《科學發現者》中科學寫作的類型與設計特點

張榮華 郭巾英

摘要： 科學寫作是進行科研和理科教學的重要手段。以美國高中理科主流教科書《科學發現者》的四個系列教材為研究對象，分析其中的科學寫作作業類型，從設計目標、設計原點、實現路徑和設置數量四個方面概括了這套教材的設計特點，以期給我國的理科教材開發和科學寫作教育提供有益的參考。

關鍵詞： 科學發現者； 科學寫作； 作業； 類型； 設計特色

文章編號： 10056629（2018）8009007 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

科學寫作是科學研究活動的重要組成部分，在教材中安排科學寫作任務（活動）作為學習作業，有利于完整地體現“像科學家那樣進行科學探究活動”。已有研究表明，科學寫作是科學教育的一種重要形式[1]。但在我國，科學寫作尚屬于一個有待重視的新研究領域[2]。目前國內有作者從分科角度對《科學發現者》教材中的科學寫作進行分析[3， 4]，但難免受到學科的限制。本研究以這套教科書中的《生命的動力》、《原理與問題》、《化學概念與應用》和《地理、地質學、環境與宇宙》系列[5～8]共計12冊教科書為研究對象，對其中的科學寫作作業進行分析，從課程設計角度概括科學寫作作業的設計特點，以期給我國的理科教材開發和科學寫作教育提供有益的參考。

1 理科教科書中科學寫作作業（task）的類型

理科教科書中科學寫作作業的形式豐富多樣。吉絲（Keys）將科學寫作分為五種類型： 實驗性科學寫作、解釋性科學寫作、報告性科學寫作、傳記性科學寫作、說明性科學寫作[9]。臺灣學者胡瑞萍和林陳涌認為科學寫作形式有八種類型： 描述（記敘）、游記、導引或說明、辯論或演說稿、概念圖或心智圖、科學報告、制作小手冊、日志寫作[10]。綜合看來，四套理科教材中的科學寫作形式有13種： 描述（記敘）、游記（傳記）、導引、解釋或說明、辯論或演說稿、概念圖或心智圖、實驗設計（報告）、制作小手冊或資料卡、日志寫作、電視廣告、黑板報、新聞報道（報紙投稿）以及科學報告。其中科學報告又包括調查報告、綜述、小論文和多媒體報告。從最終作品的應用范圍來看，這些類型又可以概括為四種類型： 科學學術類、科學應用與分析類、科學新聞類與科學普及類四種類型。

1.1 科學學術類

科學學術類的作品主要目的旨在呈現科學發現與發現新知識的過程。其類型有描述（記敘）、日志寫作、實驗設計、調查報告、綜述、小論文等。描述（記敘）類的寫作作業多聚焦于一種植物、一種動物或一個科學事件，讓學生對它們展開調查、撰寫故事，或者用一段文字描述自己的調研結果。如《生命的動力》設計了這樣的寫作任務： 記錄你在使用的種子植物或通過種子植物獲得的產品，并確定每一類種子植物的名稱。仔細檢查后，寫一個故事來描述當世界上沒有種子植物后你的生活狀況（B280）。《地理、地質學、環境與宇宙》設計了這樣的作業： 查看1980年圣海倫斯火山噴發的資料。做一個簡短的報告或短片，描述火山噴發后引起的地貌變化（G502）。描述（記述）的寫作對象通常情況下是單個的自然物或物理物，因對象單一，寫作的篇幅不會太長，這類作業是最基礎的一類學術性作業。有了描述（記敘類）技能，如果連續跟蹤一個科學事件，那么，寫作的形式就會變為科學日志。比如，《地理、地質學、環境與宇宙》設計了這樣的作業： 以一名記者的身份，報道自己親眼所見的一次大陸形成的過程，一步一步寫下所目擊的事。

眾多的科學發現是依靠實驗、調查做出來的，在進行實驗、調查之前，科學工作者需要進行大量的文獻調研活動，將調研結果進行綜述，以便了解相關課題研究的現狀和進展。有時候調研之后，需要形成自己的觀點，撰寫小論文。因此，實驗設計、調查報告、綜述、小論文是科學學術最主要的寫作類型（見表1）。綜述與小論文的區別在于，前者重在綜合性“敘述”，而后者重在圍繞一個觀點做有理有節的“論述”。陳凱從章節名稱、情境創設、寫作目的、寫作任務、寫作類型五個方面分析了《化學概念與應用》中的科學寫作[11]。下面，我們將借鑒陳凱文中的分析思路，從寫作類型、情境創設、寫作目的、寫作作業和教材位置五個方面對四套教科書的部分習作任務進行分類整理。

1.2 科學應用類

科學應用與分析類的作品主要目的旨在闡述科學概念的關系、科學技術的應用，解釋、說明科學技術產品中蘊含的科學概念、原理。其類型包括解釋和說明、辯論或演說、概念圖或心智圖等。

1.2.1 概念圖或心智圖

使用概念圖或心智圖，可以建立科學概念的層級關系，厘清主概念、次級概念、具體實例之間的邏輯關系，相關的寫作任務遍布在這套理科教材中，這里不再贅述。

1.2.2 解釋和說明

《原理與問題》中的這類寫作任務比較多，集中于對物理單位（如坎德拉）、物理產品（如電視機、DVD、VCR的紅外遙控器、綠激光指示器、微波爐）等的工作原理說明，以及對產品說明書進行解釋。《生命的動力》中的這類寫作任務涉及醫療報告、醫療技術的應用。比如，老年癡呆癥和白血病之類的疾病會導致人體某些特殊部位的健康細胞逐漸丟失，而健康細胞的數量變化是可以通過血液檢測等醫學手段檢測出來的。醫學檢測的目的是為醫學治療提供科學依據，比如化驗單。但是，作為醫生，出具醫療報告時既要參考化驗單，還要選擇相應的技術進行治療。因此，教科書設計基于以上的情境，要求學生撰寫一份簡短的疾病報告，包括闡述如何利用體細胞核轉移技術治療這種疾病（B714）。類似地，該教科書還為未來的療養院工作人員設計了一個寫作作業。讓學生通過訪問網站“bdol.glencoe.com/internetlab”，查找適合居于室內并能夠與人作伴的犬種，撰寫一個說明書，說明選擇的理由（B879）。

1.2.3 辯論或演說稿

科學活動中，通過談論（對話或辯論）或寫作將主張和證據組織成論證，是合乎邏輯地進行推理的重要形式，也是理性思維的重要形式。在理科教材中設計科學寫作作業，可以發展學生的理性思維，培育批判性思維能力。尤其是科學寫作中的辯論或演說稿的寫作設計，更是集中體現了批判性思維的訓練。在同一主題的寫作任務中，要求學生從支持角度提出論據，再從反對角度提出論據，從正、反兩面在事實上、數據上或邏輯上舉證論證，最后得出自己的結論。長此以往，可以避免憑借“直覺”或“經驗重復”妄下結論或論斷的感性思維，培養學生的獨立思辨能力和懷疑精神。

比如，《生命的動力》設計了一個有關轉基因技術的辯論或演說的寫作作業： 1996年，一種能產生某種內毒素，殺死對玉米造成最大危險的害蟲——歐洲玉米螟的轉基因玉米得到了廣泛推廣，但很快成為爭議的焦點。教科書讓學生以此事件為切入點，對轉基因話題進行討論，撰寫辯論稿或演說稿，贊成或反對轉基因玉米的生產，并與所持相反觀點的同學對該話題進行辯論（B352）。微波爐是常見家用電器，有關微波爐的電效率是用戶最關心的問題。《原理與問題》設計了這樣的寫作作業： 一家電器商店的售貨員宣稱微波爐的電效率越高，意味著它加熱物體的效率也越高。讓學生嘗試提出論據反駁這位售貨員的說法；或者提出論據支持這位售貨員的說法；然后寫一篇短文答復這位售貨員（P628）。環境污染是科學技術發展與進步對自然造成的危害之一，防治環境污染需要政府部門參與。作為政府部門公務人員需要具備一種特殊能力： 識別國家和地方的決定所賴以為基礎的科學問題，并且能夠提出有科學技術根據的見解。《化學概念與原理》設計了這樣一個作業： 讓學生利用圖書館的資料，找出政府對煤燃燒的硫排放標準的相關規定。整理一份報告，表明自己的態度是支持還是反對這些規定。如果學生在學習過程中產生了更好的降低硫排放的建議，需要將這些建議在報告中加以說明（C24）。

1.3 科學新聞類

科學新聞類的作品主要目的旨在搜集信息，以電視、黑板等傳播形式，對科學地解決社會現實問題過程進行報道。其類型包括新聞稿、電視廣告、黑板報、觀點評述等。如撰寫一個電視廣告，描述在你生活的社區所采取的保護地下水的措施（G274）；以黑板報或口頭形式向同學報告關于最新發現的太陽系外行星（G818）；假設你是一名新聞記者。在你的科學日志中寫一段關于最近發現的尼安德特人的新聞報導（G659）；向一份報紙投寄一封信或者一篇文章，陳述你支持減少使用食品包裝袋的主張（C679）。

1.4 科學普及類

科學普及類的作品主要目的旨在普及性地介紹和報道科學知識、科學史、科學家的貢獻、對未來的預測以及科技手冊等。

第一類是游記（傳記）。物理學中的一些電學單位，如庫侖、伏特，是以物理學家的名字來命名的，因此，《原理與問題》就設計了游記（傳記）的寫作任務，讓學生選擇一個以其名字命名研究的科學家的生平和成就，撰寫一篇關于這位科學家的短文，包括對以他名字命名的單位的相關工作的討論。其他傳記如涉及研究牛頓、伽利略、羅伯特·高德和韋德·馮·布朗對物理學的貢獻等。寫作的重點各不相同，有的是對科學家偉大貢獻的介紹，有的涉及生活和研究，還有的涉及科學家的著作。如，選擇萊納斯·鮑林職業生涯的一個階段，查閱鮑林在這一階段的某篇著作，寫一篇短文介紹其成就（C356）。

第二類是制作小手冊或資料卡。在發生暴雷時，哪里是最為安全的地方？如果你被困在了野外，你該怎么做？收集一些防范閃電的安全常識，然后編制一本安全手冊，在你的學校里散發（G372）。處理類似于巴姆地震這樣破壞程度的災害，所需的工作量是巨大的。聯系你們當地的緊急事務防備部門，調查他們為防備自然災害采取了哪些措施。這些部門主要處理哪些災害？將你了解的內容編成一個小手冊（G536）。聯系當地衛生部門或宣傳部門，了解你所在的地區有哪些常見的有線形動物引起的傳染病。調查其中一種傳染病，收集有關該線形動物生活史、傳染病預防與治療以及去年所報道的感染人數的相關信息，然后制作有關線形動物傳染病的班級資料卡（B737）。

2 理科教科書中科學寫作作業的設計特點

2.1 科學寫作任務的設計目標——培養“高度科學素養的人”

高度科學素養的人所具備的一些很重要的素質就是，在進行個人決策之時恰當地運用科學的方法和原理；能理智地參與那些就與科學技術有關的各種問題舉行的公眾對話和辯論[12]。提高科學素養，不能依靠“強調學習現成答案而不是探討問題，把主要精力花費在記憶上而犧牲敏銳鑒別的思維，記憶零碎的信息而不是強調理解學習內容，重背誦輕論證，以學代干或不鼓勵學生一起學習，彼此自由地交流思想和信息，或運用現代教學設備發展智力[13]。

《科學發現者》將科學寫作引入教材中，正是對“高度科學素養”的科學教育理念與原則的踐行。科學寫作教學活動中，需要牽涉到學習者的邏輯思維能力、語言組織能力以及科學知識的應用能力，學生不是記憶或背誦現成的答案，而要根據寫作的主題或問題，在教師的引導下，進行多方面的探討、研究，在這個過程中，學生與教師或合作伙伴自由地交流思想和信息，將概念性知識、原理、方法等融會貫通，體驗“學科學”“做科學”和“用科學”的探究樂趣，同時又發展邏輯思維能力。最終提高個人的科學素養，并為個人融入未來社會奠定基礎。

2.2 科學寫作任務的設計原點——“生活在現代社會中的人”

科學寫作的重要任務之一就是向公眾解釋、說明科學規律、科學原理、科學方法等，以便公眾知曉科學知識，導引公眾對社會事務做出科學的決策和判斷。要想實現這一點，就需要擯棄在學校“圈養”學生的錯誤觀念，而將學生視為生活在現代社會、具有好奇心、并隨時會遇到科學問題、經常會參與與科學決策有關的社交活動的“現代社會中的人”。

分析《科學發現者》中的寫作任務，可以發現，教科書的編寫者在設計寫作任務時，沒有隨意或毫無章法地去設計，也沒有將寫作看作是復習、鞏固、應用科學知識的一條途徑，而是將學生看作“現代社會中的人”，緊緊圍繞學生的“生活世界”去設計。隨著學生個人生活領域和交往物的改變，其生活世界的“眼界”（horizon）也將拓展。所以，這套教科書中的科學寫作作業是以學生的個人生活中心向四周輻射，向社會輻射。其寫作主題涉及個人關注的直接對象——植物、動物等的描述，生活用品——遙控器、微波爐、滑石粉等的科學原理說明，生活娛樂設施——游樂車等包含的科學規律的探究，醫療報告和醫療技術的解釋，新技術對社會造成影響的辯論，自然災害防治手冊的編寫，以及向政府相關部門提供有科學依據的建議……。這些寫作任務涉及學生作為“社會人”需要運用科學概念和科學過程的幾乎所有方面： 有些涉及個人事務決策，有些涉及公民事務參與，有些涉及經濟生產，有些涉及日常所經歷的各種事務，有些涉及學生好奇心引發的問題探究……。更為難得的是，學生在完成寫作任務時，身份不斷地發生變化，有時是本人，有時是記者、醫生、療養院工作人員、產品開發者、政府官員、科研人員、探險者、自然觀察者、科技書籍的讀者、自然災害中的受害者等等。通過不同身份的轉換，使得學生得以站在社會不同群體的立場，體驗和考察科學概念、原理、知識的運用，真正實現培養高度科學素養的人。

2.3 科學寫作任務的實現路徑——展現科學寫作的組成元素

普瑞恩（V. Prain）和韓德（B. Hand）在“科學學習的寫作元素模型”中指出，科學寫作元素包含了主題（Topic）、形式（Form）、目的（Purpose）、對象或讀者（Object or Readers）及文本的制作方式（Text production methods）五個基本組成元素[14]。仔細分析《科學發現者》中的科學寫作任務可以發現，無論哪一種類型，其文本呈現都包含了這五個基本組成元素。這里僅舉三例，如表2所示。從表2的第一個例子可以看出，本次寫作任務是為看電視或使用DVD或VCR的人們（讀者）撰寫一個產品說明書（目的），主題是闡明遙控器的工作原理，其中要用到方塊圖或示意圖來制作文本，闡明遙控器的工作原理以及為什么這些遙控器同時使用時并不會相互干擾，最后形成一個1～2頁的產品報告書。如此清晰的任務布置，非常有利于科學寫作的實施及其評價。

當學生作品遞交以后，教師可以將這五個元素設置為評價的五個維度，再設計相應的評價量規（rubric），就可以對學生的作品進行評價。比如對主題的評價，可以從主題闡述有創見、條理清晰、條理混亂、不清晰等四個方面，分別賦分4、 3、 2、 1分進行評估。研究表明，科學寫作可以增進學生認知策略的使用；增進學生的科學推理能力以及促進學生科學概念的發展，是一種有效的科學教學策略。除了大幅度提高學生的科學學習質量以外，科學寫作的過程及其作品，還是科學教師系統收集學生學習情況相關數據的有效手段，也是教師收集教學反饋信息和數據的一種非常有效的手段。通過獲取學生學習和教學信息，教師可以及時調整和改進科學教學實踐。

2.4 科學寫作任務的設置數量——充分滿足科學不同教學環節的需求

《科學發現者》中的寫作任務貫穿于教科書的正文、實驗和課后練習，各個學科的分布比例各不相同，滿足了課堂教學、實驗、練習各個不同教學環節的需求。

從總數上來看，《生命的動力》教材最多，有141個，《原理與問題》有97個，化學有63個，地理最少，只有29個。從分布上來看，這些作業分布于教材的正文、實驗和課后練習中。統計四科教科書中的寫作作業在正文、實驗和課后練習中出現的平均頻率，結果顯示，課后練習中的科學寫作作業占總數的43.25%，在三種位置中數量最多；其次是正文，占38.93%，出現頻率最少的是實驗15.40%。在正文中，科學寫作呈現比例最多的是地理；實驗中，呈現比例最高的為《生命的動力》；課后練習中，《原理與問題》、《生命的動力》和《化學概念與應用》的呈現比例都超過了50%。不同學科作業的呈現頻率不同。《生命的動力》教材中，呈現于課后練習的有51.10%，正文有29.80%，實驗有19.10%；《原理與問題》教材中，呈現于課后練習的有67.00%，正文有17.50%，實驗有15.50%；化學教材中呈現于課后練習的有50.80%，正文有42.90%，實驗有6.30%。地理教材中呈現于正文中的最多，占65.50%，其次是實驗中，占20.70%，最少的是課后練習，占13.80%。

四個系列的教科書中，除《地理、地質學、環境與宇宙》教材外，其他三套教材都設計了專門的“科學寫作”欄目來呈現科學寫作作業。我們把這樣的寫作作業稱之為顯性科學寫作作業。各套教材中的顯性科學寫作作業數量分別為《生命的動力》8個，《原理與問題》46個，《化學概念與應用》22個。事實上，四套教科書中絕大多數的科學寫作作業并沒有被收入“科學寫作”版塊，而是隱藏在其他欄目中。如《生命的動力》中與科學寫作作業相關的欄目有：“形成自己的觀點”“觀察與推斷”“生物小論文”“生物技術應用”“研究”“調查”等；《原理與問題》有“技術與社會”“理性思維”等；《化學概念與應用》中有“課前活動”“化學鏈接”“化學與技術”等；《地理、地質學、環境與宇宙》中與科學寫作相關的實踐活動欄目有“科學與技術”“地球科學在線”“科學與環境”“新聞中的科學”，在每個活動結束時，都布置了科學寫作作業。這些隱藏在教科書其他各處的科學寫作作業，可以看作是“隱性科學寫作作業”。據統計，四套教科書中隱性科學寫作作業的平均數量為顯性科學寫作作業的三倍。其中，《原理與問題》中的顯性和隱性科學寫作數量之比接近1∶1；《化學概念與應用》接近2∶1；《生命的動力》差異最大，隱性寫作作業占總作業數量的94.30%。

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