簡介
《面向全體美國人的科學》《面向全體美國人的科學》，美國科學促進協會編，科學普及出版社2001年4月，29.00元。1985年，美國啟動了培養21世紀人才的“2061計畫”，致力於中國小課程的改革。發表於1989年的《面向全體美國人的科學》是該計畫的第一份重要報告。這份報告是數百名科學家、數學家（注意：數學被 單獨列出）、工程師、醫生、哲學家、歷史學家和教育家３年合作的結晶， 對於中小學生經過十餘年學習後應該具有怎樣的科學素養，作了全面的描述 ，被認為是關於科學、數學、技術素養的“現今科學界所能達到的最接近正確的表述”。這份報告是美國科學教育改革的指導書，美國的科學教育改革已經在這樣的指導下進行了多年。本書中文版對於中國的初等和中等教育改革，自然也有相當重要的參考價值。
美國科學促進會簡介美國科學促進會成立於1848年，是世界主要綜合性科學團體，擁有141000名會員、近300個自然科學、工程學學會和學術團體。學會旨在組織各種活動，促進科學及人類進步。為完成使命，學會承擔有各類計畫的多樣化活動，包括科學與技術政策、科學家的責任和人權、政府間就科學問題的聯繫、公眾對科學的理解、科學教育、科學與工程學方面的國際合作，以及對婦女、少數族裔及殘疾人提供關於科學與工程學的機會等。學會的出版物包括面向專業工作者的《科學》周刊，以及面向學校和圖書館的書評雜誌《科學書籍與電影》。
美國科學促進會1995年著作權，郵編20005， 華盛頓D. C. 紐約大街，1200號
前言
科學素養是一個全民目標，但科學素養的本質到底是什麼呢？什麼人需要獲得必要的知識和技能？怎樣才能提高全民的科學素養呢？
由美國科學促進會發起的這項意義深遠的“2061計畫”，其主要目的就是捋清這些問題，以便改革科學、數學和技術教育。
該計畫的第一階段是為此類教育改革奠定概念基礎，明確中學畢業生必須掌握的知識、技能和思維習慣。其建議成文於《面向全體美國人的科學》，該報告內容涉及科學、數學及技術學。
本摘要是對該報告的概述，亦作為對“2061計畫”的簡介，希望它能讓教育者、決策者、科學家和所有關心該計畫的人了解該計畫的目的和全國科學技術教育委員會提出的關於科學素質的科技教育範疇。
我想強調的是，此摘要不能替代報告本身。希望有意教育改革者能仔細閱讀該報告全文中提出的所有建議。而且，《面向全體美國人的科學》現在又有了姊妹篇《科學素養的基準》，描述在2年級、5年級、8年級和12年級結束時學生應該了解和掌握的科學、數學和技術方面的知識和技能。該文另有單獨的摘要。
“2061計畫”主任 F. 詹姆斯•拉瑟福德
摘要
《面向全體美國人的科學》對什麼是科學素養進行了陳述。該報告的核心是全國科學技術教育委員會（由美國科學促進會指定的傑出科學家和教育家組成的）提出的一系列建議，主要關於科學社會中公民必須具備的理解力與思維習慣。
涵蓋科學、數學和技術學的科學素養，已成為教育的中心目標。而事實是現在的美國人不具備綜合的科學素養。最近一連串的研究充分表明，無論是按國家標準，還是照世界規範，很多學生正在接受失敗的美國教育，，當然這也正是美國的失敗。毋庸置疑，美國當前的首要任務是改革科學、數學和技術學教育。
之所以需要改革是因為國家沒有果斷地採取措施來培養年輕人，尤其是少數民族孩子，使他們適應一個在科學知識和技術力量上都正發生著劇烈變化的世界，而這些年輕人正是國家未來的棟樑。但是教育改革不能簡單地通過立法實現。它需要時間、決心、協作、資源和指引；需要勇氣與實驗；且需要一個國家全局性的眼光，需要去探索美國人期望通過學校教育達到的目標。《面向全體美國人的科學》作為美國科學促進會初步行動即“2061計畫”的一部分，其目的就是要形成這樣的見識。
全國科學技術教育委員會匯集了5個相互獨立的科學專家組的報告之後，形成總報告中所提呈的建議。此外，委員會還諮詢了很多各不相同的領域的顧問和評論員——科學家、工程師、數學家、歷史學家和教育工作者。總之，計畫歷時3年，涉及數百位專家，最後形成了這一由美國科學促進會董事會一致通過的報告《面向全體美國人的科學》。
“2061計畫”與科學素養
《面向全體美國人的科學》為“2061計畫”的第一份報告。它沒有指出教育體系中存在的弊端，也沒對其進行指責，也未給出具體的解決方法。其基本目的是描述科學素養的特徵。因此，其建議形式是向全體美國兒童提出基本的學習目標。“2061計畫”的基本前提是，不必要求學校傳授更多內容，而是要學校傳授更少內容，以便教得更好一些。因此，就學習的共同核心部分，《面向全體美國人的科學》所提建議限定在最具科學和教育意義的概念和技能上。
美國科學促進會於1985年開始實施“2061計畫”，當年恰逢哈雷彗星臨近地球，此巧合促成這一計畫名稱的誕生，因為人們發現，當年即將入學的兒童，將在2061年再次迎接這顆彗星的回歸，這正好是人一生的時間。
“2061計畫”是一項包含三個階段的有目的、可持續的行動計畫，旨在對科學、數學和技術教育進行必要的批判性改革。
第一階段主要著眼於梳理科學素養的本質。《面向全體美國人的科學》及科學專家小組的各項報告構成這一階段的主要成果。第一階段的目的旨在界定學生從幼稚園到高中畢業，整個學校學習經歷過程中應該獲取的知識、技能和態度，來建立改革的基本概念。
第二階段，由教育家和科學家組成的小組，根據《面向全體美國人的科學》提出的理論和指導思想，設計不同模式的課程，運用於若干州與區的學校之中。這期間，該計畫還規劃改革藍圖，內容涉及教師的培訓和教育、教輔材料和輔助教學的技術手段、測試、學校教育機構、教育政策、課程聯繫、家長與社區、商業與工業、高等教育、經費與公平性。“2061計畫”在著手創建這些新資源的同時，在學校科學課程的改革上，努力拓展國家級專家庫，並繼續宣傳提高全民科學素養的必要性。
第三階段是推廣合作期，將持續十年甚至更長，在此期間，大量積極參與教育改革的組織，將利用第一和第二階段的資源，推動全民科學素養教育。學校相關利益者將制定在全國學校科學、數學和技術學科教育中貫徹的改革策略，，同時考慮在歷史、經濟和政治教育上的改革。
建議
全國科學技術教育委員會闡釋了科學素養的基本範圍，可大體歸納為：
熟悉自然世界，認識它的多樣性和統一性
了解科學的關鍵概念與原理
了解科學、數學和技術相互依存的重要方式
認識到科學、數學和技術是人類的偉大事業，認識到它們的優勢與局限
具備科學思考能力
運用科學知識和科學思維方法處理個人和社會問題
全國科學技術教育委員會的建議涵蓋了一系列廣泛的學科主題，其中的很多已常見於中學課本中（例如物質結構，細胞基本功能，疾病預防，傳播技術以及數字的不同用途），但處理這些主題的方式在以下兩個方面與傳統方式不同：
其不同之一，在於弱化傳統上各學科之間的分類界限，強化相互間的聯繫。比如，能量轉換髮生在物理、生物和技術系統，進化改變出現在星球、生物和社會中。
不同之二，相比傳統的科學、數學和技術課程，要求學生記憶的內容細節少了許多，強調的是理解概念和掌握思維技能，而不是專業辭彙和記憶的過程。不僅深入淺出地闡釋所選概念，而且為進一步學習打下持續的基礎。細節被視作提高的手段，而不是必需，學生只需理解大致的概念。比如，全國科學技術教育委員會認為，基本的科學素養包括，了解活細胞的主要功能是根據DNA分子的編碼指令聚集蛋白質分子，但不必記憶“核糖體”或者“脫氧核糖核酸”這樣的術語。
全國科學技術教育委員會的建議中還有些學校課程中不常見的主題，包括科學事業的本質，以及科學、數學及技術之間以及它們與社會體系之間大體上有怎樣的聯繫。委員會還要求學生了解科學技術史上的重大事件，以及貫穿所有科學思維方式的重大的概念性理論。
委員會的建議形成了這一份報告，共12章，包括4大範疇：科學的能動作用、科學世界觀、科學觀點和科學思維習慣。
科學的能動作用
畢業生畢業離校時應該懂得，什麼是科學的能動作用，它與他們的文化和生活之間有著怎樣的聯繫。具備這樣的能力，需要掌握以下各點：
科學的能動作用源自科學、數學和技術的統一性。技術為科學和數學求索提供基本工具和方法，並指示新的研究方向。過去，新技術是建立在實踐知識不斷積累，今天，它們更多的是建立在對事物運行的原理的科學理解之上。數學本身是一門科學（或學科），但它同時也是一門自然科學的語言，一個廣泛運用於科學與技術中的強有力的分析工具。
科學、數學和技術深植於歷史，深植於世界的每一個部分。正如任何民族都具有創造力，他們製造工具、改進技術，以改變自己的環境，他們對自然充滿同樣的好奇，渴望探索其一切。現代科學——確實已成為國際性的——雖然僅有數百年歷史，其各方面（尤其是數學和天文學方面）可追溯至早期的埃及、希臘、中國和阿拉伯文化。
科學、數學和技術從智力、實踐、情感、美學和倫理方面表達了人類的智慧與局限。這些領域的進步，是人類各種不同興趣、才能和個性方面發展的最高結晶，雖然社會障礙還阻礙了婦女和少數民族在這些領域的表現。
各不相同的自然科學與社會科學在主旨與技法上總有不同，但它們具有共同的價值，對知識有共同的哲學觀點，對世界有共同的了解方式。所有學科都假定，宇宙之事物與事件，均以一貫的模式發生著，可以通過細緻、系統的研究得以理解。雖然它們都意在提供可證實的知識，但沒有哪一個學科聲言自己提供的是絕對真理，是不會再改變的知識。
各學科調查的主旨及運用的技法，隨時間、新工具的發展和學科分界的不斷變化而變化。儘管如此，科學探索的特徵不變——運用描述、實驗和歷史方法，依據被研究的現象及能夠運用的工具進行科學探索。然而，各種不同的方法都同樣要求有證據來支撐科學研究，都同樣運用可以通過實驗驗證的假設和邏輯推理，都同樣尋求能解釋、可預測的理論，都同樣努力辨析並避免偏見。
數學是一門研究抽象模式和關係的科學。作為理論學科，它探索抽象概念中可能的關係，不在意在真實世界中是否能找到它們的對應。然而，結果卻常常是，純數學中的發現，常常具有驚人的、出乎預料的實用價值。作為實用學科，數學處理來自自然與社會科學及日常經驗中的問題。有時，在解決這些問題的過程中，探究出基本的數學發現。
無論從理論還是從套用的角度來看，數學都是一個創造性過程，而不是運用記憶規則去計算答案。數學過程包括，抽象描繪事物的一些方面，邏輯性處理抽象概念，以及發現它們之間的新關係，並領會新關係是否表示出原事物的一些有用信息。用這種方式研究的對象可以是物體、集合、事件、過程、概念、數字或者其他數學抽象概念。
從最寬泛的意義上說，技術拓展了我們改變世界的能力：切割、定型或裝配物體；將物體從一地移往另一地；延伸我們的手、聲音、感官感覺和思想。工程學就是為獲得這樣的變化而設計和建造技術系統的過程。工程師得考慮物理、經濟、政治、社會生態、審美和倫理，並在其中達到平衡。
技術體系和社會體系之間相互強烈影響著。社會和經濟力量決定採取、關注、投資和套用哪些技術，與此同時，技術總是對人類社會的本質產生巨大的影響。技術改變對社會的影響（利益、成本和風險），有些可以預測，有些不能。
科學的世界觀
科學、數學和技術知識對每一個人都非常重要，因為它讓這個世界更易了解、更加有趣。然而，《面向全體美國人的科學》並不是要求所有學生都要獲得各科學學科的詳盡知識，而是建議學生培養科學概念和原理明晰的、讓人信服的世界觀，這些概念包括：
宇宙的結構與進化：強調各地發現的物質與力量的相似性，宇宙對一些普遍原理的反映（比如宇宙的萬有引力和能量守恆），及探索宇宙的方式。
行星地球的普遍特點：包括它的位置、運動、起源和資源；它的表面形成和變化動力；生物對地球表面和大氣的影響；地形、海洋、河流、氣候和地球資源怎樣影響著人們在哪生活，怎么生活，以及人類歷史是怎么展開的。
與物質、能量、力和運動有關的基本概念：強調它們在解釋從星體誕生到細胞功能的廣泛而多樣的自然現象的概念時的作用。
生活環境：強調地球生物豐富的多樣性及生物細胞在結構與功能上驚人的相似性；物種的相互依存以及物種對自然環境的依存；以及生命輪迴中物種與能量的流動。
生物進化概念：建立在廣泛的地質和分子證據之上，解釋了生命形式的多樣性和相似性，是整個生物學最基本的原理。
人類生命經發展和成熟各階段的循環：強調促成健康孩子誕生的因素，促成人類潛能完滿發展的因素，促成人類壽命改善的因素。
人體：是一個由細胞和器官組成的複雜系統，其基本結構和功能都是為從食物中獲取能量、抵禦傷害、內部協調和繁衍等服務。
生理和心理健康：因為它們受到包括生物、生理、心理、社會、經濟、文化和環境等因素的相互作用，還受食物、鍛鍊、藥物、及空氣和水的質量等的影響。
醫藥技術：包括機械、化學、電子、生物、遺傳物質和技術；它們提高人體功能的作用；它們探查、診斷、控制和治療疾病的作用；以及因其作用而導致的倫理上和經濟上的問題。
人類社會動力的特點：包括人出生的文化環境、階級差別的本質與影響、各個社會對行為得體的不同定義，群體關係的社會影響，以及技術在塑造社會行為方面的作用。
社會變革與衝突：強調刺激或阻礙變革的因素、社會平衡的意義、衝突的原因、群體與個人解決衝突的機制、政府對變革的引導和控制，以及世界社會和經濟體系越來越相互依賴的影響。
政治和經濟組織的形式：強調政治和經濟觀點的相互糾纏，其中理論上政治與經濟體系間的不同，實踐中資本主義和社會主義體系又常常混合。
人口：包括它的規模、密度、分布、導致它迅速增長和占據主導地位的技術因素，它對其他物種和環境的影響，以及未來人口與資源和資源的關係。
技術的本質：包括農業，強調古代農業革命以及生物和化學技術的運用對20世紀農業生產力的影響；物質與能量的獲取、處理和利用，尤其關注工業革命和基於計算機套用為基礎的現代製造業革命；信息處理與傳播，著重於計算機和電子傳播對當今社會的影響。
符號數學與符號關係學：著重其類型、性質、特點、以及用圖形和代數方式表達事物間關係的數字和圖形；用坐標體系作為關聯數字幾何學和地理學的方法。
機率：包括限制知識的不確定性，估計和表達機率的方法，以及涉及大數字時預測結果的這些方法的運用。
數據分析：著重概括數據的數字方式和圖形方式，相互關係的性質與局限，以及數據收集中的採樣問題。
推理：包括邏輯推理的本質、從有限經驗中歸納個概括的套用和風險、以及類推推理。
有關科學的觀點
科學素養還包括從文化和智力史的角度觀察科學的能動性，熟悉超越科學、數學和技術界限的一些重要的觀點。為達此目的，委員會建議，所有學生都要發展以下科學觀點：
意識到科學世界觀既源於長期積聚的無數小發現累積而成的進化和改變（漸變），又源於迅速徹底改變世界觀方式的劇變。
熟悉科學與技術史上超越文化傳統意義的一些重大事件。這些西方思想與行動上的發展里程碑，包括伽利略在改變我們對自己所處宇宙位置的理解中的作用，牛頓驗證的天地運動適用於同樣的法則，達爾文觀察到的導致他推斷出生命起源機制的生命形式的多樣化與關聯性，賴爾展示的地球時代的岩石層學說，巴斯德證實的由顯微鏡下才能看到的微小生物體引起疾病傳染的學說。
理解一些重要概念，尤其是經證明在思考事物運作方面有作用的概念。這些概念包括：作為統一整體的系統概念，其中的每一部分只有與其他部分聯繫起來方可理解；顯示事物如何運作或可能運作的模型，含物理方法、圖表、等式、電腦程式或心理意象等；系統的穩定與變化；評定目標和系統行為的效果。
科學思維習慣
縱觀歷史，人類一直關注一代又一代的思維習慣傳承：共同的價值觀、態度及思維方式。考慮到科學和技術對當代生活的各個方面均有越來越大的影響，科學素養方面的思維習慣傳承則包括具備一定的科學價值觀、態度、和思維模式。因此，美國全國科學技術教育委員會建議修改國小和中學教育，使之確保全體學生畢業時能夠：
在科學、數學和技術實踐中形成一些固有的價值觀，尤其是在論證時使用論據和邏輯推理方面；以真誠、坦率、求索的態度面對新概念；持懷疑的態度評價公開宣布的理論與論證。
明智、理性地確信科學能動的社會利益——信念是建立在人們運用知識和技術的基礎上，建立在繼續發展新知識和技術的需求基礎上。
理解科學和數學，能處理定量的事物、批判性思考、準確評判及運用常規工具和儀器（包括計算器和電腦）。
掌握計算技能，包括一定的迅速準確心算的能力；用紙筆和計算器計算的能力；適當估計大致答案及檢查其他計算方式的合理性的能力。
具備操作與觀察能力，著重正確使用測量儀器的能力；運用計算機儲存和尋回信息的能力；運用普通手工工具的能力。
具備溝通能力，包括口、筆頭清楚表達基本思想、指示和信息的能力、用表格和簡單圖表組織信息的能力及繪製粗略圖表的能力。有效溝通還包括閱讀和理解刊登在通俗出版物及廣播媒介上的科技新聞的能力。
具有批判性反應技能，能謹慎判斷廣告商、社會名人、組織、娛樂業及新聞媒體的言論，尤其是在它們披著科學外衣的時候，能詳細審視他們的論斷，從而更少地受偏見及經濟學原則的影響。
通往未來的橋樑
實現《面向全體美國人的科學》中所表述的目標，其進展需要4個步驟：1）開發新的課程模式；2）改進科學、數學和技術的教學；3）現實理解如何才能實現全國性的重大、持續性改革；4）啟動多領域的協同行動。這些步驟反映了以下考慮：
學校（從幼稚園到高中畢業）現今使用的課程不是為實現報告中所概括的廣泛目標而設計的。要確保所有學生的科學素養，課程需要改進，減少內容覆蓋的數量；弱化或取消各學科之間的嚴格界限；更注重科學、數學和技術之間的聯繫；視科學能動性為一項社會事業，既影響人類思想和行為，也受人類思想和行為的影響；培育科學思維方法。
有效傳授科學、數學和技術（或任何其他知識和技能），必須基於從系統研究和經實驗驗證的經驗中提煉的學習理論。而且，與科學素養有關的教學，需要與科學探索的精神和品格一致，與科學價值觀一致。這包括對現象提出問題，而不是學習答案；引導學生主動假設、收集和運用證據，設計調查和研究過程；給學生提供運用機械、電子和光學工具動手實踐的機會；獎賞學生的好奇心與創造力；常常採用組織學生團隊的學習方式。
教育改革必須全面，重點放在所有孩子的學習需要上，涵蓋所有年級、所有科目，涉及教育制度的所有因素和所有方面。單獨修補教育制度的某個方面將不會有什麼成效。面對現今美國教育制度的規模及複雜性，以及權威和資源的分散性，在全國範圍內進行改革將需要相當長的時間。還需要創造有利改革的條件，贏得公眾對改革持續十年甚至更長的支持。
最後一點，改革要成功，需要大家協同工作，包括管理人員、教授、社區、商界、勞工和政治領導人以及教師、家長和學生本人。為了這個目標，《面向全體美國人的科學》提出了一個行動議程，列出個人、機構、組織和政府行政部門均能為改革協同工做的步驟。其中“2061計畫”的任務是繼續竭盡所能，使科學素養和教育改革列入教育者、科學家，政策制定者及公眾的議程。
無論從智力、社會還是從經濟上來說，美國都有能力改善它的學校教育，確保培養全體學生的科學素養。這是國家的職責、決心和意願，是為了共同的目標而通力協作。《面向全體美國人的科學》旨在協助闡明這些共同的目標。
