国家科学研究委员会将分“两步走”的战略计划。

第一步，推出《科学教育框架》。该框架是重要的一步，因为它植根于对科学及科学学习最新的研究成果，而且对幼儿园至12年级的全体学生应该知晓的科学知识均做了详细的定义。为了框架的孕育，美国国家科学研究委员会组织了一个18人的委员会，成员来自本领域国际及国内知名的专家学者。他们包括一线的科学家（有两名诺贝尔奖得主）、认知心理学家、科学教育研究者以及科学教育标准和政策专家等。而且，国家科学研究委员会为了推出《科学教育框架》，还启用了4个设计小组。这些设计小组成员来自物质科学、生命科学、地球及空间科学以及工程领域，他们在各自的领域范围内起草框架。2010年7月，首部公开稿件问世。在2011年7月19日推出终稿之前，国家科学研究委员会还进行了修订。

第二步，在国家层面推出《下一代科学教育标准》。美国的达成机构（Achieve）起着在国家层面推广科学教育的任务，以使得科学教育在内容和实践上都非常丰富。达成机构还采取了一系列跨学科、跨年级的措施，为全体学生提供一个国际化的科学教育标准。《下一代科学教育标准》以《科学教育框架》为基准，为学生升学及就业做准备。该标准在州与州之间以合作的形式推广，由工商以及科技界知名的国内学者专家对之提出评论与指导意见。作为推广任务的一部分，该标准经历了两次大的修改，为国家范围的推广打下了坚实的基础。《下一代科学教育标准》于2013年4月面世。

根据《科学教育框架》和《下一代科学教育标准》的要求，并对比传统的科学教育，今后的科学教育愿景如表2。

表2

三、国内学术界对国际（美国）科学课程研究现状的文献综述

纵观过去十多年国内学术界对国际（美国）科学课程改革研究的文献，可以看出如下几个特点。

1.仍以美国为主流研究对象

美国作为世界的超级大国，它的科学教育以及科学课程的改革，一直以来都备受大家的关注。例如：截至2015年7月，在“中国知网”里，以“美国教育”为题名，共检索到各类文献1 670篇；以“美国科学教育”为题名，共检索到各类文献440篇；以“美国化学课程”为题名，共检索到各类文献180篇；以“美国化学教材”为题名，共检索到各类文献197篇；以“国外化学教材”为题名，共检索到各类文献142篇。

2.注重新课程理念的分析与思考

比较研究的目的，归根结底还是要对国内课程改革有建设性的启示。在过去十多年对美国高中理科教材的研究中，国内学者基本也是以此作为基本目的的。无论是在课程层面的研究，还是在教材实践层面的研究，都是在中国中长期教育改革纲要推出的大背景之下，对高中理科教材改革提出中肯的意见和建议。

3.开始注重教材插图、练习、特色栏目和实验设置的研究

除了对课程改革理念进行研究，国内学者还对美国理科教材中具体的环节进行了细致的分析和研究，主要包括：教材插图、教材练习、特色栏目以及实验设置。这些具体的环节同时也是各教材的特色所在。

4.实践研究方兴未艾

和十多年前相比，翻译加介绍式的纯象牙塔式研究开始减少，一线教师的实践研究开始增加，但仍没有形成一定的规模。笔者认为，这和各地区国际学校以及国际课程班的开设密不可分。但由于缺乏一线教师和学生的叙事研究，从学习者的角度出发的采集数据的实证研究几乎没有。从一线教师对美国理科教材实践研究的文献来看，不乏一些建设性的成果和见解。

参考文献

［1］马凯成，沈荣祥.试论国际科学课程改革背景下的我国科学课程之演进［J］.上海师范大学学报（基础教育版），2006，35（6）：26-30.

［2］丁邦平.国际基础科学课程改革：回顾与前瞻［J］.课程.教材.教法，2001（10）：74-78.

［3］孙可平，邓小丽.理科教育展望［M］.上海：华东师范大学出版社，2002.

［4］丁邦平.中美基础科学教育的差异［J］.课程.教材.教法，2007（2）：92-96.

［5］吴坚.全球教育发展新趋势［M］.北京：人民出版社，2014.