芬蘭科學教育：強調“參與”的價值

在2001年的PISA測評中，芬蘭教育一躍成名——其學生在閱讀、數學和科學素養上的表現均領先全球。特別是芬蘭學生的科學素養水平，在過去20多年里，一直在OECD（經濟合作與發展組織）發達國家中位居前三。

從橫向上對比其他國家，芬蘭學生的科學態度和學校的科學氛圍表現得都很出色，而且芬蘭女生的科學表現在PISA參與國家和經濟體中數一數二。此外，芬蘭在科學表現上處于頂尖水平的學生比例在所有國家中也是名列前茅。然而，從縱向上分析國內情況可以發現，芬蘭也面臨著一個挑戰，即維持并提高學生對科學教育的興趣。OECD的一項數據顯示，芬蘭同意或非常同意“我喜歡在科學中獲取新知識”的學生在學生總數中的占比，2006年為64%，2016年則下降到了56%。由此可見，芬蘭學生對于科學的興趣在下降。這是一個具有廣泛性的世界難題，可能會影響未來的創新和公眾對科學的理解。為解決這一問題，芬蘭自2016年開始實施新課程改革，想方設法地探索更具吸引力的科學教育方法。這次改革的重點之一，即強調在科學學習中學生“參與”（Engagement）的重要性。在此，筆者將結合在赫爾辛基一些學校的課堂觀察詳細闡述芬蘭的相關做法。

變革學習方式：通過項目式學習將學習情景化

芬蘭中小學校普遍采用項目式學習（PBL）和現象式學習（PhBL）等探究性學習方式，以變革和提升學生的學習體驗。這要追溯到2016年的課改要求——“每所學校每一學年至少要實施一個綜合教學或跨學科學習模塊”。這些學習方式都強調跨學科合作，通過整合多個學科領域，讓學生能夠在實際情景中應用所學知識，從而更深入地理解復雜的現象和概念。

項目式學習在芬蘭教育中占據重要地位。這種學習方式要求學生在教師的引導下，圍繞一個中心主題或問題開展研究。在學習過程中，學生需要自行搜索信息、提出假設、進行實驗，并與同伴共享發現。這樣的學習方式，促使學生能夠在實際的科學實踐中扮演專業科學家的角色，例如通過科學方法和實驗來驗證自己的假說，這不僅增強了他們的科學技能，也加深了他們對科學工作本質的理解。

現象式學習則側重于對現象進行全面觀察，而不是透過單一學科的視角。這種方法通過探索現象背后的科學原理來促進學生對現象的整體理解，教學主要圍繞氣候變化、可持續發展等復雜問題展開。在這種模式下，學生需要整合應用不同學科的知識，如將生物、化學、物理和地理知識融合，以全面分析和解決問題。

這些跨學科的學習方式，不僅是為了知識的積累，更重要的是培養學生的批判性思維、社會情感能力和解決問題的能力。通過小組討論和觀點綜合，學生們可以學會如何在團隊中協作，如何公開辯論和捍衛自己的觀點，同時從他人那里學習和吸收不同的見解。這種教育方式也對教師的教學實踐產生了深遠影響。通過實施PBL和PhBL，教師的教學方法更加靈活和創新，也更能激發學生的學習興趣和參與意愿。

變革測評方法：使用經驗取樣法來測評學生的“參與”

我們如何知道高質量的“參與”正在發生？哪些“參與”只是表面熱鬧？各國心理學家對“參與”有多種理解，并使用不同的方法來確定學生是否在以影響他們表現的方式積極參與。芬蘭權威心理學家卡塔莉娜·薩梅拉-阿若（Katariina Salmela-Aro）認為，“參與”具有三個關鍵屬性：興趣、技能和挑戰。興趣是對特定現象的傾向，例如想知道某些材料為何在撞擊時會崩潰，或為何蜂巢似乎正在消失；技能是掌握新學習機會所需的先決知識，例如了解牛頓運動定律的基礎并能在創建新模型時應用它們；挑戰是一個結果不完全可預測但可測試的行動過程，如計劃并進行實驗以解釋現象。

與將“參與”概念化為一般趨勢的觀念不同，芬蘭將對“參與”的衡量限定在特定時間內發生的具體時刻，會有強度的不同，這使我們能夠比較例如聽老師介紹想法與建模時學生參與度的不同層次。卡塔莉娜·薩梅拉-阿若教授及其團隊將高度參與的時刻視為最佳學習時刻：個體在任務中如此深入投入以至于感覺時間飛逝的特定情境。這種體驗類似于“心流”狀態，即完全沉浸在活動中。

為了測試學生在科學學習過程中的“參與”深度，以及學生在課堂上的學術、社交和情感體驗，芬蘭赫爾辛基大學教育學院領銜并在多個城市使用經驗抽樣法（Experience Sampling Method，簡稱ESM）來測量學生在科學課堂上的參與度和社會情感狀態。學生在一天中多次被提示，通過智能手機回答關于他們所在位置、正在做什么、與誰在一起的簡短調查，以及在被提示時的感受等相關問題。參與的科學教師在與學生相同的時間回答自己的ESM調查。參與的教師和學生還要完成有關他們的態度、背景、學術福祉和職業目標的調查。這種在較短時間里收集學生學習體驗的瞬時評估，可以讓研究者看到“參與”的真實性、強度和動態情況，進而設計最佳的科學學習過程。

變革學習內容：注重核心的科學知識和實踐過程

在提升學生科學興趣和參與度的目標驅動下，芬蘭的科學教學內容也在2016年的課改中進行了一次升級，這一點與歐洲委員會在其“地平線 2020 計劃”（European Commission，s Horizon 2020 Work Programme）中的推薦高度一致。此計劃提倡學校的科學教育內容應更真實地反映科學的實踐過程，滿足青年學生的需求和興趣。所謂“科學實踐過程”，包括讓學生提出問題和定義問題、計劃和實施調查、分析和解釋數據，以及設計解決方案等。也就是說，芬蘭科學教育變革著重將學習內容從傳統的科學知識獲取轉向科學思維能力的培養，希望每個學生都能夠“像科學家一樣思考”。

在這種教育模式中，學生不僅僅要學習理論知識，也要通過實踐活動深入理解科學原理。例如，在一個關于環境科學的單元中，學生們不是簡單地從課本上學習關于生態系統的知識，而是要親自到戶外去觀察當地的生態環境，記錄和分析數據。在這樣的課程設計中，教師的角色也發生了轉變，從知識的傳授者變成了學生學習的引導者。具體來說，芬蘭學生被要求研究區域湖泊的水質問題。學生們首先需要定義研究問題，例如，什么因素正在影響湖泊的水質？接著，他們需要計劃如何收集必要的水樣，并學習如何使用各種測量工具，如pH計和溶解氧儀。數據收集完成后，學生們將在課堂上討論如何分析這些數據，并嘗試解釋數據背后的科學原理。此外，他們還需要探討如何基于分析結果設計可能的解決方案來改善水質問題，例如通過增加水域的植被覆蓋率來自然凈化水質。這種教學模式，不僅可以加深學生對科學概念的理解，也鍛煉了他們的批判性思維能力和解決實際問題的能力，使他們能夠提出問題、做出計劃和實施調查。

變革教學方式：使用數字工具吸引中學生參與科學學習

芬蘭通過數字工具革新科學教育的教學方式，以提高學生在科學學習中的參與度。芬蘭課程大綱強調學生在使用數字工具時需要掌握如下關鍵能力——

首先，學生應該學會以多樣化和創造性的方法使用數字工具。例如，在芬蘭的一個中學科學課堂上，教師利用虛擬現實技術來模擬不同的生態系統，學生們通過VR頭盔觀察并互動。這不僅可以增強學生對生態環境的理解，還激發了他們探索自然世界的興趣。

其次，使用數字工具進行協作和網絡連接也是學生必須掌握的能力。在一節課上，學生們使用在線協作平臺進行小組作業，共同研究全球暖化對極地冰帽的影響。通過這種方式，學生們不僅能夠處理和分析實時數據，還能與處在其他國家和地區的學生群體進行信息交流和觀點分享。

再次，當涉及處理數據、信息和知識時，教師可以引導學生使用數據可視化工具，比如創建關于地球自然資源消耗的動態圖表。這種圖表能夠幫助學生更清晰地理解抽象的統計數據，并提升他們對科學數據分析的興趣。在進一步的學習中，學生應該被指導進行批判性和創造性的知識實踐。例如，教師可以引導學生利用數字圖書館和在線數據庫進行深入的信息檢索，以支持他們完成在氣候變化議題上的研究報告。

最后，學生要學會使用數字工具構建和操作抽象與具體的工件。例如，學生可以使用軟件工具創建概念圖和科學模型，如模擬化學反應的動態模型，這種模型不僅能夠幫助學生理解復雜的化學過程，還可以作為他們科學探究的基礎。這種“以學生為中心”的方法發揮了數字工具的最大潛力，同時培養了學生的科學素養、批判性思維、創新能力以及其他21世紀技能。

（作者系芬蘭教學法協會主席、北京師范大學中芬聯合學習創新研究院附屬研究員）