理论教育 国外科学课程标准对模型和建模的要求

国外科学课程标准对模型和建模的要求

时间:2023-08-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:澳大利亚《昆士兰高中物理课程标准》明确界定建模概念,突出强调物理学中证据、理论和模型的重要性,并注重培养包括科学探究和物理建模在内的学生高品质的物理思维能力。美国的两份国家课程文件中对“专项能力因素”培养的要求超过了“基础能力因素”,但超出比例不大。

国外科学课程标准对模型和建模的要求

美国、加拿大、澳大利亚等国通过两种方式将模型和建模写入课程标准中:第一种是从知识的角度将模型作为核心概念和重要的跨学科概念纳入课标中,例如美国。美国一直都有将模型作为核心概念和跨学科概念的传统,从《面向全体美国人的科学》的“2061计划”(1989)将模型作为实现跨学科理解的四大主题之一,到《美国国家科学教育标准》(1996)中将模型作为五个科学统一的概念和过程,再到《K-12框架》(2011)和《新一代科学教育标准》(2013)将模型作为7个跨学科概念之一,这个传统一直传承至今,而且其培养思路愈加清晰。第二种是从科学实践的角度对建模写入课标中,例如美国、澳大利亚、法国等。美国的《K-12框架》强调科学不仅仅是理解世界的知识体系,还是建立、拓展和精炼知识的一系列实践,主张科学课程应聚焦核心概念、跨学科概念来组织,并通过科学实践实现对核心概念的有效学习《K-12框架》将科学实践分为8种,其中“建构和应用模型”是最重要的科学实践,并明确规定了这项实践在12年级应达到的具体目标。法国《普通高中理科物理化学大纲》(2010)指出“高中的科学教学应围绕观察、建立模型、实际操作为基础的科学探究活动来组织教学”。澳大利亚《昆士兰高中物理课程标准》明确界定建模概念,突出强调物理学中证据、理论和模型的重要性,并注重培养包括科学探究和物理建模在内的学生高品质的物理思维能力。加拿大安大略省的《科学课程标准》对1-12年级的学生在模型和建模方面的教学要求是一样的“用科学模型、数据表或报告等恰当的形式表达结果和组织观点及信息”,然而看似相同的培养目标实质上随着各学段对“模型”要求的提升而大为不同。对8年级以下学生的要求多是在实物模型层面,而对9-12年级学生的要求提高到概念模型的层面,并且从9-10年级开始强调对模型的应用,到11-12年级要求学生建构自己的解题模型。安省的科学课标在小学学段的重点放在发展科学本质的认识上,即逐渐培养学生的模型和建模意识及对模型和建模的正确观点,到初中学段开始转向通过操作实物模型研究科学问题,例如“制作泵探究液体的压力”,到高中学段将模型和建模作为重要能力来培养,要求能用模型交流表达自己的观点,解释科学现象,并能建构简单的模型说明科学现象或系统的运行过程。在安省科学课标的高中阶段出现了很多如building,construct,produce,establish等动词,这些动词都具有“建构”意思,说明高中科学教育在模型和建模这一主题下的教学更加强调建模能力的培养,而不仅仅是认识和使用模型。而美国《新一代科学教育标准》的制定是以核心概念理解力和科学实践能力的学习进阶的研究成果为依据,按照K-5年级、6-8年级、9-12年级编制目标要求(Goals),每个阶段制定的目标都是建立在对学生建模能力认知发展规律的研究基础上。在低年级段就开始渗透模型和建模的思想,随着学生的进阶学习从具体的实物模型到高年级抽象的关系表征,学生对模型的认知和建模的质量不断提升。通过上述分析发现,美、澳、加等国科学课标都提出了明确、具体、可操作的模型和建模能力培养目标,且这些培养目标在不同学段的培养思路和要达到的程度和水平都很清晰,都是显性表述很少有隐性表述。

我们对美、澳、加等的四份科学课程标准中关于模型和建模能力培养的表述进行了分析和解读,并按照物理建模能力构成要素的“非认知因素”“基础能力因素”和“专项能力因素”三个能力类属下的11个能力指标进行分类,统计出四份课标对模型和建模能力在不同指标的表述次数及百分比。四份课标对建模能力的“非认知因素”类属提出培养要求的表述占总量的15.4%-26.7%,比“基础能力因素”和“专项能力因素”的百分比稍低一些,它们对建模能力“基础能力因素”的要求占总要求的30.8%-46.2%,其中澳大利亚《昆士兰科学课标》对“基础能力因素”培养的要求最高,达到46.2%,超过了对“专项能力因素”培养的要求。加拿大《安大略省科学与技术课程》对“基础能力因素”培养的要求是40%也超过了“专项能力因素”。美国的两份国家课程文件中对“专项能力因素”培养的要求超过了“基础能力因素”,但超出比例不大。从具体指标的统计上看,四份课程文件对“基础能力因素”维度下的“交流与合作”指标的重视程度较高,对“专项能力因素”维度下的“模型思维”和“元建模知识”的重视程度也很高,对“专业知识”指标的要求却较低。说明西方各国科学教育比较注重对学生基础能力的培养而不是专业知识的积累。(www.daowen.com)

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