我們生活的時代繽紛多彩：科學(xué)教育的趨勢和機遇
本文轉(zhuǎn)載自《中國科技教育》雜志2012.12總第201期
Anne Batey女士30年的教育生涯開始于中學(xué)化學(xué)和物理教師，后來轉(zhuǎn)入教師培訓(xùn)方面的教育資源開發(fā)。自2004年以來，Anne Batey女士一直擔(dān)任英特爾公司企業(yè)事務(wù)事業(yè)部K-12教育計劃的K-12課程與教學(xué)內(nèi)容經(jīng)理。她負責(zé)開發(fā)和管理英特爾®教育項目的系列課程和內(nèi)容，包括備受重視的英特爾®未來教育項目專題課程（Intel® Tech Element Course），支持教師用20多種語言在全球開展21世紀(jì)教學(xué)實踐。Batey女士擁有教學(xué)設(shè)計和課堂經(jīng)驗方面的背景，因此在制訂英特爾的K-12教學(xué)內(nèi)容時，會重點強調(diào)基于研究的最佳實踐的實際應(yīng)用。她還是英特爾《設(shè)計與發(fā)現(xiàn)》（Design and Discovery）課程的設(shè)計者與貢獻作者，該課程現(xiàn)已在中國完成本地化，并將逐步推廣。
我曾經(jīng)做過一名科學(xué)教師，目前在英特爾公司工作，就我個人而言，我覺得沒有什么職業(yè)比作為一個教師能給世界帶來的影響更大了，這也是為什么我認為教師都是理想主義者的原因。每一位教師都有自己的理想和愿望，他們把更有意義的內(nèi)容和未來帶給了我們的下一代。
作為教育工作者，我們生活在一個非常有趣的時代，充滿了各種挑戰(zhàn)。在這個演講中，我主要想跟大家分享我近期對科學(xué)教育的一些見解，同時因為我在英特爾做課程設(shè)計的工作，所以我也會介紹一些能夠支持科學(xué)教育更好地開展的相應(yīng)資源。接下來我還會介紹在美國新的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)下，我們在課程方面有什么變化，我相信這個會對教師在開發(fā)和設(shè)計課程時有所幫助。最后我也會談?wù)劷處熢谙鄳?yīng)的課程設(shè)計當(dāng)中應(yīng)當(dāng)擔(dān)任什么樣的角色。
對英特爾而言，科學(xué)和科學(xué)教育是我們工作的一個重心，無論是科學(xué)教育的學(xué)生還是科學(xué)教育的教師，都是我們支持的重點。眾所周知，英特爾是由3位科學(xué)家共同創(chuàng)立，科學(xué)教育已經(jīng)融入英特爾的基因之中，這也是我們看重科學(xué)教育的原因。我們希望能夠通過計算技術(shù)，讓地球上的每一個人都生活得更加美好。作為一個跨國公司，英特爾深深地理解科學(xué)教育對支持創(chuàng)新、社區(qū)發(fā)展和經(jīng)濟進步的意義所在，英特爾也深刻地認識到今天的學(xué)生會是未來社會的創(chuàng)新人才。
我們也認識到了科學(xué)教育所面臨的一些挑戰(zhàn)。同在中國的情況不同，我們看到美國的一些數(shù)據(jù)顯示，工程師和技術(shù)人才的工作出現(xiàn)了大量空缺。每年在美國畢業(yè)的工程和技術(shù)類的畢業(yè)生數(shù)量是12萬人，而相應(yīng)的崗位空缺則是40萬個。英特爾最近開展了一項調(diào)查研究，希望能夠解釋為什么美國的學(xué)生對工程類的職業(yè)不太感興趣，也不愿意在中學(xué)的時候選擇工程類課程進行學(xué)習(xí)。我們對近1 000名13—18歲的美國青少年作了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)：三分之一的學(xué)生從來沒有考慮過將來選擇工程類的職業(yè)作為他們未來的職業(yè)，甚至還有近三分之一的學(xué)生從沒有意識到當(dāng)今社會還有與工程相關(guān)的工作，五分之一的學(xué)生根本就不知道作為一個工程師對這個世界會有什么樣的貢獻。當(dāng)然調(diào)查中還有一個好消息，就是如果能夠更多地介紹工程是什么、工程師通常都會做什么樣的工作、他們的收入會有多少等情況，有44%的學(xué)生或許會考慮選擇工程技術(shù)作為他們未來的職業(yè)�；诳茖W(xué)教育面臨的這樣的前景和挑戰(zhàn)，英特爾通過支持鼓勵學(xué)生參加科技類的競賽、對學(xué)校和教師進行相應(yīng)的表彰以及為科學(xué)教師提供專業(yè)發(fā)展的相關(guān)資源等，幫助和推動科學(xué)教育的發(fā)展。
目前美國正在開發(fā)一個新的課程標(biāo)準(zhǔn)，我認為沒有什么比設(shè)定一個新的課程標(biāo)準(zhǔn)更直擊人心，課程標(biāo)準(zhǔn)和框架告訴我們教育的目標(biāo)是什么，它規(guī)范了我們未來需要作出的嘗試。現(xiàn)有的美國科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)是大約15年前發(fā)布的，在過去的15年中，不僅科學(xué)在飛速發(fā)展，人類學(xué)習(xí)的方式也因為技術(shù)的發(fā)展而在不斷變化，因此我們也意識到開發(fā)一個新的課程標(biāo)準(zhǔn)的必要性。按照計劃，新的美國科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將于2013年春天發(fā)布。我在這里跟大家分享一下今年7月看到的這個課程標(biāo)準(zhǔn)的框架。
新的課程標(biāo)準(zhǔn)框架展示了工程教育和科學(xué)教育在課堂上的深度融合，對我來說，看到科學(xué)教育和工程教育之間的聯(lián)系是非常激動的。我們知道有些學(xué)生愿意做一些工程類的探索研究，而有一些學(xué)生更愿意做科學(xué)研究方面的工作。新的課程標(biāo)準(zhǔn)激勵科學(xué)教師去嘗試了解部分科學(xué)和工程的相關(guān)概念，需要科學(xué)教師能夠更好地定義工程和科學(xué)教育。
新的課程標(biāo)準(zhǔn)框架是如何連接科學(xué)與工程的呢？這里列出了8條科學(xué)與工程實踐相關(guān)聯(lián)的條款，分別是：①提出假設(shè)（對科學(xué)），確定需要解決的問題（對工程）；②制訂并使用模型；③計劃并實施調(diào)查；④分析并解讀數(shù)據(jù)；⑤使用數(shù)學(xué)和計算思維；⑥思考答案（對科學(xué)），設(shè)計解決方案（對工程）；⑦進行論證；⑧獲取、評估并交流信息。這些可能是大家熟知的。比如第1條，當(dāng)開展科學(xué)研究時，學(xué)生會傾向于提出一些假設(shè)的問題，而對工程類的項目而言，學(xué)生是從嘗試去解決一個實際存在的問題開始的，他們首先要知道問題是什么，然后不斷完善，想出解決方案。從第2到第4條是學(xué)生進行工程類和科學(xué)類的項目研究需要共同經(jīng)歷的，比如他們要去開發(fā)、應(yīng)用一些模型，需要去做一些項目的預(yù)期，同時要做相應(yīng)的調(diào)查研究。無論是工程類還是科學(xué)研究類的學(xué)生研究項目，都需要分析和闡明數(shù)據(jù)，同時學(xué)生要用數(shù)學(xué)和計算機的相關(guān)知識和思維方式分析解決問題。到了第6條大家會看到對科學(xué)研究而言，學(xué)生需要去解釋他們的發(fā)現(xiàn)，而在工程項目中，學(xué)生則需要去設(shè)計相應(yīng)的解決方案。
為科學(xué)教育開發(fā)適應(yīng)的課程是一個非常重要的挑戰(zhàn)。今天我想跟大家分享英特爾即將在中國推出的兩個科學(xué)教育課程。第一個是《設(shè)計與發(fā)現(xiàn)》，這個課程為課外教育和校內(nèi)教育的學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓他們了解與工程相關(guān)的知識。我們希望能夠借助這樣的課程，向?qū)W生展示工程教育和工程類項目的美妙所在。我們希望借助與學(xué)生生活相關(guān)的案例和課程，告訴他們工程對生活的意義。在這門課程中有10個相應(yīng)的工程設(shè)計的步驟，學(xué)生可以根據(jù)這些步驟，一步一步地完成他們的課程學(xué)習(xí)。目前，這門課程已經(jīng)完成了在中國的本地化，并將逐步在中國推廣。
在過去的幾年中，英特爾一直致力于開發(fā)一些在線的學(xué)習(xí)課程，我們希望通過課程開發(fā)相應(yīng)的在線活動，更好地適應(yīng)在線學(xué)習(xí)這樣一種趨勢。每一門課程的學(xué)習(xí)時間大約是10〜15個小時，課程圍繞著英特爾®未來教育項目的一些核心理念展開。我們很快會在中國推出一門新的課程《科學(xué)課堂中的探究式學(xué)習(xí)》，希望能夠為小學(xué)高年級和中學(xué)的科學(xué)教師提供更多的支持，把更真實的探究式學(xué)習(xí)模式帶到課堂中。
另外一個科學(xué)教育的趨勢，是關(guān)于數(shù)據(jù)分析的技能，這在科學(xué)研究的實驗室里很常用。首先需要做出一些科學(xué)調(diào)查的模型，調(diào)整其中的變量，并仔細地收集數(shù)據(jù)。學(xué)生需要分析數(shù)據(jù)，在同伴間分享結(jié)果，最后得出相應(yīng)的結(jié)論。但因為教師往往急于要求學(xué)生在并不充裕的時間內(nèi)完成所有的數(shù)據(jù)分析，學(xué)生通常會在收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的過程中完成得比較匆忙�；谶@樣的原因，我們在在線學(xué)習(xí)中提供相應(yīng)的模型和數(shù)據(jù)，使學(xué)生能夠更好地開展他們的研究，通過這些可視化的數(shù)據(jù)分析工具幫助學(xué)生了解、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的整個過程。我們也希望通過這樣一個課程，更好地幫助學(xué)生解讀分析數(shù)據(jù)。我們常常會因為時間、資源等原因，找不到相關(guān)的、足夠充分的數(shù)據(jù)來開展科學(xué)研究項目，我相信借助這樣的一些工具，會幫助大家在科學(xué)研究的課堂當(dāng)中做得更好。
當(dāng)我們談到下一代的美國科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)時，也有必要看一看科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)對未來教師有什么相應(yīng)的要求。作為教師，我們的工作是為了更好地幫助學(xué)生，通過我們的課程設(shè)計和課堂傳授，幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，而設(shè)計課程單元以及在課堂當(dāng)中更好地輔助學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的技能就是教師的首要工作所在。讓我們來看看基于這樣的一個認識，教師在設(shè)計和傳授課堂教學(xué)時需要注意什么。
首先，學(xué)習(xí)科學(xué)和學(xué)習(xí)方式發(fā)生了變化，以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)方式，已經(jīng)不是一個新的概念。有調(diào)查顯示，在學(xué)習(xí)過程中需要讓學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主人，積極地參與和掌控整個學(xué)習(xí)過程。因此在課程設(shè)計中，我們會考慮學(xué)生的參與程度，思考怎樣激發(fā)他們持久的興趣和學(xué)習(xí)的動力，這是非常重要的。
課程和內(nèi)容方面會有什么樣的發(fā)展趨勢呢？在現(xiàn)今社會中，課程教育的內(nèi)容越來越豐富，這些內(nèi)容不僅是出版商或是課程專家制訂的，實際上教師和學(xué)生也在參與制訂。在評測方面會有什么樣的趨勢呢？顯而易見，我們在作形成性的評測。通過這樣的一些評測（包括同伴之間的相互評測），我們可以看到學(xué)生在學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出的進步和面臨的挑戰(zhàn)，通過評測我們會了解為什么要學(xué)這些內(nèi)容、下一步要學(xué)什么和學(xué)得怎么樣等。談到課堂管理的發(fā)展趨勢，在現(xiàn)在的科學(xué)學(xué)習(xí)中，課堂時間和學(xué)習(xí)的空間已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化，學(xué)生有了新的學(xué)習(xí)模式。對教師而言，我們必須要自問，怎樣通過一種更好的方式讓學(xué)生在這種新的環(huán)境下學(xué)習(xí)，尤其是面對網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。但是從哪里開始呢？我想告訴大家，我們要告訴學(xué)生學(xué)會如何去問問題。在英特爾未來教育的核心課程中，我們會花費很多的時間幫助教師設(shè)計問題。我們希望通過這樣的一些問題設(shè)計，幫助教師更好地設(shè)計自己的教學(xué)方案。最近我聽到了一段對兩個專家的訪談，里面的內(nèi)容讓我覺得很有趣，這兩名專家寫了一本書叫做《改變一下：教會學(xué)生問問題》（Make Just One Change: Teach Students to Ask Their Own Questions）。在訪談中，這兩位專家給出了很多提問的方式，其中一位專家提出的框架設(shè)計的方法可以用來教會學(xué)生如何提問。在這個方法中，教師把學(xué)生分成不同的組，提出一連串的思考問題，然后讓學(xué)生做一些頭腦風(fēng)暴，使他們盡可能地多問一些問題。在頭腦風(fēng)暴的激蕩后，學(xué)生可以在同一組內(nèi)分享自己問出的問題。然后每一組學(xué)生要分析自己和各自的同伴提出的問題，做一定的排序，最后總結(jié)提煉出他們要問的問題。這個過程對學(xué)生是非常具有挑戰(zhàn)性的，但也是很有意義的。通過這樣的一種提問方式，可以激發(fā)學(xué)生的思考，在提問過程中增加更多的互動，對學(xué)習(xí)內(nèi)容也會有更深刻的理解。
談到未來教學(xué)內(nèi)容的趨勢，我們會發(fā)現(xiàn)因為新技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化的內(nèi)容成為讓課堂變得更豐富、更互動的輔助性介質(zhì)。出版商開發(fā)了很多具有互動性的電子書籍，包含指導(dǎo)教程、視頻、模擬實驗室和生動活潑的問題等。這些課程內(nèi)容有很大改變，它將評測直接嵌入到課程內(nèi)容中，能夠?qū)崟r反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。但是，實際上教師也在使用一些新的在線課程內(nèi)容開發(fā)工具進行課程內(nèi)容的開發(fā)，如免費的電子書制作工具和電子閱讀器可以支持教師發(fā)表電子版教案。同時，教師還可以把很多豐富的在線課程內(nèi)容資源整合在一起，開發(fā)出適應(yīng)自己學(xué)生的課堂教學(xué)內(nèi)容，通過這樣的團隊合作，教師們開發(fā)的內(nèi)容會更加豐富多彩。
教師們有沒有想過學(xué)生自己也能開發(fā)一些學(xué)習(xí)的資源和內(nèi)容呢？在讓學(xué)生開發(fā)這種資源的過程中，他們可以變成科研工作者、記者、攝影師，他們把這些資源整合在一起，能夠開發(fā)出很好的課程內(nèi)容。
還有一個很好的案例，我們把它稱作是顛倒式的課堂學(xué)習(xí)方式。在顛倒式的學(xué)習(xí)課堂中，教師把課程的基本概念、基本內(nèi)容，通過錄像的方式放到互聯(lián)網(wǎng)上，學(xué)生可以在家里或者是在到學(xué)校的路上通過互聯(lián)網(wǎng)在他們的手機或電腦上完成課程的學(xué)習(xí)。當(dāng)他們到達學(xué)校時，在原本應(yīng)該聽教師傳授這些內(nèi)容的課堂上，他們把相應(yīng)的知識做集體的應(yīng)用和練習(xí)，這時教師可以更好地為他們進行輔助。我們都知道知識的應(yīng)用比知識的傳授更為重要，這種學(xué)習(xí)方式給了教師更多的時間和機會來輔助學(xué)生進行學(xué)習(xí)和實踐。
學(xué)習(xí)科學(xué)的大量文獻已經(jīng)證明了團隊學(xué)習(xí)是非常重要的，學(xué)生以團隊的方式學(xué)習(xí)知識，能夠幫助他們更好地理解相關(guān)的概念。Justin是英特爾首席技術(shù)官，我們曾經(jīng)有機會邀請他為英特爾的教師作一個在線的講座，在講座的最后有教師問他作為英特爾首席技術(shù)官他認為對高中學(xué)生而言最重要的21世紀(jì)技能是什么？Justin毫不猶豫地回答是“團隊合作”。團隊合作和同伴之間的互相幫助，這種互動是科學(xué)學(xué)習(xí)過程的核心所在，它也應(yīng)該是我們教師和學(xué)生的教學(xué)方式的核心�，F(xiàn)在，因為互聯(lián)網(wǎng)資源的發(fā)展，我們在網(wǎng)絡(luò)上可以找到很多相應(yīng)的資源幫助教師和學(xué)生互動，開展團隊合作學(xué)習(xí)，讓學(xué)生們能夠方便地與自己的導(dǎo)師分享觀點，就像面對面在學(xué)習(xí)一樣，能夠得到相應(yīng)的反饋意見�！�
