要使我们的科学教育走向科学、高效，需要课程设计者们研究学生科学素养发展的进程图，需要研制能较准确反映学生科学素养水平的评价工具，更需要教师不断提升自己的科学素养，以完成对学生科学素养的培养。
    
    美国科学促进协会著，中国科学技术协会译，科学普及出版社2008年9月出版
    自2001年国家义务教育3-6年级和7-9年级科学课程标准实验稿颁布后，我国原来的自然或自然常识课开始改为科学课，并提出把培养学生的科学素养作为科学教育的宗旨和目标。经过8年科学教育的探索和实践，以学生为主体的合作探究的教学理念已逐渐转化为大多数科学教师的教学行为。但真正实现以培养学生科学素养为目标的科学教育还难成常态，这可能与科学教师自身的综合科学素养比较欠缺有一定关系。
    怎样使科学教育走向真正的科学，促进学生和教师科学素养的共同提高？美国科学教育同行们研究编制的《科学素养的导航图》，能启发我们思考如何实施科学的科学教育。
    通过连贯而系统的学习形成和发展人的科学素养
    我们都知道，在上世纪80年代，美国启动了一项面向21世纪、致力于科学知识普及的中小学课程改革工程——“2061计划”，并相继出版了一系列关于科学教育改革的文献——《科学教育改革的蓝本》、《面向全体美国人的科学》、《科学素养的基准》、《科学素养的导航图》等。在1989年《面向全体美国人的科学》出版后，“2061计划”的设计者们意识到，要实现该书中制定的成年人应具有的科学素养目标，需要研究从儿童到成人形成科学素养的发展过程，即描述学生如何理解科学（包括数学和技术）概念和培养科学探究能力。《科学素养的导航图》用近百张概念进展图，清晰地阐述了如何达到这些认知步骤以及这些认知步骤之间概念性的联系。
    这些导航图由“基准”、“年级范围”、关联图线和连接箭头组成。导航图中所包含的年级范围以及其中的基准可以作为选择课程内容的依据。虽然基准本身并不能直接作为课程内容，但它却是选择课程内容所要指向的更为具体的目标或概念。连接箭头用来表示基准与基准之间的关联，在导航图里，一个基准可能有助于另外一个基准的实现，也可能有助于多个基准的实现。相应地，一个基准的实现有时可能需要多个基准的支持。因此，我们在导航图中可以看到有的从一个基准引出不同的几个连接箭头，有的几个连接箭头导向了一个基准。有时这种箭头是双向的，表示基准间的支持是相互的。另外，基准之间的连接并不只限于单个图集内部的纵向联系，还包括不同主题图集之间的横向连接。
    美国同行们研究绘制科学素养的导航图，告诉我们这样的信息：学生科学素养的形成具有顺序性和连贯性，而且是综合发展的。从初级学校到高级学校，学生的学习都是建立在他们以前所学的基础之上的，现在的学习，将为以后的学习作好准备。为了帮助学生获得良好的科学素养，教育者需要先了解学生在不同的年级，甚至是不同的学科之间所学概念和技能如何依赖于或者支持其他概念和技能，否则教师教给学生的不过是一堆孤立、贫乏、难以理解的概念。教学是一个需要连贯性和顺序性的活动，后继的课程内容必须以先前的内容为基础，才可形成累积效应。仔细分析以往的科学教材，很大的缺点是缺乏连贯性：许多教材只是简单地列出数百个概念，但并没有将它们用理性的方式串联在一起。如果设计课程时，能考虑到不同年级内容的概念与技能之间的连接，尤其是不同学科、领域的概念之间的联系，那么，设计出来的课程将具有更强的综合性，也必将更有利于学生科学素养的形成和发展。
    依据概念发展的路径组织教学活动
    加涅的学习层级理论认为，教学终极目标的完成，应建立在不同层级的基础上，即教学要在“最近发展区”内展开。美国科学教育的同行研制《科学素养的导航图》，揭示各主题下科学概念之间纵向和横向的联系，以及各主题之间的联系，正是为了寻求显示出学生的“最近发展区”，显示出学习者学习这些内容时理解的进程——在学习中，对一个基准的学习需要准备什么，以及应强化什么来支持后面的学习。把孤立的基准建立起意义联系，就能使教育者了解这些基准来自哪里，导向哪里，又如何与其他基准相关，从而深入地理解作为既定学习主题的基准内容的意义，教学目标就有可能明确而清晰。
    那么，学生科学素养发展的路线是依据什么制定的呢？“2061计划”的设计者在研制科学素养的导航图时特别强调：“如果我们将精力放在选择或发明的活动，以及凭直觉将它们置于不同的年级水平中，那么我们将会缺乏‘2061计划’所期望的创新品质。这项工作不仅要思考整个学习流程，包括概念间主要的联结，也要去研究最有利于学生沿着这些路线发展的学习经验。”因此，科学素养的导航图中各基准间的关联，是基于学科间逻辑关系的思考和对于学生如何学习的认知研究的基础上作出的。通过相关的认知学研究，帮助确定某一概念进展的重要先决条件。例如，要想让学生学习地球的形状，认知学研究表明，重要的是应让学生们有一个关于地球引力的早期概念，以理解地球上的人为什么不会自己摔倒。因为如果一开始就直接告诉学生有关地球形状是球形的知识，学生则无法解释人站在圆球上为什么不会摔倒。这时，虽然儿童可能会说地球是圆的，但他们理解的是像烧饼那样的圆形而不是成人所说的球形。即便年龄大些的儿童可能承认地球是球形的，他们也还会想像成人类是居住于球体的中央，是生活在球中间的一片平坦的土地上。
    所以，当教师一旦选定了期望学生学习的某一主题内容后，首先就要研究、思考该教学主题需要什么样的概念支持或确定哪些概念会对教学有帮助，也就是需要了解学生已有的前概念，并确定它的适当发展水平，然后设计概念发展的路径——即引导学生循序经历一个个指向概念发展方向的关键经验活动。
    根据不同年龄学生的素养基准要求设计评价内容
    教学评价是为了全面、准确地反映学生的科学素养发展水平，引导科学课程的实施，促进学生和教师的发展。教学评价具有很强的导向功能，评价方法的不同会直接导致不同的教学目标追求。
    科学素养的导航图是“2061计划”用于课程开发、教学评价的一个重要组成部分，图谱集中的很多图最初被开发出来就是去支持“2061计划”中的课程和教学材料评价的。在评价教科书时，导航图帮助评价者分析，计划的教学是否针对了特定的基准或是在相同大主题下的一些内容，并且检测它是否以一种适当的发展水平呈现，即评价课程设计是否良好。当用作评估分析教学效果时，导航图用以帮助判断何时适合评价某一特定技能与概念，以及学生为何会在学习中遇到困难。美国科学教育的同行们，花多年的时间和精力研制科学素养的基准及素养发展导航图，是为了更有效地评估学生在科学素养方面取得的进步，引导评估测试人员编制的试卷和测试材料，更侧重考查学生在理解能力增长的过程中处于何种位置，而不是让学生去识记某些撮合在一起的缺乏内在联系的观点。相比我国现阶段的科学教学评价，虽然已不局限于考查学生的基础知识和基本技能，还考查学生的科学态度、情感与价值观，以及科学探究的过程、方法与能力，评价方法也不只限于纸笔测验。但评价的主体内容很大程度上仍囿于教材（或课程）设置的内容，即教材中编了什么，教师教什么；教师教了什么，学生就考什么。这样的评价，很大程度上是把评价视为教学结果与课程内容目标相对照的过程，而没有真正把学习主体科学素养发展的要求和需求以及达成的水平作为评估内容。
    教学总是会受到教学评估内容、测试方法的影响，如果教学评估测试不能有所改革和发展，那么科学教学将很难从对事实和定义的教学转到对科学的概念性理解。教育也总在寻求什么是“基础”，但人们对此并不容易达成一致。然而，科学教学人员和教学评估人员应思考和理解什么是科学的“基础”。美国《科学素养的基准》中说道，倘若能够认识到这个“基础”的内涵，包括科学推理，包括科学家用来描绘世界运动原理的要素、数学家所使用的概念，以及技术世界如何与科学和社会相联系的内容，那么，学校的科学教育就有可能将重点放在那些可以使学生卓有成效地获得活生生的概念和技能上。
    科学教师必须提高和完善自身的科学素养
    科学教育的目标是为提高学生的科学素养，而学生科学素养的提高，有赖于教师自身的科学素养。教师在科学课程实施中有着重要的地位和作用，正如美国《国家科学教育标准》所指出的：“教师是教育的核心。”在美国，《科学素养的导航图》被作为科学师资培训的教科书。他们指出，不论职前还是在岗教师，阅读学习导航图都可以获得如何帮助学生达到基准的方法途径，而且认真地学习进展图中各基准内容之间的联系，还可丰富自己的知识，强化自身对基准意义的理解。对照导航图中的素养基准，我们会发现，很多要求9至12年级学生形成的素养基准，科学教师是不具备的，而对于基准间的相互关联和概念发展的方向更是知之甚少。尤其是我国的小学科学教师，大多是中等师范学校毕业，本身没有接受过高中的自然科学教育，即便是现阶段师范院校毕业的教师，也几乎没有接受过科学教育专业学习，因为现阶段全国各地的师范学院很少有开设小学科学教育专业的。
    另外，我们自身在过去接受自然科学教育时，一直就缺乏科学探究的体验，科学探索素养更是先天不足。美国《科学素养的导航图》的“科学探索”章节绘制了“科学探索中的证据和推理”、“科学调查”、“科学理论”、“避免科学偏见”等多个主题的素养基准进展图，我们仅对照其中“避免科学偏见”进展图的素养基准要求，就会发现许多观念我们以往是不可能意识到的。比如，“人类的期望、情绪和先前的经验可以影响他们理解新概念和新思想。人们倾向忽略那些对他们的信念构成挑战的证据，而接受支持他们的那些证据”、“为了避免观察中的偏见，科学研究有时要使用那些并不知道结果的人作为观察员”，等等。即便美国科学教育同行们认为诸如“推理可能会被强烈的感情歪曲”、“在作解释时，有一种危险是，选择的人只选取那些能显示自己期望结果的数据”、“人们对观察结果的期望常常会影响实际观察到的结果。对于在某特定环境下必将发生什么的强烈信念，会妨碍人们去察觉其他的结果”等在幼儿园和小学阶段就应该达到的素养要求，或许我们很多教师也未必有体验或认识。
    从现实角度讲，科学教师迫切需要提高自身的科学专业知识素养，尤其要提高科学探索能力素养。提高教师自身的科学素养，可以通过阅读学习科学专业书籍、进行更多的科学探究来实现。当然，也可通过阅读《科学素养的导航图》，获得更多的科学知识，增加对科学探究过程的认识，增强对科学探究的理解。还能够以《科学素养的导航图》中的一幅幅进展图为参照，针对本班学生实际去自行构建特定学习目标的进展图。这或许是提高教师教学水平和能力非常有效的方法。
    总之，要使我们的科学教育走向科学、高效，需要课程设计者们研究和描绘学生科学素养发展的进程图，需要研制能较准确反映学生科学素养水平的评价工具，更需要科学教师不断提升自己的科学素养以完成对学生科学素养的培养。（中央教科所访问学者 姜向阳） (责任编辑：admin)