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一 课程与教材的比较
在美国，幼儿园至8年级的科学教育早就是综合性的。至少从60 年代课程改革以来，美国科学课程的整合就已开始。随着科技的迅猛发展，科学教育综合化的趋势愈加明显。面对科学技术日新月异，中小学科学课程必须改革。改革的方式不是增加科学课程的数量，而是对科学课程进行有效的整合。这不仅出于减少课程数量的考虑，也反映了当今科学技术发展的趋势，即“各门自然科学之间的界限变得越来越模糊，主要的概念变得更加统一”[1]。 加强学科之间的整合不仅可以部分地解决课程日益繁多的问题，也是当今科学技术整合性对科学教育的必然要求。
与美国不同，我国中学科学教育长期以来实行分科教学，而且从小学到中学的科学课程普遍偏难。小学科学教学虽是综合性的，但教师普遍缺乏综合科学的训练，而且小学科学教学至今尚未真正受到重视。近年来，一些省市在初中进行综合理科教学改革，但阻力较大，困难不少。
中美两国科学课程上的差异也反映在教科书上。美国科学教育专家赫德教授说，美国的“科学课本可以比得上插图精美的辞典。有些高中教材超过一千页，大多是事实”[2]。我国访美学者也发现， 美国科学教科书图文并茂、生动活泼地介绍科技新发现，与现实生活情境密切联系，向学生提出有趣的问题，对学生提供很有帮助的动手操作的指导语等，因而十分吸引学生。一位化学教育学者对美国教科书把化学与社会问题紧密联系起来印象极深。她说：“我在美国中学访问时看到，许多化学教科书有效地把化学学习与理解重要的社会问题联系起来……这种课程可以帮助学生用他们在学校学到的科学知识适应社会并为社会服务。”[2]
此外，美国科学教科书实用性也很强。高中化学教科书有专门章节介绍与化学有关的职业。学生从教科书上了解到学好化学可以当安全化工人员、环境化学家、化学研究人员、化学工程师、农业化学家、化学教师、食品科学家、化学实验人员、药剂师和营养专家等。这种在科学教育中渗透职业意识培养的方法，既有利于调动学生学习科学的积极性，也有助于学生通过科学学习来确定未来的职业选择。
二 教与学的比较
1 教师中心与学生中心
我国中小学科学教学结构紧凑，以教师的讲解和提问为主，其教学模式是以教师为中心。复习与重复性练习是教师用来控制和巩固课堂教学的主要手段；学生反复练习以便熟练解答与考试相似的问题。这种教学模式培养出来的学生长于背诵公式和解答纸面上的问题，但缺乏独立思考的能力。同时，教师的权威和考试的压力使得他们缺乏怀疑精神和创新能力。近年来，我国教育理论界大力提倡学生主体性和以学生为中心的教育思想，鼓励学生积极参与教学过程，但这种努力在“应试教育”的环境里很难得到贯彻。
与此相反，我国访美学者发现，美国中小学科学课堂是以学生为中心的，这表现在美国教师更加重视学生的兴趣、个性和创造性。他们的教学方式也更加随意，在课堂上十分幽默，教学中穿插科学故事，使用大量的身体语言，等等。所以，比较而言，“在中国，科学教学是件严肃的事，而在美国课堂上它可以是轻松愉快的事”[3]。
在师生关系方面，美国教师与学生的关系很随意，他们鼓励学生成为与他们平等的人，允许学生怀疑、提问、标新立异、与众不同。
2 演绎推理与归纳推理
演绎推理是我国科学教学的主要方法。教师首先一步步地提出概念或理论，然后使用教材上的例题阐明这些概念或理论。在教基本理论和概念时，教师必须做到“正确”和“详细”。
美国科学教师倾向于在科学教学中使用归纳推理方法。他们引导学生从观察具体的经验事实开始，逐步逼近概念和理论。在教学过程中，利用日常生活中的实例，发展学生独立思考的能力，并要求学生参加动手操作活动，有些教师甚至引导学生做真正的科学实验研究。一位访美学者写道：“教师提供不同的设计题目给学生，学生根据自己的兴趣和知识背景选择课题。然后，教师引导学生进行整个研究项目——查阅文献、进行调查、收集与分析资料、检验假设、撰写并提出研究报告。”[3]通过这种教学，学生对科学过程了解透彻， 从而逐步掌握科学方法并形成科学精神。
3 理论与实践的关系
中美两国中小学在科学教学上的差异还表现在对待理论与实践的关系上。一位访美学者写道：“理论与实践相结合是中美两国学校里的重要问题。然而，焦点是不同的。中国学校更强调学习理论，而美国学校则更强调学习实践。”[3]我国访美学者一致认为， 在我国科学课堂上，过分强调理论学习，而演示与实验活动却常常被忽视。正如我国的一位学者所说：“中国科学教师只要能够用语言把问题解释清楚，他们就不会去动手。”[3]
我国学校偏重理论而轻视实践既有传统观念的影响，也有体制上的原因。在我国文化传统里，重理论而轻实践的观念根深蒂固，从考试制度上看，大学入学考试偏重考理论，对于实际工作或实验重视不够。这是科学教学偏重理论而忽视实践的重要原因。
与此相反，美国科学教师注重演示和动手操作。在访美学者看来，只要能够通过动手操作阐明理论，教师就不会用语言去解说。美国中小学科学教学的演示和实验活动有3个特点：a.所用的设备和材料并不奢侈或昂贵，大多是一些简单而又便宜的；许多仪器是教师自己利用日常家庭用品制作的。b.由于动手操作与日常生活情境相联系，它们既生动活泼又切合实际。c.大量使用计算机。
就对待实验和动手操作的目的而言，中美两国中小学的差异也是十分明显的。一位访美学者作了如下的比较：“在中国，动手操作实践是为了证明课本上的理论和结果。学生只需用相同的方法和仪器，做相同的实验，并被期望得出相同的结果。然而，在美国，动手操作活动的目的是发现课本上以及课本外的理论和结果。因此，学生受到鼓励进行不同的实验，用不同的方法和材料，并得出不同的解决问题的方案和结论。”[3]科学教学实验的目的不同， 培养出的人在创造性和解决问题的能力方面自然会有差异。
4 主动学习与被动学习
学生的学习方式和学习策略深受教学方式和方法的影响。在我国，学生从上学时起就围绕着教师、教材和考试转，听课、作笔记、背诵、做练习是大多数学生的主要学习策略。他们学习的基本科学概念通过螺旋式课程从低年级到高年级反复巩固。因此，一般而言，我国学生在科学基本知识的掌握上比较扎实。
然而，我国的文化传统并不鼓励学生提问。学生要提问时，得先举手，然后站起来问老师。这就制约了许多学生的提问。学生在课堂上紧紧围着老师转，很少有机会主动学习。甚至到了研究生阶段，有些学生还不知道如何确定和选择课题。一位学者这样评论道：“在科学教学和其它教学中，教师要为学生‘咀嚼’知识，像喂他们吃饭一样地灌输给他们，学生唯一要做的事就是吞下知识。即使在实验时，教师和实验室助手常常为学生准备好一切，而学生所要做的只是打开或闭上开关！结果，大多数学生都非常依赖老师。”[3]
美国老师在课堂上给予学生更多的自由，学生提问不需要教师的允许，也不需要站起来，他们往往问得很多。在实验教学时，学生通常有机会自己准备设备和材料，并独自进行实验。教师还要求他们撰写实验报告并向全班同学汇报。显然，美国学生在学习上比我国学生更加主动，更为独立，更具有创造性。
5 书本学习与动手操作活动
中美两国学生在学习科学时还有一个显著的差异，即我国学生以书本学习为主，而美国学生以动手操作为主。我国学生的这一偏向是与重理论轻实践的文化传统一脉相承的。由于这种偏向，衡量学生掌握知识的程度就是看他们记住了多少规则和原理，做了多少书面练习，考试成绩如何，等等。在这种情况下，对教师和学校的评价也是根据学生考试的及格率和优秀率来进行的。因此，一般来说，我国学生的家庭作业负担过重，考试的压力过大，致使许多学生精疲力竭，丧失学习的兴趣。所谓“高分低能”现象主要就是由这种被动、封闭的学习方式造成的。
美国科学课堂上大量的学习活动是学生的动手操作。一位访美学者这样描述了他所观摩的一堂高中化学课：“在学习新课时，教师并不像中国教师那样先讲授，而是把学生分成小组，带领他们进行实验活动。学生把观察到的现象记录下来，并作出分析。做完实验后，学生再阅读教科书，查阅有关的参考资料。他们各自得出自己的初步结论，然后与小组内的其他同学分享彼此的实验结果。最后，教师花一点时间总结实验并提出理论。这样，学生的独立思考和解决问题的能力就得到了培养。”[3] 另一位访美学者对中美两国的生物实验课作了如下的比较：“中国的生物课实验总是在教师讲课之后进行。首先，教师详细地向学生解释实验的目标、要求、方法和设备。然后，学生像照着烹调书做菜一样做实验。他们不知道实验的所以然。而在美国生物教学中，实验经常是在教师讲课之前进行的。在实验手册上，没有关于实验的详细解释，而是一系列问题。教师促使学生理解这些问题，然后，学生自己独立地做实验。他们必须积极地思考、阅读、设计、观察、记录，并作出结论。显然，这种方法能够有效地培养学生的能力。”[3]
比较中美两国中小学的科学实验课，访美学者发现，“中国学生的动手操作活动是试验性的，而美国学生的动手操作活动是探索性的。”[3]这值得我们深思。
三 学生理科成绩的比较
70年代以来，国际教育成就评价协会已开展了3 次大规模的国际科学教育成就比较研究。我国在80年代中期小规模地参加了IEA 进行的第2次国际科学教育比较研究（SISS）。在美国， 一些学者认为中美两国学生存在着“学习成绩差距” [4] ；在我国，也有许多人凭印象认为，美国学校的科学教育质量低，似乎远远不及中国。但是，在28个国家和地区参加的中小学生科学成绩的比较研究中，美国9 年级中学生主测验的均值为54.84，名列第15位，这分数固然不高；而我国9年级中学生的成绩同样不高，他们的主测验均值为58.74，也只名列第13位。[5]
根据留美学者王建军近期所作的另一项研究[6]，比较中美两国9年级学生的科学成绩，结果如表1：
表1 中美两国9年级学生科学成绩的比较
国家 N M SD
美国2519
16.44
5.01
中国
12,711 16.77
4.44
说明：N、M、SD分别为人数、平均分和标准差。
表1中所列我国的有关数字采用的是1988年原国家教委运用第2次国际科学教育成绩评价的量表所作的后继研究，它的样本比SISS研究中的样本大得多（SISS研究中的样本只有2806人），分布也广得多（SISS研究中样本取自北京、天津和太原3个城市，而SISS 后研究的样本来源于5个主要地区——西部甘肃、南部广西、中部湖北、 北部内蒙和东部江苏）的城市和农村。中美两国所用的测验题目完全相同，对象都是14岁的9年级学生。从平均分来看，我国学生比美国学生只高0.33分。
四 结论
我们对中美两国中小学的科学教育在课程与教材、科学的教与学以及学生的成绩等方面进行了初步比较，无论从哪方面看，中美两国科学教育都有亟待改进的地方。就我国科学教育而论，首先科学课程需要修订。我国科学课程明显不足的有3点：a.科学课程之间的交叉或渗透的内容不突出，影响了学生对科学本质的理解，不利于学生进行创造性学习；b.科学课程过分注重单独学科的逻辑性，忽视了科学、技术和社会的联系；c.我国科学课程具有精英主义的性质，不利于科学的普及。其次，科学教学应以学生为中心，激发学生学习的主动性和创新精神；加强科学过程和方法的训练，确立探究式的科学教学模式；突出动手操作，加强理论与实践的结合；等等。这些都是科学教学改革的重点和难点。