中美小學科學教材比較研究

隨著科學教育重要性的提高，業內對科學教材的研究也不斷增多。在教材分析上，目前的研究多是對國外教材的特征進行分析，例如，王晨光從內容結構、活動組織和建構特點等方面對美國俄亥俄州小學科學教材SOE進行分析研究。[1]在比較分析上，則是從內容結構、活動設計等方面比較中外在教材和科學教育上的發展差異，例如，首新等人以“磁”知識點為例，采用微觀發生法比較中、美、日三國小學科學教材中“科學探究”內容的設計差異。[2]總體而言，雖然業內對國外教材的分析研究較多，但對國內外教材的比較性研究都相對較少，針對小學階段的研究則更少。[3]

教材是教師實施教學的重要工具。基于我國小學科學教材版本眾多、風格各異等情況，筆者以低年級的“磁”內容為例，從整體框架、章節設計、欄目設置、風格特征等方面對不同版本的教材進行比較研究，從而對國內科學教材提出建議。

一、研究對象和研究方法

本研究的對象包括國內外10個版本的科學教材，分別是國內的人教鄂教版、粵教版、教科版、大象版、冀人版、蘇教版、青島版、湘版以及兩個美國教材Science，A Closer Look（下文簡稱SA）和Science Fusion（下文簡稱SF）。SA是在2008年由麥格勞·希爾出版的，是美國加利福尼亞州、俄亥俄州、德克薩斯州等公立學校的主流教材。SF是由霍頓·米夫林·哈科特集團針對6～16歲學生（GK-G8）出版的科學教材。這兩個版本的美國教材均以美國《新一代科學課程標準》（NGSS）為依據進行編撰。

本研究依據科學核心素養的四個維度（科學觀念、科學思維、探究實踐和責任態度）以及教材編寫的基本原則對各版教材進行分析。其中，教材編寫的基本原則包括兩方面：一是教材內容的適切性和靈活性，既要符合學生的認知水平和發展水平，又要兼顧內容的基礎性和時代性；二是教材編排的整體性和邏輯性，既要體現內容的綜合性和實踐性，又要具有良好的邏輯結構和風格特征。[4]

二、教材整體框架和章節設計

國內教材的傳統架構為“冊—單元—課”，[5]按照不同學期分為上下兩冊，每冊包含數單元，每單元包含數課。一般教材的整體框架包括冊引入、目錄、普通單元（或特色單元）、冊后記（如圖1）。在冊引入中，部分版本的教材會設置科學家的故事、對學生的寄語等內容引導學生進入學習。單元設置包括普通單元和特色單元（課）兩種。普通單元的模式多是“單元引入+單元內容+單元總結”。“單元引入”一般以詩歌、問題、情境、游戲的形式呈現；“單元內容”是課程的主要內容，一般包括游戲、調查、討論、思考、閱讀、實驗、制作、拓展等環節；“單元總結”一般是對本單元知識的復習總結或檢測，但國內教材中只有人教鄂教版和青島版設有。特色單元主要包括三種：一是針對科學探究、設計制作、工程技能開展的探究實踐單元，如粵教版的“探究技能”等，大部分版本教材都會開設此特色單元以突出對探究實踐維度的培養；二是針對科技資訊、科學故事等開展的資料閱讀式單元，如教科版的“科學閱讀”等，讓學生通過了解科學發展的歷程，理解科學本質，提高人文素養；三是STEM或跨學科學習單元，如蘇教版的“STEM學習”。

美國教材的架構以“單元—章—節”為主，通常一學年使用一冊書，整體框架與國內相似。SA和SF的章節設計特色有三點：

一是將探究實踐類特色單元綜合起來，設置在教材起始處，且該特色單元采用以發展學生科學技能和工程能力為線索的邏輯結構來編排內容。如在SA中，每冊教材起始部分均設置了“做個科學家”（be a scientist）環節，以實際案例講授各種探究實踐技巧和步驟，并具有單獨目錄。在SF中，每冊教材的前兩個單元都屬于“科學本質和STEM”（the nature of science and STEM）領域，該領域下的單元主題包括：科學家如何工作、身邊的技術、工程過程、像科學家一樣工作、技術和世界、調查問題、學習科學等。

二是注重單元總結或章總結的設計。SA和SF在每一單元或每一章節后都會設置知識復習或小測驗（如圖2）。如SA在總結環節中設有可視化知識復習環節，在每道題目下標出相應的知識水平深度。針對低年級學生總結能力欠佳的特點，它還增設了“閱讀溫習（I read to review）”欄目，通過簡單的圖片和文字，幫助學生總結復習核心知識點。

三是注重職業科普的特色單元設置。如圖3所示，除了注重探究實踐類、跨學科類的特色單元設置外，SA和SF還設置了針對科學職業的科普單元，以培養學生的職業興趣，拓寬他們的職業選擇。

總體而言，我國教材和美國教材的整體框架相似，無論是教材架構、普通單元設置，還是特色單元的取向，都體現了當下國際科學教育的主要關注點——探究實踐和跨學科學習。相較而言，美國教材的探究實踐單元的數量比我國教材多，并且在教材起始處以綜合的形式編排。其次，美國教材專門設有職業科普章節，且科普的職業與該章的科學內容相關，內容的整體性強。再者，美國教材非常重視單元總結的設置，年級越高，單元總結的篇幅越多，這與國內僅兩個版本教材有簡單的單元總結設置形成鮮明的對比。

三、教材欄目設計和風格特征——以“磁”主題為例

在我國的科學課程標準中，“磁”屬于概念“電磁相互作用”的內容。在這一內容上，我國教材大多以此順序進行編排：磁鐵能吸引的物品、隔空作用、南北兩極、相吸相斥、指示方向、生活應用。表1是各版本低年級教材對磁主題的安排，其中大象版、青島版、SA將上述的六個知識點分開到兩個年級里學習，其余版本則將其安排在同一年級的同一單元中。雖然講授的理論知識一樣，但各版本在實驗選擇、欄目設計、圖文編排上各具特色。

1.主題的趣味性設計

大部分教材以生活場景引入，帶領學生學習各種磁的知識點，而粵教版教材和大象版教材采用玩具和卡通故事的形式串聯起各知識點，更注重趣味性。粵教版教材以釣魚玩具、磁鐵小車、玩具鴨三種玩具作為主要載體，每種玩具設置一課，讓學生每玩一種玩具便掌握相應的知識點，最后通過自制磁鐵玩具的任務，讓他們體驗磁的主要性質。大象版教材以磁鐵魔法城堡作為故事背景，讓學生通過完成城堡里的闖關任務，學習相應的知識。低年級學生具有活潑好動、注意力不持久等特征，生活中的磁現象固然能引起學生的學習興趣，但將各分散的知識點通過某一主題串聯整合起來，能使他們對知識的認識順序有更清晰的記憶，并能保持學習的熱情。另外，為了增加教材的互動性和趣味性，粵教版教材和大象版教材還設計了卡通人物，通過人物的對話引出各環節內容。

2.圖文的精準使用

相對于國內教材，SA、SF在圖文的使用上更精準。國內教材中的大部分圖片并無解釋說明或具體作用，教師在教學中可能會忽略對其的應用。SA、SF則傾向于使用真實圖片而非卡通圖片，并且每一張圖片都有相應的文字說明，或者針對圖片內容進行了提問或探究。如SA在章節引入中插入磁鐵火車玩具的圖片，并提問：火車的磁鐵在哪里？SF在章節引入中插入磁鐵和磁粉組成的笑臉圖片，并提問：該笑臉是如何形成的？另外，在單元引入中，SA多采用詩歌、故事或短文，再配以相應的圖片和問題；SF呈現該章的核心概念，配以相應的圖片和問題，并將問題的解答作為單元引入內容。而國內教材的單元引入較為簡單，大部分僅配以圖片，部分結合詩歌（如冀人版、蘇教版、青島版、湘版），但沒有解說或進一步使用該圖片和詩歌。

3.探究活動的開放性和完備性

各版本教材對探究、實驗、調查、工程制作等活動的設計分為顯性和隱性。隱性是在普通單元中，依托活動手冊開展相關活動，顯性則是將該活動單獨設為特色單元或者章節。關于“磁”主題，各版本教材主要涉及的活動有：①探究磁鐵能吸引何種物品；②隔空吸引物品，探究磁鐵起作用的距離；③利用回形針探究磁鐵磁性最強的位置；④探究磁鐵相吸相斥的特性；⑤制作指南針，探究磁鐵指示方向的特性。各版本都以活動①作為“磁”主題的第一課，其主要原因是學生在感知事物特征時具有“以自我為中心”和“突出明顯特征性”兩個特點，也就是當面對具有綜合性特征的實體概念時，他們會以自身感知獲取的信息優先，清晰認識某一明顯特征（如磁的吸引力），而淡化其他特征（如磁極、隔空作用等）。[6]

對于上述活動，不同版本教材設計的開放性、探究性、完備性以及語言引導的顯化性均有不同。部分版本教材的開放性和靈活性更高，具有較為完整的探究或工程步驟，且語言引導明確。例如，湘版教材在制作小磁針式指南針中提供了多種材料和四種改進方案，讓學生體驗構造設計和檢驗改進的工程技能；SF在STEM特色章中設計了畫圖設計、收集材料、構建測試、匯報交流四大步驟來制作磁鐵玩具或磁鐵游戲。部分版本的活動流程比較固化和簡單，如教科版中浮水式指南針的制作、粵教版中蹦蹦玩具的制作、大象版中猴子上山玩具制作、蘇教版和青島版中小磁針式指南針的制作，均是在教材中直接以圖片或文字簡單地描述制作步驟，并沒有設計、測試、改進等環節。固定的實驗或制作流程固然能幫助學生更好地完成作品，使課堂效率更高，但可能會使科學課變成簡單的手工課。開放性和靈活性更強、步驟更完備的活動設計，能讓學生更好地體驗和掌握探究和工程設計的步驟和技能。

4.跨學科欄目的合理編排

各版本教材的單元內容中都設有固定的欄目（見表2），但編排方式稍有不同。一種是每一課中均按照同樣的順序編排固定欄目，如教科版中每一課都包含聚焦、探索、研討、拓展四大環節。另一種則是從固有欄目中挑選適合本課的內容進行編排，如大象版、蘇教版、湘版、SF。教材欄目數量一般以3～5個為宜。部分國內教材存在欄目過多或過少，不宜理清欄目性質和類型的問題。適宜的數量和固定的順序有利于潛移默化地幫助學生認識科學探究流程。

相比國內教材，SA，SF更注重對跨學科欄目的設計。如SA設有提問討論（talk about it）、寫一下（write about it）、藝術鏈接（art link）、社會研究鏈接（social studies link）、數學鏈接（math link）、撰寫鏈接（writing link）等欄目，SF設有做數學（do the math）和使用標題（use heading）、對比比較（compare and contrast）、主旨探尋（main ideas）等閱讀技能訓練欄目。這些欄目旨在培養學生在科學中的讀、寫、算以及調研的能力和藝術素養。

四、總結與建議

由上述對比分析可知，國內外各版本教材的整體框架相似，但在特色單元和欄目的設置上各有取向。基于上述總結的設計特色，本研究對現有國內小學教材提出三點建議。

1.合理使用圖文素材，強化學習的表征聯系性

小學生的認知特點表明，通過突出明顯特征初步感受事物，再通過表征聯系性認識科學結構和功能，這樣的先后順序有利于學生認識概念的本質和外延，并構建知識體系。圖文能凸顯事物的明顯特征，是激發學生興趣的主要途徑。國內教材對圖文的使用或過于簡單，與內容聯系不緊密；或表意不明，無任何解釋說明。因此，教材應增加與教學內容匹配度較高的真實圖片，并增強其使用的有效性。

2.明確活動路徑及步驟，提高探究實踐素養

實踐活動是教材的重要組成部分，但固化步驟的探究活動或工程項目不利于培養學生的科學探究能力、技術與工程實踐能力和自主學習能力。因此，教材應在實際操作環節前后加強提問假設、討論交流、構思設計、驗證改進等一些注重科學思考和反思的設置，使學生意識到探究實踐并非按部就班的手工制作。

3.注重跨學科欄目設計，培養學生綜合素養

科學教育的綜合性不僅體現在對物質科學、生命科學、地球與宇宙科學等不同領域知識的學習，還體現在學生對讀、寫、算、藝術創作的技能掌握。國內教材的實踐活動中雖然包含部分計算和藝術創作環節，但甚少設有訓練閱讀、撰寫等科學能力的環節。因此，教材應注重跨學科欄目的設計，完善各領域知識體系的聯系，從而培養學生的綜合素養。

參考文獻

[1]王晨光.美國俄亥俄州小學科學教材的特色分析及其啟示[J].教學與管理，2023（17）.

[2]首新，胡衛平，林長春，等.小學科學教科書“科學探究”設計的微觀發生法比較——以中美日三國“磁”內容為例[J].湖南師范大學教育科學學報，2017（05）.

[3]張韻，頓卜雙，徐唱，等.基于STEM框架的中美科學課程教材比較研究——以美國FOSS和中國人教版小學五年級教材為例[J].外國中小學教育，2016（06）.

[4]義務教育科學課程標準修訂組.義務教育科學課程標準（2022版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[5]姚建欣.新編小學科學教材的特點分析與后續冊次修訂建議[J].課程·教材·教法，2018（11）.

[6]葉寶生，彭香.小學生的科學認識特點和教學策略——基于“小學生前科學概念研究”[J].課程·教材·教法，2018（12）.