美國Insights科學(xué)教育項目研究*

●張憲冰

美國Insights科學(xué)教育項目研究*

●張憲冰

美國Insights項目是由美國國家科學(xué)基金會(NSF)資助，旨在推進國家科學(xué)教育的三大科學(xué)教育項目之一，該項目開發(fā)的Insights課程是美國現(xiàn)行的一種小學(xué)科學(xué)課程。本文對Insights項目的出臺背景、課程理念和課程體系和特點進行了分析。

美國；國家科學(xué)教育項目；Insights；課程體系

Insights項目是由美國教育發(fā)展中心(EDC)在國家科學(xué)基金會資助下開發(fā)的一項旨在培養(yǎng)學(xué)生“洞察力”的科學(xué)課程。該項目以腦科學(xué)、認知科學(xué)與建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，以美國國家科學(xué)教育標準(NSES)為指導(dǎo)，強調(diào)學(xué)生通過“動手做”的學(xué)習方式，親歷科學(xué)探究的過程，理解科學(xué)概念和發(fā)展科學(xué)能力，進而形成基本的科學(xué)素養(yǎng)，對我國基礎(chǔ)教育科學(xué)課程設(shè)計與實施具有重要的借鑒意義。

一、Insights科學(xué)教育項目出臺的背景

自20世紀后半葉起世界科學(xué)課程經(jīng)歷了三次改革浪潮，分別稱為“作為學(xué)科知識的科學(xué)時期”(science as discipline knowledge)、“作為相關(guān)知識的科學(xué)時期”(science as relevant knowledge)和“作為不完善知識的科學(xué)時期”(science as imperfect knowledge)。[1]至20世紀80年代美國經(jīng)歷了前兩次科學(xué)課程的改革浪潮，相繼開發(fā)了以“小學(xué)科學(xué)研究”(ESS)、“科學(xué)課程改進研究”(SCIS)與“科學(xué)——過程探討研究”(SAPA)為代表的多種中小學(xué)科學(xué)課程，并對這些課程的效果進行了大規(guī)模的評估。這些科學(xué)課程對美國基礎(chǔ)科學(xué)教育產(chǎn)生了深刻的影響，如美國小學(xué)由開設(shè)自然課程轉(zhuǎn)變?yōu)殚_設(shè)真正的科學(xué)課程，將先進的科學(xué)技術(shù)內(nèi)容融入科學(xué)課程之中，注重探究和實驗室教學(xué)等。然而，這些科學(xué)課程因擴大了學(xué)科結(jié)構(gòu)理論的適用性，僅注重科學(xué)知識本身的結(jié)構(gòu)，忽視了兒童的認知發(fā)展規(guī)律而受到質(zhì)疑，如有研究者提出，這些課程只適合少數(shù)尖子學(xué)生學(xué)習，對大多數(shù)學(xué)生并不適用，并且忽視了科學(xué)與技術(shù)、科學(xué)與社會、科學(xué)與文化的關(guān)系，以犧牲科學(xué)的個人、歷史和應(yīng)用的方面為代價，[2]無論從科學(xué)的角度還是教育的角度來看都存在缺憾；尤其是缺乏及時、有效的教師培訓(xùn)，[3]這些因素導(dǎo)致新課程未能得到進一步的發(fā)展。

20世紀80年代末以來，美國在科學(xué)哲學(xué)和認知科學(xué)研究成果基礎(chǔ)上，進行了新一輪的科學(xué)課程改革。1985年美國科學(xué)促進會(AAAS)提出了一個跨世紀的科學(xué)教育改革計劃——“2061計劃”，提出了未來兒童和青少年從小學(xué)到高中應(yīng)掌握的科學(xué)、數(shù)學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識的框架。1995年美國國家科學(xué)院下屬的國家研究理事會(NRC)制定了美國歷史上第一部《國家科學(xué)教育標準》，規(guī)劃了造就具有科學(xué)素養(yǎng)的未來人才這一藍圖構(gòu)想的具體實施方案。其后，為了更好地推動標準的實施，國家科學(xué)基金會在“2061計劃”的推動下啟動了一系列科學(xué)課程研究項目，力圖開發(fā)與標準相一致的課程方案，Insights項目就是其中主要課程開發(fā)項目之一。Insights項目由美國教育發(fā)展中心開發(fā)，是由教育發(fā)展中心的科學(xué)課程專家、具有創(chuàng)造性的小學(xué)教師和肯德爾／亨特出版公司(Kendall／Hunt Publishing Company)合作研究的三方項目(Triad Project)。Insights項目對課程進行了大規(guī)模的試用和反復(fù)修訂，最后經(jīng)由波士頓大學(xué)測驗、評價和教育政策研究中心(CSTEEP)的評估，在2003至2006年陸續(xù)出版了四種不同年級的Insights課程教材。Insights項目以科學(xué)教育標準為指導(dǎo)，以科學(xué)素養(yǎng)為課程目標，將“探究”、“過程”這些經(jīng)典概念確定為科學(xué)課程的途徑和手段，推進了美國國家科學(xué)教育的發(fā)展。

二、Insights科學(xué)教育項目的課程理念

Insights課程的基本理念是從吸收當前有關(guān)兒童、教學(xué)和教育政策的最新理論研究成果發(fā)展而來的，也是從以學(xué)校科學(xué)教學(xué)質(zhì)量的調(diào)查為基礎(chǔ)，努力改善小學(xué)科學(xué)教育的過程中發(fā)展而來的，并且將基本理念系統(tǒng)地融入到課程的目標確定、主題選擇和活動設(shè)計之中。Insights的基本理念體現(xiàn)為：

(一)重在利用學(xué)生豐富與獨特的自我經(jīng)驗

Insights課程認為，學(xué)生的學(xué)習并非是主體對客體簡單而被動的靜態(tài)反映，而是一個主動的建構(gòu)活動。每個學(xué)生都具有不同的生活經(jīng)歷、知識、興趣和理解方式，具有不同的價值觀念、知識經(jīng)驗和情感因素，這使他們形成了對自然與社會的感悟與理解世界的不同方式。科學(xué)是一種用來理解世界的方法，科學(xué)活動帶給學(xué)生令人興奮的科學(xué)學(xué)習體驗，增長他們對世界與生俱來的興趣。因此，Insights課程認為，學(xué)生具有豐富與獨特的自我經(jīng)驗，這些自我經(jīng)驗塑造和影響了他們對自然與社會的感悟與理解的方式，在具體的課程設(shè)計中以促進學(xué)生積極科學(xué)態(tài)度的發(fā)展為目的，課程中反映兒童學(xué)習的當前知識，因此，提供給學(xué)生真實世界的直接經(jīng)驗，課程內(nèi)容與兒童的環(huán)境、經(jīng)驗和興趣直接相關(guān)，并注重課程對于學(xué)生的發(fā)展適宜性。

(二)探究活動應(yīng)與學(xué)生的認知水平相適應(yīng)

認知科學(xué)的研究結(jié)果表明，兒童的思維發(fā)展水平和智力水平與年齡階段相一致的，每個階段都是下一個階段的基礎(chǔ)，發(fā)展是不斷的建構(gòu)過程，要在前一階段發(fā)展的基礎(chǔ)上才能出現(xiàn)進一步的發(fā)展。年齡較小的兒童適合運用初級思維過程學(xué)習直接經(jīng)驗，年齡較大的兒童則適合運用高級思維過程學(xué)習間接經(jīng)驗與抽象概念。Insights在主題的安排與思維過程的選擇方面都體現(xiàn)了課程與學(xué)生認知發(fā)展水平的緊密結(jié)合，它所設(shè)計的三大領(lǐng)域17個主題內(nèi)容隨著學(xué)生年齡的不同而在難度上有所不同。同時，Insights還強調(diào)課程必須與學(xué)生的生活實際緊密聯(lián)系，它所設(shè)計的科學(xué)主題和活動來源于學(xué)生生活的真實世界，并與他們的經(jīng)驗和興趣直接相關(guān)。

(三)引導(dǎo)學(xué)生對自然界的深入探究

探究是人類認識世界的基本方式，人類正是在對未知世界的探索中獲得發(fā)展的。按照杜威所說，探究是對任何一種信念或假設(shè)的知識進行的積極、持續(xù)、審慎的思考，而支持這種信念或知識的證據(jù)，以及這種信念或知識可能得出的進一步結(jié)果，便是這種思考的根據(jù)。研究者進一步提出：“探究是一種學(xué)習方式，涉及探索自然或物質(zhì)世界的過程，在尋求新的理解的過程中，它促使人們提出問題、獲得發(fā)現(xiàn)并對這些發(fā)現(xiàn)進行嚴格的檢驗。”[4]Insights課程設(shè)計假設(shè)是，科學(xué)并不僅是系統(tǒng)化的科學(xué)知識體系，更為重要的是，科學(xué)是一種探究意義的經(jīng)歷和過程，是一種學(xué)生通過親身經(jīng)歷去探求自然事物的意義，進而理解自然世界的過程，科學(xué)的本質(zhì)在于探究。因此Insights課程在設(shè)計上強調(diào)關(guān)注并引發(fā)學(xué)生的探究興趣，并強調(diào)科學(xué)活動以提出問題、設(shè)計假設(shè)、尋找答案的過程的探究方式來進行。Insights課程鼓勵學(xué)生通過親身經(jīng)驗在自然環(huán)境中進行問題解決，對問題進行假設(shè)、檢驗并做出解釋。

三、Insights科學(xué)教育項目的課程體系

為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，Insights為（幼兒園至小學(xué)六年級）K—6年級的學(xué)生提供了涵蓋生命科學(xué)、物質(zhì)科學(xué)和地球科學(xué)三大領(lǐng)域的17個主題單元(見表1)，每個主題持續(xù)6—8周的時間。每個主題單元由一系列系統(tǒng)組織的探究活動構(gòu)成，這些活動適合學(xué)生年齡水平并且與他們的生活實際直接相關(guān)。通過這些探究活動，學(xué)生參與和體驗科學(xué)活動的過程，可以培養(yǎng)他們對科學(xué)的興趣與科學(xué)學(xué)習的自信心，發(fā)展科學(xué)思維能力，并掌握重要的科學(xué)概念。例如一年級的一個主題單元——生長的東西，主要包括四個大活動(每一個大活動又分為幾個小活動)——樹木的變化、樹周圍生長的動植物、動植物的生長需求和建立動植物培育箱，學(xué)生通過親身體驗探索的過程，主動探索樹木的外形、結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化過程，尤其是探索樹周圍生長的動植物及其生存條件與彼此的依賴性，并運用形成的科學(xué)經(jīng)驗在教室里為動植物建立生長培育箱，進而可以提高對生物成長過程的興趣與好奇心，發(fā)展觀察、比較、分類等科學(xué)技能，理解結(jié)構(gòu)、變化、相互作用這些重要的科學(xué)概念，理解生物的基本生命需求及其與環(huán)境的相互作用關(guān)系。

表1 Insights的內(nèi)容構(gòu)成[5]

表2 Insights的結(jié)構(gòu)體系[6]

Insights課程由教師指導(dǎo)用書、學(xué)生使用材料和工具包構(gòu)成，是一套結(jié)構(gòu)完整、易于使用的課程體系。教師指導(dǎo)用書是Insights課程中最重要的部分，它涵蓋了各個主題的整體設(shè)計思路與框架、主題中的多種科學(xué)活動以及其他學(xué)科活動的相關(guān)拓展。Insights根據(jù)學(xué)生科學(xué)學(xué)習的特點將K—6年級劃分為四個學(xué)習階段，并為每個學(xué)習階段的學(xué)生各提供了一本教師指導(dǎo)用書，主要包括指導(dǎo)概要，目標、期望和評價體系表，預(yù)期時間，教學(xué)準備，教學(xué)步驟，科學(xué)術(shù)語，語言和數(shù)學(xué)連接，拓展建議和教師日記(見表2)。在教師指導(dǎo)用書中，Insights課程提供了與主題相關(guān)的科學(xué)背景信息，提供了教師與學(xué)生閱讀的圖書目錄與可查詢的網(wǎng)站信息。Insights課程也為學(xué)生提供了相應(yīng)的使用材料，包括科學(xué)活動記錄頁、小組記錄表和家—校工作表，使學(xué)生能夠?qū)⑻剿鞯倪^程與小組間的討論記錄下來，并及時保持家校的密切聯(lián)系，充分利用家長資源來促進探索活動。Insights課程還提供了對主題活動使用材料的建議和工具包，材料主要是教師根據(jù)主題活動的需要而預(yù)先準備的，主要是來自于日常生活中的材料，而課程為學(xué)生提供了可供32名學(xué)生的班級在主題活動中必須使用的工具包。

四、Insights項目構(gòu)建的特性

(一)反映“科學(xué)元勘”的建構(gòu)主義科學(xué)觀

Insights課程從設(shè)計理念、科學(xué)主題選擇到科學(xué)活動設(shè)計都反映了“科學(xué)元勘”的建構(gòu)主義科學(xué)觀。建構(gòu)主義科學(xué)觀基于HPS(history，philosophy and sociology of science)或科學(xué)元勘(science studies)的新近研究，它和傳統(tǒng)的歸納主義科學(xué)觀、實證主義科學(xué)觀存在著本質(zhì)區(qū)別。傳統(tǒng)的科學(xué)觀強調(diào)科學(xué)是唯一的知識、永恒的真理，科學(xué)知識經(jīng)過發(fā)現(xiàn)、證實之后便永遠也不會被推翻，科學(xué)發(fā)展是一個線性的過程。建構(gòu)主義科學(xué)觀則認為，科學(xué)知識具有可變性；科學(xué)知識極大地依賴于觀察、實驗依據(jù)、理性辯論和懷疑，但并非全部，個人的直覺在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中起著重要的作用；科學(xué)是社會和文化傳統(tǒng)的一部分，科學(xué)和技術(shù)相互作用。Insights課程在設(shè)計理念上強調(diào)學(xué)生的自我經(jīng)驗對于他們感悟與理解自然、社會的價值，不僅關(guān)注學(xué)生的個人經(jīng)驗，也關(guān)注個體對自然界的不同理解方式，這正是反映了建構(gòu)主義科學(xué)觀的觀點。同時，Insights課程在科學(xué)主題上突破了傳統(tǒng)的生命領(lǐng)域、物質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)容，涵蓋了人體生命系統(tǒng)、地球宇宙和環(huán)境的內(nèi)容，在科學(xué)活動設(shè)計上以探究為貫穿活動進行的線索，這些也是建構(gòu)主義科學(xué)觀的反映。

(二)實現(xiàn)科學(xué)探究和意義生成之間的平衡

Insights為學(xué)生提供的科學(xué)探究活動的過程分成引入、探索發(fā)現(xiàn)、意義加工和拓展學(xué)習經(jīng)驗四個階段，其中引入階段是將學(xué)習經(jīng)驗介紹給學(xué)生，分享他們當前關(guān)于學(xué)習經(jīng)驗的想法，或是提供一個問題、挑戰(zhàn)或探索；探索發(fā)現(xiàn)階段是學(xué)生對主題、問題或挑戰(zhàn)有關(guān)的活動進行探索并得出自己的結(jié)論；意義加工是教師引導(dǎo)學(xué)生進行討論，幫助他們理解探索、收集的數(shù)據(jù)的意義；拓展學(xué)習經(jīng)驗是提供給學(xué)生幾個可供探索的拓展活動，拓展活動可能與數(shù)學(xué)、語言、社會科學(xué)或其他領(lǐng)域相關(guān)。由此可見，Insights不僅讓學(xué)生通過探索獲得結(jié)論，發(fā)展解決問題的能力，還要讓學(xué)生通過討論獲得對結(jié)論的理解，進而獲得對事物意義的理解，并且，Insights還為學(xué)生提供了其他領(lǐng)域的相關(guān)拓展活動，使學(xué)生能夠?qū)⒆约簩μ剿鳌⒔Y(jié)論和意義的理解應(yīng)用于其他領(lǐng)域和問題之中。

(三)注重以主題方式展開探究活動設(shè)計

課程采用何種組織形式與學(xué)生的年齡特點有關(guān)，原則上，學(xué)生的年齡越低，課程的統(tǒng)整性應(yīng)該越高。年幼兒童的特性之一，就是對他們所有經(jīng)驗一視同仁，用類似的方法反應(yīng)。他們并不會把自己日常生活的經(jīng)驗歸類為歷史或科學(xué)，他們經(jīng)驗的內(nèi)涵比較像一個個事件或主題，而不是個別的學(xué)科。課程的統(tǒng)整是以一個中心主題開始，借由此確認與此主題活動相關(guān)的大觀念或大概念。Insights提供的主題是在學(xué)生原有知識、經(jīng)驗和能力的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，并且每個主題集中在學(xué)生感興趣的內(nèi)容上，因而為學(xué)生提供了一個以美國國家科學(xué)教育標準為基礎(chǔ)和依據(jù)的一系列科學(xué)活動經(jīng)驗。Insights提供了17個主題單元，主題涵蓋的范圍很廣，教師圍繞主題提供給學(xué)生具有豐富經(jīng)驗的活動，使Insights具有“水平課程”的特征。Insights強調(diào)多學(xué)科的結(jié)合，在它的課程中體現(xiàn)了語言、數(shù)學(xué)、社會、藝術(shù)等學(xué)科的內(nèi)容。

(四)強調(diào)以“動手做”為主的多種學(xué)習方式的融合

Insights課程是在主動學(xué)習的思想啟發(fā)下誕生的，是一種主動學(xué)習科學(xué)課程(Active—learning science curricula)，Insights項目的研發(fā)人員相信，“做中學(xué)”是學(xué)生學(xué)習科學(xué)的最佳方式。除此以外FOSS為學(xué)生提供了多種學(xué)習方式，包括整合學(xué)習、合作學(xué)習、多感覺學(xué)習等。美國心理學(xué)家布蘭福斯特(2000)強調(diào)，學(xué)習是通過新舊經(jīng)驗的互動實現(xiàn)的，個人建構(gòu)對知識的理解，建構(gòu)有關(guān)世界的意義。[8]對于學(xué)生來說主動學(xué)習的最好方式是“動手做”，學(xué)生通過親自操作獲得的直接經(jīng)驗是認知重新建構(gòu)并獲得發(fā)展的必要條件。腦科學(xué)的研究表明，只有當學(xué)習者處于一個有著多種多樣的聯(lián)系與刺激的環(huán)境中時，學(xué)習者才能更好地建構(gòu)自己有價值的知識并迅速發(fā)展其思維能力，因此課程應(yīng)注重學(xué)生的多種學(xué)習方式。Insights課程設(shè)計了一系列的活動讓學(xué)生通過“動手做”的形式來學(xué)習，例如在“電路”的主題學(xué)習中，首先讓學(xué)生自制一個簡單的電路，來探索電的特征和發(fā)展對電的理解，然后讓學(xué)生運用電池、電線、燈泡和發(fā)動機或小汽車，自制一個完整的電路，來探索完整的電路概念，最后請學(xué)生自制串聯(lián)電路和并聯(lián)電路，制作神奇的電子箱，來理解傳導(dǎo)和電阻的概念。在這樣的動手做活動中，學(xué)生通過自己的主動探究建構(gòu)了新的認識。同時，Insights課程還設(shè)計了科學(xué)活動和其他領(lǐng)域的整合活動、學(xué)生之間的合作學(xué)習活動和觀察、傾聽等運用多種感官的活動。

(五)注重多元化、人性化的評價方式

Insights課程采用多元化的評價方式，強調(diào)評價的發(fā)展功能而非篩選功能，注重形成性評價與總結(jié)性評價的結(jié)合，提供適合不同評價內(nèi)容與不同年齡學(xué)生的多種評價方法，全面地對學(xué)生的學(xué)習情況進行評價。Insights課程提供了一個連續(xù)的評價體系，首先在主題活動開始前先進行介紹性評價，這是一個前測，讓教師能夠了解學(xué)生關(guān)于此主題的前期經(jīng)驗；在主題進行過程中進行每日評價，采用形成性的評價方法，對學(xué)生在活動過程中表現(xiàn)的科學(xué)過程能力，包括系統(tǒng)的觀察、假設(shè)、實驗、驗證與得出結(jié)論等作出評價，并記錄下學(xué)生的每日表現(xiàn)作為能力成長的證據(jù)；最后在主題進行后進行最終評價，這是一個后測，綜合運用形成性和總結(jié)性的評價方法，讓教師了解在這一主題后學(xué)生的發(fā)展和變化。它由一個表現(xiàn)評價和書面評價組成，表現(xiàn)評價是提供一個動手做任務(wù)，讓學(xué)生示范他們在思維和過程能力、概念理解方面的發(fā)展，書面評價是提供一系列問題，評價學(xué)生在概念理解方面的理解情況。

[1][2]Wallace，Louden．Curriculum Change in Science：Riding the Waves of Reform．In：International Handbook of Science Education，Kluwer Acadamic Publishers．1998．471．

[3]Harlen，W·Science education：primary schools.The International Encyclopedia of Curriculum Pergamon Press，1991，906-911．

[4][美]國家科學(xué)基金會教育與人力資源部.探究——小學(xué)科學(xué)教學(xué)的思想、觀點與策略[M]．北京：人民教育出版社，2003，34.

[5][6]http：//cse．edc．org／curriculum／insights Elem／

[7]布蘭福斯特編．人是如何學(xué)習的[M]．上海：華東師范大學(xué)出版社，2002．38.

（責任編輯：張斌）

*本文系東北師范大學(xué)人文社會科學(xué)校內(nèi)青年基金項目“幼兒園科學(xué)課程及其實施策略的研究”（課題編號：07QN014）研究成果之一。

張憲冰/東北師范大學(xué)教科院講師，北京師范大學(xué)教育學(xué)部博士研究生