stringtranslate.com

Научное образование

Научное образование — это преподавание и изучение науки школьниками, студентами колледжей или взрослыми в рамках широкой общественности. Область научного образования включает работу над научным содержанием, научным процессом ( научный метод ), некоторыми социальными науками и некоторыми педагогическими приемами преподавания . Стандарты научного образования предусматривают ожидания относительно развития понимания для учащихся на протяжении всего курса их образования K-12 и далее. Традиционными предметами, включенными в стандарты, являются физические , жизненные , земные , космические и гуманитарные науки .

Историческая справка

Первым человеком, которому приписывают работу преподавателем естественных наук в британской государственной школе, был Уильям Шарп , который оставил работу в школе Рагби в 1850 году после того, как включил науку в учебную программу. Говорят, что Шарп создал модель преподавания естественных наук во всей британской государственной школьной системе. [1]

Британская академия содействия развитию науки (BAAS) опубликовала доклад в 1867 году [2], призывающий к преподаванию «чистой науки» и воспитанию «научного склада ума». Прогрессивное образовательное движение поддерживало идеологию умственного воспитания посредством наук. BAAS подчеркивала необходимость отдельной предпрофессиональной подготовки в рамках среднего научного образования. Таким образом, могли быть подготовлены будущие члены BAAS.

Первоначальное развитие преподавания естественных наук замедлилось из-за нехватки квалифицированных учителей. Одним из ключевых событий стало основание первого Лондонского школьного совета в 1870 году, который обсуждал школьную программу; другим стало инициирование курсов для обеспечения страны подготовленными учителями естественных наук. В обоих случаях влияние Томаса Генри Гексли . Джон Тиндаль также оказал влияние на преподавание физических наук. [3]

В Соединенных Штатах научное образование представляло собой разброс предметов до его стандартизации в 1890-х годах. [4] Разработка учебной программы по науке происходила постепенно после продолжительных дебатов между двумя идеологиями: гражданской наукой и предпрофессиональной подготовкой. В результате конференции тридцати ведущих преподавателей средних и колледжей во Флориде Национальная ассоциация образования назначила Комитет десяти в 1892 году, который имел полномочия организовывать будущие встречи и назначать предметные комитеты по основным предметам, преподаваемым в средних школах. Комитет состоял из десяти преподавателей и возглавлялся Чарльзом Элиотом из Гарвардского университета. Комитет десяти назначил девять комитетов конференции: латынь ; греческий язык ; английский язык ; другие современные языки ; математика ; история ; гражданское управление и политическая экономия ; физика, астрономия и химия; естественная история; и география. Каждый комитет состоял из десяти ведущих специалистов из колледжей, обычных школ и средних школ. Отчеты комитетов были представлены Комитету десяти, который провел четыре дня в Нью-Йорке , чтобы создать всеобъемлющий отчет. [5] В 1894 году NEA опубликовала результаты работы этих конференционных комитетов. [5]

Согласно Комитету десяти, цель средней школы состояла в том, чтобы подготовить всех учеников к успеху в жизни, способствуя их благополучию и благу общества. Другая цель состояла в том, чтобы подготовить некоторых учеников к успеху в колледже. [6]

Этот комитет поддержал подход гражданской науки, ориентированный на умственную подготовку, и исключил успеваемость в области естественных наук из рассмотрения при поступлении в колледж. [7] BAAS поощряла свою более давнюю модель в Великобритании. [8] В США была принята учебная программа, которая характеризовалась следующим образом: [5]

Формат совместного умственного обучения и предпрофессиональной подготовки неизменно доминировал в учебной программе с момента ее создания и по сей день. Однако движение за включение гуманистического подхода, такого как включение искусств (STEAM) , науки, технологий, общества и экологического образования , растет и внедряется более широко в конце 20-го века. Отчеты Американской академии содействия развитию науки (AAAS), включая проект 2061, и Национального комитета по стандартам и оценке естественнонаучного образования подробно описывают цели научного образования, которые связывают классную науку с практическими приложениями и общественными последствиями.

Области научного образования

Наука — это универсальный предмет, охватывающий отрасль знаний, которая изучает структуру и поведение физического и естественного мира посредством наблюдения и эксперимента. [9] Научное образование обычно делится на следующие три области: биология , химия и физика . Кроме того, существует большой объем научной литературы, которая выступает за включение преподавания Природы Науки , что постепенно принимается в национальные учебные программы. [10]

Физическое образование

Демонстрирует свободное тело

Физическое образование характеризуется изучением науки, которая имеет дело с материей и энергией, а также их взаимодействием. [11]

Physics First , программа, одобренная Американской ассоциацией учителей физики , представляет собой учебную программу, в которой ученики 9-го класса изучают вводный курс физики. Цель состоит в том, чтобы обогатить понимание физики учениками и позволить более подробно изучать ее на последующих уроках биологии и химии в старших классах. Она также направлена ​​на увеличение числа учеников, которые продолжают изучать физику в 12-м классе или AP Physics, которые обычно являются факультативными курсами в американских средних школах. [22]

Физическое образование в средних школах США страдало в последние двадцать лет, поскольку во многих штатах сейчас требуется только три науки, которые могут быть удовлетворены наукой о Земле/физикой, химией и биологией. Тот факт, что многие ученики не изучают физику в средней школе, затрудняет для этих учеников изучение научных курсов в колледже.

На уровне университета/колледжа использование соответствующих технологических проектов для пробуждения интереса к изучению физики у студентов, не являющихся специалистами в области физики, показало свою эффективность. [23] Это потенциальная возможность наладить связь между физикой и общественной пользой.

Химическое образование

Химическое образование характеризуется изучением науки, которая занимается составом, структурой и свойствами веществ, а также превращениями, которым они подвергаются. [12]

Дети смешивают различные химические вещества в пробирках в рамках программы по изучению естественных наук.

Химия — это изучение химических веществ и элементов, их эффектов и свойств. Студенты, изучающие химию, изучают периодическую таблицу. Раздел научного образования, известный как «химия, должен преподаваться в соответствующем контексте, чтобы способствовать полному пониманию текущих проблем устойчивого развития». [13] Как утверждает этот источник, химия — очень важный предмет в школе, поскольку он учит студентов понимать проблемы в мире. Поскольку дети интересуются окружающим миром, учителя химии могут вызывать интерес, в свою очередь, обучая студентов дальше. [14] Предмет химии — это очень практический предмет, то есть большая часть учебного времени тратится на работу или проведение экспериментов.

Биологическое образование

Фотография лабораторной работы по биологии.

Биологическое образование характеризуется изучением структуры, функций, наследственности и эволюции всех живых организмов. [15] Сама биология — это изучение живых организмов через различные области, включая морфологию, физиологию, анатомию, поведение, происхождение и распространение. [16]

В зависимости от страны и уровня образования существует множество подходов к преподаванию биологии. В Соединенных Штатах все больше внимания уделяется способности исследовать и анализировать вопросы, связанные с биологией, в течение длительного периода времени. [17] Текущие стандарты биологического образования основаны на решениях, принятых Комитетом десяти, который стремился стандартизировать довузовское обучение в 1892 году. [18] Комитет подчеркнул важность изучения естествознания (биологии) в первую очередь, сосредоточившись на наблюдении с помощью лабораторных работ.

Природа научного образования

Образование в области природы науки относится к изучению того, как наука является человеческой инициативой, как она взаимодействует с обществом, что делают ученые, как научные знания создаются и обмениваются, как они развиваются, как они используются. Оно подчеркивает эмпирическую природу и различные методы, используемые в науке. Цели образования в области природы науки, как утверждается, заключаются в том, чтобы помочь студентам оценить научные и псевдонаучные утверждения, мотивировать их изучать науку и лучше подготовить их к карьере в науке или в области, которая взаимодействует с наукой. [19]

Педагогика

В то время как общественное мнение о научном образовании может быть просто механическим заучиванием фактов , научное образование в недавней истории также обычно концентрируется на преподавании научных концепций и устранении заблуждений , которые могут быть у учащихся относительно научных концепций или другого контента. Томас Кун , чья книга 1962 года «Структура научных революций» оказала большое влияние на постпозитивистскую философию науки, утверждал, что традиционный метод обучения естественным наукам имеет тенденцию формировать жесткое мышление . [20] [21]

Начиная с 1980-х годов, научное образование находилось под сильным влиянием конструктивистского мышления. [22] [23] [24] Конструктивизм в научном образовании был сформирован обширной исследовательской программой по мышлению и обучению студентов в области науки, и в частности, изучением того, как учителя могут способствовать концептуальным изменениям в направлении канонического научного мышления. Конструктивизм подчеркивает активную роль учащегося, а также значение текущих знаний и понимания в посредничестве в обучении и важность преподавания, которое обеспечивает оптимальный уровень руководства для учащихся. [25]

По данным журнала «Политика форума в науке» за 2004 год , «научное преподавание включает в себя активные стратегии обучения, позволяющие вовлечь студентов в процесс изучения науки, а также методы обучения, которые были систематически проверены и показали свою эффективность в достижении различных категорий студентов» [26] .

В томе 2007 года «Научное обучение» [27] перечислены три основных принципа научного обучения:

Эти элементы должны лежать в основе образовательных и педагогических решений в классе. Среда обучения « SCALE-UP » является примером применения научного подхода к обучению. На практике научное обучение использует подход «обратного проектирования». Сначала преподаватель решает, что должны знать и уметь делать студенты (цели обучения), затем определяет, что будет свидетельством достижения студентами целей обучения, затем разрабатывает оценки для измерения этого достижения. Наконец, преподаватель планирует учебную деятельность, которая должна способствовать обучению студентов посредством научных открытий. [28]

Подход управляемого открытия

Наряду с Джоном Дьюи , Джеромом Брунером и многими другими , Артур Кестлер [29] критикует современное научное образование и предлагает заменить его подходом направленного открытия:

Чтобы получить удовольствие от искусства открытия, как и от других искусств, потребитель — в данном случае студент — должен быть вынужден в какой-то степени заново пережить творческий процесс. Другими словами, его нужно побудить, с надлежащей помощью и руководством, сделать некоторые из фундаментальных открытий науки самостоятельно, испытать в своем собственном уме некоторые из тех вспышек прозрения, которые освещали его путь. . . . Традиционный метод, когда студент сталкивается не с проблемой, а с готовым решением, означает лишить его всякого волнения, [отключить] творческий импульс, [свести] приключение человечества к пыльной куче теорем.

Имеются конкретные практические иллюстрации этого подхода. [30] [31]

Исследовать

Практика научного образования все больше информируется исследованиями в области преподавания и изучения науки. Исследования в области научного образования опираются на широкий спектр методологий , заимствованных из многих отраслей науки и техники, таких как компьютерные науки, когнитивные науки, когнитивная психология и антропология. Исследования в области научного образования направлены на определение или характеристику того, что составляет обучение в науке и как оно осуществляется.

Джон Д. Брэнсфорд и др. подвели итог обширного исследования мышления студентов, сделав три основных вывода:

Предубеждения
Предыдущие идеи о том, как все работает, чрезвычайно живучи, и педагог должен открыто обратиться к конкретным заблуждениям студентов, если студент хочет перенастроить свое заблуждение в пользу другого объяснения. Поэтому крайне важно, чтобы педагоги знали, как узнать о предубеждениях студентов, и сделали это регулярной частью своего планирования.
Организация знаний
Чтобы стать по-настоящему грамотными в области науки, студенты должны «(а) иметь глубокую основу фактических знаний, (б) понимать факты и идеи в контексте концептуальной структуры и (в) организовывать знания таким образом, чтобы облегчить их поиск и применение». [32]
Метапознание
Студенты выиграют от размышлений о своем мышлении и своем обучении. Их нужно научить способам оценки своих знаний и того, чего они не знают, оценивать свои методы мышления и оценивать свои выводы. Некоторые преподаватели и другие практиковали и пропагандировали обсуждения псевдонауки как способ понять, что значит мыслить научно, и решать проблемы, привносимые псевдонаукой. [33] [34]

Образовательные технологии совершенствуются для удовлетворения конкретных потребностей преподавателей естественных наук. Одно исследование, изучающее использование мобильных телефонов в послевузовских условиях преподавания естественных наук, показало, что мобильные технологии могут повысить вовлеченность и мотивацию студентов в классе естественных наук. [35]

Согласно библиографии по конструктивистски ориентированным исследованиям в области преподавания и изучения науки в 2005 году, около 64 процентов задокументированных исследований проводились в области физики, 21 процент в области биологии и 15 процентов в области химии. [36] Основная причина этого доминирования физики в исследованиях в области преподавания и обучения, по-видимому, заключается в том, что понимание физики включает трудности из-за особой природы физики. [37] Исследования представлений студентов показали, что большинство предварительных (повседневных) идей, которые студенты привносят в преподавание физики, находятся в резком контрасте с физическими концепциями и принципами, которые должны быть достигнуты - от детского сада до высшего уровня. Довольно часто идеи студентов несовместимы с физическими взглядами. [38] Это также справедливо для более общих моделей мышления и рассуждений студентов. [39] [40] [41]

По стране

Австралия

Как и в Англии и Уэльсе, естественнонаучное образование в Австралии является обязательным до 11 класса, где учащиеся могут выбрать изучение одного или нескольких направлений, упомянутых выше. Если они больше не хотят изучать науку, они могут выбрать ни одно из направлений. Научный поток представляет собой один курс до 11 класса, что означает, что учащиеся изучают все направления, что дает им общее представление о том, что такое наука. Национальный совет по учебным программам Австралии (2009) заявил, что «учебная программа по науке будет организована вокруг трех взаимосвязанных направлений: понимание науки; навыки научного исследования; и наука как человеческое начинание». [42] Эти направления дают учителям и педагогам основу того, как они должны обучать своих учеников.

В 2011 году сообщалось, что одной из основных проблем, с которой столкнулось научное образование в Австралии за последнее десятилетие, является падение интереса к науке. Все меньше учеников 10-х классов выбирают изучение науки в 11-м классе, что является проблемой, поскольку именно в эти годы у учеников формируется отношение к научной карьере. [43] Эта проблема не уникальна для Австралии, она наблюдается во многих странах мира.

Китай

Качество образования в Китае страдает, поскольку в типичном классе обучается от 50 до 70 учеников. С более чем 200 миллионами учеников Китай имеет самую большую образовательную систему в мире. Однако только 20% процентов учеников заканчивают строгую десятилетнюю программу формального обучения. [44]

Как и во многих других странах, программа обучения естественным наукам включает последовательные курсы по физике, химии и биологии. Научное образование имеет высокий приоритет и осуществляется на основе учебников, составленных комитетами ученых и преподавателей. Научное образование в Китае уделяет большое внимание запоминанию и уделяет гораздо меньше внимания решению проблем, применению принципов к новым ситуациям, интерпретациям и прогнозам. [44]

Великобритания

В английских и валлийских школах наука является обязательным предметом в Национальной учебной программе. Все ученики в возрасте от 5 до 16 лет должны изучать науку. Обычно она преподается как единый предмет до шестого класса, затем разделяется на предметные уровни A ( физика , химия и биология ). Однако с тех пор правительство выразило желание, чтобы тем ученикам, которые хорошо учатся в возрасте 14 лет, была предоставлена ​​возможность изучать три отдельные науки с сентября 2008 года. [45] В Шотландии предметы разделяются на химию, физику и биологию в возрасте 13–15 лет для получения национальных оценок 4/5 по этим предметам, а также существует объединенная стандартная квалификация по науке, которую ученики могут сдавать, если их школа предлагает ее.

В сентябре 2006 года в школах Великобритании была введена новая программа изучения науки, известная как «Наука 21 века», в качестве опции GCSE , призванная «дать всем 14–16-летним подросткам ценный и вдохновляющий опыт изучения науки». [46] В ноябре 2013 года исследование Ofsted по науке [47] в школах показало, что практическое преподавание науки не считалось достаточно важным. [48] В большинстве английских школ ученики имеют возможность изучать отдельную программу по науке в рамках своих GCSE, что приводит к тому, что они сдают 6 работ в конце 11-го года обучения; обычно это заполняет один из их дополнительных «блоков» и требует больше уроков по науке, чем те, кто предпочитает не участвовать в отдельной науке или не приглашен. Другие ученики, которые предпочитают не следовать обязательному дополнительному курсу по науке, что приводит к тому, что они сдают 4 работы, что приводит к 2 GCSE, в отличие от 3 GCSE, которые даются при изучении отдельной науки.

Соединенные Штаты

Университетская химическая лаборатория в Соединенных Штатах.

Во многих штатах США преподаватели K-12 должны придерживаться жестких стандартов или рамок того, какой контент преподавать в каких возрастных группах. Это часто приводит к тому, что учителя спешат «охватить» материал, не «преподавая» его по-настоящему. Кроме того, процесс науки , включая такие элементы, как научный метод и критическое мышление , часто упускается из виду. Этот акцент может привести к тому, что студенты сдадут стандартизированные тесты , не развив сложных навыков решения проблем. [49] Хотя на уровне колледжа американское научное образование, как правило, менее регламентировано, на самом деле оно более строгое, поскольку учителя и профессора вписывают больше контента в тот же временной период. [50]

В 1996 году Национальная академия наук США из Национальных академий США выпустила Национальные стандарты естественнонаучного образования , которые доступны онлайн бесплатно в нескольких формах. Его акцент на науке, основанной на исследовании , основанной на теории конструктивизма , а не на прямом обучении фактам и методам, остается спорным. [50] Некоторые исследования показывают, что он более эффективен как модель для преподавания науки.

«Стандарты призывают к чему-то большему, чем «наука как процесс», в котором студенты изучают такие навыки, как наблюдение, вывод и экспериментирование. Исследование является центральным в изучении науки. Во время исследования студенты описывают объекты и события, задают вопросы, строят объяснения, проверяют эти объяснения на основе текущих научных знаний и сообщают свои идеи другим. Они определяют свои предположения, используют критическое и логическое мышление и рассматривают альтернативные объяснения. Таким образом, студенты активно развивают свое понимание науки, объединяя научные знания с навыками рассуждения и мышления». [51]

Озабоченность по поводу естественнонаучного образования и научных стандартов часто была вызвана опасениями, что американские студенты и даже преподаватели [52] отстают от своих сверстников в международных рейтингах . [53] Одним из ярких примеров была волна образовательных реформ, проведенных после того, как Советский Союз запустил свой спутник в 1957 году. [ 54] Первая и самая заметная из этих реформ была проведена Комитетом по изучению физических наук в Массачусетском технологическом институте . В последние годы лидеры бизнеса, такие как председатель Microsoft Билл Гейтс , призывали уделять больше внимания естественнонаучному образованию, заявляя, что Соединенные Штаты рискуют потерять свое экономическое преимущество. [55] С этой целью Tapping America's Potential — это организация, цель которой — побудить больше студентов получать дипломы в области науки, технологий, инженерии и математики. [56] Однако опросы общественного мнения показывают, что большинство родителей в США самодовольны в отношении естественнонаучного образования и что уровень их беспокойства фактически снизился в последние годы. [57]

Более того, в недавнем Национальном обзоре учебной программы, проведенном ACT, исследователи обнаружили возможный разрыв между преподавателями естественных наук. «Как учителя средней школы/младшей школы, так и преподаватели естественных наук после средней школы оценивают(d) навыки процесса/исследования как более важные, чем продвинутые темы научного содержания; учителя средней школы оценивают их в прямо противоположном порядке». Возможно, необходимо больше общения между преподавателями на разных уровнях обучения, чтобы обеспечить общие цели для учащихся. [58]

Структура научного образования 2012 года

Согласно отчету Национальной академии наук, области науки, технологий и образования занимают первостепенное место в современном мире, но в Соединенных Штатах недостаточно работников, которые бы выбирали профессии в области науки, технологий, инженерии и математики (STEM). В 2012 году Комитет Национальной академии наук по концептуальным рамкам для новых стандартов естественнонаучного образования K-12 разработал руководящие рамки для стандартизации естественнонаучного образования K-12 с целью систематической организации естественнонаучного образования на протяжении всех лет K-12. Названная « Рамки естественнонаучного образования K-12: практики, сквозные концепции и основные идеи» , публикация способствует стандартизации естественнонаучного образования K-12 в Соединенных Штатах. В ней подчеркивается, что преподаватели естественных наук должны сосредоточиться на «ограниченном количестве основных идей дисциплины и сквозных концепций, которые должны быть разработаны таким образом, чтобы учащиеся постоянно наращивали и пересматривали свои знания и умения в течение нескольких лет, и поддерживали интеграцию таких знаний и умений с практиками, необходимыми для участия в научных исследованиях и инженерном проектировании». [59]

В отчете говорится, что в 21 веке американцам необходимо научное образование, чтобы заниматься и «систематически исследовать вопросы, связанные с их личными и общественными приоритетами», а также рассуждать научно и знать, как применять научные знания. Комитет, который разработал эту новую структуру, рассматривает это как вопрос образовательного равенства для разнообразного набора школьников. Привлечение большего количества разнообразных студентов в STEM-образование является вопросом социальной справедливости, как видит комитет. [60]

Стандарты науки следующего поколения 2013 г.

В 2013 году были выпущены новые стандарты для естественнонаучного образования, которые обновляют национальные стандарты, выпущенные в 1996 году. Разработанные 26 правительствами штатов и национальными организациями ученых и преподавателей естественных наук, руководящие принципы, называемые Научными стандартами следующего поколения , направлены на «борьбу с широко распространенным научным невежеством, стандартизацию обучения среди штатов и увеличение числа выпускников средних школ, которые выбирают научные и технические специальности в колледже...». Включены руководящие принципы для обучения студентов таким темам, как изменение климата и эволюция. Особое внимание уделяется преподаванию научного процесса, чтобы студенты лучше понимали методы науки и могли критически оценивать научные доказательства. Организации, которые внесли свой вклад в разработку стандартов, включают Национальную ассоциацию преподавателей естественных наук , Американскую ассоциацию содействия развитию науки , Национальный исследовательский совет и Achieve, некоммерческую организацию, которая также участвовала в разработке стандартов по математике и английскому языку. [61] [62]

Научные стандарты следующего поколения

Учебная программа по естественнонаучному образованию в Соединенных Штатах изложена в Стандартах науки следующего поколения (NGSS), которые были выпущены в апреле 2013 года. Целью NGSS является создание стандартизированной учебной программы по естественным наукам для детей от детского сада до 12-го класса. Эти стандарты были введены в надежде, что они реформируют прежнюю систему естественнонаучного образования и будут способствовать повышению успеваемости учащихся за счет улучшения учебной программы и повышения квалификации учителей. Стандарты науки следующего поколения состоят из трех компонентов, перечисленных ниже: основные идеи дисциплины, научные и инженерные практики и сквозные концепции. Они называются тремя измерениями Стандартов науки следующего поколения. В этих стандартах особое внимание уделяется соответствию государственным стандартам K-12 Common Core . [63] Измерение под названием «научные и инженерные практики» фокусируется на изучении учащимися научного метода. Это означает, что это измерение сосредоточено вокруг практической практики науки, предоставляя учащимся возможность наблюдать научные процессы, выдвигать гипотезы и наблюдать результаты. Это измерение выделяет эмпирические методы науки. Измерение под названием «сквозные концепции» подчеркивает понимание ключевых тем в области науки. «Сквозные концепции» — это темы, которые последовательно актуальны во многих различных научных дисциплинах, таких как поток энергии/материи, причина/следствие, системы/системные практики, закономерности, связь между структурой и функцией и устойчивость/изменение. Цель изложения этих ключевых тем относится к обобщенному обучению, то есть эффективность этих тем может заключаться в том, что эти концепции важны во всех научных дисциплинах. Намерение состоит в том, что, изучая их, студенты создадут широкое понимание науки. Измерение под названием «дисциплинарные основные идеи» описывает набор ключевых идей для каждой научной области. Например, физическая наука имеет определенный набор основных идей, изложенных в рамках. [64]

Естественнонаучное образование и общие стандарты

Стандарты образования Common Core делают упор на чтение, письмо и коммуникативные навыки. Целью этих стандартов по английскому языку и математике было создание измеримых целей для обучения студентов, которые соответствуют стандартам, действующим в других странах, таким образом, чтобы студенты в Соединенных Штатах были готовы к успеху на мировом уровне. Они предназначены для установления стандартов для академических дисциплин, которые являются строгими по своей природе и готовят студентов к высшему образованию. Также подчеркивается, что студенты с ограниченными возможностями должны быть надлежащим образом адаптированы в соответствии со стандартами Common Core с помощью индивидуального плана обучения (IEP). Согласно этим стандартам, понимание научного письма стало важным навыком для студентов, которые изучают по учебникам. [64]

Стратегии научного образования

Однако данные свидетельствуют о том, что студенты изучают науку более эффективно в рамках практического, деятельностного и исследовательского обучения, а не обучения по учебнику. Было замечено, что студенты, в частности, с трудностями в обучении, лучше справляются с контрольными работами после изучения науки с помощью занятий, а не обучения по учебнику. Таким образом, утверждается, что наука лучше изучается с помощью экспериментальной деятельности. Кроме того, сообщается, что студенты, особенно с трудностями в обучении, предпочитают и чувствуют, что они учатся более эффективно с помощью деятельностного обучения. Такая информация может помочь определить способ преподавания науки и то, как ее можно преподавать наиболее эффективно для студентов с любыми способностями. [65] Лаборатория является основополагающим примером практического, деятельностного обучения. В лаборатории студенты используют материалы для наблюдения за научными концепциями и явлениями. Лаборатория в научном образовании может включать несколько различных фаз. Эти фазы включают планирование и проектирование, выполнение, анализ и интерпретацию. Многие преподаватели считают, что лабораторная работа способствует научному мышлению студентов, навыкам решения проблем и когнитивному развитию. С 1960 года учебные стратегии для естественнонаучного образования принимали во внимание модель развития Жана Пиаже и поэтому начали вводить конкретные материалы и лабораторные условия, которые требовали от студентов активного участия в своем обучении. [66]

В дополнение к важности лаборатории в изучении и преподавании науки, возросла важность обучения с использованием вычислительных инструментов. Использование вычислительных инструментов, которые стали чрезвычайно распространенными в областях STEM в результате развития технологий, как было показано, поддерживает изучение науки. Изучение вычислительной науки в классе становится основополагающим для изучения студентами современных научных концепций. Фактически, стандарты науки следующего поколения конкретно ссылаются на использование вычислительных инструментов и моделирования. Благодаря использованию вычислительных инструментов студенты участвуют в вычислительном мышлении, когнитивном процессе, в котором взаимодействие с вычислительными инструментами, такими как компьютеры, является ключевым аспектом. Поскольку вычислительное мышление становится все более актуальным в науке, оно становится все более важным аспектом обучения для преподавателей науки, над которым нужно работать. [67]

Другая стратегия, которая может включать как практические занятия, так и использование вычислительных инструментов, заключается в создании аутентичного опыта обучения науке. Было предложено несколько перспектив аутентичного образования в науке, в том числе: каноническая перспектива — максимально приближенное к тому, как наука практикуется в реальном мире; ориентированная на молодежь — решение проблем, которые интересны молодым студентам; контекстуальная — сочетание канонической и ориентированной на молодежь перспектив. [68] Хотя занятия, включающие практические исследования и вычислительные инструменты, могут быть аутентичными, некоторые утверждают, что исследовательские задачи, обычно используемые в школах, недостаточно аутентичны, но часто опираются на простые эксперименты «из кулинарной книги». [69] Аутентичный опыт обучения науке может быть реализован в различных формах. Например: практическое исследование, предпочтительно включающее открытое исследование; партнерство ученик-учитель-ученый (STSP) или проекты гражданской науки ; обучение на основе проектирования (DBL) ; использование веб-сред, используемых учеными (использование инструментов биоинформатики, таких как базы данных генов или белков, инструменты выравнивания и т. д.), и; обучение с использованием адаптированной первичной литературы (APL), которая также знакомит студентов с тем, как научное сообщество передает знания. [70] Эти и другие примеры могут быть применены к различным областям науки, преподаваемым в школах (а также в бакалавриате), и соответствуют призывам включить научные практики в учебные программы по естественным наукам. [62] [59]

Неформальное научное образование

Молодые женщины участвуют в конференции в Аргоннской национальной лаборатории .
Молодые студенты впервые используют микроскоп, изучая бактерии в рамках «Дня открытий», организованного проектом Big Brother Mouse по распространению грамотности и образованию в Лаосе.

Неформальное научное образование — это преподавание и изучение науки, которое происходит за пределами формальной школьной программы в таких местах, как музеи, средства массовой информации и общественные программы. Национальная ассоциация преподавателей естественных наук разработала заявление о позиции [71] по неформальному научному образованию, чтобы определить и поощрять изучение науки во многих контекстах и ​​на протяжении всей жизни. Исследования в области неформального научного образования финансируются в Соединенных Штатах Национальным научным фондом. [72] Центр по развитию неформального научного образования (CAISE) [73] предоставляет ресурсы для сообщества неформального научного образования.

Примерами неформального научного образования являются научные центры, научные музеи и новые цифровые учебные среды ( например, Global Challenge Award ), многие из которых являются членами Ассоциации научно-технических центров (ASTC). [74] Институт Франклина в Филадельфии и Музей науки (Бостон) являются старейшими музеями этого типа в Соединенных Штатах. Средства массовой информации включают телевизионные программы, такие как NOVA , Newton's Apple , « Bill Nye the Science Guy », « Beakman's World », The Magic School Bus и Dragonfly TV . Ранние примеры научного образования на американском телевидении включают программы Дэниела К. Позина , такие как «Dr. Posin's Universe», «The Universe Around Us», «On the Shoulders of Giants» и «Out of This World». Примерами программ, основанных на сообществе, являются программы развития молодежи 4-H , Hands On Science Outreach , NASA и After school Programs [75] и Girls at the Center. Домашнее образование поощряется посредством образовательных продуктов, таких как бывшая (1940-1989) служба подписки Things of Science . [76]

В 2010 году Национальные академии выпустили книгу «В окружении науки: изучение науки в неформальной среде » [77], основанную на исследовании Национального исследовательского совета « Изучение науки в неформальной среде: люди, места и стремления » [78] . «В окружении науки » — это информационная книга, которая показывает, как современные исследования по изучению науки в неформальной научной среде могут направлять мышление, работу и дискуссии среди практиков неформальной науки. Эта книга делает ценные исследования доступными для тех, кто работает в неформальной науке: педагогов, музейных работников, преподавателей университетов, молодежных лидеров, специалистов по СМИ, издателей, журналистов вещания и многих других.

Смотрите также

Ссылки

  1. ↑ Бернард Лири, «Шарп, Уильям (1805–1896)», Оксфордский национальный биографический словарь, Oxford University Press, сентябрь 2004 г.; онлайн-издание, октябрь 2005 г. Получено 22 мая 2010 г.
  2. ^ Лейтон, Д. (1981). «Обучение науке в Англии, 1854–1939». В MacLeod, RM; Collins, PDB (ред.). Парламент науки . Нортвуд, Англия: Science Reviews. стр. 188–210. ISBN 978-0905927664. OCLC  8172024.
  3. ^ Бибби, Сирил (1959). TH Хаксли: ученый, гуманист и педагог . Лондон: Watts. OCLC  747400567.
  4. ^ Del Giorno, BJ (апрель 1969 г.). «Влияние изменения научных знаний на научное образование в Соединенных Штатах с 1850 г.». Science Education . 53 (3): 191–5. Bibcode : 1969SciEd..53..191G. doi : 10.1002/sce.3730530304.
  5. ^ abc Национальная ассоциация образования (1894). Отчет Комитета десяти по изучению средней школы с отчетами конференций, организованных Комитетом. Нью-Йорк: Американская книжная компания Читать книгу онлайн
  6. ^ Вайднер, Л. «Комитет десяти NEA».
  7. ^ Hurd, PD (1991). «Устранение образовательных разрывов между наукой, технологией и обществом». Теория в практику . 30 (4): 251–9. doi :10.1080/00405849109543509. S2CID  143407609.
  8. ^ Дженкинс, Э. (1985). «История научного образования». В Husén, T.; Postlethwaite, TN (ред.). Международная энциклопедия образования . Оксфорд: Pergamon Press. С. 4453–6. ISBN 978-0080281193.
  9. ^ "science | Определение науки на английском языке по Оксфордским словарям". Оксфордские словари | Английский язык . Архивировано из оригинала 15 мая 2017 года . Получено 21 марта 2018 года .
  10. ^ Маккомас, Уильям Ф., ред. (2020). Природа науки в преподавании естественных наук: обоснования и стратегии . Cham: Springer. ISBN 978-3-030-57239-6.
  11. ^ "Определение ФИЗИКИ". merriam-webster.com . Получено 16 апреля 2018 г. .
  12. ^ "Определение ХИМИИ". merriam-webster.com . Получено 16 апреля 2018 г. .
  13. ^ Jegstad, Kirsti Marie; Sinnes, Astrid Tonette (4 марта 2015 г.). «Преподавание химии для будущего: модель среднего химического образования для устойчивого развития». Международный журнал научного образования . 37 (4): 655–683. Bibcode : 2015IJSEd..37..655J. doi : 10.1080/09500693.2014.1003988. ISSN  0950-0693. S2CID  94241435.
  14. ^ Азмат, Р. (2013). «Подготовка высококвалифицированных учителей для химического образования на уровне старшей средней школы в современную эпоху». Pakistan Journal of Chemistry . 3 (3): 140–141. doi :10.15228/2013.v03.i03.p08.
  15. ^ "Major to Career: Biology Education". byui.edu . Получено 22 апреля 2018 г. .
  16. ^ "определение биологии". Dictionary.com . Получено 16 апреля 2018 г. .
  17. ^ "Национальные стандарты естественнонаучного образования". csun.edu . Получено 16 апреля 2018 г. .
  18. ^ Васкес, Хосе (2006). «Биология в средней школе сегодня: чего не ожидал Комитет десяти». CBE: Life Sciences Education . 5 (1): 29–33. doi :10.1187/cbe.05-07-0087. ISSN  1931-7913. PMC 1635139. PMID  17012187 . 
  19. ^ Bugingo, Jean Bosco; Yadav, Lakhan Lal; Mugisha, Innocent Sebasaza; Mashood, KK (2022). «Улучшение взглядов учителей и студентов на природу науки с помощью активных подходов к обучению: обзор литературы». Наука и образование . 33 (1): 29–71. Bibcode : 2022Sc&Ed..33...29B. doi : 10.1007/s11191-022-00382-8. S2CID  252527538.
  20. ^ Мэри Дуглас (ред.). [1970] (2013) Признания и обвинения в колдовстве . Routledge, стр.xxii
  21. ^ Томас, Д. (1979). Натурализм и социальная наука: постэмпирическая философия социальной науки , стр. 174. Архив CUP.
  22. ^ Тобин, К. Г. (1993). Практика конструктивизма в научном образовании . Psychology Press, предисловие Конструктивизм: парадигма для практики научного образования , стр. ix
  23. ^ Мэтьюз, Майкл Р. (1997). «Вводные комментарии о философии и конструктивизме в научном образовании». Наука и образование . 6 (1): 5–14. Bibcode : 1997Sc&Ed...6....5M. doi : 10.1023/A:1008650823980. S2CID  142437269.
  24. ^ Табер, Кит С. (2009). Прогрессивное научное образование: встраивание программы научных исследований в контингентную природу изучения науки. Springer. ISBN 978-90-481-2431-2.
  25. ^ Табер, К. С. (2011). «Конструктивизм как образовательная теория: случайность в обучении и оптимально направленное обучение». В J. Hassaskhah (ред.). Образовательная теория . Nova. ISBN 9781613245804.
  26. ^ Джо Хандельсман, Дайан Эберт-Мэй, Роберт Бейхнер, Питер Брунс, Эми Чанг, Роберт ДеХаан, Джим Джентиле, Сара Лауффер, Джеймс Стюарт, Ширли М. Тилгман и Уильям Б. Вуд. (2004). «Научное преподавание». Science 304(5670, 23 апреля), 521-522.
  27. ^ Джо Хандельсман, Сара Миллер и Кристин Пфунд. (2007). Научное преподавание. Мэдисон, Висконсин; Энглвуд, Колорадо; и Нью-Йорк: Висконсинская программа научного преподавания, Roberts & Company и WH Freeman.
  28. ^ Д. Эберт-Мэй и Дж. Ходдер. (2008) Пути к научному преподаванию. Sinauer Associates, Inc.
  29. ^ Кестлер, Артур (1964). Акт творения . Лондон: Hutchinson. С. 265–266.
  30. ^ Карлтонский университет. «Проблемы управляемого открытия: Примеры (в: Методы обучения: Коллекция педагогических приемов и примеров деятельности)».
  31. ^ Ниссани, Моти. «Научные упражнения и учебные материалы: Преподавание науки так, как будто умы имеют значение!».
  32. ^ М. Сюзанна Донован, Джон Д. Брэнсфорд и Джеймс В. Пеллегрино, редакторы; Как люди учатся: соединяя исследования и практику. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press, 2000 ISBN 978-0309065368 
  33. ^ Дункан, Дуглас. «Преподавание природы науки с помощью псевдонауки». Центр астрофизики и космической астрономии . Университет Колорадо в Боулдере. Архивировано из оригинала 18 июня 2018 года . Получено 18 июня 2018 года .
  34. ^ Борго, Алехандро (2018). «Почему лженауку следует преподавать в колледже». Skeptical Inquirer . 42 (1): 9–10.
  35. ^ Тремблей, Эрик (2010). «Обучение мобильного поколения – использование персональных сотовых телефонов в качестве систем реагирования аудитории при преподавании естественных наук в высших учебных заведениях». Журнал «Компьютеры в математике и преподавании естественных наук » . 29 (2): 217–227.
  36. ^ Дуит, Р. (2006). «Библиография — STCSE (Концепции студентов и преподавателей и научное образование)». Киль: IPN — Институт Лейбница по научному образованию.
  37. ^ Duit, R.; Niedderer, H.; Schecker, H. (2007). "Teaching Physics". В Abell, Sandra K.; Lederman, Norman G. (ред.). Handbook of Research on Science Education. Lawrence Erlbaum. стр. 599. ISBN 978-0-8058-4713-0.
  38. ^ Вандерси, Дж. Х.; Минцес, Дж. Дж.; Новак, Дж. Д. (1994). «Исследования альтернативных концепций в науке». В Gabel, D. (ред.). Справочник по исследованиям в области преподавания и изучения естественных наук . Нью-Йорк: Macmillan. ISBN 978-0028970059.
  39. ^ Аронс, Арнольд Б. (1983). «Студенческие модели мышления и рассуждения». Учитель физики . 21 (9). Американская ассоциация учителей физики (AAPT): 576–581. Bibcode : 1983PhTea..21..576A. doi : 10.1119/1.2341417. ISSN  0031-921X.
  40. ^ Аронс, А. (1984). «Студенческие модели мышления и рассуждения». Учитель физики . 22 (1): 21–26. Bibcode : 1984PhTea..22...21A. doi : 10.1119/1.2341444.
  41. ^ Аронс, Арнольд Б. (1984). «Студенческие модели мышления и рассуждения». Учитель физики . 22 (2). Американская ассоциация учителей физики (AAPT): 88–93. Bibcode : 1984PhTea..22...88A. doi : 10.1119/1.2341474. ISSN  0031-921X.
  42. ^ Национальный совет по учебным программам (2009). "Форма австралийской учебной программы: наука" (PDF) . ACARA. Архивировано из оригинала (PDF) 28 мая 2016 года.
  43. ^ Хассан, Гали (2011). «Взгляды студентов на науку: сравнение между студентами высших и средних школ». Преподаватель естественных наук .
  44. ^ ab Price, Рональд Ф. «Учебная программа по естественным наукам — глобальная перспектива: Китай».
  45. ^ Ким Кэтчесайд (15 февраля 2008 г.). «„Бедный“ выбор наук». Веб-сайт BBC News . British Broadcasting Corporation . Получено 22 февраля 2008 г.
  46. ^ "Добро пожаловать в науку двадцать первого века". Архивировано из оригинала 1 января 2007 года . Получено 15 декабря 2006 года .
  47. ^ «Поддержание любопытства: обзор научного образования в школах». Ofsted. 21 ноября 2013 г. Получено 25 ноября 2013 г.
  48. ^ Холман, Джон (22 ноября 2013 г.). «Мы не можем позволить себе неправильно понимать научное образование». The Conversation . Получено 25 ноября 2013 г.
  49. ^ Джелинек, Дэвид (2003). «Предлагает ли Вальдорф жизнеспособную форму научного образования?» (PDF) . csus.edu .
  50. ^ ab Glavin, Chris (6 февраля 2014 г.). "United States | K12 Academics". k12academics.com . Получено 17 мая 2016 г. .
  51. ^ Национальный исследовательский совет, Национальная академия наук (декабрь 1995 г.). Национальные стандарты естественнонаучного образования. Стандарты преподавания естественных наук. National Academy Press. doi :10.17226/4962. ISBN 978-0-309-05326-6.
  52. ^ Фукс, Т.; Зоннерт, Г.; Скотт, С.; Сэдлер, П.; Чен, Чен (2021). «Подготовка и мотивация учащихся старших классов, желающих стать учителями естественных наук или математики». Журнал образования учителей естественных наук . 33 : 83–106. doi : 10.1080/1046560X.2021.1908658 . S2CID  237924144.
  53. ^ Маллис, IVS; Мартин, MO; Гонсалес, EJ; Хростовски, SJ (2004). Международный отчет по математике TIMSS 2003: выводы из тенденций IEA в изучении математики и естественных наук на международном уровне в четвертом и восьмом классах. Международный центр изучения TIMSS и PIRLS. ISBN 978-1-8899-3834-9.
  54. ^ Резерфорд, Ф.Дж. (1997). «Спутник и научное образование». Размышления о Спутнике: связь прошлого, настоящего и будущего образовательной реформы . Национальная академия наук.
  55. ^ «Ссылаясь на «критическую ситуацию» в науке и математике, бизнес-группы призывают одобрить новую национальную повестку дня в области инноваций» (пресс-релиз). Круглый стол по вопросам бизнеса. 27 июля 2005 г. Архивировано из оригинала 8 декабря 2007 г.
    Борланд, Дж. (2 мая 2005 г.). «Гейтс: Привести школы США в порядок». Новости CNET .
  56. ^ «Раскрытие потенциала Америки».
  57. ^ [1] Архивировано 14 июня 2006 г. на Wayback Machine.
  58. ^ "Национальный лидер исследований в области готовности к поступлению в колледж и рабочей силе" (PDF) . ACT. 2009. Получено 19 мая 2017 г.
  59. ^ ab Структура для естественнонаучного образования K-12
  60. ^ Структура естественнонаучного образования в школах K-12: практики, сквозные концепции и основные идеи
  61. ^ Джиллис, Джастин (9 апреля 2013 г.). «Новые руководящие принципы призывают к широким изменениям в научном образовании». The New York Times . Получено 22 апреля 2013 г.
  62. ^ ab "Next Generation Science Standards" . Получено 23 апреля 2013 г. .
  63. ^ Bybee, Rodger W. (8 апреля 2014 г.). «NGSS и следующее поколение учителей естественных наук». Журнал образования учителей естественных наук . 25 (2): 211–221. Bibcode : 2014JSTEd..25..211B. doi : 10.1007/s10972-014-9381-4. ISSN  1046-560X. S2CID  143736193.
  64. ^ ab Scruggs, Thomas E.; Brigham, Frederick J.; Mastropieri, Margo A. (2013). «Общие стандарты по естествознанию: последствия для учащихся с трудностями в обучении». Исследования и практика трудностей в обучении. Отдел по проблемам трудностей в обучении Совета по делам исключительных детей . 28(1), 49–57 C – через EBSCOhost.
  65. ^ Скраггс, Томас Э.; Мастропьери, Марго А.; Баккен, Джеффри П.; Бригам, Фредерик Дж. (апрель 1993 г.). «Чтение против действия: относительные эффекты подходов на основе учебников и ориентированных на исследование подходов к изучению науки в классах специального образования». Журнал специального образования . 27 (1): 1–15. doi : 10.1177/002246699302700101. ISSN  0022-4669. S2CID  145160675.
  66. ^ Хофштейн, Ави; Лунетта, Винсент Н. (июнь 1982 г.). «Роль лаборатории в преподавании естественных наук: забытые аспекты исследований». Обзор образовательных исследований . 52 (2): 201–217. doi :10.3102/00346543052002201. ISSN  0034-6543. S2CID  210859561.
  67. ^ Hurt, Timothy; Greenwald, Eric; Allan, Sara; Cannady, Matthew A.; Krakowski, Ari; Brodsky, Lauren; Collins, Melissa A.; Montgomery, Ryan; Dorph, Rena (5 января 2023 г.). «Структура вычислительного мышления для науки (CT-S): операционализация CT-S для исследователей и преподавателей естественнонаучного образования K–12». Международный журнал STEM-образования . 10 (1): 1. doi : 10.1186/s40594-022-00391-7 . ISSN  2196-7822. S2CID  255724260.
  68. ^ Бакстон, Кори А. (сентябрь 2006 г.). «Создание контекстуально аутентичной науки в «низкоэффективной» городской начальной школе». Журнал исследований в области преподавания естественных наук . 43 (7): 695–721. Bibcode : 2006JRScT..43..695B. doi : 10.1002/tea.20105. ISSN  0022-4308.
  69. ^ Чинн, Кларк А.; Малхотра, Бетина А. (май 2002 г.). «Эпистемологически аутентичные исследования в школах: теоретическая основа для оценки исследовательских задач». Science Education . 86 (2): 175–218. Bibcode : 2002SciEd..86..175C. doi : 10.1002/sce.10001 . ISSN  0036-8326. S2CID  18931212.
  70. ^ Дорфман, Бат-Шахар; Ярден, Анат (2021), Хаскел-Иттах, Михал; Ярден, Анат (ред.), «Как аутентичный научный опыт может способствовать пониманию генетики в старшей школе?», Генетическое образование: текущие проблемы и возможные решения , Вклад исследований в области биологического образования, Cham: Springer International Publishing, стр. 87–104, doi : 10.1007/978-3-030-86051-6_6, ISBN 978-3-030-86051-6, получено 4 июля 2023 г.
  71. ^ "Заявление о позиции NSTA: неформальное научное образование". Национальная ассоциация преподавателей естественных наук . Получено 28 октября 2011 г.
  72. ^ Финансирование Национального научного фонда для неформального научного образования
  73. ^ «Центр развития неформального научного образования (CAISE)».
  74. ^ "Ассоциация научно-технических центров".
  75. ^ "NASA и программы послешкольного образования: подключение к будущему". NASA. 3 апреля 2006 г. Архивировано из оригинала 27 октября 2011 г. Получено 28 октября 2011 г.
  76. ↑ Отман, Фредерик К. (7 октября 1947 г.). «Клуб «Вещь месяца» предоставит замечательные предметы». San Jose Evening News . Получено 1 ноября 2013 г.
  77. ^ Fenichel, M.; Schweingruber, HA; Национальный исследовательский совет (2010). Окруженный наукой в ​​неформальной обстановке. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi : 10.17226/12614. ISBN 978-0-309-13674-7.
  78. ^ Комитет по изучению науки в неформальной среде, Национальный исследовательский совет (2009). Изучение науки в неформальной среде: люди, места и стремления. Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. doi : 10.17226/12190. ISBN 978-0-309-11955-9.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки

В Викицитатнике есть цитаты, связанные с научным образованием .
В Wikibooks есть книга по теме: Практические советы по школьной науке