托起中國兒童的“科學(xué)夢”（二）

蘇教版《科學(xué)》教材編寫組

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）體現(xiàn)了國家對小學(xué)階段學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的規(guī)定，教材編寫者的職責(zé)是把這些規(guī)定變成可供學(xué)生學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)方案。不同的教材依據(jù)不同的學(xué)理和不同的創(chuàng)意設(shè)計出不同的學(xué)習(xí)方案，就像房屋建筑設(shè)計都得遵循結(jié)構(gòu)力學(xué)的原理，但并不妨礙蓋出的房屋可以是千姿百態(tài)的一樣。

科學(xué)素養(yǎng)包含不同的面向。課程標(biāo)準(zhǔn)對“科學(xué)素養(yǎng)”做了如下的描述：科學(xué)素養(yǎng)是指了解必要的科學(xué)技術(shù)知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學(xué)方法，認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，樹立科學(xué)思想，崇尚科學(xué)精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務(wù)的能力。課程標(biāo)準(zhǔn)將科學(xué)素養(yǎng)凝聚為四個方面的課程目標(biāo)，即科學(xué)知識，科學(xué)探究，科學(xué)態(tài)度，科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境。科學(xué)素養(yǎng)各個面向的形成過程雖然有一定程度的交叉融合，但其學(xué)理各異，因此教材編寫者在設(shè)計學(xué)習(xí)方案、安排活動時必須認(rèn)真考慮。

為兒童學(xué)習(xí)科學(xué)知識設(shè)計多種策略與思路

課程標(biāo)準(zhǔn)共確定了18個主要的科學(xué)概念，18個主要概念又被分解為75個具體的學(xué)習(xí)內(nèi)容，它們是科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)，本教材首先考慮的就是科學(xué)知識的落實問題。教材編寫組先選出75個學(xué)習(xí)內(nèi)容中屬于陳述性知識的知識點，將其作為組織單元的線索，這些知識點從很多單元名稱就可以看出它們的“歸屬”，如“力與運動”“植物的一生”“玩磁鐵”“生活中的材料”等。需要說明的是，單元名稱不是知識點，而是主題。主題的外延大于知識點，主題包括更多的內(nèi)容。這一點將在下文的“教材的組織方式”中展開。

為了讓小學(xué)生理解這些知識，教材編寫者運用了多種學(xué)習(xí)策略：

1.研究性游戲

這種學(xué)習(xí)策略主要是針對低年級學(xué)生。因為低年級學(xué)生還不可能做較規(guī)范的科學(xué)實驗，還不知道什么是變量控制，什么是數(shù)據(jù)分析。研究性游戲是讓學(xué)生在游戲中有所發(fā)現(xiàn)的探究。例如一年級上冊《走進科學(xué)》單元的滾小球活動，就屬于研究性游戲。讓一年級學(xué)生在滾小球的游戲中主動發(fā)現(xiàn)問題，教材只在斜坡的不同高度標(biāo)了兩個點作為提示。前期教材實驗表明，學(xué)生可能會發(fā)現(xiàn)同一個球在不同高度滾下后遠(yuǎn)近會不同，也可能會發(fā)現(xiàn)不同輕重的球同時從同一高度滾下會同時停下。研究性游戲策略在一年級的很多單元都被用到。在一年級下冊的《石頭與泥土》單元中，教材安排了玩泥巴、玩沙子的游戲，讓學(xué)生在玩的過程中認(rèn)識泥土、沙子等物質(zhì)的特征。在《動物與植物》單元中，有一系列的“猜謎”游戲：或通過叫聲，或通過動作，或通過局部的圖片讓學(xué)生認(rèn)識動物的外部特征。

2.類比策略

在前期的研究中，我們發(fā)現(xiàn)小學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識時或多或少已經(jīng)具備一些前概念。這些前概念有的與科學(xué)概念一致，有的卻不一致。矯正有問題的前概念需要一個過程，類比策略不失為一種有效的矯正方法。例如我們發(fā)現(xiàn)，不少低年級的學(xué)生都認(rèn)為白天天上沒有星星。為了矯正這一前概念，教材運用了類比策略：讓學(xué)生用電量不一的小手電筒在天花板上模擬星空，再用投影儀模擬陽光，學(xué)生親眼觀察到滿天的“繁星”是如何在“陽光”的照射下慢慢“消失”的。一段時間后再問他們：白天星星到哪兒去了？他們不再說星星睡覺了，而會說星星還在天上。

3.獲取直接經(jīng)驗

考慮到小學(xué)生感性經(jīng)驗不足，直接經(jīng)驗有限，教材提供了很多在真實情境中探究的機會，如校園生物大調(diào)查，用自制望遠(yuǎn)鏡觀察月亮上的陰影，養(yǎng)蝸牛，養(yǎng)昆蟲，栽小蔥等。之所以這樣做，是因為我們認(rèn)可一位諾貝爾獎獲得者的觀點，他不反對依靠文字增加自然知識，但這種通過文字對自然的認(rèn)識如果在順序上或數(shù)量上都超過對自然的感性認(rèn)識，人們所認(rèn)識的自然可能會面目全非。

4.運用實物模型、視頻、圖片等手段為科學(xué)概念的形成提供形象直觀的表象支撐

教材除了選擇現(xiàn)成的價廉物美的學(xué)具外，還自行設(shè)計了與教材配套的教學(xué)用具，如月相儀、太陽高度儀等。本教材還擬運用先進的增強現(xiàn)實數(shù)字技術(shù)，使教材內(nèi)容更加形象生動。

5.通過遷移運用加深概念的理解

編寫組在活動手冊中設(shè)計了許多遷移運用的作業(yè)，如一年級上冊的《用雙手創(chuàng)造》單元中有關(guān)自然物與人造物概念的學(xué)習(xí)，除了教材提供的把自然物改造成人造物的例子外，活動手冊上還要求學(xué)生再舉幾個把自然物改造成人造物的例子。

6.發(fā)揮思維導(dǎo)圖、概念圖、維恩圖等認(rèn)知工具在組織科學(xué)知識中的作用

一年級下冊的幾個單元都用到了氣泡圖。在《石頭與泥土》單元的觀察石頭特征的活動中，氣泡圖是這樣的：上面的框內(nèi)標(biāo)寫的是抽象的科學(xué)概念，如形狀、顏色、大小等，氣泡里面讓學(xué)生說出具體一塊石頭的形狀、顏色、大小等是什么樣的。我們認(rèn)為，經(jīng)常讓學(xué)生做這樣的練習(xí)，有利于他們形成各種認(rèn)知圖式，有利于增強思維的邏輯性。

充分依托科學(xué)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

準(zhǔn)確地講，指向科學(xué)知識學(xué)習(xí)的探究屬于“重演—再現(xiàn)”式的探究，即探究的結(jié)論是前人已經(jīng)知道的，但對于學(xué)生來說可能是未知的。采用“重演—再現(xiàn)”式的探究形式有利于學(xué)生對知識的理解，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法與程序，教師也容易掌控。一般而言，這種探究多為“良構(gòu)”的，即探究的路徑、方法是清晰的?？紤]到課堂教學(xué)時間的限制，教材將這類“良構(gòu)”的探究根據(jù)學(xué)生認(rèn)知的可能性分配給了一些重要的科學(xué)知識，如“種子萌發(fā)的條件”“溶解快慢與什么因素有關(guān)”等。

科學(xué)探究不僅是學(xué)習(xí)科學(xué)知識的有效策略，本身還有獨特的存在價值——它可以為學(xué)生提供一種以實證和邏輯為主的看世界的方式，學(xué)會科學(xué)思維。重視科學(xué)思維是本教材一貫的主張，也是本教材的特色之一。此次教材修訂，繼續(xù)保留了這一特色，但在編寫思路上有了很大的調(diào)整。

我們把工程實踐從科學(xué)探究中獨立出來，作為與科學(xué)探究并列的另一類探究。科學(xué)探究過程包含的要素課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有了詳細(xì)的說明，即提出問題、作出假設(shè)、制訂計劃、搜集證據(jù)、處理信息、得出結(jié)論、表達(dá)交流、反思評價。關(guān)于工程實踐，課程標(biāo)準(zhǔn)只寫了四個要素：明確問題、確定方案、設(shè)計制作、改進完善，教材編寫組參考了若干國家的技術(shù)與工程教育標(biāo)準(zhǔn)和教材，加上我們自己的思考，將工程實踐細(xì)化為六個要素，即明確問題、前期探索、確定方案、制作模型、評價改進、展示分享。

科學(xué)探究與工程實踐以兩種方式呈現(xiàn)。一種方式是滲透、融合，即將科學(xué)探究和科學(xué)探究中的過程技能（科學(xué)思維技能）與科學(xué)知識的學(xué)習(xí)交織在一起。如用探究的方式學(xué)習(xí)“種子萌發(fā)的條件”“電磁鐵磁力的大小與什么因素有關(guān)”，設(shè)計一個磁鐵玩具等。除了這種較完整的科學(xué)探究和工程實踐活動外，教材還將許多科學(xué)過程技能如分類、排序、測量、估算、預(yù)測、數(shù)據(jù)分析等，分散地安排在知識的學(xué)習(xí)中。如一年級的給石頭分類、對人類衣食住行按時代進行排序，五年級的氣象數(shù)據(jù)分析等。這些過程技能，修訂前的教材是以專門單元呈現(xiàn)的，現(xiàn)在讓位給新增加的第二種方式——專項學(xué)習(xí)（完整的科學(xué)探究與工程實踐）了。

專項學(xué)習(xí)是本教材刻意安排的，對科學(xué)探究和工程實踐的過程及技能進行指導(dǎo)。教材編寫者在這一點上達(dá)成了共識：如果為促進學(xué)生思考而進行教學(xué)是一個真正有價值的教育目標(biāo)，那么這些教學(xué)材料以及教學(xué)策略必須編入整體結(jié)構(gòu)中，如果只是做一般性的融合，那是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。專項學(xué)習(xí)包括“科學(xué)探究”和“工程實踐”兩類，從一年級到六年級按上下冊交替安排。專項學(xué)習(xí)中的探究和設(shè)計過程是完整的，但各年級指導(dǎo)的重點和深度不一樣（這一點將在“教材的組織方式”中展開）。需要指出的是，專項學(xué)習(xí)中的科學(xué)探究與工程實踐一定是“非良構(gòu)”的——要么探究的結(jié)論是未知的，要么是“沒有最好，只有更好”。與“良構(gòu)”的相比，科學(xué)探究和工程實踐中的活動更具有挑戰(zhàn)性，科學(xué)思維與工程思維的練習(xí)也更充分。

在與知識學(xué)習(xí)的整合中，探究、設(shè)計是作為學(xué)習(xí)知識的方法;在專項學(xué)習(xí)中，探究、設(shè)計是作為學(xué)習(xí)的目的?！敖豢棥迸c“專項”的區(qū)別也正在于此。

讓科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)彌散于教材的細(xì)節(jié)當(dāng)中

課程標(biāo)準(zhǔn)列出了四個方面的科學(xué)態(tài)度，即探究興趣、實事求是、追求創(chuàng)新、合作分享。我們認(rèn)為，科學(xué)態(tài)度的這四個方面是核心素養(yǎng)中的“科學(xué)精神”和“實踐創(chuàng)新”在本學(xué)科的具體化。本教材通過以下的方法策略加以落實。

1.遵循兒童喜歡動手的天性，在“做中學(xué)”中激發(fā)學(xué)生的科學(xué)興趣

兒童喜歡動手的天性早已為教育理論和教育實踐所證實。教育心理學(xué)家揭示了兒童認(rèn)知事物的規(guī)律：行為把握——表象把握——符號把握，并且指出，這一順序是不可逆轉(zhuǎn)的。教育實踐也證明：凡符合兒童認(rèn)知規(guī)律的學(xué)習(xí)方式都是兒童喜歡的。為了激發(fā)兒童的科學(xué)興趣，為了挑選兒童喜愛的動手做活動，教材編寫組做了許多相關(guān)研究。如對美國的FOSS、德國的KOSMOS等“動手做”科學(xué)教育項目做的驗證性研究。有些國際上深受兒童喜歡的著名活動，我們改編后加以選用，如一年級的解暗箱活動和猜腳印活動。又如教材編寫組成員主持的STEM實驗研究，參與的“做中學(xué)”研究，這些研究使教材的動手做活動設(shè)計有了充足的儲備。教材幾乎每一課都安排有動手做的活動，這一點不難從每課的“動手”活動圖標(biāo)中看出。

2.在科學(xué)探究和工程實踐中培養(yǎng)兒童實事求是、實踐創(chuàng)新等品質(zhì)

我們認(rèn)為，在食譜式的科學(xué)探究和工程實踐中很難培養(yǎng)這些品質(zhì)，只有在真實情境中，在真正地解決問題的過程中，在面對非理想數(shù)據(jù)絞盡腦汁找原因的過程中才能形成這些品質(zhì)。為此，教材無論是對“交織”的探究還是對“專項學(xué)習(xí)”的探究，總會盡力增加各種“為難”學(xué)生的機會，以激發(fā)他們的創(chuàng)造力，使他們養(yǎng)成尊重事實、尊重數(shù)據(jù)的思維習(xí)慣。例如在養(yǎng)蠶活動中，我們嵌入的探究活動是：濕桑葉能否喂蠶？在學(xué)完“物質(zhì)的三態(tài)變化”知識后，讓孩子做一個用蒸汽讓輪子轉(zhuǎn)動的裝置。專項學(xué)習(xí)中的科學(xué)探究和工程實踐，“為難”的成分會更多一些，因而用數(shù)據(jù)說話、發(fā)揮創(chuàng)造性想象的機會也會更多一些。如讓兒童設(shè)計一種市場上還沒有的糖果或果醬，這一要求足夠?qū)W生忙活很長時間，但也會因創(chuàng)造力的釋放而興奮很長時間。

3.通過研究性游戲激發(fā)兒童的科學(xué)興趣

有關(guān)研究性游戲，前文已經(jīng)有所交代，兒童喜歡游戲的天性是人所共知的，此處不再贅述。

4.通過小組合作學(xué)習(xí)和多種評價方式培養(yǎng)兒童多方面的科學(xué)態(tài)度，尤其是合作意識和合作能力

合作意識和合作能力是當(dāng)代社會普遍重視的核心素養(yǎng)之一，科學(xué)課程完全有機會加以培養(yǎng)。為此，教材設(shè)計的活動大都是要求同伴或小組合作完成，評價也經(jīng)常以小組為單位。如一年級上冊的《用感官觀察》單元的活動：觀察點燃前后的蠟燭，是按小組統(tǒng)計找到的蠟燭特征?！队么竽X思考》單元中的解暗箱活動，更是完整地體現(xiàn)了合作交流分享在個人知識轉(zhuǎn)變?yōu)楣仓R中的重要性：先是各人聽各人的盒子，獨立判斷障礙物的位置;然后小組交流各自的判斷，要求盡可能取得一致意見。如果意見不一致，則要求再試試、再討論。此活動在模擬科學(xué)家探究過程中的合作交流方面無與倫比?；顒邮謨宰詈笠豁摰脑u價表將科學(xué)態(tài)度作為重要的評價項目。評價表分為自評、同伴評和教師評三類。自評針對的是每一單元每一課參與科學(xué)活動的情況，分為做了、認(rèn)真做、有創(chuàng)意地做三級水平。同伴評的指標(biāo)是：積極思考，遵守規(guī)則，善于合作，認(rèn)真完成任務(wù)。教師評的指標(biāo)是：掌握了該學(xué)的知識，雙手很靈巧、會制作，頭腦靈活、善于思考，能用科學(xué)的態(tài)度看待事物。后兩者也都分為三級水平。我們認(rèn)為評價也是一種教育方法，有利于科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成。這一舉措也為今后學(xué)業(yè)質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定了基礎(chǔ)。

讓科學(xué)本質(zhì)在教材中顯性化表達(dá)

課程標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)的第四個板塊是有關(guān)對科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境聯(lián)系的觀念。這一目標(biāo)分為三個方面：科學(xué)技術(shù)與日常生活的聯(lián)系、科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展的聯(lián)系以及人類與自然環(huán)境和諧相處。目前國際上公認(rèn)的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵是：科學(xué)思想是不斷發(fā)展變化的;科學(xué)需要證據(jù);科學(xué)帶有主觀性，因而科學(xué)家應(yīng)努力識別并避免偏見;科學(xué)是邏輯推理及人類想象和創(chuàng)造力的結(jié)合;科學(xué)發(fā)展受社會及文化的影響。教材編寫組將第四點內(nèi)涵納入科學(xué)本質(zhì)中。換言之，本教材除了關(guān)注科學(xué)、技術(shù)、社會與環(huán)境之間的關(guān)系外，還關(guān)注了科學(xué)本質(zhì)的其他方面，如什么是科學(xué)，什么是技術(shù)，什么是科學(xué)思維，什么是工程思維，科學(xué)與技術(shù)之間的關(guān)系等。這些方面在一年級教材中就有所體現(xiàn)。例如，一年級上冊的前兩課《小小科學(xué)家》《小小工程師》，就是有關(guān)什么是科學(xué)、什么是技術(shù)，以及科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系等方面的內(nèi)容。第三單元《用大腦思考》的設(shè)計意圖是要讓兒童意識到科學(xué)事實與科學(xué)猜想的區(qū)別，科學(xué)猜想離不開通過觀察得到的科學(xué)事實，但同時也離不開邏輯推理與科學(xué)想象及創(chuàng)造力。一系列的猜想活動或取材于日常生活，如猜狗叫的原因;或取材于科學(xué)實驗，如對碰碰球（牛頓擺）的猜想;或取材于童話故事，如猜兔子的逃跑路線;或取材于研究性游戲，如解暗箱。外顯活動對應(yīng)的是內(nèi)隱的推理、預(yù)測、猜內(nèi)部結(jié)構(gòu)等科學(xué)思維的加工活動，科學(xué)思考的終極產(chǎn)品不過是當(dāng)下形成共識的最佳結(jié)論。這是科學(xué)本質(zhì)中最難呈現(xiàn)的部分，但愿我們的良苦用心不是在做無用功。

至于科技與社會、與環(huán)境的關(guān)系，本教材多渠道、多方法、多策略地加以落實。

首先，讓兒童知道組成地球的基本物質(zhì)——巖石、土壤、水、空氣、動植物對人類生存的意義，這一內(nèi)容安排貫穿整個一年級下冊。

其次，讓兒童從科技發(fā)展對人類文明進程的影響角度認(rèn)識科技與社會的關(guān)系。這一內(nèi)容在一年級上冊的第11課、12課《衣食住行的變化》《輪子的故事》中都有充分的展現(xiàn)：不僅安排了對衣食住行按時代進行排序的活動，還安排了用不同時代的粉碎工具碾米的活動。有關(guān)人類與環(huán)境的關(guān)系問題，教材除了在有關(guān)主題（如水、空氣、土壤）中有所涉及外，在高年級還有諸多的專門主題涉及，如“生物和棲息地”“自然資源”“理想的家園”。

再就是加強了科技史的教育。我們認(rèn)為，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展雖然有革命性的，但更多是迭代的、不斷進化的。讓兒童了解一點科技發(fā)展概貌，不僅有助于當(dāng)下或今后科學(xué)知識的學(xué)習(xí)，也有助于科學(xué)本質(zhì)觀的建立。本教材強化科技發(fā)展史教育的策略有三：一是課內(nèi)的有機滲透，如一年級下冊《石頭與泥土》單元中有關(guān)舊石器時代石頭作用的安排。二是在專項學(xué)習(xí)內(nèi)容里增加了對做出重大貢獻(xiàn)的科學(xué)家和工程師的介紹，如一年級上冊介紹的是汽車的發(fā)明者本茨，一年級下冊介紹的是昆蟲學(xué)家法布爾。三是在每學(xué)年教材的最后，用通頁的方式集中呈現(xiàn)科技發(fā)展歷程，如一年級呈現(xiàn)的是從遠(yuǎn)古時期到公元前的科技發(fā)展簡史。