小學(xué)科學(xué)教科書(shū)“科學(xué)探究”設(shè)計(jì)的微觀發(fā)生法比較

首新+胡衛(wèi)平+林長(zhǎng)春+萬(wàn)東升

摘 要：以往教科書(shū)比較研究多是宏觀視角的內(nèi)容分析，此研究采用微觀發(fā)生法比較中美日三國(guó)小學(xué)科學(xué)教科書(shū)“科學(xué)探究”設(shè)計(jì)差異。結(jié)果表明：在變化路徑上，制定計(jì)劃、結(jié)論呈現(xiàn)、遷移延伸等方面差異較大；在變化速率上，隨著年級(jí)增長(zhǎng)，我國(guó)教科書(shū)探究水平變化幅度較大，日本低水平探究活動(dòng)穩(wěn)定，高水平有較大幅度增加，而美國(guó)漸進(jìn)過(guò)程穩(wěn)定；在變化廣度上，中日兩國(guó)教科書(shū)的探究活動(dòng)重視科學(xué)與數(shù)學(xué)的整合，美國(guó)從科學(xué)、技術(shù)、工程體現(xiàn)STEM本質(zhì)。上述差異也是各國(guó)小學(xué)科學(xué)教科書(shū)之特色，啟示我們?cè)O(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)關(guān)注探究活動(dòng)的可持續(xù)性、開(kāi)放性、廣度等方面。

關(guān)鍵詞：小學(xué)科學(xué)；教科書(shū)；科學(xué)探究；微觀發(fā)生法

中圖分類(lèi)號(hào)：G423.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-6124（2017）05-0035-08

一、問(wèn)題的提出

自施瓦布在《作為探究的科學(xué)教學(xué)》中提出“探究學(xué)習(xí)”（Enquiry Learning）這一概念以來(lái)，科學(xué)探究作為一種教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式，在建構(gòu)主義、人本主義和科學(xué)哲學(xué)等跨學(xué)科視野下不斷發(fā)展。而從教育學(xué)本身來(lái)看，學(xué)者們也提出了科學(xué)探究教學(xué)的小型模式（如引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)教學(xué)模式、學(xué)習(xí)環(huán)、5E教學(xué)模式）。當(dāng)今科學(xué)探究教學(xué)已形成內(nèi)容豐富、形式多樣的范式集合體，即在吸收建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、觀念轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)理論，從多元文化和科學(xué)哲學(xué)的視角發(fā)展自身的大背景下，科學(xué)探究更加專(zhuān)注個(gè)人與社會(huì)的發(fā)展、個(gè)人與環(huán)境的關(guān)系、個(gè)人創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)?？梢哉f(shuō)，科學(xué)探究已成為一種范式。

科學(xué)探究已融入到了小學(xué)科學(xué)教科書(shū)之中。科學(xué)教科書(shū)從屬于科學(xué)課程，是其課程鏈必不可少的一環(huán)，是需求課程（needed curriculum）和期望課程（desired curriculum）共同發(fā)揮作用，并折中后具體展現(xiàn)的結(jié)果。有研究指出，與美國(guó)相比，我國(guó)科學(xué)教科書(shū)科學(xué)探究和科學(xué)情境的比例偏低 [1 ]；但隨著各學(xué)科新科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂，旨在體現(xiàn)新課標(biāo)思想的科學(xué)教科書(shū)較之傳統(tǒng)教科書(shū)更加關(guān)注學(xué)生對(duì)科學(xué)探究過(guò)程的體驗(yàn) [2 ]。當(dāng)然，新科學(xué)教科書(shū)在探究設(shè)計(jì)方面仍存在一些誤區(qū)，如簡(jiǎn)單地理解探究設(shè)計(jì)就是問(wèn)題設(shè)計(jì)或者活動(dòng)設(shè)計(jì)，只注重探究設(shè)計(jì)的示范性而忽視了探究設(shè)計(jì)的可操作性，等等 [3 ]。目前，教科書(shū)科學(xué)探究設(shè)計(jì)最大的問(wèn)題是處理不好探究與知識(shí)的關(guān)系。彭征等人的比較分析顯示 [4 ]，我國(guó)初中科學(xué)教科書(shū)的科學(xué)探究設(shè)計(jì)加深了某些主題知識(shí)的深度，形成了“窄而深”的形態(tài)，對(duì)學(xué)生的科學(xué)研究能力要求較高。這導(dǎo)致了科學(xué)探究還是科學(xué)產(chǎn)品（科學(xué)內(nèi)容）導(dǎo)向，對(duì)科學(xué)過(guò)程（科學(xué)探究的方法）重視不足 [5 ]。

科學(xué)探究到底應(yīng)該如何設(shè)計(jì)呢？我們擬分別選取中美日三個(gè)國(guó)家新近的小學(xué)科學(xué)教科書(shū)進(jìn)行比較研究，采用微觀發(fā)生法，從科學(xué)探究設(shè)計(jì)的變化路徑、變化速率、變化廣度、變化來(lái)源等角度進(jìn)行分析，以期借鑒國(guó)外科學(xué)教科書(shū)中的科學(xué)探究設(shè)計(jì)理念，為完善我國(guó)新一輪小學(xué)科學(xué)教科書(shū)編寫(xiě)提供有益建議。

二、研究方法

本文擬采用微觀發(fā)生法進(jìn)行教科書(shū)比較，那么，何為微觀發(fā)生法？可以從一個(gè)簡(jiǎn)單的概念“發(fā)生法”說(shuō)起。朱智賢認(rèn)為，發(fā)生法就是對(duì)兒童心理發(fā)展進(jìn)行縱向研究的方法，也就是發(fā)展心理學(xué)常說(shuō)的階段追蹤法 [6 ]。張春興將這一概念從心理學(xué)推廣至其他學(xué)科，認(rèn)為發(fā)生法是指對(duì)事象變化采取追溯根源及發(fā)生經(jīng)過(guò)的取向去研究探索的方法 [7 ]。生物遺傳學(xué)領(lǐng)域的“發(fā)生法”，是指一種研究基因?qū)δ撤N功能或結(jié)構(gòu)所造成影響的方法 [8 ]。簡(jiǎn)言之，發(fā)生法就是探索現(xiàn)象背后的原因及產(chǎn)生該現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展過(guò)程的方法。

“發(fā)生法”一詞前加上“微觀”二字，也就是更加深入、精細(xì)、反復(fù)、高密度、定量地考察現(xiàn)象背后的原因及其發(fā)展過(guò)程。微觀發(fā)生法只不過(guò)是一種更精細(xì)的或特殊的發(fā)生法而已 [9 ]。微觀發(fā)生法如何做到精細(xì)呢？根據(jù)Siegler、辛自強(qiáng)等人的觀點(diǎn)，它可以從變化的路線(xiàn)、速率、廣度、來(lái)源等方面提供關(guān)于變化過(guò)程的精密信息。以往的發(fā)生法只關(guān)注了現(xiàn)象發(fā)生前和發(fā)生后的狀況，就像是在事件開(kāi)始和結(jié)束前做了“快照”記錄和對(duì)比，難以對(duì)中間發(fā)生發(fā)展的變化過(guò)程做出有效回應(yīng)。而微觀發(fā)生法可以從上述四個(gè)方面捕捉更精細(xì)的信息，就像電影膠片一樣，呈現(xiàn)變化的“流動(dòng)”過(guò)程。

微觀發(fā)生法的重要特征就是能從變化的路線(xiàn)、速率、廣度、來(lái)源等角度，對(duì)事物的發(fā)展過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)描述，觀察跨越從變化開(kāi)始到相對(duì)穩(wěn)定的整個(gè)期間。以往教科書(shū)的比較大多是基于宏觀視角的，其優(yōu)點(diǎn)是能比較諸如主題知識(shí)、特定內(nèi)容（如科學(xué)史）、編寫(xiě)理念（如STEM思想）等差異，為教科書(shū)編寫(xiě)者增加哪部分知識(shí)、平衡哪部分內(nèi)容、樹(shù)立哪方面理念等提供建議，但并不知曉其他教科書(shū)到底是如何進(jìn)行科學(xué)探究活動(dòng)設(shè)計(jì)的，是如何將知識(shí)與活動(dòng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的。

微觀發(fā)生法為揭示教科書(shū)中探究活動(dòng)設(shè)計(jì)差異提供了新的方法論視角。借助其變化的路線(xiàn)、速率、廣度、來(lái)源等四個(gè)方面精細(xì)分析維度，我們擬比較中美日三國(guó)小學(xué)科學(xué)教科書(shū)中科學(xué)探究設(shè)計(jì)的探究變化路徑、探究變化速率、探究變化廣度和探究變化來(lái)源：

第一，考察探究變化路徑，指比較中美日三國(guó)教科書(shū)中的科學(xué)探究設(shè)計(jì)是否經(jīng)歷了本質(zhì)上不同的階段，階段之間有哪些共性和差異，如提出問(wèn)題、過(guò)程設(shè)計(jì)、結(jié)果呈現(xiàn)、遷移延伸等。

第二，考察探究變化速率，指以年級(jí)為縱向坐標(biāo)，以主題為橫向坐標(biāo)，在參考Callison（2015）制定的探究水平分類(lèi)體系的基礎(chǔ)上 [10 ]，比較、分析探究設(shè)計(jì)從低水平到高水平到底是如何發(fā)展的。

第三，考察探究變化的廣度，指比較、分析教科書(shū)探究設(shè)計(jì)中含有其他學(xué)科內(nèi)容的多少、與其他學(xué)科內(nèi)容結(jié)合的緊密程度，即是否及怎樣體現(xiàn)STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics四學(xué)科首字母的縮寫(xiě)）學(xué)科融合思想。

第四，考察探究變化的來(lái)源，指基于變化路徑、速率、廣度的分析結(jié)果，從教育文化、科學(xué)教育研究水平、教科書(shū)編寫(xiě)范式等宏觀到微觀水平解釋產(chǎn)生差異和變化的來(lái)源。endprint

三、研究材料

本文選取的教科書(shū)分別是我國(guó)教育科學(xué)出版社2004年出版的小學(xué)科學(xué)教科書(shū)，美國(guó)教育出版公司“McGraw Hill”2008年出版的“加利福尼亞科學(xué)”，日本東京書(shū)籍株式會(huì)社2007年出版發(fā)行的“新編新理科”。為了區(qū)別于教科書(shū)宏觀研究視角，而從微觀發(fā)生維度比較三國(guó)的科學(xué)探究設(shè)計(jì)，分析單元主要選取與“磁”相關(guān)的內(nèi)容，包括縱向的年級(jí)跨度、橫向主題跨度的“磁”內(nèi)容，其分布如表1所示。

四、結(jié)果與分析

1. “磁鐵”到“電磁鐵”的整體路線(xiàn)

整體來(lái)看，三套教科書(shū)中“磁”內(nèi)容的設(shè)計(jì)路徑基本相似。首先在引入磁概念之后探究磁鐵的性質(zhì)，之后落腳于生活中的磁運(yùn)用，然后從磁過(guò)渡到電磁鐵的性質(zhì)，最后從能量的角度歸納電與磁的關(guān)系。值得注意的是，“加利福尼亞科學(xué)”很強(qiáng)調(diào)“磁場(chǎng)”這一概念，在二年級(jí)、四年級(jí)都對(duì)條形磁鐵磁場(chǎng)、地磁場(chǎng)有專(zhuān)門(mén)的介紹，這可能是為了讓學(xué)生理解“磁場(chǎng)是磁鐵和電磁鐵具有磁力的本質(zhì)原因”。其他兩國(guó)教科書(shū)對(duì)該概念介紹較少。從連貫性來(lái)講，引入“磁場(chǎng)”概念有助于學(xué)生明白指南針的原理，但從兒童認(rèn)知發(fā)展水平來(lái)看，“磁場(chǎng)”概念較為抽象，不適宜在小學(xué)低年級(jí)段呈現(xiàn)，其處理方式依賴(lài)于整個(gè)教科書(shū)結(jié)構(gòu)體系，因此不能盲目模仿。該部分的探究活動(dòng)設(shè)計(jì)路線(xiàn)如圖1所示（C表示“教科版小學(xué)科學(xué)”、A表示“加利福尼亞科學(xué)”、J表示“新編新理科”）。

2. 科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的路徑

依據(jù)科學(xué)探究過(guò)程的八個(gè)要素，同時(shí)考慮教科書(shū)自身科學(xué)探究設(shè)計(jì)的呈現(xiàn)方式，將科學(xué)探究設(shè)計(jì)劃分為提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、解釋、結(jié)論呈現(xiàn)、遷移延伸等六個(gè)要素。以上述科學(xué)探究活動(dòng)為分析單位，歸納每一個(gè)探究活動(dòng)是否體現(xiàn)探究設(shè)計(jì)的六個(gè)要素，結(jié)果如圖2所示。

中美日三國(guó)教科書(shū)的科學(xué)探究設(shè)計(jì)在提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、解釋等方面差異不大，在制定計(jì)劃、結(jié)論呈現(xiàn)、遷移延伸等方面差異較大?？ǚ綑z驗(yàn)顯示，三國(guó)教科書(shū)在結(jié)論呈現(xiàn)、遷移延伸方面的差異已達(dá)到統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)顯著水平（？字21=2.109，p=0.047；？字22=3.628，p=0.031）。進(jìn)一步對(duì)探究活動(dòng)進(jìn)行文本分析，發(fā)現(xiàn)“加利福尼亞科學(xué)”將探究活動(dòng)的大部分結(jié)論、概念、原理隱藏在“科學(xué)閱讀”文本中，學(xué)生可以通過(guò)科學(xué)閱讀對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行互證；“新編新理科”對(duì)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論有明確的陳述，而對(duì)大部分觀察探究活動(dòng)缺乏結(jié)果展示；“教科版科學(xué)”將大部分探究結(jié)論的話(huà)語(yǔ)權(quán)賦予給了教師，只對(duì)概念、原理等陳述性知識(shí)有所歸納。結(jié)論呈現(xiàn)上的差異實(shí)際上是學(xué)習(xí)調(diào)控、自我管理、教師卷入等共同作用的結(jié)果。在提倡自主學(xué)習(xí)的環(huán)境下，明確的探究結(jié)果有助于學(xué)生自我監(jiān)控和反思，但當(dāng)考慮教師的支架作用時(shí)，不明確的探究結(jié)果能讓教師掌控整個(gè)探究活動(dòng)，觸發(fā)創(chuàng)造性探究過(guò)程。

“加利福尼亞科學(xué)”在“遷移延伸”方面顯著高于中日兩國(guó)的教科書(shū)，這主要源于其圍繞探究活動(dòng)而設(shè)計(jì)了眾多小欄目。如在圖片底面提示“學(xué)看圖解”（reading diagrams），在探究活動(dòng)主體范圍內(nèi)進(jìn)一步設(shè)計(jì)“拓展實(shí)驗(yàn)”（inquiry guided、inquiry open）、“快速測(cè)試”（quick check），將探究結(jié)論運(yùn)用到數(shù)學(xué)、音樂(lè)、健康生活中，等等。“教科版小學(xué)科學(xué)”主要是采用提問(wèn)的方式引導(dǎo)方法、態(tài)度、技能等方面的遷移，將具體操作程序權(quán)同樣賦予給了教師；“新編新理科”較之有所完善，除了以提問(wèn)的形式引發(fā)進(jìn)一步探究的興趣外，教科書(shū)還通過(guò)引用圖片、展示流程、結(jié)合社會(huì)科學(xué)問(wèn)題（如磁懸浮列車(chē)的利弊）等手段引發(fā)教育行動(dòng)?！斑w移延伸”的目的是將知識(shí)和方法運(yùn)用到真實(shí)情境或其他領(lǐng)域，解決實(shí)際問(wèn)題；或?qū)⒖茖W(xué)探究過(guò)程中形成的行為規(guī)范和價(jià)值觀以不同形式遷移到日常生活中，以形成學(xué)生良好的同伴關(guān)系。從這一目的來(lái)看，僅僅提問(wèn)的形式遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)遷移延伸的功能。

3. 科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的速率

根據(jù)上述對(duì)探究活動(dòng)的分類(lèi)，考察每個(gè)探究活動(dòng)的探究水平。探究水平依據(jù)Callison（2015）所制定的標(biāo)準(zhǔn) [10 ]，將探究劃分為提出問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、得出結(jié)論三個(gè)要素。同時(shí)考慮教科書(shū)（或教師）和學(xué)生在探究活動(dòng)中的地位，若教科書(shū)（或教師）在上述三要素中主導(dǎo)程度越高，說(shuō)明學(xué)生主體地位越低，自主探究方式越缺乏，探究水平越低。據(jù)此共提出了控制性探究、引導(dǎo)性探究、模擬性探究、自主性探究從低到高共四種探究水平（見(jiàn)表2）。

基于Callison標(biāo)準(zhǔn)得出三套教科書(shū)探究活動(dòng)水平情況，詳見(jiàn)表3。以“教科版小學(xué)科學(xué)”為參照標(biāo)準(zhǔn)，從橫向主題比較來(lái)看，在磁鐵內(nèi)容中，“教科版小學(xué)科學(xué)”在水平0的探究活動(dòng)占57.14%，高于“加利福尼亞科學(xué)”（40%）和“新編新理科”（33.33%）；在水平1（28.5%）低于“加利福尼亞科學(xué)”（40%）和“新編新理科”（66.67%）；在水平2（14.29%）略高于“加利福尼亞科學(xué)”（10%），而“新編新理科”沒(méi)有水平2的探究活動(dòng)。這說(shuō)明三國(guó)教科書(shū)在小學(xué)低年級(jí)段更傾向于設(shè)計(jì)低水平的控制性探究和引導(dǎo)性探究，中美兩國(guó)教科書(shū)涉及少量的模擬性探究。

在電磁鐵內(nèi)容中，三國(guó)教科書(shū)在水平0的探究活動(dòng)都有所減少，高水平的探究活動(dòng)有所增加，水平1的探究活動(dòng)幾乎占到1/2。相比而言，“教科版小學(xué)科學(xué)”水平2及以上的探究活動(dòng)占40.00%，“加利福尼亞科學(xué)”占46.15%，“新編新理科”占37.50%?？梢?jiàn)，隨著知識(shí)的深入，探究活動(dòng)的水平也有所提高。從具體數(shù)量來(lái)看，“加利福尼亞科學(xué)”增長(zhǎng)最多，其次是“教科版小學(xué)科學(xué)”，最后是“新編新理科”。

從縱向年級(jí)比較來(lái)看，曼-惠特尼U檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，“教科版小學(xué)科學(xué)”在年級(jí)間的探究水平差異邊緣顯著（Zc=1.909，p=0.056），而“加利福尼亞科學(xué)”和“新編新理科”都不顯著（Za=1.418，p=0.156；Zj=1.589，p=0.113），說(shuō)明“教科版小學(xué)科學(xué)”探究水平差異變化較大。分析發(fā)現(xiàn)，這主要源于隨著年級(jí)的增加，“教科版小學(xué)科學(xué)”水平0的探究活動(dòng)驟降（下降75%），而水平2的探究活動(dòng)驟增（增加66.66%）。其他兩國(guó)教科書(shū)的探究活動(dòng)水平變化相對(duì)較為穩(wěn)定，變化趨勢(shì)基本相同：水平0和水平1的探究活動(dòng)整體數(shù)量基本沒(méi)變，主要增加了水平2的探究活動(dòng)（分別增長(zhǎng)75%、50%）。endprint

結(jié)合橫向主題比較、縱向年級(jí)比較的結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著年級(jí)增加，雖然整體趨勢(shì)是低水平（水平0、水平1）探究活動(dòng)減少，高水平（水平2、水平3）探究活動(dòng)增加，但是從數(shù)量來(lái)看，低水平探究占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，水平1探究活動(dòng)最多。從低水平到高水平探究活動(dòng)，Kruskal-Wallis檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，三國(guó)教科書(shū)并無(wú)顯著差異（？字2=0.933，df=2，p=0.627），但是獨(dú)立樣本分析發(fā)現(xiàn)，“教科版小學(xué)科學(xué)”探究水平差異變化較大。也就是說(shuō)“教科版小學(xué)科學(xué)”教科書(shū)內(nèi)部從低水平到高水平探究活動(dòng)的發(fā)展較為激進(jìn)，具體表現(xiàn)在“磁鐵”和“電磁鐵”的內(nèi)容之中。總之，從主題內(nèi)部、主題之間、年級(jí)間、探究水平間的比較發(fā)現(xiàn)，探究水平的變化率在低水平變化較小，在高水平變化較大。其中“教科版小學(xué)科學(xué)”變化幅度最大；“新編新理科”低水平探究活動(dòng)較為穩(wěn)定，高水平探究活動(dòng)有較大幅度的增加；“加利福尼亞科學(xué)”雖然高水平探究活動(dòng)數(shù)量最多，但是其過(guò)程漸進(jìn)、穩(wěn)定。

4. 科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的廣度

以科學(xué)探究活動(dòng)為分析單位，將教科書(shū)中“磁”內(nèi)容按照STEM學(xué)科視角進(jìn)行分析。我們的假設(shè)是，探究活動(dòng)或許涉及到不止一種學(xué)科知識(shí)和技能，因此至少可從兩方面進(jìn)行廣度分析：一是分學(xué)科視角下S、T、E、M內(nèi)容；二是STEM學(xué)科的整合情況，如ST整合探究活動(dòng)。

借鑒周鵬琴等人設(shè)計(jì)的STEM分析編碼條 [11 ]，從上述兩方面對(duì)探究活動(dòng)中的STEM內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如表4所示。可以發(fā)現(xiàn)，隨著年級(jí)的增長(zhǎng)（“磁鐵”和“電磁鐵”內(nèi)容在不同的年級(jí)），不管是分學(xué)科還是整合視角，STEM內(nèi)容都有所增加，中美日三國(guó)教科書(shū)整體增長(zhǎng)率分別是30%、42.31%、27.78%。然而卡方檢驗(yàn)顯示，三國(guó)教科書(shū)內(nèi)部STEM內(nèi)容間無(wú)顯著性差異（？字2c=0.885，pc=0.971；？字2a=4.204，pa=0.520；？字2j=1.705，pj=0.888），三國(guó)之間STEM內(nèi)容也無(wú)顯著性差異（？字2=0.885，p=0.991）。這就是說(shuō)，STEM內(nèi)容的增長(zhǎng)趨勢(shì)并非突發(fā)性的，而是漸進(jìn)的。尤其是“加利福尼亞科學(xué)”，由于其STEM內(nèi)容基數(shù)較大，增長(zhǎng)率高，能做到漸進(jìn)地增加STEM內(nèi)容，得益于其教科書(shū)所設(shè)計(jì)的逐漸開(kāi)放的探究活動(dòng)，即從限定的探究活動(dòng)到指導(dǎo)性的探究活動(dòng)，再到獨(dú)立、開(kāi)放的探究。在限定性探究活動(dòng)中主要是S主導(dǎo)，隨著探究活動(dòng)逐漸開(kāi)放，研究設(shè)計(jì)變得更加自主和復(fù)雜，T、E、M內(nèi)容逐漸融入探究過(guò)程之中。中日兩國(guó)教科書(shū)也有相似的設(shè)計(jì)，但總體而言，“加利福尼亞科學(xué)”探究活動(dòng)梯度更為明顯，這也使得STE、SM、ST、TE等整合性的內(nèi)容能有機(jī)地融入其中。

進(jìn)一步進(jìn)行內(nèi)容分析，“教科版小學(xué)科學(xué)”探究活動(dòng)中S內(nèi)容最多，其次是T和SM。也就是說(shuō)，探究活動(dòng)與M聯(lián)系較為緊密，主要表現(xiàn)為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運(yùn)算處理。其他研究也得到類(lèi)似的結(jié)論 [12 ]。T內(nèi)容主要表現(xiàn)為一些制作活動(dòng)，它與S內(nèi)容構(gòu)成了“教科版小學(xué)科學(xué)”STEM內(nèi)容的主體。

“加利福尼亞科學(xué)”探究活動(dòng)中S內(nèi)容與其他內(nèi)容之比為1：1.16，其次是T和STE。STE比重較大，說(shuō)明其跨學(xué)科整合程度高。其STE探究活動(dòng)的特色在于“系列性”，即緊扣一個(gè)主題從多個(gè)視角設(shè)計(jì)STE內(nèi)容。如在“電磁鐵運(yùn)用”活動(dòng)中，教科書(shū)呈現(xiàn)了揚(yáng)聲器、耳機(jī)、手機(jī)中的電磁鐵，然后具體分析門(mén)鈴的工作原理，最后學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等STE內(nèi)容，并在實(shí)踐中制作簡(jiǎn)易產(chǎn)品。

“新編新理科”探究活動(dòng)中，S內(nèi)容占比38.71%，低于中美兩國(guó)教科書(shū)。S內(nèi)容較少意味著其他內(nèi)容增加，T、SM占比相當(dāng)，高于中國(guó)教科書(shū)。也就是說(shuō)，“新編新理科”相當(dāng)重視S與M的整合，這與“教科版小學(xué)科學(xué)”較為一致，但二者的差異在于探究活動(dòng)目的不同?！敖炭瓢嫘W(xué)科學(xué)”希望學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，“新編新理科”希望學(xué)生在體驗(yàn)和調(diào)查之后理解自然事物與現(xiàn)象。探究本身被認(rèn)為是一種親自然行為，因此，反映到STEM理念上，“教科版小學(xué)科學(xué)”基本無(wú)ST、SE內(nèi)容，因?yàn)樘骄窟^(guò)程的主體是S、T、SM內(nèi)容；而“新編新理科”卻有所涉及，因?yàn)镾T、SE更能發(fā)掘自然和人類(lèi)、自然和生物的共生關(guān)系。

5. 科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的來(lái)源

科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的路線(xiàn)、速率和廣度實(shí)質(zhì)上都是其變化的具體表現(xiàn)，那么，這些路線(xiàn)、速率和廣度上差異的原因是什么呢？這就涉及科學(xué)探究設(shè)計(jì)變化的來(lái)源問(wèn)題。其影響因素較為繁雜，我們主要從宏觀到微觀選取教育文化、研究水平、課程理念三方面進(jìn)行分析，希望捕捉這些微觀差異的歷史原因。

（1）教育文化因素

從地域來(lái)看，教育文化因素是一個(gè)重要原因。20世紀(jì)初，“實(shí)用主義”成為美國(guó)的主流思潮，促成了進(jìn)步主義教育的發(fā)展與實(shí)施。正如亨利·斯蒂爾·康馬杰所說(shuō)，美國(guó)人的文化是實(shí)用性的，他們喜歡實(shí)實(shí)在在的財(cái)富 [13 ]。無(wú)論是教育、民主還是戰(zhàn)爭(zhēng)，他們傾向于以數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)幾乎所有的事情 [14 ]。實(shí)用性是其文化特征之一，這也反映在了教科書(shū)之中，如重視探究技能、體現(xiàn)STEM廣度、關(guān)注科學(xué)方法等。多種探究技能適用于解決具體的問(wèn)題，從學(xué)生的未來(lái)職業(yè)和適應(yīng)社會(huì)考慮，解決問(wèn)題比理解概念更重要 [15 ]。因此，重視探究技能和方法是美國(guó)實(shí)用主義在教育領(lǐng)域的表現(xiàn)，其目的是讓學(xué)生以后順利地選擇職業(yè)或適應(yīng)社會(huì)生活。

我國(guó)的傳統(tǒng)教育思想博大精深，從《大學(xué)》《學(xué)記》到《師說(shuō)》，展示了豐富多彩的教育思想。但是，由于傳統(tǒng)教育與政治交織緊密，逐漸失去了育人本色，導(dǎo)致我國(guó)近代的傳統(tǒng)教育已經(jīng)偏離了其最初的思想本質(zhì)。難怪有學(xué)者認(rèn)為，從春秋到清末，我國(guó)教育一直處于“古老而又漫長(zhǎng)”的萌芽時(shí)期 [16 ]。日本文化具有“吸納性”，它有著善于吸收外來(lái)先進(jìn)文化的特質(zhì)。這種“吸納性”在明治維新時(shí)期達(dá)到頂峰，江戶(hù)時(shí)代奉為神圣的“儒家朱子學(xué)”在明治維新時(shí)期卻受到批判 [17 ]。也就是在這一時(shí)期，日本文化轉(zhuǎn)向西方化進(jìn)程，教育發(fā)展也全面西化。中日文化在19世紀(jì)末同樣經(jīng)歷了西方洗禮，但中國(guó)采取的是“閉關(guān)鎖國(guó)”政策，日本則“主動(dòng)吸納”。在不得不改變的形勢(shì)下，近代中國(guó)才從日本間接吸納了西方先進(jìn)的教育文化思想。反映在教科書(shū)上，中日有諸多相似之處，如探究主要為理解概念服務(wù)、探究過(guò)程強(qiáng)調(diào)階段性等。endprint

中華人民共和國(guó)成立之后，我國(guó)教育思想又深受蘇聯(lián)凱洛夫教育學(xué)影響，它強(qiáng)調(diào)的是學(xué)科中心、課堂中心、教師中心，與杜威實(shí)用主義教育思想相對(duì) [18 ]。反映在教科書(shū)上，探究還是以限定性探究活動(dòng)居多；雖然強(qiáng)調(diào)自主探究，但引導(dǎo)意味過(guò)重；展現(xiàn)STEM思想的探究活動(dòng)以S、M融合居多，而體現(xiàn)STEM本質(zhì)的STE內(nèi)容較少。

（2）科學(xué)教育研究水平差異

從發(fā)展來(lái)看，源于科學(xué)教育研究水平的差異。以科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)為例，美國(guó)1996年版的科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)提出了“統(tǒng)一概念和過(guò)程”、“作為探究的科學(xué)”等內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)；我國(guó)2001年版的《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)“科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心”，而“統(tǒng)一概念和過(guò)程”被忽視。根本上講，這還是源于我國(guó)科學(xué)教育研究水平不足，沒(méi)有概念發(fā)展、學(xué)習(xí)進(jìn)階等方面的研究，不能摸清到底如何形成發(fā)展的核心概念。同一時(shí)期，日本在1989年修訂了《小學(xué)理科學(xué)習(xí)指導(dǎo)要領(lǐng)》，削減了教學(xué)內(nèi)容和時(shí)間，提倡科學(xué)探究與跨學(xué)科綜合性體驗(yàn)學(xué)習(xí)相結(jié)合，也沒(méi)有提及“統(tǒng)一概念和過(guò)程”，但是強(qiáng)調(diào)理解概念、共同的概念以及概念間的聯(lián)系。

在我國(guó)遲遲未頒布新的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，日本于2008年又修訂了《小學(xué)理科學(xué)習(xí)指導(dǎo)要領(lǐng)》，強(qiáng)調(diào)伴有實(shí)感的理解自然事物和現(xiàn)象，注重觀察、實(shí)驗(yàn)和表達(dá)技能。美國(guó)也于2013年頒布了革命性的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》，為科學(xué)實(shí)踐、共通概念、學(xué)科核心概念、科學(xué)本質(zhì)和STSE教育等五個(gè)方面內(nèi)容分別構(gòu)建了各自的進(jìn)階矩陣，為工程設(shè)計(jì)構(gòu)建了進(jìn)階關(guān)系圖 [19 ]。據(jù)了解，我國(guó)最新修訂并頒布的小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)核心概念、工程和技術(shù)，這與國(guó)際科學(xué)教育研究主題基本一致。希望其與時(shí)俱進(jìn)的課程理念可以推進(jìn)我國(guó)科學(xué)教科書(shū)發(fā)展。

（3）教科書(shū)指導(dǎo)思想不同

從課程理念來(lái)看，指導(dǎo)思想也是一個(gè)重要原因。加州《公立學(xué)校科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)科學(xué)課程應(yīng)發(fā)揮培養(yǎng)社會(huì)人力資源的優(yōu)勢(shì)，為學(xué)生能獲得他們將來(lái)成功必需的知識(shí)和技能作準(zhǔn)備。反映在教科書(shū)中，探究?jī)?nèi)容整合了科學(xué)與閱讀、健康、STEM等內(nèi)容，探究方式也隨著學(xué)科整合度的增加而變得更為開(kāi)放。日本新修訂的《學(xué)習(xí)指導(dǎo)要領(lǐng)（2008）》認(rèn)為，科學(xué)課程旨在親近自然，通過(guò)全面觀察和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)解決問(wèn)題的能力與熱愛(ài)自然的情懷。依據(jù)這一目標(biāo)，教科書(shū)在低年級(jí)設(shè)置了內(nèi)容遞進(jìn)的觀察活動(dòng)，在高年級(jí)設(shè)置了逐漸開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，觀察和實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)融入ST、SE內(nèi)容，體現(xiàn)了理解概念、親近自然的教學(xué)目的。我國(guó)《小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2001）》指出，小學(xué)科學(xué)是全面提高每一個(gè)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是以科學(xué)探究為過(guò)程和方法，以STS教育為協(xié)調(diào)的科學(xué)入門(mén)教育。為體現(xiàn)這一理念，教科書(shū)更關(guān)注學(xué)生在活動(dòng)中體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，如在研究電磁鐵磁力影響因素時(shí)，教科書(shū)對(duì)“磁力與線(xiàn)圈圈數(shù)關(guān)系”有詳細(xì)的探究過(guò)程陳述，但探究其他因素時(shí)，教科書(shū)要求學(xué)生模仿性地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和過(guò)程。

五、建議與思考

從四個(gè)方面對(duì)中美日三國(guó)科學(xué)教科書(shū)的科學(xué)探究設(shè)計(jì)進(jìn)行比較，可以看出，雖然整體來(lái)看，科學(xué)探究的內(nèi)容基本相同，設(shè)計(jì)路徑基本依據(jù)從易到難的內(nèi)容水平，但是，科學(xué)探究變化路徑顯示，三國(guó)教科書(shū)在制定計(jì)劃、結(jié)論呈現(xiàn)、遷移延伸等方面有所不同?？茖W(xué)探究變化速率顯示，隨著年級(jí)增長(zhǎng)，“教科版小學(xué)科學(xué)”探究水平變化幅度較大；“新編新理科”低水平探究活動(dòng)穩(wěn)定，高水平探究活動(dòng)有較大幅度增加；“加利福尼亞科學(xué)”雖然高水平探究活動(dòng)數(shù)量最多，但是其過(guò)程漸進(jìn)、穩(wěn)定?？茖W(xué)探究變化廣度顯示，“教科版小學(xué)科學(xué)”和“新編新理科”對(duì)STEM內(nèi)容的重視主要體現(xiàn)在S與M的整合，但其目的有所不同；而“加利福尼亞科學(xué)”表現(xiàn)為STE整合，且形成系列性。

上述差異也是其教科書(shū)特色。形成這些特色的原因，源于教育文化和歷史進(jìn)程、指導(dǎo)思想、科學(xué)教育研究水平等的差異。深度剖析這些原因，系統(tǒng)梳理各教科書(shū)特色，可以為我國(guó)教科書(shū)的編寫(xiě)提供以下啟示。

1. 考慮科學(xué)探究活動(dòng)的可持續(xù)性

探究活動(dòng)的可持續(xù)性是指以?xún)?nèi)容、探究技能等固定的或發(fā)展性的媒介為基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。通過(guò)比較三國(guó)教科書(shū)科學(xué)探究變化路徑，建議從三個(gè)方面體現(xiàn)探究活動(dòng)的可持續(xù)性：

首先，考慮年級(jí)間的探究活動(dòng)的可持續(xù)性。可尋找一種客觀的、可持續(xù)性的媒介作用于探究活動(dòng)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)探究活動(dòng)的可持續(xù)性。如根據(jù)一年四季的時(shí)間變化來(lái)學(xué)習(xí)植物生長(zhǎng)規(guī)律，利用動(dòng)物的生活習(xí)性實(shí)施具體的觀察活動(dòng)等。

其次，考慮一學(xué)年間的探究活動(dòng)的可持續(xù)性。一學(xué)年的主題內(nèi)容大多數(shù)是并列的，即主題之間的知識(shí)缺乏聯(lián)系，但是可以利用探究技能來(lái)體現(xiàn)不同主題下探究活動(dòng)的可持續(xù)性。因?yàn)樘骄考寄芸梢钥缭街R(shí)并且依賴(lài)知識(shí)來(lái)構(gòu)建不同程度的探究活動(dòng)。應(yīng)當(dāng)指出的是，這時(shí)的探究活動(dòng)以注重訓(xùn)練探究技能為主。

最后，考慮章和節(jié)之間探究活動(dòng)的可持續(xù)性。章和節(jié)之間的知識(shí)往往是連續(xù)性的，一般依據(jù)知識(shí)的難度和深度創(chuàng)建不同開(kāi)放程度的探究活動(dòng)，形成理解概念、掌握方法為目的的單元內(nèi)部序列?！敖炭瓢嫘W(xué)科學(xué)”主題式的編寫(xiě)方式普遍采用了此種方式，不必贅述。

2. 考慮科學(xué)探究活動(dòng)的逐漸開(kāi)放性

探究活動(dòng)的開(kāi)放性是指在某些相關(guān)主題內(nèi)容中，教科書(shū)或教師的主導(dǎo)作用減弱而學(xué)生自主探究的權(quán)限增加；或隨著年級(jí)的增長(zhǎng)，學(xué)生自主控制探究環(huán)節(jié)的權(quán)限擴(kuò)大，探究的問(wèn)題和結(jié)果更具未知性。通過(guò)對(duì)三國(guó)教科書(shū)科學(xué)探究變化速率的比較分析，可以發(fā)現(xiàn)，開(kāi)放程度不同的探究活動(dòng)都有所體現(xiàn)。相比而言，“教科版小學(xué)科學(xué)”隨年級(jí)變化其探究水平變化較快。

探究活動(dòng)的構(gòu)成要素包括教師/教材，內(nèi)容/年級(jí)，以及探究活動(dòng)的完整度。如圖3所示，隨著年級(jí)增長(zhǎng)或內(nèi)容變化，探究活動(dòng)中教師的指導(dǎo)力度減弱，而探究活動(dòng)愈發(fā)完整，訓(xùn)練的探究技能也越來(lái)越復(fù)雜。這里的“探究活動(dòng)完整度”有兩層含義：一是指教科書(shū)陳述的探究步驟愈發(fā)簡(jiǎn)潔，而學(xué)生經(jīng)歷的探究過(guò)程愈發(fā)復(fù)雜，如自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等；二是指教科書(shū)陳述的探究?jī)?nèi)容愈發(fā)復(fù)雜，難度逐漸增加，學(xué)生處理變量之間的關(guān)系愈發(fā)困難，數(shù)據(jù)與現(xiàn)象之間的關(guān)系愈發(fā)隱秘。教師的指導(dǎo)實(shí)質(zhì)上起著調(diào)節(jié)作用，通過(guò)對(duì)不同能力的學(xué)生進(jìn)行異步指導(dǎo)，使探究過(guò)程被所有學(xué)生理解。這也體現(xiàn)了小學(xué)科學(xué)課程是以探究為主的科學(xué)啟蒙課程。endprint

3. 考慮探究活動(dòng)的廣度

探究活動(dòng)的廣度包含三層含義：一是指探究活動(dòng)與藝術(shù)、寫(xiě)作、數(shù)學(xué)、閱讀等結(jié)合起來(lái)，擴(kuò)充學(xué)生對(duì)科學(xué)的認(rèn)識(shí)。如教科書(shū)基本將“種子萌發(fā)的影響因素”設(shè)計(jì)成實(shí)驗(yàn)探究，其實(shí)這也是科學(xué)寫(xiě)作的經(jīng)典案例。通過(guò)詳細(xì)描述種子萌發(fā)的過(guò)程，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，還訓(xùn)練了寫(xiě)作表達(dá)能力。二是指探究活動(dòng)中的STSE成分。雖然本文并未比較三國(guó)教科書(shū)中的STSE內(nèi)容，但我們另外的研究顯示，三國(guó)的STSE內(nèi)容以“技術(shù)與生活”“技術(shù)與工業(yè)”居多，讓學(xué)生關(guān)注生活中的技術(shù)、了解工業(yè)是三國(guó)教科書(shū)STSE內(nèi)容的共識(shí) [20 ]。同時(shí)，隨著技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)致的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，滲透保護(hù)環(huán)境的意識(shí)也是三國(guó)教科書(shū)STSE設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。三是指探究活動(dòng)中的STEM內(nèi)容。研究發(fā)現(xiàn)，“加利福尼亞科學(xué)”已形成了系列性的STE內(nèi)容，SM也占有較大比重。STEM探究活動(dòng)最能體現(xiàn)跨學(xué)科整合需求，尤其是在活動(dòng)內(nèi)容設(shè)計(jì)時(shí)，能?chē)@一兩個(gè)學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)建構(gòu)真實(shí)問(wèn)題情境下的探究活動(dòng)，探究過(guò)程逐漸向問(wèn)題解決過(guò)渡，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作中理解跨學(xué)科知識(shí)。可見(jiàn)，STEM探究活動(dòng)不僅可以擴(kuò)寬學(xué)生的知識(shí)視野，還能影響知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，在“窄而深”主題、“廣而淺”內(nèi)容中找到培養(yǎng)能力與提升知識(shí)之間的平衡點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王 健，張前進(jìn).中美科學(xué)教科書(shū)中科學(xué)史內(nèi)容的比較研究——以高中“分子與細(xì)胞”主題為例[J].湖南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)報(bào)，2016（2）：45-50.

[2]仲扣莊，郭玉英. 基于科學(xué)素養(yǎng)主題的中美高中物理教科書(shū)定量分析——以“量子理論”為例[J].課程·教材·教法，2012（10）：121-127.

[3]王世光.探究設(shè)計(jì)的誤區(qū)——反思新課程社會(huì)科教科書(shū)[J].教育學(xué)報(bào)，2007（2）：50-54.

[4]彭 征，李曉梅，李春密.國(guó)際初中物理教科書(shū)中對(duì)不同知識(shí)主題的側(cè)重——以中、俄、德、法四套教科書(shū)為例[J].課程·教材·教法，2014（3）：119-124.

[5]石 鷗，趙長(zhǎng)林.科學(xué)教科書(shū)的意識(shí)形態(tài)[J].教育研究，2004（6）：72-76.

[6]朱智賢.心理學(xué)大詞典[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，1989：151.

[7]張春興.張氏心理學(xué)辭典[M].臺(tái)北：東華書(shū)局，1989：279.

[8]百科辭典.發(fā)生法[EB/OL].[2016-11-05].http：//www.chinabaike.com/article/baike/1000/2008/200805111457316.html.

[9]辛自強(qiáng)，林崇德.微觀發(fā)生法：聚焦認(rèn)知變化[J].心理科學(xué)進(jìn)展，2002（2）：206-212.

[10]Callison D. The Evolution of Inquiry：Controlled，Guided，Modeled，and Free[M].ABC-CLIO：Libraries Unlimited，2015.

[11]周鵬琴，徐 唱，張 韻，等.STEM視角下的美國(guó)科學(xué)課程教材分析——以FOSSK-5年級(jí)科學(xué)教材為例[J].中國(guó)電化教育，2016（5）：25-32.

[12]唐小為，王唯真.整合STEM發(fā)展我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)教育的有效路徑分析[J].教育研究，2014（9）：61-68.

[13]亨利·斯蒂爾·康馬杰.美國(guó)精神[M].楊靜予，南 木，譯.北京：光明日?qǐng)?bào)出版社，1988：7-10.

[14]王 飛.德國(guó)“教育學(xué)—教學(xué)論”范式與美國(guó)“教育科學(xué)—課程論”范式的比較研究[J].清華大學(xué)教育研究，2012（2）：11-17.

[15]國(guó)家科學(xué)研究理事會(huì).科學(xué)探究與國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)——教與學(xué)的指南[M].羅星凱，等譯.北京：科學(xué)普及出版社，2004：35-36.

[16]丁錦宏.教育學(xué)[M].南京：南京大學(xué)出版社，2002：136- 138.

[17]楊孔熾.論日本江戶(hù)時(shí)代的教育思想及其近代意義[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），1998（3）：110-115.

[18]顧明遠(yuǎn).論蘇聯(lián)教育理論對(duì)中國(guó)教育的影響[J].北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2004（1）：5-13.

[19]郭玉英，姚建欣.美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》述評(píng)[J].課程·教材·教法，2013（8）：118-127.

[20]首 新.中美日三國(guó)小學(xué)科學(xué)教科書(shū)的比較研究[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2013：55-57.

Abstract：In this paper，we compare the differences of the design of“scientific inquiry”in primary science textbooks between China，America and Japan. The result shows that there are great differences in the path of change，the formulation of plan，the presentation of conclusions and the migration extension. In the rate of change，with the growth of grade，the change of the level of inquiry in Chinas textbook are relatively large，but the change of the other two countrys textbooks are gradual. In the range of change，the inquiry activities of the Chinese and Japanese textbooks attach importance to the integration of science and mathematics，but the textbook of United States embodies the essence of STEM in science，technology and Engineering. The features of inquiry design tell us to consider sustainability，openness，and breadth in designing inquiry activities.

Key words：primary science；textbook；scientific inquiry；the micro-genetic methodendprint