董艳--新时代科技辅导员的职业素养.pdf
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5C素养引领下的科学教育 新时代科技辅导员的职业素养 董艳 教授 Email: Yan.Dong@bnu.edu.cn 教育学部教育技术学院 北京师范大学科学教育研究院 2020年10月26日 报告目录 案例导入 活动评价 标准规范 教师专业发 展 国际发展 5C素养内涵 一：案例导入： 观察视频——思考教学 科学探究-科学素养-科学教育——科学提问 李雁冰.科学探究、科学素养与科学教育[J].全球教育展望,2008,37(12):14-18. 科学探 究的五 学习者被科学问题所吸引；【形成问题】 学习者寻找证据以解释科学问题；【获取证据】 学习者基于证据将对科学问题的解释体系化；【形成解释】 大特征： 学习者对其形成的解释进行评价，以获得更恰当的解释；【评价解释】 学习者对其提出的解释加以确证和交流。【交流解释】 “探究中心的科学教育”的价值追求和培养目标可概括为: (一)倡导“儿童为本”,培养学生的综合素质和健全人格 (二)倡导“生活取向”,培养学生从事个人生活决策和对待公共生活的科学意识和能力 (三)倡导“探究取向”,培养学生科学探究与技术设计的兴趣和能力 科学素养的多元概念 一个动态发展的概念；一个理解多元化的过程；因科学的 发展而发展；无限与渐进(郭元婕，2004) (1) 对科学技术的理解, 包括理解科学技术的性质、概念、原理、过程; (2) 对科学、技术、社会三者关系的理解; (王素，1999) (3) 科学的精神和态度; (4) 运用科学技术解决日常生活及社会问题的能力, 包括运用科学方法的能力、判断和决策的能力、与他人 合作交流的能力、自我补充和继续学习的能力 PISA2015 测试中的科学素养 "科学地解释现象" "评价和设计科学探究" "科学地解释数据和证据" 严晓梅, 万青青, 高博俊,等. 数字化 转型视域下欧盟科学素养培养新动 向——《作为教育挑战的科学和科 学素养》报告解读与启示[J]. 开放 教育研究, 2020(4). 欧盟科学素养框架 (2019.3) 中国学生提问状况研究：如何破？鼓励学生提问 学生提问教师回答 比例几乎为0 于国文、曹一鸣、David Clarke， Man Ching Esther Chan （2019） 师生互动的实证研究: 中芬法澳四国中学数学课堂中的师生互动。 全球教育展望2019第一期（总第378期）。 如何鼓励学生敢于发问？尤其是批判性问题 不知问 不想问 不敢问 不会问 （焦德宇等，2019） Teachers must use questioning strategies to challenge students to think using higher cognitive processes so they will think deeply about concepts and ideas in order to solve STEM challenges (Bruce-Davis et al. 2014). 教师必须采用提问策略来挑战学生去用高级认知过程进行思考。 • 《青少年科技辅导员专业标准（试行）》 二、标准呈现 • 《青少年科技辅导员培训大纲（试行）》 • 《青少年科技辅导员专业水平等级认证办法》(初级、中级） 辅导员标准要求 第三条 青少年科技辅导员是指致力于提高青少年科学素 养与创新能力，指导他们开展科学体验、科学探究、创 造发明等科技教育活动的中小学教师，以及髙校与科研 院所、科技场馆、青少年宫、青少年活动中心、科技教 育机构、社会团体、企事业单位中的专业人员。 第四条 青少年科技辅导员的专业活动主要包括青少年科 高级辅导员 • 示范带动作用 中级辅导员 • 较强业务能力 技教育活动的指导、青少年科技教育活动的组织与实施， 初级辅导员 以及青少年科技教育活动的研究和创新等三个方面。 • 基本业务能力 美国科学教育: 从《普及科学-2061计划》(1985)到NGSS(2013) “科学教育应该是适合所有学生发展的，尤其是他们所 处的环境或他们的职业理想如何。” 从“科学探究”到“科学实践” ——美国《下一代科学教育标准》（2013） 拓展和 扩充 指向多维整合 丰富科学素养内涵 与学科素养互为补充 Building on the Past; Preparing for the Future 立于过往，准备未来 Phase I Phase III Phase II Assessments 评价 Curriculum Development 课程开发 1990s 1990s-2009 Teacher education 教师教育 7/2010 – April 2013 1/2010 - 7/2011 Instruction 科学教学 美国NGSS的三维学习模型 (I)科学与工程实践（Science and Engineering Practices）描述科学 家研究自然世界以及工程师设计和建构系统时需要做什么。这些实践更好 地解释和拓展了科学“探究”以及它所需的认知、社会和身体实践的范围。 学生参与这些实践以建造、深化和应用所学的学科核心知识和跨学科概念。 (II)跨学科概念（Crosscutting Concepts ）帮助学生探索科学的四大领 域（物理、生命、地球和工程设计）之间的联系。当这些概念被显性教给 学生后，学生能够更好的形成对周围世界的连贯的、科学的认识。 (III)学科核心知识（Disciplinary Core Ideas，简称DCIs)指科学中的关 键知识，这些知识在学科内乃至多学科或多个工程领域中具有广泛的重要 性。随着学生年级的增长，这些核心知识相互依存，被分为四大领域：物 理科学、生命科学、地球和空间科学、工程设计。 (II)跨学科概念 (I) 科学与工 程实践 （III） 学科知识 跨学科概念：对所有学科都重要的概念；提供不同的观察视角 ➢ Patterns（模式） ➢ Cause and effect：Mechanism and Prediction（因果关 系：机制和预测） ➢ Scales，Proportion， and Quantity（刻度、比例和数量） ➢ Systems and System Models（系统和系统模型） ➢ Energy and Matter：Flows，Cycles and Conservation （能量与物质：能量流、循环与守恒） ➢ Structure and Function（结构与功能） ➢ Stability and Change（稳定与变化） 科技场馆“第二课堂”育人价值实现路径——基于我国城市中小学生的实证调查 （谢娟、伍新春等，2019） 科技场馆是重要的校外科学教育场所。通过全 国的抽样调查发现：城市中小学生更认同科技 场馆的“教育”和“展示”职能，较少认同其互动性 和娱乐性；利用科技场馆的次数很少，参观最 多的科技场馆是动物园，而很少参观自然博物 馆、军事博物馆等场馆；对科技场馆的利用受 年级、性别和父母学历的影响。 随着年级的升高, 学生参观科技场馆的次数呈下 降趋势。其中, 五年级学生的参观次数最多 (一 年平均2.41次) , 初二学生其次 (一年平均1.79 次) , 高二学生最少 (一年平均0.75次)。 科技馆开展科学教育存在的问题(刘向东，2018) 科技馆是科学教育的重要场所, 科 技馆开展科学教育是对学校正式 重展轻教 科学教育的有效补充, 有其独特的 有利条件。 有的科学实验互动性、趣味性、 有展无教 参与性不足, 操作较为严肃, 学生 如在学校上课一般, 参与度、热情 度和积极性明显不够。 以展代教 西方场馆教育研究的主要趋势分析(宋娴，2015) 本研究利用文献研究等方法，对西方场馆教育研究的主要趋势进行了一个综述研究。研究认为，在 西方现有研究中，主要呈现出强调经验和真实问题、强调探究过程、重视新技术在场馆教育中的应 用、强调学习的多元产出、强调学习产出的评价和测量，并出现了诸如建构主义等新型教育理论， 这些理论对中国场馆教育研究具有极为重要的借鉴意义。 同西方国家相比，以科技馆、科 学中心为代表的中国科学场馆，在游 览者体验、科学传播效果、公众认知 度上还存在一定差距。 经验模式 • 聚焦资源和介绍 • 问题：如何展示 信息模式 • 意识到观众 的重要性和 兴趣 • 问题：如何 与观众互动 三、新时代，新理论，新技术 科技时代：科学、技术、教育的关系？谁占据发展主动性？（人工智能登场） 人本时代：是传授知识，还是发展思想？教师与学生？(学习科学支撑) 整合时代：是学科为中心，还是跨学科为中心？校内与校外？(整合创新驱动) （一）从信息时代到智能时代，科学教育与技术教育如何同行？ 人工智能 大数据 物联网 云计算 移动互联网 移动宽带 光网宽带 全球科技创新空前密集活跃，新一轮科技革命和产业变革正在重构全球 创新版图，国际竞争日趋激烈，人才引领发展的战略地位更加凸显 科学教育学科建设十分薄弱，我国科学教育系统理论研究几近空 白，亟待开展科学教育学科发展战略研究。 • 2017|新一代人工智能发展规划 中国 2019|联合国在北京召开“规划人工智 能时代的教育：引领与跨越”AI+教育 大会，发布了全面规划的相关文件， 含10个议题 • 2016-2018 | 三份战略报告 美国 • 《为人工智能的未来做好准备》 • 《美国人工智能研发战略规划》 • 《美国机器智能国家战略》 英国 • 2019 | 2020 | 创新教学报告 • 提出了“机器人陪伴学习”的概念 • 继续关注人工智能主题 技术时代的科学教育需以学习科学为基础(裴新宁，2018) (2)人本时代：注重学生的学习体验，促进有意义学习到产生式学习 改变行为 以教为中心的教学 获取知识 参与活动 创造未知 以学为中心的教学 理论3：建构主义 建构主义主张世界是客观存在的，但 是对事物的理解却是由每个人自己决 定。不同的人由于原有经验不同，对 同一事物会有不同理解。 理论4：生成主义 强调学习过程中个体主观能动性， 重视个体与环境交互作用中知觉的 学习心理学 作用。特别关注在多向交互作用中 所建构的新知识的意义。 学习科学 从客观到主观 产生式学习模型 • 强调主动参与和自我调节， 输出式学习 对环境信息建构有意义的 理解 (de Castell, 2010) • 实质是知识生成，建立在 • 科学教育中的一种教学框架； 自己生成关系和理解的基 人们通过设计和制作解决真实 础上 问题的作品，才能学得更好， • 新信息与已有记忆中的内 学的深刻； 容建立联系的过程，形成 • 跨学科和多模式为导向 新的数据点或图式 • 参与真实世界的研究挑战 • [面对问题]让学习者产生出面 向设计的意识和创新想法 • [产生疑问]在参与中产生疑问 和想法 • [开展互动]通过互动分享和反 馈在质疑自己的宗法 • [继续探究]提升自我效能感， 并有下一步探究的能动 产生式学习 (董艳等，2018) 生成式学习 Wittrock（1974） （3）整合时代：跨学科思维成为探究世界真实问题的主要方式 分享想法。 权衡事实。 交换意见。 研究。 讨论。 相互尊重地展开辩论。 设计解决方案。 一起反思。 科学素养 动手能力、批判思考、沟通、问题解决、自主学习、同伴合作能力等 工程设计 资讯科技 如何将更多的阳光导入室内？ 改善 导光 装置 外观 常识 数学 订立导光装置 设计图 美化导光装置 外观 思考如何利用 光线及反射原 理 根据设计制作 成品 以测光表测试 光线强度导光 效能 利用阳光节 省能源 搜集资料，找 出采光的可行 方法及其原理 考虑导光装置 长度、反射面 角度等 准确度量长度 及角度 测试导光装置变 因如长度、反射 面角度等导光效 能的关系；以光 敏变色镜片测试 光线长度 提出问题 进行研究 设计方案 制作模型 测试模型 参考其他光 导管设计 检验导光效能 与变因（如集 光面积、反光 物料等的关系） 检验导光效能 外在环境的关 系，如时间、 天气等 分析及检 验成效 改善 导光 装置 设计 改善 导光 装置 效能 改 良 STEM教育强调学科内容，但并不是科学、技术、工程和数学的简单组 合，而是强调整合，旨在把学生学习到的零碎知识与机械过程转变成 一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。 国际公认：STEM教育用于培养核心素养(何克抗，2017) 从理解STEM教育的内涵来思考创新教学方法 内容与国家课程有关联吗？ 允许学生失败吗？ 注重工程学习迭代性特征 设计教学活动 04 践课？语文课、英语课、历史课、 政治课等？ 失败可以有效吗？ 03 包含工程挑战了吗？ 能锻炼工程思维吗？ STEM教育是否只能在科学课、实 学生建构了什么？ 02 05 以学生为中心了吗？ 注重学生自主知识建构与 深化 创设有意义的学习环境 与现实是否有联系？ 与个人是否有联系？ 是否有趣？是否有挑战？ 01 06 学生有培养合作能力吗？ 学习活动中的团队在怎么活动？ 真的交流发生了吗？ 30 批判性思维 特征化、分类、比较、 联系、交流、注意 PBL转变：从知到行 沟通清晰 清楚、简洁、具体、 连贯、准确、完整 利用连通性 交流、分享、协调、 连结性、互动、国籍 6C素养 4C素养 2C素养 沟通 良好 批判 创造 文化 多向 清晰 协作 思维 思维 接受 连通 培养创造力 求知欲、勇气、概念化、 建设性、变化、文化的 接受文化 © PBL Global LLC 2018 核心价值观、社区、编 年史、承担义务、庆典、 人脉 良好协作 同僚、协调、交流、 一致、性格、庆祝会 初中 水火箭 项目 高中案例：数学 高中案例：数学 利用PBL项目化学习助推 PBS(基于项目的科学教学) 01 注重驱动性问题的设计 • 刺激有挑战性的问题 • 真实而有趣 • 与学生的生活相关 02 注重基于学习过程和学习结果的多元化评价 • 学生自主安排学习过程 • 自我管理学习的发生 • 多元化评价支持精细化思维的产生 03 注重学生成果的展示、分享；修改与反思 • 学生成果的多样性、技术手段支持学生的完成…… • 修改与反思是促进学生进一步学习的过程 www.bnu.edu.cn 35 应用信息技术增学生技能 Text here 思维导图 思维导图 电子简报 Text here 研究报告 绘本 Text here 角色扮演 模型制作 Text here 设计方案 数字故事、微电影 36 科学教育新发展的理论思潮 从注重知识体系转向注重 教学突出学生的体验与 能力培养 探究 从科学探究走向科 学工程实践 教师科学素养 强调科学、技术与 社会（STS）的相 互作用 虚实结合学习 空间 把学生培养成跨学科的 思考者和行动者 从精英教育转向大 众教育 家校合作 四、5C素养的由来，及其引领价值 4C素养 5C素养 = +文化理解与传承 C 中国制造 文化理解 文化认同 文化践行 +意志力 Conation 美国提出 意志力包括：意志、意愿、努力水平、动力、奋斗、心理能量、自我决定 和目的等。这是应对智能时代的重要元素（乔治亚大学学习设计与技术系 名誉教授托马斯.里夫斯，2017） 5C素养=4C+Cultural Competency 从“4C” 到“5C” Critical thinking （审辩思维） Communication（沟通） Collaboration（合作）Creativity（创新） 21世纪学习框架 21世纪核心素养5C模型 文化理解 文化认同 文化践行 文化理解与文化传承（Cultural Competency） “观乎人文，以化成天下。” 《周易》 “某一特定社会的生活方式总 和”(赫尔德) “国家民族的生命”(钱穆) 思想、意识、观念；表现文化 的实物；制度、风俗。(张岱年、 程宜山) 文化理解与传承素养指人们对文化的认知与理解、继承与扬弃、发展与创新 的过程和行为，对个体发展、社会和谐都具有深远意义。 文化理解与传承素养， 承担着价值枢纽功能 学习目标观的变化 • 终身学习能力（lifelong learning competences） • 全球能力（global competencies） • 新基础技能（new basic skills） • 高阶思维技能（higher-order 问题解决能力 thinking skills） • (欧盟)关键能力（key competences） 主动／自主学习 信息／媒体素养 来强调其重要性和跨学科性质； 社交文化技能 • (美国)21世纪技能或21世纪学习 领导力和责任心 灵活性和适应性 （21st century learning） …… • (中国):核心素养 横向或通用的 • 不与特定领域直接联系， 但与很多领域相关 多维度的 • 包含知识、技能和态度 与高阶技能和行为相关 • 能够应对复杂问题和突 发情况的能力 核心素养国际概览——澳大利亚 读写、计算、 ICT能力、批判 性与创造性思 维、伦理理解、 个人与社交、 跨文化理解 “实验设计与 数据收集”, “理解实验数 据”和“应用 概念理解” 地球与宇宙、 能量和力、 生物以及物 质 澳大利亚全国科学素养评估项目 NAP-SL National Assessment Program—Science Literacy Assessment Framework，2015 从3R到4C 这是一个重大的教育范式和课程领导范式的变革。 批判性思维 和问题解决 写 读 算 3R 沟通技能 4C 合作技能 创造力和创 新技能 中国学生发展核心素养(2016, 也被称为核心素养年) 全面发展的人 （假设、实验、数据、结论之间的逻辑关系到底应该是怎样的） A: WiFi真的会影响植物的生长吗？对人体也有影响吗？ 你有提出 新问题吗？ B：在种植过程中，泥土的重量相同吗？土质一样吗？每次浇水的克数一样吗？ 植物生长的温度、湿度、阳光照射一样吗？离窗户的远近都相同吗？否则会 导致蒸发不一样，吸收阳光的程度也不一样。 C: 靠近机器有光源和热的话，会不会虫子比较多，适宜病虫害的温度？ D: 这个实验中是不是可以用整体植株高度的变化来当测量数据？ E: 我认为还可以观察植株的色泽。 F: 用植物叶片的数量与叶片的大小及叶片的颜色来做数据，可能会比植物的 重量做数据更合适。 G: 还是量高度或根茎粗细好点。 H: 植物的重量是如何称出来的呢？从第1天到第12天植物总重量呈下降趋势， 这与植物生长规律是违背的！ 美国科学启蒙教育的流程可供参考：【当然我们不迷信、不崇拜，但可借鉴】 美国小学初中没有太多具体的知识 历时 提出你想回答的问题，尽量精准明确； 点要求，更多地强调怎样做科学。 几个 提出你对答案的假设； ☺右边的流程类似于高校科研工作 月的 做背景研究和调查； 者经历的科研训练 流程：设计实验，去验证你的假设； 中国科学教育如果想做强： 分析数据； 强基础+厚实践 写科研摘要，讲清楚几大问题(5W1H) 李约瑟难题与钱学森之问 五、多模态变革：重视科学教育，提升质量 再来看一个案例 技术融入 科学教学模式的转变(科学论证) 教师知识和信念的转变 台湾小学四年级课程：认识家乡文化 组织学生到附近的圣母庙进行研学旅行 我国台湾地区馆校结合案例：虚实情境结合，加强任务引导和学习评价 要重视科学学习中的学生投入！ 行为投入 （和他人互动；参与到学习活动） 情感投入 （态度、兴趣、价值观；归属感） 认知投入 (动机、坚持、深度信息加工) (Fredricks ，2004) 从三个维度扩展为四个维度，增加Agentic Engagement(能动性投入) 在学习中，积极主动的、 有意的、建构性的贡献 (例如，提供信息，给出 建议)； 丰富学习活动，而不只 是被动接受信息 努力；专注 好奇心；热情；焦虑；愤怒等 认知：使用复杂，深度，个别化学习策略；寻求概念理解而不是浅层知识；使用 自我调控策略(比如自定计划等) 什么因素会影响学生学习投入？ I. 学习内容(与他们有关，真实) II. 教学法(学习风格，学习准备匹 配) III. 学习体验(拓展思维，促进联系 和独立学习) IV. 学习环境氛围(激发兴趣、感到 安全且富有成效) V. 评价(及时、促进成绩) 论证教学的缺失 论证教学的实质就是让学生经历类似科学家的论证过程，理解科学概念 和科学本质，并促进思维发展的科学探究教学。论证教学中常存在有师 无生的主体移位、有证无论的目标缺位、有论无证的行为错位及有据无 驳得证据离位等现象。 （任红艳，2018） 科学探究到科学实践的启示 二是用复数形式的“实 践”来描述科学， 避免 课堂探究的内涵亟 读者在解读时陷入两 须扩展 探究模式化和教条化 现状亟待扭转 类思维定势 一是避免将科学探 究 三 是 为了 避 免 因 探究 缩减为过分强调实验、 概 念 不统 一 ， 产 生 理 与内容相分离的单一步 念上千差 万 别的课堂 骤集合体 探究教学 实践。 唐小为, 丁邦平. “科学探究”缘何变身“科学实践”?——解读美国科学教育框架理念的首位关 键词之变[J]. 教育研究, 2012. 科学探究呼唤科学论证 三个核心维度 调查研究；评价；构 建科学解释 探究核心转变 从动手能力逐渐整合 动脑和动口等 S T E M 教 育 培 训 的 情 况 考 察 （ 体 验 式 、 批 判 式 、 产 出 式 ）Experiential, criticism, output Mishra & Koehler, 2005 科技辅导员应具有启蒙与激励后备科技创新人才的发展责任！ 培养科 学兴趣 科技场馆等非正 树立科 学理想与 远大抱负 理解 科学本质 学习的重要场所 投入科 学实践 敢于科 学质疑 式教育机构是 提高公民科学素 养、促进公民终身 全民科学素质行动计划纲要 《2049行动计划》 学会科 学反思 获得科 学知识 从事科 学推理 全部科技史都证明，谁拥有了一流创新人才、拥有了一流科学家，谁就能 在科技创新中占据优势。 青年是祖国的前途、民族的希望、创新的未来。青年一代有理想、有本领、 有担当，科技就有前途，创新就有希望。 （习近平，2018)