对美国夏威夷大学小学科学教育的实际调查

【摘要】DASH是一种活动教学,强调学生对科学知识之来源与生成的探究。在方法上,DASH实施“相关知识的组织→探索→应用→解释和概括”模型。尽管DASH有其不足之处,但强调“从小就对学生进行基本的生物资源训练”是应当肯定的,也是有启发的。
  【关键词】DASH 方法过程 特点
  【作者简介】解学慧,美国印第安纳大学博士

 

    DASH(Developmental Approaches in Science Hrealth & Technology)是夏威夷大学课程研究发展小组CRDG(Curiculum Research & Developpment Group)的教育研究项目之一。其目的是为了提高和完善美国幼儿园及中小学教育。它与太平洋地区大学协会(Pacific Consortium of Universities),澳大利亚,加拿大,日本,新西兰教育部都有合作。CDRG的教育产品已经被澳大利亚,以色列,俄罗斯,印度尼西亚,新加坡等国所使用。
    DASH是美国很有影响的科学教育活动研究中心。此研究中心被美国教育部门评为大有可为的数学和科学教育研究中心。它有两个职能:对幼儿园及小学教师进行培训和编写幼儿园及小学教材。今年六月我参加了在夏威夷召开的社会科学研究国际并因此住在了她家里。由于她在DASH工作,所以有幸并观察了DASH的2003年暑假的教师培训班。参加培训的老师主要来自夏威夷附近的岛屿以及日本和新加坡。由于Carol已经事先告诉了DASH的主任Frank及其它任课教师,我受到了他们的欢迎。他们告诉我可以观察任何一个年级的教室,所以我在四天的时间里参观了四个教室的活动。
    一、DASH的教育理念及原则
  在介绍DASH的实际活动之前,有必要先介绍一下它的教育理念及原则。DASH是一种活动教学。DASH认为知识是经过世代人的经验的积累而成的。学生有必要重复这一过程。因此,学生需要亲自参加实践来懂得科学知识是怎样得来的。在DASH教育活动中,学生被视为研究者,老师被视为研究活动的指导者和组织者。DASH主张学生从做中学,让学生像科学家那样学习科学。老师的角色是为学生构建知识创造情境,提出问题激发学生,提供必要的资料和设备。DASH特别强调提供的设备必须是安全的。教师要创造条件使学生分享他们的经验,帮助学生概括,解释和评估他们的学习成果,并在讨论的基础上达成一致。而且最重要的是监督学生记录他们共同的经验和创作。总之,老师是激发学生求知欲和建构知识指导者。在DASH中,老师具有以下职能:
  •为学生创造一个适宜环境,使他们能够为自己的学习活动负责。
  •使学生理解并能够联系其他学科,把DASH中重要的科学概念应用到课堂及课外生活中。
  •鼓励用多种方法来解决问题。
  DASH对教师进行培训并提供长期的支持,要求教师要完整的把他们所学的教学活动模型一模一样的搬到教室的课堂教学中。另外,教师需要学会DASH所提倡的教学行为,以及学习、教学和测量模型,并能够反思和进行深入的讨论。
  二、基本的教学方法和教学过程
根据以上教育原则,DASH设计了一系列独特的教学方法和手段。DASH科学探索的教育模型包括以下四个操作过程:组织与题目有关的现有知识→探索→应用→概括和解释。虽然教学模型在不同的年级大体相同,但也有差异。小学低年级的模型是探索→应用→解释和概括(学生能够描述或演示给别人看)。如果小学低年级学生解释不好,如果他们操作和演示给别人证明他们懂了就可以了。在高年级其模型是反例→假设→实验→解释。
    在这一模型中老师需要做如下工作:1)帮助学生组织与题目有关的现有知识;2)帮助学生找到新的探索方向,包括找到现有问题,提出新的问题,看到反常现象和示范新技术等;3)帮助学生应用新的和现有的知识;4)鼓励学生概括和解释并不断完善他们的作品。
    DASH把科学知识和技能的学习分为四类:描述性和解释性的知识和方法,技术性的知识和能力,专业知识(Expert Knowledge),假设和科学实验性方法。DASH认为描述性和解释性的知识和方法是在人类具有口头和书面语言之后演变成的学习和传授知识的新方法。更新的研究科学的方式是400多年前涌现的假设和实验(hypothetical/experimental)的科学方法。因此,DASH首先介绍给学生技术性和描写性的知识和技能的探索方式。随着学生语言、图表、数学和逻辑能力的增长,学生要学会使用假设和科学实验性方法。下面让我们看一看DASH对于这几种知识的学习模型。
    ⒈描述性知识
    科学描述性知识的学习过程分为:认识和命名→描述→分类和概括。此类知识必须被学生重新发现。学生必须发现什么应该观察和记录,怎么观察,怎么记录,什么记录应该被保留,哪些意义重大,哪些是部分,哪些是整体,事情是怎么相联系的。被描述的可以是事件、行为或者物体。物体可根据他们的作用和结构,环境地点来描述等等。在DASH看来不,对研究领域的描述是一项早期科学任务,而概括经常成为第一个水平上的解释。因此,应把描述上升为概括并根据现象的特点归类。DASH活动在很大程度上介入这些基本操作,特别是在气象学、天文、和自然研究方面。记录温度、风向、降雨量和降雪常常与季节气候联系在一起;对月亮阶段性变化的记录,日出和日落时间的变化,恒星和行星轨迹的变化是与季节和方向联系在一起的;当描绘不同的种类植物和动物的特点时,要把它们与季节和生存环境联系起来,观察他们怎么满足他们的生物需要的。
    在DASH中,操作性定义是描述性知识探索的最好例子。DASH让学生写操作性定义,而不是由教师直接将知识传授给他们。教师引导学生从三个方面写出操作性定义:1)所要定义的属于哪一个类型;2)它的形式和特征是什么;3)它的作用或用途是什么。写操作发生定义时,教师一般将学生随机地分成3~5人的小组。比如,在这次教师培训班中,培训教师要求来参加培训的老师们写出操作性定义。每一组教师来共同写出一个科学概念,比如动物的操作性定义,然后把写好的定义在传给其他每一个小组的教师,其他教师再加以补充。这样每一个教师都参与了每一个定义的学习。在这项活动中DASH要求教师他们自己写出操作性定义。然后教师按照同样的方法教给学生。DASH认为通过写操作性定义,教师可以了解学生的现有水平。在学生活动达到了什么水平。在DASH中操作性定义是随学生不断学习而深入和发展的。一个概念的学习可能会通过几年来完成。
    ⒉技术性知识和能力
    这一类主要指操作方面的知识和能力。DASH把技术性知识和能力产生的过程分为四个操作程序:找到问题所在→寻求解决方法→产品设计→测试。DASH非常重视测试。认为测试可以对解决方法和产品直接评估,看它们是否可行。DASH从幼儿园开始就对学生进行这种训练,以此来发展学生的知识和创造能力。比如学生在设计汽车时,他们会面对这样一个问题:我们怎样做轮子?怎样把轮子附在汽车上?老师提出的问题迅速被学生自己所出的问题所代替。此类问题常常是伴随着学生的活动自动产生的。学生在这种活动中来发展他们的洞察力,感觉到那些自然现象是可控制的,什么样的操作可以,什么样的操作不可以控制他们。  DASH要求学生找到材料、事件、自然物体、有机体和人类的产品的特点,并且能够最终在实际生活中加以运用。
    ⒊专业知识(Expert knowledge)
    报告和文献是此类知识的主要源泉。其学习顺序是:质疑即存的公式→资料证明和示范→复制(replicattion)。学生在示范中通过观察和操作来理解知识和技巧。专业知识的资料可以在领域指南,年历,报纸等中来搜集。在这期暑假教师培训班中,Carol在讲解天气的一课时,就把当星期的报纸上的有关天气的部分剪下来,让教师思考从那些方面来观察天气的变化,有哪些规律。
    ⒋假设性的知识和实验
    简单假设性的知识产生涉及下列过程:找出问题→形成假设→评估其合理性。经过这个基本过程,新假设被筛选出来:这一假设是否与以前的观察、类型、概括与解释相符合?实验涉及下列过程:形成问题→形成假设→制定实验过程→测量和解释→评估。具体的假设和实验方法包括收集样本的方法、推论原因与结果、演绎与归纳推理、数学模型等。在DASH中,小学四年级学生在正常情况下应该支进行最基本的实验方法。而且学生应该具备下列基本素质:自信心;在控制自然现象方面的经验;描述归类和概括的语言能力;测试和解释其合理性的能力;逻辑能力,比如顺序、原因与结果、形象思维等。实验的问题可以是那些不经思索而来的。很多DASH的问题属于这一种。比如,如果不浇水,豆芽会怎么样?鸟经过训练之后在特定的时间回到主人这里?如果我们在碱中加入酸,会发生什么?
    三、DASH科学教育的特点
    1、重视从小对学生进行基本科学方法的训练和培养。
  在DASH中,学生被组织起来象科学家那样去建构知识。所以,DASH学生从幼儿阶段就开始学习设计和进行调查研究。
  1)重视资料的积累和记录工作。培养学生记录能力已经在上文中提及。DASH非常重视对事物和现象的观察和记录,使学生在这一过程中学习和发展知识和能力。DASH认为观察是科学调查的最基本方法。比如,它要求学生观察昆虫,哺乳动物和植物的结构和形状。DASH还认为操作可能使学生学到更多的东西,因此,它还要求学生经常进行操作性实验,比如在K.4.5植物和水的单元中,学生通过给植物浇水的多少来看植物生长的情况。
  DASH通过各种措施来保证学生对科学概念和技能的学习的连续性。这些措施包括:学习日历,工作词典,奇迹和发现记录册,连续手册,学生的个人科学记录手册。DASH要求教室把前四种册子由全班来完成并在学期结束后存入图书馆:一是作为档案记录,可为以后的研究教学作参考,从中也可以看到学生发展的历程;二是把这些册子存入图书馆,可以使学生感到科学是通过长期资料的收集而得来的。学习日历用来记录每天的科学活动及收集到的资料。大家把它放在盒子里,当用到它的时候,学生可以随时取用。工作词典记录学生对科学概念和其他术语的操作性概念的发展过程。奇迹和发现问题记录册用来记录学生提出的问题,记录的问题可以是学生已经回答过的,也可以是学生没有回答过的。DASH认为这些未回答的问题可以给学生一种使命感。连接手册用来记录在学习中学习的东西,遇到的情形,使用的工具等。学生的个人科学记录使用手册包括以下内容:记录个人身体方面的成长;牙齿的变化;概念和技能的自我评估;长期的记录,比如天文学方面的观察和记录,季节性的变化等。
  2)DASH要求学生亲自动手调查研究。数据搜集和分析是DASH的核心部分。DASH要求学生问问题,学会使用适当的工具和技术去收集组织和分析数据,并在观察和研究结果的基础上使用适当的模型总结数据和结论。学生被要求以批评的眼光合乎逻辑的分析和解释数据,清楚地交流研究结果,并能够利用证据证明和校正结论。
  在动手调查研究的过程中,DASH不但要求学生学习知识和技能,而且要知道在科学研究中不同的科学工作者所担任的不同角色。因此,DASH所设计的每一个活动都首先要找到在某一研究领域的科学研究工作者,并鼓励教师把他们请到教室里来为学生讲解他们的工作、训练、义务和责任。DASH针对学生因材施教。因此DASH设计的活动揉进了动作技巧、数学逻辑、语言等来适应没学生学习能力的差异。
  3)重视理解和应用。DASH不仅重视书本知识而且要求学生制作产品来证明已理解并且能应用所学的知识。制造工具和其他产品贯穿于整个DASH活动中。因为DASH认为实验的缩影和图样展览都比不上制造产品的效果,模型是学生学习的最终产品。学生要求制作身体模型、太阳系、以及天空模型等。比如有机械模型中,学生要制造螺旋桨船、传送系统、水轮、船的设计等。在这些活动中,学生可以证明自己已经理解和运用的知识。重视对概念和技能的理解和应用也可以从DASH对学生在概念和技能的要求中看出。DASH把学生对概念和技能水平分为四级:不理解(使用),开始理解(使用),较好的理解(使用)和能够教给他人。这里应该注意到DASH把学生是否能够教给别人理解或使用作为重要指标。
  创造设计改进解决方法和制作产品,以及看产品在不同条件下的反应也是DASH日常教学活动中的一个组成部分。DASH重视利用温度计、放大镜、尺子和秤等工具来进行观察和实验。DASH也根据情况来让学生亲自发明和制作相对简单的工具。学生可以从制造特定工具的过程中,理解和掌握制作此工具的科学原理。在长期和短期调查研究中,学生利用这些工具来广泛地收集数据。下图是老师们制作的秤。当然,他们要把同样的过程教给他们的学生们。
    2、从生活环境中寻找教育材料,联系学生实际生活生动有趣。
  在DASH中,教师和学生利用日常生活中可获得的下脚料、废料和其他材料产品来制做产品。例如,下图是Carol的教育材料。
  1)DASH按照主题来安排教学。每一个主题按照不同的方面来组织,使学生对主题有关的各个方面都有所了解。围绕着所学内容,DASH组织一系列活动。例如,在调查加温与降温及其对物质的效果时,学生学习的内容包括做饭、水的状态的变化,天气的变化,物质的可燃性等等。与天气有关的活动有温度,风,雨和雪,温度等。与力及其作用(包括同样的力对不同物体的作用)有关的活动有:螺旋桨,风力的推和拉,水车,推和拉的测量,摩擦,落体的力量等。在与能量和能源的学习中,DASH找出了一系列与家庭生活有关的活动:房子的保暖与降温,照明,食物中的能量。另外,能量的转化也是学生深入学习的之一:光,电,化学物质,摩擦,机械能都是产生能量的方法。
  DASH要求学生观察日常生活中的变化,注意让他们看到日常生活中事物的变化和稳定性。比如,让学生注意动植物和他们自己的生长。让他们注意到他们所看到的、摸过的和使用过的东西所具有的形状是不同的,而且从不同的方面观察所看到的东西也可能不能是不同的。DASH还让学生学会观察事物的变化的方法,比如,变化可发生在颜色、形状、重量和运动方面。在DASH中,进化作为一种随时间而有次序的可以预见的变化也是学生学习的内容。达尔文层次上的进化的含义是5~8年级学生学习的内容。DASH要求学生在对季节的变化和生命循环等的观察中认识的存在和含义。
  在DASH教学活动中,学生所学的不仅仅是系统的一个部分而是整个系统。比如学生在制造人体的模型中知道人体是由器官组成的,机器作为系统也是由部件构成的,太阳系是由太阳、月亮、行星和星座构成的,等等。
    四、讨论
    由于活动太多,学生可能没有时间来把所学的感性知识来上升到理性知识;或者学生根本没有时间来完成撱的活动。另外提高教师的素质是一项重要的工作。比如,在操作性概念的活动中,即使所有的教师加在一起,也未能写出完整的概念。我在教室里转了一圈,观察了每一个小组给动物的定义是:自己不能制造食物,占有空间等。不管怎样,所有的老师都忽略了动物与植物之间的另一个根本特征,那就是动物会思考而植物则不会。更有意思的是,又一位女教师给所有的定义都加了一条占有空间。这里有两个问题值得思考:第一,既然所有的教师一起都不能给出一个完整的定义,DASH怎么能让学生写出来?从学习角度来讲,我们所知道的东西大多数都是通过理解和同化现有知识而来的。因此,教学中应该根据实际情况来决定是否应该让学生从本身的动作经验来学。从做中学是学习方式之一而不是唯一的方法。由于从“做中学”比较耗时,应该通过科学研究来决定,那么,哪些科学知识是学生只能从自身活动中才能得到,哪些是可以通过吸收和同化现在的而获得的呢?尽管DASH也把从做中学看作一种学习方法之一,但是其重心依然在活动上。第二,让学生列出他们所能想到事物的属性,是美国学校经常使用的方法,从小学到大学大都如此,好象是“万灵药”。我在这里并不是把这种方法看得一无是处。它的使用是只可以的,但也应当看到它的不足。象上面的例子,无论动植物或其他物质都会占有空间,但占有空间是否是动植物的根本属性则是值得商榷的。黑格尔曾在他的逻辑学中指出,概念不仅仅是指事物的属性而且还要看这些特定的属性是否使这一事物同其他事物区分开来。因此,在我看来,在老师和学生在列出事物的属性之后,应进一步找到其本质属性,而不是到此为止。不管怎样,回到家之后,我和我的室友进行了讨论,她说操作性定义不同于科学定义。拿上面的例子讲,占有空间不一定是动植物的相区分的属性,但它是一条极重要的属性。如果我们不给动植物空间,它们不可能生存。不管怎样,操作性定义和科学定义的应用和教学应该是值得研究的问题。