上海市科技教师培训章节程

上海市科技教师培训课程发达国家科学教育中STS教育的理念方法和特点华东师大课题组朱鋐雄问题的提出：1.STS教育就是科学知识和专业技能的教育吗？2.STS教育就是关于科学在技术和社会中的应用的教育吗？3.STS教育就是关于个人认识和理解科学技术地位和作用的教育吗？4.与学科教育（物理教育，化学教育，数学教育等）相比较，STS教育具有哪些最明显的特点？5.在目前的教育环境下，如何实施STS教育在学科教育中的渗透？爱因斯坦在《科学与社会》一文中指出：“科学对于人类事物的影响有两种方式.第一中方式是大家熟悉的：科学直接地、并且在更大的程度上间接地生产出完全改变了人类生活的工具。第二种是教育方式的——它作用于心灵。尽管草率看来，这种方式好像不大明显，但至少同第一种方式一样锐利。”如果说，科学的直接作用主要体现在物质层面上，那么科学的间接作用主要体现在精神层面上。这两个层面的作用不是互相独立和割裂的，而是互相影响和依存的。自16世纪以来，在人类历史上出现过三次科学革命，并由此推进了相应的技术革命，产生了显著的社会影响。⑴、第一次科学技术革命（16-17世纪）以哥白尼日心说和牛顿经典力学体系为标志的第一次科学革命，推动了以纺织技术的改进为开端，以蒸汽动力技术达到实用阶段为标志的技术革命。这次科学技术革命的特征是技术走在科学前面，技术对科学提出新课题；例如，蒸汽机效率推动了热力学理论的创立和发展，在热力学理论指导下，发明了内燃机。其产生的社会影响是，社会面貌发生根本变化，人类社会开始了由传统的农业社会向近代工业社会的跃进，极大地提高了社会生产力。（2）第二次科学技术革命（18世纪）以奥斯特发现电流磁效应，法拉弟提出电磁感应定律到麦克斯韦创建了电磁场理论为标志的第二次科学革命推动了以电动机和电力技术的广泛应用为标志的第二次技术革命。其特征是科学走在技术前面，科学导致了电力革命。以发展和利用动力为特征，人的机体功能得到了延伸。其产生的影响是，人类社会由蒸汔时代进入电气时代，由机械化开始走向电气化。⑶、第三次科学技术革命（19世纪末——20世纪初）以相对论，量子论的创立和对原子结构与基本粒子层次的认识以及分子生物学的诞生为标志的第三次科学革命推动了以原子能的利用、电子计算机、空间技术和信息技术的发展为标志的第三次技术革命。以发展和利用信息为特征，人的脑力功能得到了延伸。其影响是，人类由工业革命时代进入知识经济时代。二十世纪以来，现代科学技术越来越发展成为一个内容丰富，结构完整，门类齐全的庞大体系。现代科学技术在日益分化的同时，又出现了逐渐综合的趋势，从而使科学技术走向整体化和系统化。科学对人类的作用无论在物质层面和精神层面上都产生了前所未有的影响。当代科技发展的一个基本趋势是：科学的社会化和社会的科学化。科学是一项复杂的社会活动，不可避免反映社会价值和社会观点，科学又越来越渗透在社会生活的各个方面。从上一个世纪50年代开始，随着电子计算机、遗传工程、光导纤维、海洋开发、航天技术等科学技术的迅猛发展和应用，人类社会进入了第三次技术革命的新时代以后，科学技术越来越快地转化为生产力。在发达国家中，社会生产力在物质技术方面正向着自动化、高科技化的方向发展，产业结构正由“劳动密集型”转向“知识密集”，社会生活正在发生深刻的变化。磁性纳米粒子标记物许多检验都是通过检测抗体同靶子的结合，从而揭示某种分子或致病生物的存在。当用磁性纳米粒子标记的抗体同表面上(前景所示)的靶子结合时，把它们短暂地暴露在磁场下就能使这些“探针”共同发射出强有力的磁信号。与此同时，未同靶子结合的抗体则向四面八方翻腾，因而产生不了一点磁信号。上述最后这一特性使得研究人员无需先将未能同靶子结合的“探针“洗去就可以看清检验结果。金纳米粒子已同DNA短片段结合的金纳米粒子可构成一种基础，使检查研究样本中是否存在某种遗传顺序(黑色所示)的结果容易看清的检验成为可行。能同这样一种顺序(红色所示)的一半互补的DNA附在溶液中的一组金粒子上，而能同另一半顺序(蓝色所示)互补的DNA则连接在另一组金粒子上。如果所研究的遗传顺序存在于样本中，它就会同两组金粒子上的DNA触手结合，而把金粒子置于一张密实的网中。这种团聚作用会使溶液改变颜色〔由红色变为蓝色)。弯曲几纳米的灵巧的悬臂利用小小的悬臂(与原子力显微镜所采用的类型相同)，可检查出生物样本中是否存在特定的遗传顺序。每个悬臂的表面都涂有能同某种特定的靶顺序结合的DNA。然而，把样本撒在悬臂上。样本中的DNA同靶顺序结台时，会产生一股表面应力。它能使受到影响的悬臂弯曲几纳米——幅度虽然不大，但已足以表明，弯曲的悬臂已找到样本中特定的靶子。纳米级半导体“条形码”充满几种颜色的纳米级半导体(称为“量子点“)的胶乳球有可能用作任何数量的各种“探针”的独特标记。受到光照射时，胶乳球会发射出可以分解成特有颜色和强度谱的光，即一种光谱的“条形码”，从而表明自己的身份(以及与其相连接的”探针”的身份)。苍蝇机器人爱因斯坦机器人科学技术是一把“双刃剑”，它在造福人类、增进人类文明的同时，却也由于使用不当给人类的生存和发展，甚至给整个人类文明带来很大的危害，人们需要面对由科学技术而引起的如人口、粮食、能源、环境、政治、战争伦理间题等等，而且这些间题日趋复杂和尖锐。这样，严峻的现实促使人们不得不重新思考和调整科学、技术和社会的关系。地球上空臭氧层的浓度十年来二氧化碳排放量增加十倍南极冰块融化今年七月英国暴雨成灾家电造成的“电子烟雾”现代科技发展的另一个基本趋势是：科学技术化和技术科学化。现代的技术发明越来越依靠科学，而科学的研究也越来越需要高技术的装备。技术依靠科学又促进科学。科学可以启发和导致新技术的产生，技术可以为科学提供“眼睛”和“耳朵”，又可以激励科学研究的动机和方向。(例如，气象研究，人口统计，基因结构）技术对人类社会进程和历史进程有着重大的影响反之，技术的决策会受到社会环境和社会价值的影响。技术越复杂，与科学的联系越紧密。科学与技术的界限变得越来越模糊不清。§1.STS产生和发展的背景1.1现代科学技术发展的基本趋势从科学与技术的关系看：科学技术社会科学技术社会化社会科学化科学技术科学技术化技术科学化从科学与技术的关系看：----从科学研究本身的模式看研究领域的发展性科学研究的领域科学研究的内容科学研究的手段物质世界的科学精神世界的科学客观世界的科学主观世界的科学现实世界的科学虚拟世界的科学研究理论的完整性层次理论过程的动力学理论物质结构理论结构功能理论研究对象的综合性简单性复杂性学科科学系统科学分析性科学综合性科学线性科学非线性科学研究方法的多样性研究信息的全球性（网络时代）时间上的传递和变化空间上的延伸和共享理论研究实验研究计算机研究从科学包含的价值和提供的世界图景看在科学价值上，从重视知识价值走向更重视方法和情感价值；在科学观念上，从传统的机械的，简单的，人和自然对立的时钟式的确定论的实在世界观走向现代的，复杂的，人和自然和谐的自组织的不确定的生态型的整体的世界观。在世界图景上，从以线性，平衡，可逆的世界图景走向非线性，非平衡，不可逆的世界图景。科学家面临的22个难题之一（与信息有关）－－－传统计算的极限是什么？科学家面临的22个难题之一（与信息有关）－－－如何从大量生物学数据中得到生命体的全息？科学家面临的22个难题之一（与信息有关）－－－记忆是如何存取的？科学家面临的22个难题之一---在量子和不确定层次下还有基本原理吗？科学家面临的22个难题之一---物理学的基本定律可以统一起来吗科学家面临的22个难题之一（与宇宙有关）－－－宇宙是由什么组成的？科学家面临的22个难题之一（与宇宙有关）－－－我们人类在宇宙中是唯一的吗？科学家面临的22个难题之一（与宇宙有关）－－－我们的地球将变得多热？1.2当前科学教育提出的主要问题1．如何看待科学教育中传授知识与全面提高学生科学素养的关系。科学教育需要传授科学知识，但是科学教育更需要全面提高学生的科学素养。尽管在口头上都会承认，这两者之间不是割裂的，而是互相密切联系的。但是在科学教学过程中却存在着一些值得反思的现象。2．如何看待按照教材教知识和利用教材展示过程，点拨方法的关系与其他学科教育情况类似，在科学教育中仍然存在着究竟是“只教教材上的知识”还是“用教材引导学生学习知识，点拨方法”两种不同的教学理念。我们的科学教材往往只写入了知识性的结论以及与教科书中提到的科学成就紧密相关的部分科学家的部分工作，而忽略了科学家所走的弯路和所犯的错误；也很少写入科学家的科学思想和科学方法的发展过程。3．如何看待“读科学书”的学习方式和“做科学事”的学习方式的关系学生在接受科学教育时是只采取读“读科学书”的学习方式，还是同时采取“读科学书“和“做科学事”结合的学习方式？这是两种不同的学习观。只读“读科学书”的教育在教学目标上表现为，首先要求学生记住教材上的内容，然后通过解题偏重学生逻辑思维能力的培养，而忽视了提出问题并解决问题能力的培养，忽视了通过“做科学事”，使学生将科学原理变为解决真实情境中问题的实践能力的培养。只读“读科学书”的教育导致的结果是:学生虽然学习了大量的科学知识，但是学生不会问，不敢问，即使提出的问题大多是：这个习题怎么解？学习这个定律有什么用？等的问题，对生活中的具体问题缺乏好奇心和探究欲，不是漠不关心就是束手无策；没有形成“爱科学”的情感、态度和“用科学”的意识、能力，更谈不上体验科学探究所蕴含的无限乐趣。1.3科学课程改革需要新的科学教育理念1．树立合理的科学观a）科学知识具有不确定性，不等同于确定真理；b）在观察和推理之间没有绝对的界限，简单的归纳方法或单纯的观察不是形成科学理论的通道；c）没有一种认识不在某种程度上受到错误和幻觉影响。e）新的科学理论体现了人类的创造性思维和认识世界的先进科学思想方法；f）科学家是他们研究的这个世界的一部分，这个世界并非处于与他们对立的地位上。2．以培养科学素养为总目标美国《国家科学教育标准》指出，“科学素养就是对个人决策、参与公共和文化事务以及经济生产所需要的科学概念和过程的知识和理解。具有科学素养的人能够提出、发现和解答与日常体验有关的问题。他们能够描述、解释和预言自然现象。”“科学素养有不同的程度和形式，人的一生中科学素养都在不断发展和深化，而不仅仅局限于在校期间。”《TheInternationalEncyclopediaofEducation》（教育的国际大百科全书）给出了以下的定义：（1）了解重要的科学事实、概念、原则和理论；（2）具有把有关的科学知识应用于日常生活情景中的能力；（3）具有实施科学探究过程的能力；（4）理解科学性质的一般原理和关于科学技术于社会的相互作用。（5）具有明智的对待科学的态度以及具有对与科学有关事物的兴趣。科学素养包括4个核心因素：在这四个因素中，运用科学技术解决日常生活及社会间题是要达到的结果，而前3个因素是达到这一结果的必要条件。1）理解科学技术的性质、概念、原理和过程；2）理解科学、技术、社会三者的关系；3）树立科学的精神和态度；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。我国的《科学课程标准》将科学课程的目标规范在四个维度上:科学探究（过程、方法与能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观，科学、技术与社会的关系。科学素养的培养无疑是一项非常复杂的工程，它不仅涉及到教育的总目标、科学教育的目的，还关涉到学生的年龄、社会的需要、科学文化价值、地区之间的文化差异、学生的志向和兴趣爱好等因素，需要我们在实践中进一步探索。3．建立“科学--技术--社会”整合的课程观新的《科学课程标准》突出了科学、技术和社会一体化的重要性，力图实现科学教育课程的整合。为什么要强调科学、技术和社会整合的课程观呢？一方面，它反映出科学、技术和社会的互动与关联。科学技术发展的生态化趋势要求人们更重视人类与客观世界的相互协调和适应，以保持人类有一个可