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美國教改2061計畫

102/06/07 12746

王鑫｜臺灣大學地理環境資源學系／中國文化大學地學研究所

「2061計畫」是美國科學促進協會（American Association for the Advancement of Science）、聯邦教育部等12個機構，於1985年啟動的一項面向21世紀人才培養，致力於中小學課程改革的跨世紀計畫，它代表著未來美國基礎教育課程和教學改革的趨勢。

2061計畫認為，美國的下一代必將面臨巨大的變革，而科學、數學和技術位居變革的核心，它們導致變革，塑造變革，並且對變革做出反應，它們對今日的兒童適應明日的世界十分重要。

2061計畫還提出未來兒童和青少年從小學到高中應掌握的科學、數學和技術領域的基礎知識的框架，包括主要學科的基本內容、基本概念、基本技能，學科間的關係，以及掌握這些內容、概念和聯繫的基本態度、方法和手段。

2061計畫概要

「2061計畫」全名是「American Association for the Advancement of Science Project 2061」，是美國科學促進協會於1985年起實施的一個長期項目，目標在改革從幼兒園到12年級的自然、社會科學、數學和技術的教育。2061計畫於1998年出版的叢書中，有4本經中國科學技術協會於2001年譯成中文，即《面向全體美國人的科學》、《科學素養的基準》、《科學素養的設計》及《科學教育改革的藍本》。

2061計畫認為21世紀的學校教學：

科學、數學和技術學習的共同核心須以培養科學素養做為主要目標，並應與藝術和人文課程的學習核心緊密結合。新學習的共同核心的主題比現行傳統學習的共同核心要少許多。
在實施2061計畫的學校中，所有學生都會有廣泛的學習經歷。教學單元會採用多樣的教學方法和教材，學生會有許多實際操作的機會。學生可以利用反思（experiential learning）來幫助他們理解科學、數學和技術之間的關係，以及這些概念與藝術和人文之間的關係。
在教師自己的系統之內，可以從廣泛的教學單元中選材，對制定的計畫和施教的課程負有首要責任。
學校的環境將支持這種科學素養的目標，和為取得這一些目標所設計的課程。

科學教育改革的藍本

《科學教育改革的藍本》一開始就指出，系統是一種幫助思考部分和整體的思想，它把我們的注意力吸引到某一事物的各部分彼此之間的相互作用，以及各部分和整體的關係上。這種思想也強調相互作用—什麼東西會影響某一事物的狀況？而反過來，這一事物又能達到什麼結果？

《科學教育改革的藍本》是把教育做為整個系統包括目的、資源、現象、過程、思想、原則、法規、機構、人員等來考慮；K12包括下述12個問題：公平、政策、經費、研究、學校組織、課程聯繫、教材和教學法、評估、教師培訓、高等教育、家庭與社區、工商界。

科學素養的基準

1990年出版的《面向全體美國人的科學》，提出科學素養的標準，確定學習目標，奠定課程設計工具的基礎性原則。

1993年出版的《科學素養的基準》，並不倡導某個特製的課程設計，只提供教育工作者一個工具，據以更新課程。《科學素養的基準》絕不是一種強制性的編制指令，而是2061計畫中的一項改革策略，它的最終目的是使得課程設置比現行的更為多樣化。《科學素養的基準》是一套特殊的科學素養目標綱要，它可以隨使用者的需要而任意組合。

《科學素養的基準》描述了在成為具有科學素養的公民的過程中，全體學生都應具備的理解水平和能力，這是一項群眾性的集體研究成果。學習科學、數學和技術的共同核心應該集中在科學素養上，而不是對各個分立學科的理解。學習的核心還應該包括科學、數學和技術之間的聯繫，以及這些學科與藝術、人性和職業課程之間的聯繫。

在《科學素養的基準》的第一章〈科學的性質〉中指出，低年級應該把重點放在獲取有關自然現象和社會現象的經驗上，並建立起對科學的熱愛。往後循序漸進，逐漸增加抽象概念。大部分的科學技術進步來自數百年知識的逐步積累，不是英雄式的「突破」或「革命」，因此教科書要加入科學史的內容，而且講授科學史不應聚焦在偉大的科學家身上。

〈科學的性質〉的內容包括：科學世界觀、科學探索、科學事業。顯然地，內容已經不只是象牙塔裡的純科學了！

科學世界觀談到科學家的信念，這句話好像是說科學家也有不科學的時候。怎麼談信念？相信神的科學家還挺多的呢！科學是價值中立的嗎？

科學探索中包含的想像和創造性很多，嚴格的邏輯性和實驗證據隨後持續加重。應該減少實驗的數量，除去呆板的、照方抓藥式的實驗，讓學生有時間對問題進行更深入的探究。這些實驗可以為學生們提供機會，去熟悉一些能夠用正在學習的科學概念進行解釋的現象。動手做或記錄下發生的事情，借助溫度計、放大鏡、尺子、天平等工具，儘量準確地描述事物是很重要的。

眾多的人從事科學事業，他們在科學活動中了解世界的運行方式。科學事業另外有四個方面，即：它的社會結構、它的分科和確認的機構、它的倫理道德、科學家在公共事務中的作用。

《科學素養的基準》的第二章是〈數學的性質〉。數學依靠兩樣東西：邏輯、創造。數學是科學素養、科學活動的一部分，也是研究規律、模式與關係的科學。對學生來說，重要的是：要理解數學是對規律與關係的研究；要熟悉一些規律與關係；要學會在日常生活中使用它們。

要不時地為學生提供機會，使他們能以純抽象的方式思考數學的規律與關係的性質。要幫助學生發現和解釋符號關係，知道許多事物可以用符號和形狀來描述。當學生開始使用表格、圖像、符號和文字表達某一種關係時，有理由相信這個學生已經真正掌握了這種關係的含義。

歷史上，技術的產生先於科學。技術指製造工具的技巧，是人類文化系統的一部分，它還塑造和反映了這個系統的價值。技術增強了我們改變世界的能力，但是結果常常是複雜的。《科學素養的基準》的第三章〈技術的性質〉討論的內容分為3個部分：科學與技術的關係、技術原理、技術與社會的關係。STS（science-technology-society）緊密相關的觀念已經成熟。

學習使用工具和設計工具用來解決問題。工程是和技術關係最為密切的專業領域。技術常是雙面刃，有利有弊。技術涉及系統、權衡、反饋、副作用、效益、替代方案、成本、控制機制、測試、風險等觀念。

《科學素養的基準》的第四、五、六章分別討論自然環境、生存環境與人類機體。

〈自然環境〉的內容包括：宇宙、地球、影響地貌的因素、物質結構、能量轉換、物體運動、自然力。〈生存環境〉的內容包括：生命的多樣性、遺傳、細胞、生命的相互依存、物質流與能量流、生命的進化。這兩章涵蓋了地球科學、太空、物理、化學，以及生物、生命科學。其實，已把物理、化學和地球科學、太空、生物、生命科學等融合在一起。

〈人類機體〉包括人的特性、人的生長、基本功能、學習、肌體健康和精神健康等。把人獨立出來，不只有生物學的內容，也包含一部分的健康教育。

第七章是〈人類社會〉，從個人行為和團體行為、社會組織，以及社會變革過程的角度討論人類社會。這一章依據美國的情形討論人類社會的7個主要方面，包括：文化對行為的影響、群體行為、社會變革、社會的協調平衡、政治和經濟體制、社會衝突、全球的相互依存。這些議題在台灣九年一貫課程的學習領域中屬於社會學科。

第八章是〈被改造了的世界〉，也就是討論人類如何根據自己的利益，通過應用技術，對世界的許多方面進行改造和控制。我們的美好未來主要賴於技術的開發、使用和限制，技術又在很大程度上取決於我們對技術作用的理解，以及對這個世界的社會、文化、經濟制度和生態系統的認識。這一章討論的重點是那些塑造我們的生活，改變地球環境的重要人類活動。基本技術領域是：農業、材料與製造、能源及其利用、通訊傳播、信息處理、保健技術。

第九章〈數學世界〉。數學實質上是個思維過程，包括建立和應用一系列抽象的、邏輯上相關的概念。在第二章中，數學被描述成一個模擬過程，在這個過程中要進行事物抽象和運算（依據一些邏輯規則來處理抽象的內容），然後把應用結果和原始狀態進行比照。

數學研究由表述（用抽象符號和表達式來表述東西）、運算（依據一些邏輯規則來處理抽象的內容）和驗證3部分組成一個循環。

這一章介紹這一模型中數學規律的7種範例，即數字的性質和用途、符號間的關係、形狀、不確定性、綜合數據、樣本數據和推理。

理解數學總是需要大量運用數學的經驗，包括解決問題、交流思想，以及把各種觀念聯繫在一起。培養推理能力，應該時常問：「你怎麼知道的？」提出證據、設計實驗來證明。

形式邏輯主要用在各論述之間的聯繫，而不論它們是否正確。邏輯推理要求對前提有清楚的界定：一個前提對取得一種結果可能是充分的，或許它並不是獲得這種結果的唯一方式；或者一個前提對獲得一種結果是必要的，但是它本身可能並不充分；而某些前提可能是既充分又必要的。

第十章〈歷史展望〉的重點，是促進學生對科學史精選事件的了解。新的思想受制於它們所產生的環境，是許多不同研究人員共同努力的結果，科學發展史上的某些階段具有超越時代的意義。這一章所提的焦點，是西方文化中的科學、數學及技術的發展。重點放在對科學知識的演進和影響力具有典範意義的10個重大發現和變革上：做為行星的地球、萬有引力、相對論、地質時期、地球板塊結構學說、物質守恆、放射性和核裂變、物種進化、疾病的性質、工業革命。

這一章各節的名稱是：「地球中心論」的覆滅，天地合一，物質與能量、時間與空間的關聯，時間的延伸，大陸板塊的運動，認識火，原子的分裂，對生命多樣性的解釋，發現細菌，動力的作用。

科學、數學與技術領域反覆出現一些重要的概念，人們在說明事物、創造理論、觀察和設計時，常常要用到它們：系統、模型、恆定與變化、規模。這些確實只是一種思維方式，而不是理論或發現。《面向全體美國人的科學》推薦了全體學生應該了解的通用概念的內容，在《科學素養的基準》的第十一章〈通用概念〉中，就針對學生在校期間應如何加深理解這些觀念提出建議。

高層次的思維的重要標誌之一，是能從系統的各部分來考慮整體。系統有政治系統、呼吸系統、線性系統、複雜系統等，包括了輸入、輸出、相互作用、維度、組成、子系統、開放或封閉系統、正反饋、負反饋等。系統思維、系統分析方法是學習的重點。

物理模型、數學模型、概念模型是被認為學習相似事物的工具。概念模型應該是在學生熟悉大量周邊物質、事物、過程之後才出現的功課。

物理學中的守恆定律是科學界最偉大的發現，相關的概念有穩定、守恆、平衡、穩恆狀態、對稱等。變化、變化率、進化性變化等也是重要的課題。

在自然界中，變量的表現規模差異很大，從微觀、中觀到巨觀，這裡出現比例、極限等重要概念。

科學、數學與技術是建立在一套具有特色的價值觀念之上，通常反映並回應社會價值觀念，也參與形成文化價值。價值觀、態度和技能屬於思維習慣，直接與人的知識和學習觀點有關，與人的思維方法和工作方法有關。

第十二章〈思維習慣（技能目標）〉首先討論價值觀和態度的4個方面，包括蘊涵在科學、數學和技術中的價值觀、科學和技術的社會價值觀、總的社會價值觀的強化，以及在理解科學和數學方面，人們對自己的能力所持的態度。然後討論與技能相關的計算和估算、運算和觀察、交流，以及對論點的批判反應。各節名稱是：價值觀和態度、計算和估算、操作與觀察、交流溝通能力、批判－反應能力。

學生應該在哪個階段學會如定量、溝通、操作、回應批評等解決問題的基礎，以及科學的思維習慣和能力，彙總在這一章中。誠實、開放、懷疑、解釋、實驗等科學的價值觀、態度和技能是這一章的重點。

計算和估算是科學思維的方式，一旦掌握了這種牽涉到數量和數字關係的定量技能，終身有用。計算是透過數學方法確定某一事物的過程。問題是，雖然學生能夠正確解答習題和考卷，卻無法保證在實際情況時具有解決問題的能力。這可能是因為在傳統的數學教學中，給的問題常常缺少有趣的真實內涵；在進行算法記憶訓練時，也沒有與運用配合；使用的數字沒有單位，或者不注意數字的含意；學生在學習判斷答案是否令人滿意時，得到的輔導微乎其微。

對答案進行判斷和計算同樣重要，要培養學生估計的技能，需要大量核對計算和估算結果的經驗。

接收和傳播信息就是交流，學生應該明瞭在資訊爆炸的時代，接收和傳播信息是邁進21世紀的人類基本能力。

和我國課程的比較

《科學素養的基準》一書的內容中，主要包含我國九年一貫中的自然與生活科技領域及數學領域，也包含了少許社會學科和健康學科領域的內容。特別不同的是，多了第一章的科學的性質，以及十至十二章的歷史展望、通用概念和思維習慣，這些內容是我國的課綱和教科書中比較不足的。

《科學素養的基準》把數學放在科學、數學與技術的系列中，有效地整合3個領域。在科學、技術中多用數學，這樣子才不會孤立數學教育。數學教育的練習題更能從生活中的科學、技術議題取材，使數學教學更有趣。

《科學素養的基準》第七章〈人類社會〉的內容，不是我國的自然科學與生活科技領域課綱和教科書中納入的內容。對我國的科學家來說，人類社會的議題似乎放在社會科學領域比較妥當。不過，很難說自然科學與生活科技領域的內容跟人類社會無關，我國的自然科學與生活科技領域的學習內容不影響人類社會，或人類社會不影響自然科學與生活科技領域的學習。因此，美國教改的思路似乎可以刺激我們再思考科際整合的議題。

在不同的國家，國民的基礎科學教育視國情略有差異，但是參考先進國家在科學教育方面的發展必然是有益的。減少教學內容是美國科學促進協會「2061計畫」建議的提升教學品質的方式之一，值得在訂定12年國教課綱時納入參考。

深度閱讀

美國科學促進協會（1998）科學教育改革的藍本（中國科學技術協會譯），科學普及出版社。

資料來源

《科學發展》2013年6月，486期，66 ~ 72頁

符號(7)

美國教改2061計畫

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