構建科學課程實施的材料支持系統

在為期6年的STC實驗項目的教學研究中，我們始終驚嘆STC課程充足的課程資源支持。課程資源已不是以往自然教學中簡單的“材料”概念，也不是僅滿足于“做”科學的需要，更不是教輔層面的問題。課程資源已成為現代科學教育中的一個重要組成部分，且已融入到教學目標之中，是課程建設的重要一環。各種類型的工具、材料和技術使課程資源呈現了形式多樣化、作用顯性化、組合科學化的優勢，為學生親自動手操作、參與科學實踐活動提供了保證。

STC材料支持系統的組成

每個STC單元都配有13個工具箱，里面裝有如下主要材料：

教=師指導用書

為教師提供了具備一定深度和細致的教學指導。包括材料管理和安全說明、材料清單、單元介紹、學生評價指導、教學實施策略、學生操作指導和活動用表等。在材料部分還詳細指導了如何使用和處置涉及的化學物品、如何保護和處理所用到的生物活體等。STC教師用書在修訂后增加了單元概念體系，完善了評估內容，利用表格強化了科學與數學的結合，并突出了對學生尋找證據、做科學筆記的指導。

科學材料及器材

每一個STC單元的工具箱都包含實驗材料及一些基礎的科學器材，以每個班30名學生即15個2人小組的需要為標準進行配備。除了上面提及的一些通用性材料需要自行調配以外，每個工具箱都能滿足完整的教學需要。

STC各單元工具箱中的材料基本可分為“工具和印刷品材料”、“循環利用的材料”、

“消耗性材料”和“可替換材料”4類（“蝴蝶的生命周期”單元中還另設有第5類材料——“活體材料”）。其中，“工具和印刷品材料”包含有全套材料、更新材料包、升級工具包、教師用光盤、學生科學筆記本和兒童科學讀本等；“可替換材料”則指根據本地區、本學校實際情況可以進行替換的一些材料，也包括對觀察對象進行恰當的替換。

教師用視頻資源

每個單元的工具箱還為教師配備了一張光盤，包括20分鐘左右的視頻資料。內容包括課程的介紹和各單元主要活動的操作及材料使用的指導

學生活動手冊

學生活動手冊為可重復使用的實驗手冊，一般包括思考、材料、自主探究、拓展4部分內容。手冊用兒童化的語言進行敘述，并與教師指導用書中的諸環節相對應。這些信息與所附的學生閱讀資料、操作指導、詞匯表等一并為學生的探究活動提供了進行科學探究活動充足的信息。

學生科學讀本

從3年級開始，每個單元都配備了與教師用書相配套的科學讀本。學生科學讀本充滿趣味性的故事，讓兒童通過日常生活的內容了解科學家在做什么以及為什么這樣做，配備大量圖片，讓兒童了解和認識自然。為教師聯系學生的科學活動進行拓展性學習、與其他領域課程進行整合學習提供了支持。

“漂浮與下沉”單元中從“歷史上的沉和浮”、“漂浮和下沉在生活中的應用”、“自然界中的漂浮和下沉”3方面組織了17篇圖文并茂的科學小故事，這些故事既可以課后閱讀，也可以選取其中的部分文章在課堂上使用。這樣，在幫助學生提高閱讀理解能力的同時，既加強了對關鍵科學概念的理解，也介紹了相關的新思想，擴大和深化了學生對科學的理解。

STC課程材料支持系統的特色

基本管理模式——材料中心

課題研究期間，邀請的美國培訓師進行單元培訓時，他們所做的第一項工作總是用課程的工具箱提前在培訓教室中設置好材料中心。080ba3e40bd823ea1c33133e6c725adf2b41a9d52a9802fd2b486e66d22f38d7材料中心一般都設置在教室的一側或中間位置的一張桌子上，課上所需要的實驗材料陳列在上面，依據學習進程安排學生到材料中心自行領取。美方專家強調準備材料是探究活動能否成功的關鍵要素。材料中心用來存放與分配課堂教學活動中需要的材料，能夠對學生的實驗操作進行調控，避免這些材料干擾學生的思考，營造手腦并重的探究情境，以確保每個單元能處于一個有秩序的學習進程之中。

材料系統對學生概念發展的支持

STC課程材料支持系統的科學設計為學生深入地學習一個獨立的主題及與該主題有關的概念還做出很大貢獻。

z設計專用材料，為概念構建創設情境

STC科學探究活動為學生提供了足夠的材料。“足夠”的意義不僅僅在于每個學生都有材料，更在于通過這些材料，會帶給不同水平的學生不同層次的體驗和經歷。另外，這些材料蘊涵著比較豐富的意義，能滿足學生探究的各種需要和對科學概念形成深刻的理解。例如：“運動與設計”單元，采用框架結構拼接模型，幫助學生搭建小車，從最基礎的平板構造，逐漸升級到配備彈力動能、重力勢能、風能等多種動力驅動系統的小車，有效地促進了學生對牛頓運動定律的理解。

配置結構性材料，使概念的發展更為連貫

概念教學是幫助學生從感性認識發展成理性認識的過程。教學時，提供給學生正面的本質屬性的特征和反面的非本質屬性的特征都有利于概念的構建。要讓學生開展科學探究，教師必須為學生提供有研究價值的具有結構性的材料，為學生形成科學概念創造有利條件。在這方面，STC實驗材料的選擇一直都非常嚴謹，甚至對每一個細節都進行了認真的設計。例如，在“漂浮與下沉”單元提供的14種固體，無論從顏色、大小、形狀、材質、磁性等方面都經過了嚴格的考量，每種材料都身兼某一方面的特質，在一定程度上，也是不能隨意更改的。

這個單元的材料中還有3種大小不同的魚漂、兩組體積相同但重量不同的圓柱體，這些特殊設計的材料的屬性非常有助于學生從個體特征中抽象出共同的特征。

材料系統對科學實踐活動的支持

STC特色材料使科學實踐活動的深入成為可能。課程材料中的“操作指南”可以幫助學生進行各種探究活動，這些具體、詳盡的指導可以確保學生實踐活動的科學性。類似圖1所示操作指導材料在每個單元中都有呈現。此外STC的材料系統圍繞一個主題提供豐富的研究材料選擇也能充分加深學生的探究活動。

材料系統的兒童化、規范化，便于學生收集與整理證據

不積累有關事物的豐富事實，就不會全面認識事物。材料應該也能夠吸引和適應特定年齡的孩子們，讓他們通過適當的努力，開展適合他們的研究。通過觀察收集證據，以口頭的、文字的、圖畫的、簡單的圖表為他們所觀察到的證據辯護。

科學家工作情境再現

“運動與設計”單元作為“技術與設計”領域的一個單元，在引領學生設計制作滿足不同要求的小車，并對其運動情況進行進一步研究時，既關注了對“科學設計”的基本特征和方法的指導，體現了規范性，又充分考慮了對兒童的吸引力以及他們能夠采取的方式。圖2所示的就是在制圖方面的一個指導，這也是科學家在進行技術設計時必須經歷的過程。

與方法指導相呼應的是學生設計能力的指導。這一單元第5、14課分別提供了7種“挑戰性設計卡片”，卡片呈現的活動內容，在滿足教學要求的同時充滿了童趣（圖3）。

而在對小車進行運動測試，定量獲取數據、制表時，又采用小粘貼做標識，便于小學生識別和做出準確判斷，并懂得怎樣分類、制表以及如何得出科學的結論。

基于科學圖（表）處理證據

STC課程的24個單元中先后采用了維恩圖、氣泡圖、線繪圖、柱狀圖、坐標圖等多種記錄圖表。這些圖表的使用都是為了滿足數據整理的某一需要而適時出現的，這有助于學生對圖表的作用有更清晰、準確的認識。僅“漂浮和下沉”單元就出現了柱形圖、坐標圖等多種圖表記錄方式。

基于工具或模型檢驗證據

“漂浮和下沉”單元向學生介紹了一種測量重量的工具——彈簧秤。學生要使用這個工具對物體的重量進行近似測量，并幫助他們探究一個物體的重量與其所受浮力之間的關系。

此外，還安排了讓學生用大回形針作為標準重量來校準彈簧秤的活動。事實證明，讓學生自己校準彈簧秤是非常重要的。校準的過程會使學生更好地理解重量的概念與測量時表征重量單位之間的關系。雖然學生在用自己校準的彈簧秤進行測量時可能會有變化，但這些變化將促進學生對貫穿整個單元的測量進行比較和討論。通過重新校準他們的刻度，學生將發現這個過程是達到更準確測量的一個途徑。

對我們的啟示

通過對STC課程材料支持系統的分析與研究，我們認為，從設計上來說最理想、最具時效的課程材料支持系統應該做到材料系統與課程教材同步建設，設計上必須是一個完整的支持系統，包含有實踐操作材料、基礎科學器材及教師用的光盤、學生科學筆記本和兒童科學讀本的多元化教學工具箱是材料支持系統的最佳形式。我們以往那種參照教材的《配備目錄》“照方抓藥”的方法是不能滿足材料支持系統的設計需求的。而且，單元工具箱對滿足教學材料的需要具有事半功倍的作用，它減少了用于材料整理的時間，減輕了教師負擔，進而有助于引領學生完成高效的科學實踐活動。

此外，系統里所含的材料數量應該能夠滿足小組學習的需求，關鍵材料的數量要滿足每個學生的學習需求。考慮到國情，建議按照可以滿足每個班48名學生即12個4人小組的需要為基本標準進行配備。在以往的《配備目錄》中，小學與中學都配置同樣的標準化的實驗器材，玻璃量筒、燒杯、托盤天平等，這些器材對小學生而言，或安全性較差易出現意外，或操作過于規范不便于學生使用。我們建議以塑料量筒、量杯替代，以操作方便的簡易等臂天平替代，也就是盡可能以塑料制品替代玻璃制品，以簡單便捷的器材替代過于標準規范的器材，讓學生使用適用、安全的材料開展科學實踐活動。

特別要指出的是，整個支持系統還必須解決耗材和活體材料的問題，否則會出現瓶頸，影響教學工具箱發揮作用，束縛課程實施。借鑒美國“配送中心”的操作流程并結合國情，我們建議設立“耗材（活體）補充配送制度”，即一次性購置全套或滾動購置全套工具箱后，另提供生物活體的提供目錄供學校選擇，并從下一年度開始學校可按照耗材目錄進行補充購置以滿足繼續使用。