托起中國兒童的“科學夢”（二）

蘇教版《科學》教材編寫組

《義務教育小學科學課程標準》（以下簡稱“課程標準”）體現了國家對小學階段學生學科素養的規定，教材編寫者的職責是把這些規定變成可供學生學習的學習方案。不同的教材依據不同的學理和不同的創意設計出不同的學習方案，就像房屋建筑設計都得遵循結構力學的原理，但并不妨礙蓋出的房屋可以是千姿百態的一樣。

科學素養包含不同的面向。課程標準對“科學素養”做了如下的描述：科學素養是指了解必要的科學技術知識及其對社會與個人的影響，知道基本的科學方法，認識科學本質，樹立科學思想，崇尚科學精神，并具備一定的運用它們處理實際問題、參與公共事務的能力。課程標準將科學素養凝聚為四個方面的課程目標，即科學知識，科學探究，科學態度，科學、技術、社會與環境。科學素養各個面向的形成過程雖然有一定程度的交叉融合，但其學理各異，因此教材編寫者在設計學習方案、安排活動時必須認真考慮。

為兒童學習科學知識設計多種策略與思路

課程標準共確定了18個主要的科學概念，18個主要概念又被分解為75個具體的學習內容，它們是科學素養的基礎，本教材首先考慮的就是科學知識的落實問題。教材編寫組先選出75個學習內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，主題包括更多的內容。這一點將在下文的“教材的組織方式”中展開。

為了讓小學生理解這些知識，教材編寫者運用了多種學習策略：

1.研究性游戲

這種學習策略主要是針對低年級學生。因為低年級學生還不可能做較規范的科學實驗，還不知道什么是變量控制，什么是數據分析。研究性游戲是讓學生在游戲中有所發現的探究。例如一年級上冊《走進科學》單元的滾小球活動，就屬于研究性游戲。讓一年級學生在滾小球的游戲中主動發現問題，教材只在斜坡的不同高度標了兩個點作為提示。前期教材實驗表明，學生可能會發現同一個球在不同高度滾下后遠近會不同，也可能會發現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，讓學生在玩的過程中認識泥土、沙子等物質的特征。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生認識動物的外部特征。

2.類比策略

在前期的研究中，我們發現小學生在學習科學知識時或多或少已經具備一些前概念。這些前概念有的與科學概念一致，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。例如我們發現，不少低年級的學生都認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.獲取直接經驗

考慮到小學生感性經驗不足，直接經驗有限，教材提供了很多在真實情境中探究的機會，如校園生物大調查，用自制望遠鏡觀察月亮上的陰影，養蝸牛，養昆蟲，栽小蔥等。之所以這樣做，是因為我們認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識如果在順序上或數量上都超過對自然的感性認識，人們所認識的自然可能會面目全非。

4.運用實物模型、視頻、圖片等手段為科學概念的形成提供形象直觀的表象支撐

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

5.通過遷移運用加深概念的理解

編寫組在活動手冊中設計了許多遷移運用的作業，如一年級上冊的《用雙手創造》單元中有關自然物與人造物概念的學習，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生再舉幾個把自然物改造成人造物的例子。

6.發揮思維導圖、概念圖、維恩圖等認知工具在組織科學知識中的作用

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：上面的框內標寫的是抽象的科學概念，如形狀、顏色、大小等，氣泡里面讓學生說出具體一塊石頭的形狀、顏色、大小等是什么樣的。我們認為，經常讓學生做這樣的練習，有利于他們形成各種認知圖式，有利于增強思維的邏輯性。

充分依托科學探究，培養學生的科學思維

準確地講，指向科學知識學習的探究屬于“重演—再現”式的探究，即探究的結論是前人已經知道的，但對于學生來說可能是未知的。采用“重演—再現”式的探究形式有利于學生對知識的理解，有利于激發學生的學習興趣，有利于學習科學探究的方法與程序，教師也容易掌控。一般而言，這種探究多為“良構”的，即探究的路徑、方法是清晰的。考慮到課堂教學時間的限制，教材將這類“良構”的探究根據學生認知的可能性分配給了一些重要的科學知識，如“種子萌發的條件”“溶解快慢與什么因素有關”等。

科學探究不僅是學習科學知識的有效策略，本身還有獨特的存在價值——它可以為學生提供一種以實證和邏輯為主的看世界的方式，學會科學思維。重視科學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，繼續保留了這一特色，但在編寫思路上有了很大的調整。

我們把工程實踐從科學探究中獨立出來，作為與科學探究并列的另一類探究。科學探究過程包含的要素課程標準已經有了詳細的說明，即提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流、反思評價。關于工程實踐，課程標準只寫了四個要素：明確問題、確定方案、設計制作、改進完善，教材編寫組參考了若干國家的技術與工程教育標準和教材，加上我們自己的思考，將工程實踐細化為六個要素，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。

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

專項學習是本教材刻意安排的，對科學探究和工程實踐的過程及技能進行指導。教材編寫者在這一點上達成了共識：如果為促進學生思考而進行教學是一個真正有價值的教育目標，那么這些教學材料以及教學策略必須編入整體結構中，如果只是做一般性的融合，那是遠遠不夠的。專項學習包括“科學探究”和“工程實踐”兩類，從一年級到六年級按上下冊交替安排。專項學習中的探究和設計過程是完整的，但各年級指導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，專項學習中的科學探究與工程實踐一定是“非良構”的——要么探究的結論是未知的，要么是“沒有最好，只有更好”。與“良構”的相比，科學探究和工程實踐中的活動更具有挑戰性，科學思維與工程思維的練習也更充分。

在與知識學習的整合中，探究、設計是作為學習知識的方法;在專項學習中，探究、設計是作為學習的目的。“交織”與“專項”的區別也正在于此。

讓科學態度的培養彌散于教材的細節當中

課程標準列出了四個方面的科學態度，即探究興趣、實事求是、追求創新、合作分享。我們認為，科學態度的這四個方面是核心素養中的“科學精神”和“實踐創新”在本學科的具體化。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”中激發學生的科學興趣

兒童喜歡動手的天性早已為教育理論和教育實踐所證實。教育心理學家揭示了兒童認知事物的規律：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的。教育實踐也證明：凡符合兒童認知規律的學習方式都是兒童喜歡的。為了激發兒童的科學興趣，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研究。如對美國的FOSS、德國的KOSMOS等“動手做”科學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”研究，這些研究使教材的動手做活動設計有了充足的儲備。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”活動圖標中看出。

2.在科學探究和工程實踐中培養兒童實事求是、實踐創新等品質

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

3.通過研究性游戲激發兒童的科學興趣

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

4.通過小組合作學習和多種評價方式培養兒童多方面的科學態度，尤其是合作意識和合作能力

合作意識和合作能力是當代社會普遍重視的核心素養之一，科學課程完全有機會加以培養。為此，教材設計的活動大都是要求同伴或小組合作完成，評價也經常以小組為單位。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，是按小組統計找到的蠟燭特征。《用大腦思考》單元中的解暗箱活動，更是完整地體現了合作交流分享在個人知識轉變為公共知識中的重要性：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。此活動在模擬科學家探究過程中的合作交流方面無與倫比。活動手冊最后一頁的評價表將科學態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活動的情況，分為做了、認真做、有創意地做三級水平。同伴評的指標是：積極思考，遵守規則，善于合作，認真完成任務。教師評的指標是：掌握了該學的知識，雙手很靈巧、會制作，頭腦靈活、善于思考，能用科學的態度看待事物。后兩者也都分為三級水平。我們認為評價也是一種教育方法，有利于科學態度的養成。這一舉措也為今后學業質量評價標準的制定奠定了基礎。

讓科學本質在教材中顯性化表達

課程標準目標的第四個板塊是有關對科學、技術、社會與環境聯系的觀念。這一目標分為三個方面：科學技術與日常生活的聯系、科學技術與社會發展的聯系以及人類與自然環境和諧相處。目前國際上公認的科學本質內涵是：科學思想是不斷發展變化的;科學需要證據;科學帶有主觀性，因而科學家應努力識別并避免偏見;科學是邏輯推理及人類想象和創造力的結合;科學發展受社會及文化的影響。教材編寫組將第四點內涵納入科學本質中。換言之，本教材除了關注科學、技術、社會與環境之間的關系外，還關注了科學本質的其他方面，如什么是科學，什么是技術，什么是科學思維，什么是工程思維，科學與技術之間的關系等。這些方面在一年級教材中就有所體現。例如，一年級上冊的前兩課《小小科學家》《小小工程師》，就是有關什么是科學、什么是技術，以及科學與技術的關系等方面的內容。第三單元《用大腦思考》的設計意圖是要讓兒童意識到科學事實與科學猜想的區別，科學猜想離不開通過觀察得到的科學事實，但同時也離不開邏輯推理與科學想象及創造力。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。外顯活動對應的是內隱的推理、預測、猜內部結構等科學思維的加工活動，科學思考的終極產品不過是當下形成共識的最佳結論。這是科學本質中最難呈現的部分，但愿我們的良苦用心不是在做無用功。

至于科技與社會、與環境的關系，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——巖石、土壤、水、空氣、動植物對人類生存的意義，這一內容安排貫穿整個一年級下冊。

其次，讓兒童從科技發展對人類文明進程的影響角度認識科技與社會的關系。這一內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：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。有關人類與環境的關系問題，教材除了在有關主題（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。我們認為，科學技術的發展雖然有革命性的，但更多是迭代的、不斷進化的。讓兒童了解一點科技發展概貌，不僅有助于當下或今后科學知識的學習，也有助于科學本質觀的建立。本教材強化科技發展史教育的策略有三：一是課內的有機滲透，如一年級下冊《石頭與泥土》單元中有關舊石器時代石頭作用的安排。二是在專項學習內容里增加了對做出重大貢獻的科學家和工程師的介紹，如一年級上冊介紹的是汽車的發明者本茨，一年級下冊介紹的是昆蟲學家法布爾。三是在每學年教材的最后，用通頁的方式集中呈現科技發展歷程，如一年級呈現的是從遠古時期到公元前的科技發展簡史。