Обучение и популяризация науки: исторический обзор.

Научное образование: обучение наукам школьников и взрослых. Методы, содержание, стандарты K-12, история преподавания. Популяризация науки.

20 мин чтения

100%

Источник: Science education — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Научное образование – это обучение и изучение науки школьниками, студентами или взрослыми, не являющимися специалистами в области науки, среди широкой общественности. Эта область включает в себя работу с научным содержанием, научным методом (научным процессом), некоторыми социальными науками и педагогическими подходами к обучению. Стандарты научного образования определяют ожидания относительно развития понимания учащимися на протяжении всего обучения с K по 12 класс и далее. Традиционно стандарты охватывают физические, биологические, земные, космические и науки о человеке.

Исторический фон

Первым человеком, которому приписывают должность учителя естественных наук в британской государственной школе, был Уильям Шарп, покинувший работу в школе Рэгби в 1850 году после введения науки в учебную программу. Считается, что Шарп заложил основу для преподавания науки во всей британской системе государственных школ. Британская академия содействия развитию науки (BAAS) опубликовала в 1867 году доклад, призывающий к обучению "чистой науке" и формированию "научного склада ума". Движение прогрессивного образования поддерживало идеологию умственного развития посредством изучения наук. BAAS подчеркивала необходимость отдельной предпрофессиональной подготовки в среднем научном образовании, чтобы подготовить будущих членов BAAS. Первоначальное развитие преподавания науки замедлилось из-за нехватки квалифицированных учителей. Ключевым событием стало основание первого Лондонского школьного совета в 1870 году, который обсуждал школьную программу, а также начало курсов для подготовки учителей естественных наук. В обоих случаях прослеживалось влияние Томаса Генри Хаксли. Джон Тиндалл также оказал значительное влияние на преподавание физических наук. В Соединенных Штатах до стандартизации в 1890-х годах научное образование представляло собой разрозненные предметы. 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 высших учебных заведений во Флориде, Национальная ассоциация образования в 1892 году назначила Комитет из десяти человек, которому были предоставлены полномочия организовывать будущие встречи и назначать предметные комитеты по основным предметам, преподаваемым в средних школах. Комитет состоял из десяти преподавателей, а его председателем был Чарльз Элиот из Гарвардского университета. Комитет из десяти назначил девять конференционных комитетов: по латыни, греческому языку, английскому языку, другим современным языкам, математике, истории, гражданскому устройству и политической экономии, физике, астрономии и химии, естественной истории и географии. Каждый комитет состоял из десяти ведущих специалистов из колледжей, педагогических училищ и средних школ. Отчеты комитетов были представлены Комитету из десяти, который собрался на четыре дня в Нью-Йорке для создания всеобъемлющего доклада. В 1894 году NEA опубликовала результаты работы этих конференционных комитетов. Этот комитет поддержал подход гражданской науки, ориентированный на умственное развитие, и не учитывал успеваемость по научным дисциплинам при поступлении в колледж. BAAS поощряла свою более давнюю модель в Великобритании. В США принятая учебная программа характеризовалась следующим образом: научное образование чаще всего подразделяется на три основные области: биологию, химию и физику. Кроме того, существует обширная научная литература, выступающая за включение в учебный процесс изучения природы науки, которое постепенно внедряется в национальные учебные программы.

The first person credited with being employed as a science teacher in a British public school was William Sharp, who left the job at Rugby School in 1850 after establishing science to the curriculum. Sharp is said to have established a model for science to be taught throughout the British public school system. The British Academy for the Advancement of Science (BAAS) published a report in 1867 calling for the teaching of "pure science" and training of the "scientific habit of mind." The progressive education movement supported the ideology of mental training through the sciences. BAAS emphasized separate pre professional training in secondary science education. In this way, future BAAS members could be prepared. The initial development of science teaching was slowed by the lack of qualified teachers. One key development was the founding of the first London School Board in 1870, which discussed the school curriculum; another was the initiation of courses to supply the country with trained science teachers. In both cases the influence of Thomas Henry Huxley. John Tyndall was also influential in the teaching of physical science. In the United States, science education was a scatter of subjects prior to its standardization in the 1890s. The development of a science curriculum emerged gradually after extended debate between two ideologies, citizen science and pre professional training. As a result of a conference of thirty leading secondary and college educators in Florida, the National Education Association appointed a Committee of Ten in 1892, which had authority to organize future meetings and appoint subject matter committees of the major subjects taught in secondary schools. The committee was composed of ten educators and chaired by Charles Eliot of Harvard University. The Committee of Ten appointed nine conferences committees: Latin; Greek; English; Other Modern Languages; Mathematics; History; Civil Government and Political Economy; physics, astronomy, and chemistry; natural history; and geography. Each committee was composed of ten leading specialists from colleges, normal schools, and secondary schools. Committee reports were submitted to the Committee of Ten, which met for four days in New York City, to create a comprehensive report. In 1894, the NEA published the results of the work of these conference committees. This committee supported the citizen science approach focused on mental training and withheld performance in science studies from consideration for college entrance. The BAAS encouraged their longer standing model in the UK. The US adopted a curriculum was characterized as follows: Science education is most commonly broken down into the following three fields: Biology, chemistry, and physics. Additionally there is a large body of scientific literature that advocates the inclusion of teaching the Nature of Science, which is slowly being adopted into the national curricula.

Физическое образование

Физическое образование характеризуется изучением науки, которая имеет дело с материей и энергией, и их взаимодействием. Программа "Физика прежде всего", одобренная Американской ассоциацией учителей физики, представляет собой учебный план, в рамках которого ученики 9-го класса изучают вводный курс физики. Цель программы – углубить понимание физики учащимися и дать возможность более детально изучать биологию и химию в старших классах средней школы. Она также направлена на увеличение числа учеников, которые продолжат изучать физику в 12-м классе или AP Physics, которые обычно являются факультативными предметами в американских средних школах. [22]

За последние двадцать лет физическое образование в средних школах США столкнулось с трудностями, поскольку многие штаты теперь требуют только три естественнонаучных предмета, которые можно выполнить, изучив науки о Земле/физику, химию и биологию. Тот факт, что многие ученики не изучают физику в средней школе, затрудняет для них поступление на естественнонаучные курсы в колледже. На уровне университетов и колледжей использование соответствующих технологических проектов для пробуждения интереса к физике у студентов, не изучающих физику, показало свою эффективность. [23] Это потенциальная возможность установить связь между физикой и общественной пользой.

Химическое образование

Химическое образование характеризуется изучением науки, которая рассматривает состав, структуру и свойства веществ, а также превращения, которым они подвергаются. Химия – это наука о химических веществах и элементах, их воздействии и характеристиках. Студенты, изучающие химию, знакомятся с периодической таблицей. Область научного образования, известная как «химия», должна преподаваться в актуальном контексте, чтобы обеспечить полное понимание современных проблем устойчивого развития. Как указано в источнике, химия – очень важный предмет в школе, поскольку она учит студентов понимать мировые проблемы. Поскольку дети проявляют интерес к окружающему миру, учителя химии могут вызвать этот интерес и тем самым углубить их знания. Химия – это очень практико-ориентированный предмет, что означает, что большая часть времени на занятиях посвящена работе или выполнению экспериментов.

Биологическое образование

Биологическое образование характеризуется изучением структуры, функции, наследственности и эволюции всех живых организмов. Сама биология – это изучение живых организмов посредством различных областей, включая морфологию, физиологию, анатомию, поведение, происхождение и распространение. В зависимости от страны и уровня образования существует множество подходов к обучению биологии. В Соединенных Штатах всё большее внимание уделяется способности проводить исследования и анализировать вопросы, связанные с биологией, в течение продолжительного времени. Современные стандарты биологического образования основаны на решениях Комитета десяти, который в 1892 году стремился стандартизировать обучение в средней школе. Комитет подчеркнул важность первоначального изучения естествознания (биологии), с акцентом на наблюдениях, получаемых в ходе лабораторных работ.

Природа научного образования

Образование в области философии и методологии науки (Nature of Science) – это изучение науки как деятельности, порожденной человеком, ее взаимодействия с обществом, работы ученых, способов построения и обмена научными знаниями, их развития и применения. Оно подчеркивает эмпирический характер науки и разнообразие используемых в ней методов. Целями образования в области философии и методологии науки являются помощь учащимся в оценке научных и псевдонаучных утверждений, мотивация к изучению науки и более качественная подготовка к карьере в научной сфере или в областях, связанных с наукой.

Подход к управляемому открытию

Вместе с Джоном Дьюи, Джеромом Брунером и многими другими, Артур Костлер критикует современное научное образование и предлагает заменить его методом направленного открытия: чтобы получить удовольствие от искусства познания, как и от других искусств, познающий – в данном случае студент – должен в определенной степени пережить творческий процесс. Иными словами, его следует побудить, при надлежащей помощи и руководстве, самостоятельно сделать некоторые из фундаментальных научных открытий, испытать в своем сознании те проблески озарения, которые освещали путь науки. Традиционный подход, когда перед учеником представляется не проблема, а готовое решение, лишает его всякого азарта, подавляет творческий импульс, превращает приключение человечества в пыльную груду теорем. Конкретные практические примеры этого подхода доступны.

Исследования

Практика научного образования все больше опирается на исследования в области преподавания и изучения естественных наук. Исследования в области научного образования используют широкий спектр методологий, заимствованных из различных областей науки и техники, таких как информатика, когнитивная наука, когнитивная психология и антропология. Целью исследований в области научного образования является определение или характеристика того, что представляет собой обучение в области естественных наук и каким образом оно происходит. Джон Д. Брансфорд и др. обобщили масштабные исследования мышления учащихся, выделив три ключевых момента:

Предварительные представления. Первичные представления о том, как устроен мир, отличаются удивительной устойчивостью, и преподаватель должен явно учитывать конкретные заблуждения учащихся, чтобы помочь им пересмотреть свои ошибочные представления в пользу более научного объяснения. Поэтому для преподавателей важно уметь выявлять предварительные представления учащихся и регулярно включать это в процесс планирования. Организация знаний. Чтобы достичь настоящей грамотности в определенной области науки, учащимся необходимо: "(а) обладать прочной базой фактических знаний, (б) понимать факты и идеи в контексте концептуальной структуры и (в) организовывать знания таким образом, чтобы облегчить их воспроизведение и применение". Метапознание. Учащиеся получат пользу от размышлений о своем мышлении и процессе обучения. Их необходимо обучать способам оценки своих знаний и пробелов в них, оценке методов мышления и обоснованности выводов. Некоторые преподаватели и другие специалисты практикуют и пропагандируют обсуждение псевдонауки как способа понимания научной методологии и решения проблем, связанных с псевдонаукой. Образовательные технологии постоянно совершенствуются для удовлетворения специфических потребностей учителей естественных наук. Одно исследование, посвященное изучению использования мобильных телефонов в высшем образовании, показало, что мобильные технологии могут повысить вовлеченность и мотивацию студентов на занятиях по естественным наукам. Согласно библиографии исследований, ориентированных на конструктивистский подход к обучению и изучению естественных наук (2005 год), около 64% задокументированных исследований посвящены физике, 21% – биологии и 15% – химии. Основная причина доминирования физики в исследованиях обучения и преподавания, по-видимому, заключается в том, что понимание физики сопряжено с трудностями, обусловленными спецификой этой науки. Исследования представлений учащихся показали, что большинство первичных (повседневных) представлений, которые учащиеся приносят на уроки физики, резко контрастируют с физическими концепциями и принципами, которые необходимо усвоить – начиная с детского сада и заканчивая высшим образованием. Зачастую представления учащихся несовместимы с физическими взглядами. Это также справедливо и для более общих моделей мышления и рассуждений учащихся.

Preconceptions Prior ideas about how things work are remarkably tenacious and an educator must explicitly address a students' specific misconceptions if the student is to reconfigure his misconception in favour of another explanation. Therefore, it is essential that educators know how to learn about student preconceptions and make this a regular part of their planning. Knowledge organization In order to become truly literate in an area of science, students must, "(a) have a deep foundation of factual knowledge, (b) understand facts and ideas in the context of a conceptual framework, and (c) organize knowledge in ways that facilitate retrieval and application." Metacognition Students will benefit from thinking about their thinking and their learning. They must be taught ways of evaluating their knowledge and what they do not know, evaluating their methods of thinking, and evaluating their conclusions. Some educators and others have practiced and advocated for discussions of pseudoscience as a way to understand what it is to think scientifically and to address the problems introduced by pseudoscience. Educational technologies are being refined to meet the specific needs of science teachers. One research study examining how cellphones are being used in post secondary science teaching settings showed that mobile technologies can increase student engagement and motivation in the science classroom. According to a bibliography on constructivist oriented research on teaching and learning science in 2005, about 64 percent of studies documented are carried out in the domain of physics, 21 percent in the domain of biology, and 15 percent in chemistry. The major reason for this dominance of physics in the research on teaching and learning appears to be that understanding physics includes difficulties due to the particular nature of physics. Research on students' conceptions has shown that most pre instructional (everyday) ideas that students bring to physics instruction are in stark contrast to the physics concepts and principles to be achieved – from kindergarten to the tertiary level. Quite often students' ideas are incompatible with physics views. This also holds true for students' more general patterns of thinking and reasoning.

Австралия

Как и в Англии и Уэльсе, обучение естественным наукам в Австралии является обязательным до 11-го класса, после чего учащиеся могут выбрать для изучения одну или несколько из вышеперечисленных областей. Если они больше не хотят изучать науку, они могут не выбирать ни одной из них. До 11-го класса научный курс представляет собой единый предмет, в рамках которого учащиеся изучают все области, получая общее представление о науке. Национальная учебная комиссия Австралии (2009) заявила, что "учебная программа по естественным наукам будет организована вокруг трех взаимосвязанных направлений: научное понимание; навыки научного исследования; и наука как область человеческой деятельности". Эти направления предоставляют учителям и преподавателям основу для организации учебного процесса. В 2011 году было отмечено, что серьезной проблемой, с которой столкнулось научное образование в Австралии за последнее десятилетие, является снижение интереса к науке. Все меньше учеников 10-го класса выбирают науку для изучения в 11-м классе, что вызывает опасения, поскольку именно в эти годы формируется отношение учащихся к будущей научной карьере. Эта проблема не является уникальной для Австралии и наблюдается во многих странах мира.

Китай

Качество образования в Китае страдает из-за того, что в обычном классе обучается от 50 до 70 учеников. Имея более 200 миллионов учащихся, Китай обладает крупнейшей в мире системой образования. Однако лишь 20% учеников успешно завершают полную десятилетнюю программу обучения.

Великобритания

В английских и валлийских школах наука является обязательным предметом в национальной учебной программе. Все учащиеся в возрасте от 5 до 16 лет должны изучать естественные науки. Как правило, она преподается как единый научный курс до старших классов, а затем разделяется на отдельные предметы на уровне A-level (физика, химия и биология). Однако правительство впоследствии выразило желание, чтобы учащиеся, демонстрирующие хорошие результаты в 14 лет, имели возможность изучать три отдельных науки с сентября 2008 года. В Шотландии предметы разделяются на химию, физику и биологию в возрасте 13–15 лет для получения квалификаций National 4/5 по этим предметам, а также существует комбинированная квалификация по науке, которую студенты могут сдать, если их школа предлагает такую возможность. В сентябре 2006 года в школах Великобритании была введена новая учебная программа по науке, известная как «Наука XXI века», в качестве варианта для сдачи экзаменов GCSE, разработанная для того, чтобы «обеспечить всем учащимся в возрасте от 14 до 16 лет ценный и вдохновляющий опыт изучения науки». В ноябре 2013 года исследование, проведенное Ofsted в области преподавания науки в школах, показало, что практические занятия по науке не считаются достаточно важными. В большинстве английских школ учащиеся имеют возможность изучать отдельную научную программу в рамках подготовки к GCSE, что предполагает сдачу 6 экзаменов в конце 11-го года обучения; это обычно занимает один из их блоков факультативных предметов и требует больше уроков науки, чем у тех, кто не выбирает отдельные научные курсы или не получает на них приглашение. Другие учащиеся, которые не выбирают обязательный дополнительный курс естественных наук, сдают 4 экзамена, что приводит к получению 2 аттестатов GCSE, в отличие от 3 аттестатов GCSE, выдаваемых при изучении отдельных наук.

Соединенные Штаты

Во многих штатах США педагоги K-12 должны придерживаться строгих стандартов или рамок, определяющих, какому содержанию следует обучать разные возрастные группы. Это часто приводит к тому, что учителя спешат "охватить" материал, не "обучая" его в полной мере. Кроме того, научный процесс, включая такие элементы, как научный метод и критическое мышление, часто упускается из виду. Такой подход может привести к тому, что ученики успешно сдают стандартизированные тесты, не развив при этом сложных навыков решения проблем. Хотя на уровне колледжа американское научное образование, как правило, менее регламентировано, оно на самом деле более интенсивно, поскольку преподаватели и профессора укладывают больше материала в тот же период времени. В 1996 году Национальная академия наук США при Национальных академиях выпустила Национальные стандарты научного образования, которые доступны онлайн бесплатно в различных форматах. Ее акцент на науке, основанной на исследованиях, базирующейся на теории конструктивизма, а не на непосредственном заучивании фактов и методов, остается предметом споров.

In many U. S. states, K 12 educators must adhere to rigid standards or frameworks of what content is to be taught to which age groups. This often leads teachers to rush to "cover" the material, without truly "teaching" it. In addition, the process of science, including such elements as the scientific method and critical thinking, is often overlooked. This emphasis can produce students who pass standardized tests without having developed complex problem solving skills. Although at the college level American science education tends to be less regulated, it is actually more rigorous, with teachers and professors fitting more content into the same time period. In 1996, the U. S. National Academy of Sciences of the U. S. National Academies produced the National Science Education Standards, which is available online for free in multiple forms. Its focus on inquiry based science, based on the theory of constructivism rather than on direct instruction of facts and methods, remains controversial.</blockquote>Concern about science education and science standards has often been driven by worries that American students, and even teachers, lag behind their peers in international rankings. One notable example was the wave of education reforms implemented after the Soviet Union launched its Sputnik satellite in 1957. The first and most prominent of these reforms was led by the Physical Science Study Committee at MIT. In recent years, business leaders such as Microsoft Chairman Bill Gates have called for more emphasis on science education, saying the United States risks losing its economic edge. To this end, Tapping America's Potential is an organization aimed at getting more students to graduate with science, technology, engineering and mathematics degrees. Public opinion surveys, however, indicate most U. S. parents are complacent about science education and that their level of concern has actually declined in recent years. Furthermore, in the recent National Curriculum Survey conducted by ACT, researchers uncovered a possible disconnect among science educators. "Both middle school/junior high school teachers and post secondary science instructors rate(d) process/inquiry skills as more important than advanced science content topics; high school teachers rate them in exactly the opposite order." Perhaps more communication among educators at the different grade levels in necessary to ensure common goals for students.

Озабоченность научным образованием и стандартами часто вызвана опасениями, что американские ученики и даже учителя отстают от своих сверстников в международных рейтингах. Ярким примером является волна образовательных реформ, реализованных после запуска Советским Союзом спутника "Спутник" в 1957 году. Первой и наиболее значимой из этих реформ руководил Комитет по изучению естественных наук при MIT. В последние годы лидеры бизнеса, такие как председатель Microsoft Билл Гейтс, призывали к большему вниманию к научному образованию, утверждая, что Соединенные Штаты рискуют потерять свои экономические преимущества. С этой целью организация "Раскрытие потенциала Америки" стремится к тому, чтобы больше студентов получали степени в области науки, технологий, инженерии и математики. Однако опросы общественного мнения показывают, что большинство американских родителей удовлетворены научным образованием, и уровень их обеспокоенности фактически снизился в последние годы. Более того, в недавнем Национальном обзоре учебных программ, проведенном ACT, исследователи выявили возможный разрыв во взглядах среди преподавателей наук. "Как учителя средней и младшей школы, так и преподаватели вузов оценивают навыки работы с информацией и исследовательские навыки как более важные, чем углубленное изучение научных дисциплин; учителя старшей школы оценивают их в обратном порядке". Возможно, для обеспечения общих целей для учеников необходимо больше общения между преподавателями разных уровней образования.

2012 год - рамочная программа научного образования

Согласно докладу Национальной академии наук, наука, технологии и образование играют первостепенную роль в современном мире, однако в Соединенных Штатах недостаточно специалистов, выбирающих профессии в области науки, технологий, инженерии и математики (STEM). В 2012 году Комитет Национальной академии наук по разработке концептуальной основы новых образовательных стандартов в области естественных наук для K-12 разработал руководящую структуру для стандартизации образования в области естественных наук на всех уровнях K-12, с целью систематической организации обучения естественным наукам на протяжении всех школьных лет. Публикация под названием «Основы для образования в области естественных наук в K-12: практики, сквозные концепции и основные идеи» направлена на стандартизацию образования в области естественных наук в Соединенных Штатах. В ней подчеркивается, что преподаватели естественных наук должны сосредоточиться на «ограниченном числе ключевых идей по дисциплинам и сквозных концепций, разработке учебных программ, позволяющей учащимся последовательно расширять и пересматривать свои знания и умения на протяжении многих лет, а также поддержке интеграции этих знаний и умений с практиками, необходимыми для проведения научных исследований и инженерных разработок». В докладе отмечается, что в XXI веке американцам необходимо научное образование для того, чтобы изучать вопросы, связанные с их личными и общественными приоритетами, «систематически исследовать эти вопросы», а также мыслить научно и уметь применять научные знания. Комитет, разработавший эту новую структуру, рассматривает эту необходимость как вопрос образовательной справедливости по отношению ко всем учащимся. Привлечение более широкого круга учащихся к STEM-образованию, по мнению комитета, является вопросом социальной справедливости.

2013 Научные стандарты нового поколения

В 2013 году были выпущены новые стандарты в области естественнонаучного образования, обновляющие национальные стандарты, выпущенные в 1996 году. Разработанные правительствами 26 штатов и национальными организациями ученых и преподавателей естественных наук, эти руководства, известные как Стандарты естественных наук нового поколения (Next Generation Science Standards), призваны "бороться с повсеместной научной неграмотностью, унифицировать преподавание в разных штатах и увеличить число выпускников средних школ, выбирающих естественнонаучные и технические специальности в вузах". В них включены рекомендации по обучению студентов таким темам, как изменение климата и эволюция. Особое внимание уделяется обучению научному методу, чтобы студенты лучше понимали методы научного исследования и могли критически оценивать научные данные. Среди организаций, внесших вклад в разработку стандартов, – Национальная ассоциация учителей естественных наук, Американская ассоциация содействия науке, Национальный исследовательский совет и Achieve, некоммерческая организация, которая также участвовала в разработке стандартов по математике и английскому языку.

Научные стандарты нового поколения

Научная программа в США определяется стандартами нового поколения (NGSS), которые были опубликованы в апреле 2013 года. Целью NGSS является создание стандартизированной учебной программы с детского сада по 12-й класс. Эти стандарты были введены в надежде реформировать прежнюю систему научного образования и повысить успеваемость учащихся за счет улучшения учебных программ и повышения квалификации учителей. Стандарты нового поколения в области науки состоят из трех компонентов: основные дисциплинарные идеи, научная и инженерная практика, и сквозные концепции. Они называются тремя измерениями стандартов нового поколения в области науки. В этих стандартах делается акцент на соответствие государственным стандартам Common Core для K-12. Измерение под названием «научная и инженерная практика» фокусируется на изучении студентами научного метода. Это означает, что данное измерение сосредоточено на практическом применении науки, предоставляя учащимся возможность наблюдать научные процессы, выдвигать гипотезы и анализировать результаты. Это измерение подчеркивает эмпирические методы науки. Измерение под названием «сквозные концепции» подчеркивает понимание ключевых тем в области науки. «Сквозные концепции» – это темы, которые последовательно актуальны в различных научных дисциплинах, такие как поток энергии/вещества, причина и следствие, системы/системные подходы, закономерности, взаимосвязь структуры и функции, а также стабильность/изменение. Цель выделения этих ключевых тем связана с обобщенным обучением, что означает, что эффективность этих тем может заключаться в их важности во всех научных дисциплинах. Предполагается, что, изучая их, учащиеся сформируют широкое понимание науки. Измерение под названием «основные дисциплинарные идеи» определяет набор ключевых идей для каждой научной области. Например, физические науки имеют определенный набор основных идей, представленных в рамках этих стандартов.

Science education curriculum in the United States is outlined by the Next Generation Science Standards (NGSS) which were released in April 2013. The purpose of the NGSS is to establish a standardized Kindergarten to 12th Grade science curriculum. These standards were instituted in hopes that they would reform the past science education system, and foster higher student achievement through improved curriculum and teacher development. The Next Generation Science Standards are made up of three components listed as follows: disciplinary core ideas, science and engineering practices, and crosscutting concepts. These are referred to as the three dimensions of the Next Generation Science Standards. Within these standards, there is emphasis on alignment with K 12 Common Core state standards. The dimension entitled "science and engineering practices" focuses on students' learning of the scientific method. This means that this dimension centers around practicing science in a hands on manner, giving students the opportunity to observe scientific processes, hypothesize, and observe results. This dimension highlights the empirical methods of science. The dimension entitled "crosscutting concepts" emphasizes the understanding of key themes within the field of science. The "crosscutting concepts" are themes that are consistently relevant throughout many different scientific disciplines, such as the flow of energy/matter, cause/effect, systems/system practices, patterns, the relationship between structure and function, and stability/change. The purpose of outlining these key themes relates to generalized learning, meaning that the effectiveness of these themes could lie in the fact that these concepts are important throughout all of the scientific disciplines. The intention is that by learning them, students will create a broad understanding of science. The dimension entitled "disciplinary core ideas" outlines a set of key ideas for each scientific field. For example, physical science has a certain set of core ideas laid out by the framework.

Научное образование и общие принципы

Общие образовательные стандарты (Common Core) делают акцент на навыках чтения, письма и коммуникации. Целью этих стандартов для английского языка и математики было создание измеримых целей обучения, соответствующих стандартам, принятым в других странах, чтобы учащиеся в Соединенных Штатах были готовы к успеху на глобальном уровне. Они призваны установить строгие академические стандарты и подготовить учащихся к высшему образованию. Также предусмотрено, что учащиеся с ограниченными возможностями должны получать надлежащие условия для обучения в соответствии со стандартами Common Core посредством индивидуального образовательного плана (IEP). В рамках этих стандартов понимание научной литературы становится важным навыком для учащихся, осваиваемым по учебникам. Лаборатория является основополагающим примером практического обучения, основанного на деятельности. В лаборатории учащиеся используют материалы для наблюдения за научными концепциями и явлениями. Лабораторные работы в научном образовании могут включать различные этапы: планирование и проектирование, проведение, анализ и интерпретацию результатов. Многие преподаватели считают, что лабораторные работы способствуют развитию научного мышления, навыков решения проблем и когнитивного развития учащихся. С 1960 года в методиках обучения науке учитывалась модель развития Жана Пиаже, поэтому стали внедряться конкретные материалы и лабораторные условия, требующие активного участия учащихся в процессе обучения. Помимо важности лаборатории в обучении и преподавании науки, возросла значимость использования вычислительных инструментов. Использование вычислительных инструментов, получивших широкое распространение в областях STEM благодаря развитию технологий, доказало свою эффективность в обучении науке. Изучение вычислительной науки в классе становится основой для понимания современных научных концепций. Фактически, стандарты Next Generation Science Standards (NGSS) специально упоминают использование вычислительных инструментов и моделирования. Используя вычислительные инструменты, учащиеся участвуют в развитии вычислительного мышления – когнитивного процесса, ключевым аспектом которого является взаимодействие с вычислительными инструментами, такими как компьютеры. Поскольку вычислительное мышление становится все более актуальным в науке, оно становится все более важным аспектом обучения, на который должны ориентироваться преподаватели естественных наук. Другой подход, который может включать как практические занятия, так и использование вычислительных инструментов, – создание аутентичных (реальных) учебных ситуаций в области науки. Предложено несколько перспектив аутентичного научного образования, в том числе: каноническая перспектива – максимальное приближение обучения науке к тому, как наука практикуется в реальном мире; ориентированная на интересы учащихся – решение проблем, представляющих интерес для молодых студентов; контекстуальная – сочетание канонической и ориентированной на интересы учащихся перспектив. Хотя занятия, включающие практические исследования и вычислительные инструменты, могут быть аутентичными, некоторые утверждают, что исследовательские задания, обычно используемые в школах, недостаточно аутентичны и часто основаны на простых "рецептурных" экспериментах. Аутентичные учебные ситуации в области науки могут быть реализованы в различных формах. Например: практические исследования, желательно с открытым исследованием; партнерство учащихся, учителей и ученых (STSP) или проекты гражданской науки; обучение на основе проектирования (DBL); использование веб-сред, используемых учеными (например, биоинформатических инструментов, таких как базы данных генов или белков, инструменты выравнивания и т.д.); обучение с использованием адаптированной научной литературы (APL), которая знакомит учащихся с тем, как научное сообщество обменивается знаниями. Эти примеры и другие могут быть применены к различным областям науки, преподаваемым в школах (а также в бакалавриате), и соответствуют требованиям включения научной практики в учебные программы по науке. Неформальное научное образование направлено на определение и поддержку обучения науке в различных контекстах и на протяжении всей жизни. Исследования в области неформального научного образования в Соединенных Штатах финансируются Национальным научным фондом. Центр развития неформального научного образования (CAISE) предоставляет ресурсы для сообщества неформального научного образования. Примерами неформального научного образования являются научные центры, научные музеи и новые цифровые образовательные среды (например, Global Challenge Award), многие из которых являются членами Ассоциации научных и технологических центров (ASTC). Институт Франклина в Филадельфии и Музей науки (Бостон) – старейшие музеи такого типа в Соединенных Штатах. К средствам массовой информации относятся 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 включали программы Дэниела К. Посина, такие как "Dr. Posin's Universe", "The Universe Around Us", "On the Shoulders of Giants" и "Out of This World". Примерами программ, реализуемых на уровне сообщества, являются программы развития молодежи 4-H, Hands On Science Outreach, программы NASA и программы после школы, а также Girls at the Center. Домашнее обучение поддерживается образовательными продуктами, такими как бывшая (1940–1989) подписка на Things of Science. В 2010 году Национальные академии опубликовали книгу Surrounded by Science: Learning Science in Informal Environments, основанную на исследовании Национального исследовательского совета Learning Science in Informal Environments: People, Places, and Pursuits. Surrounded by Science является справочником, показывающим, как современные исследования обучения науке в неформальных условиях могут направлять мышление, работу и обсуждения среди специалистов по неформальному научному образованию. Эта книга делает ценные исследования доступными для тех, кто работает в неформальном научном образовании: преподавателей, музейных работников, преподавателей университетов, лидеров молодежных организаций, специалистов по СМИ, издателей, журналистов и многих других.

Common Core education standards emphasize on reading, writing, and communication skills. The purpose of these standards for English and Mathematics was to create measurable goals for student learning that are aligned with the standards in place in other nations, such that students in the United States become prepared to succeed at a global level. It is meant to set standards for academics that are rigorous in nature and prepare students for higher education. It is also outlined that students with disabilities must be properly accommodated for under Common Core standards via an Individualized Education Plan (IEP). Under these standards, the comprehension of scientific writing has become an important skill for students to learn through textbooks. The laboratory is a foundational example of hands on, activity based learning. In the laboratory, students use materials to observe scientific concepts and phenomena. The laboratory in science education can include multiple different phases. These phases include planning and design, performance, and analysis and interpretation. It is believed by many educators that laboratory work promotes their students' scientific thinking, problem solving skills, and cognitive development. Since 1960, instructional strategies for science education have taken into account Jean Piaget's developmental model, and therefore started introducing concrete materials and laboratory settings, which required students to actively participate in their learning. In addition to the importance of the laboratory in learning and teaching science, there has been an increase in the importance of learning using computational tools. The use of computational tools, which have become extremely prevalent in STEM fields as a result of the advancement of technology, has been shown to support science learning. The learning of computational science in the classroom is becoming foundational to students' learning of modern science concepts. In fact, the Next Generation Science Standards specifically reference the use of computational tools and simulations. Through the use of computational tools, students participate in computational thinking, a cognitive process in which interacting with computational tools such as computers is a key aspect. As computational thinking becomes increasingly relevant in science, it becomes an increasingly important aspect of learning for science educators to act on. Another strategy, that may include both hands on activities and using computational tools, is creating authentic science learning experiences. Several perspectives of authentic science education have been suggested, including: canonical perspective making science education as similar as possible to the way science is practiced in the real world; youth centered solving problems that are of interest to young students; contextual a combination of the canonical and youth centered perspectives. Although activities involving hands on inquiry and computational tools may be authentic, some have contended that inquiry tasks commonly used in schools are not authentic enough, but often rely on simple "cookbook" experiments. Authentic science learning experiences can be implemented in various forms. For example: hand on inquiry, preferably involving an open ended investigation; student teacher scientist partnership (STSP) or citizen science projects; design based learning (DBL); using web based environments used by scientists (using bioinformatics tools like genes or proteins databases, alignment tools etc. ), and; learning with adapted primary literature (APL), which exposes students also to the way the scientific community communicates knowledge. These examples and more can be applied to various domains of science taught in schools (as well as undergraduate education), and comply with the calls to include scientific practices in science curricula. on Informal Science Education to define and encourage science learning in many contexts and throughout the lifespan. Research in informal science education is funded in the United States by the National Science Foundation. The Center for Advancement of Informal Science Education (CAISE) provides resources for the informal science education community. Examples of informal science education include science centers, science museums, and new digital learning environments (e. g. Global Challenge Award), many of which are members of the Association of Science and Technology Centers (ASTC). The Franklin Institute in Philadelphia and the Museum of Science (Boston) are the oldest of this type of museum in the United States. Media include TV programs such as NOVA, Newton's Apple, "Bill Nye the Science Guy","Beakman's World", The Magic School Bus, and Dragonfly TV. Early examples of science education on American television included programs by Daniel Q. Posin, such as "Dr. Posin's Universe", "The Universe Around Us", "On the Shoulders of Giants", and "Out of This World". Examples of community based programs are 4 H Youth Development programs, Hands On Science Outreach, NASA and After school Programs and Girls at the Center. Home education is encouraged through educational products such as the former (1940 1989) Things of Science subscription service. In 2010, the National Academies released Surrounded by Science: Learning Science in Informal Environments, based on the National Research Council study, Learning Science in Informal Environments: People, Places, and Pursuits. Surrounded by Science is a resource book that shows how current research on learning science across informal science settings can guide the thinking, the work, and the discussions among informal science practitioners. This book makes valuable research accessible to those working in informal science: educators, museum professionals, university faculty, youth leaders, media specialists, publishers, broadcast journalists, and many others.