科學(xué)能力在教科書“問(wèn)題”設(shè)置中的體現(xiàn)

科學(xué)能力是公民對(duì)有關(guān)科學(xué)、技術(shù)、政治、經(jīng)濟(jì)等人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的理性討論并進(jìn)行決策和行動(dòng)的能力。科學(xué)能力作為科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，包括科學(xué)現(xiàn)象解釋、構(gòu)建和評(píng)估科學(xué)探究設(shè)計(jì)并批判性地解釋科學(xué)數(shù)據(jù)與證據(jù)以及研究、評(píng)估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動(dòng)等能力指標(biāo)。[1]科學(xué)教科書作為科學(xué)教育的重要教學(xué)資源，包含了許多諸如例題、習(xí)題、課后作業(yè)、探究任務(wù)等“問(wèn)題”設(shè)置，它們對(duì)學(xué)生科學(xué)能力的培養(yǎng)具有不可替代的作用。本研究基于最新的PISA科學(xué)能力框架，對(duì)現(xiàn)行的蘇教版小學(xué)科學(xué)五六年級(jí)教科書中的“問(wèn)題”設(shè)置進(jìn)行深入分析，歸納出這些“問(wèn)題”設(shè)置是否以及如何體現(xiàn)科學(xué)能力指標(biāo)。

一、分析框架和編碼

本研究將教科書中設(shè)置的“問(wèn)題”定義為：學(xué)生在理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)能力以口頭解釋、書面解答或?qū)嵺`探究等形式完成的任務(wù)。最新PISA科學(xué)能力框架包含三個(gè)維度：“科學(xué)地解釋現(xiàn)象”是指學(xué)生需要對(duì)一系列自然、技術(shù)現(xiàn)象和問(wèn)題的解釋和解決方案進(jìn)行識(shí)別、生成、應(yīng)用和評(píng)估；“構(gòu)建和評(píng)估科學(xué)探究設(shè)計(jì)，并批判性地解釋科學(xué)數(shù)據(jù)與證據(jù)”指學(xué)生構(gòu)建和評(píng)估科學(xué)探究，科學(xué)處理問(wèn)題并解釋數(shù)據(jù)；“研究、評(píng)估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動(dòng)”是指學(xué)生需要在多種表征和情境中研究和評(píng)價(jià)科學(xué)信息、主張和論點(diǎn)，并得出恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)論。[1]本研究基于該科學(xué)能力框架構(gòu)建出編碼目表（見(jiàn)表1），并對(duì)教科書“問(wèn)題”設(shè)置進(jìn)行編碼和分析。例如，“這些物體是光源嗎”這一問(wèn)題要求學(xué)生回憶并應(yīng)用光源的相關(guān)知識(shí)以做出判斷和解答，因此將其編碼為“A1.1知識(shí)”；“從以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中你可以得出什么結(jié)論”這一問(wèn)題要求學(xué)生從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論并進(jìn)行回答，因此將其編碼為“A2.4解釋”。

二、教科書“問(wèn)題”設(shè)置體現(xiàn)科學(xué)能力的特點(diǎn)

1.以解釋和探究能力為主，科學(xué)信息研究、評(píng)估和使用的能力較少

分析發(fā)現(xiàn)，A1類問(wèn)題數(shù)量最多，占比61.2%（見(jiàn)表2）。該類問(wèn)題注重解釋各種現(xiàn)象尤其是熟悉場(chǎng)景中的現(xiàn)象，學(xué)習(xí)該類問(wèn)題時(shí)，學(xué)生可將科學(xué)與日常生活聯(lián)系起來(lái)，既增強(qiáng)了興趣和好奇心，又可以深入地理解科學(xué)知識(shí)并建立扎實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。此外，解釋現(xiàn)象需要學(xué)生運(yùn)用觀察、分析、推理等能力，有助于培養(yǎng)他們解決問(wèn)題的能力。

A2類問(wèn)題占比37.8%。學(xué)習(xí)該類問(wèn)題時(shí)，學(xué)生需要提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論并進(jìn)行評(píng)估，從而幫助他們掌握科學(xué)探究的基本程序和方法，學(xué)會(huì)發(fā)散思考和深度思考并促進(jìn)遷移能力的發(fā)展。因此，教科書包含了大量探究能力的問(wèn)題設(shè)置，符合科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中“加強(qiáng)探究實(shí)踐，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究以及技術(shù)與工程實(shí)踐的過(guò)程”的理念。

A3類問(wèn)題設(shè)置數(shù)量較少，占比僅1.0%。學(xué)習(xí)該類問(wèn)題時(shí)，學(xué)生要評(píng)估信息的有效性和可靠性，通過(guò)識(shí)別信息和綜合考量做出決策以解決實(shí)際問(wèn)題。該類問(wèn)題較少的原因可能在于：第一，課程目標(biāo)要求學(xué)生掌握基本的科學(xué)能力，因此教科書的問(wèn)題編排以解釋和探究能力為主，而非過(guò)多涉及更高階的科學(xué)信息能力；第二，五六年級(jí)學(xué)生雖然掌握了一定的探究過(guò)程和方法技能，但還沒(méi)完全準(zhǔn)備好進(jìn)行復(fù)雜的評(píng)估、決策和行動(dòng)，教科書根據(jù)學(xué)生的接受能力和發(fā)展階段較少設(shè)置了相應(yīng)問(wèn)題。最新PISA科學(xué)能力框架建議A1占比40%左右，A2和A3各占比約30%，因此，教科書可以適當(dāng)增加體現(xiàn)A3類問(wèn)題設(shè)置。

2.解釋能力以回顧和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)為主，重視科學(xué)的實(shí)用價(jià)值

由表3可以看出，“A1.1知識(shí)”數(shù)量最多，其后依次為“A1.3證明”“A1.5假設(shè)”“A1.4模型”“A1.6影響”和“A1.2形式”。這表明，“回顧和應(yīng)用適當(dāng)?shù)目茖W(xué)知識(shí)”這類問(wèn)題最多，“作出并證明適當(dāng)?shù)目茖W(xué)預(yù)測(cè)和解決辦法”次之，其余類目數(shù)據(jù)較少且較為接近。

A1.1和A1.3兩類問(wèn)題主要關(guān)注將科學(xué)知識(shí)與自然現(xiàn)象的解釋、預(yù)測(cè)和日常生活中的應(yīng)用緊密結(jié)合，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，還能幫助他們認(rèn)識(shí)科學(xué)的價(jià)值并利用科學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。例如，“你還知道哪些物品的設(shè)計(jì)是受了動(dòng)植物的啟示”這個(gè)問(wèn)題進(jìn)一步拓展了學(xué)生對(duì)仿生學(xué)的理解，他們通過(guò)了解生活中各類產(chǎn)品和技術(shù)如何從自然界獲得靈感，學(xué)習(xí)、解釋背后的原理，甚至開始關(guān)注和思考部分物品存在的問(wèn)題及其改進(jìn)的可能性，從而認(rèn)識(shí)到科學(xué)的意義。而其他四類問(wèn)題對(duì)學(xué)生抽象思維和邏輯推理能力的要求更高，特別是“A1.4模型”“A1.6影響”要求最高，但在教科書中很少涉及。

3.以探究活動(dòng)和實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)為主，重視探究的方法操作

由表4發(fā)現(xiàn)，“A2.2設(shè)計(jì)”數(shù)量最多，其次為“A2.4解釋”，“A2.1識(shí)別”和“A2.3評(píng)估”占比較低。可見(jiàn)，該維度的“問(wèn)題”設(shè)置以針對(duì)科學(xué)問(wèn)題來(lái)“提出合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”為主，“解釋數(shù)據(jù)、從中得出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)論并評(píng)估其相對(duì)優(yōu)點(diǎn)”這一能力次之，表明教科書關(guān)注科學(xué)探究的設(shè)計(jì)和根據(jù)收集的數(shù)據(jù)得出結(jié)論的階段，以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)控制變量、收集分析數(shù)據(jù)、解釋數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)論等。但蘇教版教科書和其他教科書一樣提供給學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題機(jī)會(huì)的“問(wèn)題”設(shè)置略顯不足。[2][3]其次，評(píng)估實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)涉及理解科學(xué)實(shí)驗(yàn)價(jià)值和本質(zhì)的科學(xué)認(rèn)識(shí)論，對(duì)學(xué)生批判能力和抽象思維要求較高，故教科書中的“問(wèn)題”也較少體現(xiàn)。

“A3研究、評(píng)估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動(dòng)”的能力對(duì)學(xué)生元認(rèn)知知識(shí)要求過(guò)高，因此僅有5個(gè)數(shù)據(jù)，“A3.1搜索、評(píng)估和交流不同信息來(lái)源的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)”4個(gè)，“A3.3從一組數(shù)據(jù)中構(gòu)建論點(diǎn)以支持一個(gè)適當(dāng)?shù)目茖W(xué)結(jié)論”1個(gè)。此處不展開分析。

三、相關(guān)建議

1.通過(guò)問(wèn)題拓展，適當(dāng)關(guān)注科學(xué)信息研究、評(píng)估和使用的能力

教科書考慮到學(xué)生的認(rèn)知能力和小學(xué)科學(xué)教育基礎(chǔ)性、實(shí)踐性的特點(diǎn)，以解釋和探究能力的“問(wèn)題”設(shè)置為主。教師可以根據(jù)高年級(jí)學(xué)生認(rèn)知水平適當(dāng)拓展一些問(wèn)題以涉及“研究、評(píng)估和使用科學(xué)信息進(jìn)行決策和行動(dòng)”的能力，這與當(dāng)前提高公眾對(duì)科學(xué)信息的辨識(shí)能力并倡導(dǎo)他們反思性地參與科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)或社會(huì)問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)愿景相吻合。例如，在學(xué)習(xí)六年級(jí)《善用自然資源》一課時(shí)，教師還可以設(shè)計(jì)更高階的活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)行自然資源環(huán)境調(diào)查，模擬居民、企業(yè)家、科學(xué)家、政府人員等不同角色并從自身利益出發(fā)收集信息和組織模擬討論會(huì)，讓學(xué)生表達(dá)、分享和協(xié)商，共同完成自然資源保護(hù)倡議書的決策與制訂，從而引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)如何分辨信息、舉證和做出合理的推論與決策，培養(yǎng)實(shí)踐探究、解釋舉證、甄別信息、做出決策等多項(xiàng)能力。

2.進(jìn)行進(jìn)階性“問(wèn)題”設(shè)置改編，逐步提升學(xué)生科學(xué)能力

科學(xué)教師可以對(duì)教科書中的“問(wèn)題”進(jìn)行進(jìn)階性的設(shè)置改編，以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)能力的進(jìn)階提升。例如，五年級(jí)《水滴的“旅行”》一課，教科書讓學(xué)生觀看插圖并回答問(wèn)題來(lái)理解水循環(huán)，教師可進(jìn)行進(jìn)階性的改編。

第一階段：基礎(chǔ)理解。問(wèn)題為“請(qǐng)舉例說(shuō)明我們身邊的水是如何變化的”，讓學(xué)生觀察水的不同狀態(tài)并在課堂上分享。

第二階段：探究學(xué)習(xí)。問(wèn)題為“水循環(huán)是如何影響我們的天氣和環(huán)境的”，讓學(xué)生小組合作完成實(shí)驗(yàn)（人造霧、雨水蒸發(fā)等）探究水循環(huán)。

第三階段：深入分析。學(xué)生通過(guò)收集資料或?qū)嵉赜^察，解釋“為什么水循環(huán)對(duì)地球上的生命至關(guān)重要”，理解水循環(huán)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的意義。

第四階段：應(yīng)用創(chuàng)造。學(xué)生以“如何設(shè)計(jì)一個(gè)模型來(lái)展示水循環(huán)的過(guò)程”為題，利用身邊的材料合作設(shè)計(jì)和制作三維模型并進(jìn)行全班展示或競(jìng)賽。

第五階段：綜合評(píng)估。學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，以報(bào)告等形式解決“你認(rèn)為人類活動(dòng)如何影響水循環(huán)？我們應(yīng)該如何保護(hù)水資源？”的問(wèn)題。

通過(guò)以上進(jìn)階性的“問(wèn)題”設(shè)置改編，教師逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)并推動(dòng)其科學(xué)能力從低到高、從片面到多維發(fā)展。

3.增設(shè)開放性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題

答案唯一的問(wèn)題不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和科學(xué)能力。[4]因此，教師可適當(dāng)增設(shè)開放性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題，以提升他們的科學(xué)能力。以六年級(jí)《適應(yīng)生存的本領(lǐng)》為例，教師以“你知道哪些動(dòng)物的生存本領(lǐng)”這一開放性問(wèn)題為抓手，提供不同環(huán)境下不同動(dòng)物的圖片并配上注釋和啟發(fā)式問(wèn)題氣泡，如“你看到了什么？這些地方生活的動(dòng)物有什么特點(diǎn)？為什么會(huì)有這些差異？你有什么發(fā)現(xiàn)？”等，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)小組分工合作收集、整理信息并分享、評(píng)估成果。活動(dòng)開始前，教師可補(bǔ)充播放不同地區(qū)氣候變化的視頻并提問(wèn)：“這些地方是什么樣的？那里的環(huán)境和氣候有什么特點(diǎn)？”學(xué)生初步感知不同環(huán)境的獨(dú)特性，為后續(xù)的調(diào)查探究奠定基礎(chǔ)。每組學(xué)生匯報(bào)后，教師還可提問(wèn)：“你贊同他們的觀點(diǎn)嗎？對(duì)于不贊同的觀點(diǎn)，你有什么想說(shuō)的？”這些開放性問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生提出和解答科學(xué)問(wèn)題，調(diào)動(dòng)和培養(yǎng)了他們質(zhì)疑、解釋、評(píng)估等多項(xiàng)科學(xué)能力。

[項(xiàng)目：江蘇省社會(huì)科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于本土文化情境的科學(xué)教育實(shí)踐及模式創(chuàng)新研究”，編號(hào)：23JYA003]

（作者：趙婷，蘇州大學(xué)教育學(xué)院碩士研究生；萬(wàn)東升，通訊作者，蘇州大學(xué)教育學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師）

參考文獻(xiàn)

[1]OECD.PISA 2025 Science Framework（Draft）[EB/OL].（2023-06-15）[2023-10-24]. https：//pisaframework.oecd.org/science-2025/assets/docs/PISA_2025_Science_Framework.pdf.

[2]王少峰，王麗麗.“1+X問(wèn)題鏈”式的小學(xué)信息科技教學(xué)探索[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2023（22）.

[3]袁良敏.促進(jìn)學(xué)生提問(wèn)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究[D].南京：南京師范大學(xué)，2021.

[4]張艷香，金新喜.關(guān)于人教版初中物理教材習(xí)題設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考[J].課程·教材·教法，2013（04）.