德国中学“森林之家”科学学习项目及其启示

陈晓萍

21世纪初，TIMSS和PISA等国际教育质量评估项目显示：德国中学阶段的科学教育质量存在着许多问题，成效也不令人满意。评估数据表明：德国中学生随着年龄的增长对科学与数学的兴趣在降低；在课堂外运用科学知识解决实际问题和作出正确的判断上存在着相当大的困难和问题。[1]这种状况与现代社会知识结构中科学与数学的组成比例不断增大相矛盾。为了应对教育危机，德国实施了一系列旨在促进科学课程教育质量的改革项目，如：旨在改善和促进8～13年级化学教学质量的合作研究项目Chemie im Kontext（化学情境教学， 简称CHIK）；旨在改善和促进8～13年级物理教学质量的合作研究项目Physik im Kontext （物理情境教学，简称PIKO）；旨在提高数学和科学课程教学效率的Steigerung der Effizienz des mathematisches-naturwissenschaftlichen Unterrichts（数学和科学教学，简称SINUS）等。[2]科学教育改革的导向就是要改变科学学习的情境和途径，鼓励学生将所学的科学概念用来解决与自己身临世界相关的问题，并作出价值观上的正确判断，从而巩固和促进概念的学习与强化，激发他们对科学学习与探究的兴趣。

正是在上述科学教育改革理念指导之下，充分利用本土资源开展的科学学习项目活动应运而生。笔者曾在德国巴伐利亚州海尔夏德主体中学全程参加了一项颇具特色的以“森林之家”命名的中学生科学学习项目。该项目以劳恩斯坦青少年森林之家为学习基地，以“森林”为主题整合了中学科学课程的相关内容如科学探究、生命科学、地质科学、科学技术与社会关系等，整个活动为期一周。下面笔者就学习项目的背景和理念，内容、过程和方法进行介绍和归纳。

一、项目的背景和理念

（一）背景和目标

劳恩斯坦青少年“森林之家”隶属于当地营养、农业和林业管理局。森林之家共有30个学生床位和2个教师房间；拥有一个小型专业图书馆、一个多媒体学生学习室、一个学生游戏活动室和一个学生食堂；在森林的深处还建有一间木制小屋供学生午餐和休息之用，并备有森林活动所需的各种工具。它是专为中小学生科学学习活动所设计建造的。这里拥有林业专业教师2名，助教2名，以及房管、食堂工作人员3名。林业专业教师根据不同年级学生的特点，开发了各种以森林为主题的项目活动。森林之家常年对各类中小学生（小学三年级以上）开放，教师可以通过预约，带班到此根据需要进行为期短则一天长则一周的项目活动。“森林之家”的项目活动旨在通过开展各种实践和游戏，调动学生各种感官，帮助学生加深对科学知识的理解，特别是对森林、环境与人类生产活动紧密联系的理解，激发学生对科学探究的好奇心，培养学生良好的环境保护尤其是对家乡森林的保护意识。

（二）理论依据

学习项目的设计主要以三个基础理论为哲学理念。（1）科学素养，即科学教育不追求科学精英的培养和选拔，关键是提高青少年的科学素养。德国学者认为，后工业化时代的社会公民的科学素养由科学知识、科学能力和科学价值观三个部分组成。科学知识是构成科学素养的基础和载体，核心是科学能力。科学能力是指能够发现问题、策划并得出明确结论，用来作出关于自然世界在人类活动时导致变化的决定的那种特定能力。学生通过科学学习项目活动，逐步形成科学素养中的各项能力，成为符合社会所需求的各层次人才。[3]（2）学习动机理论。为了开展有效的教与学，教师应当知道如何启发学生的学习动机。[3]项目通过“森林之家”的学习活动平台，设计学习与应用相关的科学探究学习专题，以此来激发学生的学习兴趣与探究动机，并在小组活动和自我定向的基础上，指导学生更加自觉地参与计划的制订和进入解决问题的过程，通过参与活动来培养和发展自己多方面的能力，即有效地激励学生主动地去学习科学。（3）建构主义学习观，即最有意义的学习发生在完成现实世界任务的过程中，社会互动促进学习。在“森林之家”的学习活动中，教师与学生共同探究、讨论、活动，意味着学习过程从个体行为转变为群体行为，从而促进有意义的学习。

二、项目的内容、过程和方法

（一）关于植物的种类和生态状况的观察思考

在专业教师的带领下，学生们先在森林中实地观察针叶林、阔叶林和各种灌木，通过对叶片、松球果、种子等的观察比较，进一步理解双子叶植物和单子叶植物的区别，认识各种植物及植物的变种。教师通过照片资料展示了该地区几十年以来针叶林茂密程度的变化，使学生体会到环境因素对植物生长的影响。接着，教师给学生提供了不同生长状况的松树照片，以此作为标准让学生与现实环境中的松树生长状况作比较，估计松树的健康程度，如完全健康、80%健康、30%健康等等。当学生没能找到一棵完全健康生长的大树时，教师适时地要求大家思考其原因，如气候的变化（高温、缺水等）、环境的污染（空气质量下降等）等。最后教师引导学生观察比较保护区和非保护区灌木和幼小植物的生长状况，通过观察比较，估计森林中野生动物的数量，思考保护区的重要意义，从而深入理解食物链的含义。在此基础上，综合思考怎样才能维持森林中的生态平衡，如：当植被被动物破坏严重时，会出现什么后果？如何避免这一情况的出现？是否要考虑引进天敌，或有计划地打猎？

在半天的学习活动中，学生置身于大自然，从观察认识植物入手，到关注环境对植物生长的影响，再到食物链的引出，最后达到理解生态平衡的目的。活动过程充分运用了观察、比较、抽象等科学方法；活动组织由浅入深，层层递进。学生需要在具体工作的情境中进行推理思考，融书本知识与实践活动于一体，加深对科学知识和科学方法的理解与掌握，发展科学思维。

（二）关于植物分类和生态平衡的合作探究

该活动主要由两部分组成。

一是自主探究学习植物的分类。首先是分组活动，每组两至三名学生在大约一节课的时间内，深入研究一种植物。学生们带着一份探究任务单，分组在森林中开始了自主学习活动：根据任务单中对某种植物的具体描述，确定这种植物的名称，然后在森林中找到这种植物，并从地上寻找和收集它的树叶、枝条、果实和种子，再把这种植物的树皮拓印在纸上。然后是集中分享探究成果阶段：全班同学汇集在一起，每组派一个代表发言，介绍他们小组的学习成果，小组其他成员则配合着将收集的树叶、种子等分发给大家进行观察学习。通过这样的学习活动，各组同学互为一种植物的研究专家，相互学习完成老师布置的全部学习任务。

二是角色扮演体验生态平衡。教师介绍常见野生动物的生活习性，指导学生辨认森林中常见动物如野兔、野猪、鹿、狍子等的足印；学生两人一组，通过想象就地取材如利用树叶、枝条和石块，创造一种新的动物，并说明它的生活习性和对森林环境的影响；最后，学生分别扮演猞猁和狍子，进行捕食和反捕食的游戏活动。通过游戏活动，大家体验到不同动物种类之间的生存关系。

借用施瓦布的定义，探究学习是一种学习活动，它让学生通过自主参与获得知识，掌握研究自然所必需的探究能力，同时形成认识自然的基础即科学概念，进而培养探索未知世界的积极态度。[4]森林中的合作探究活动设计正是这种理念的体现。整个活动为时半天，基于学生对前面活动中学习的有关知识的复习和再运用而进一步增进和加深对科学知识的理解；同时体验、理解和应用了科学的研究方法如观察和记录、收集植物样本、交流和表达等。特别是“创造一种新动物”的活动，充分激发了学生的创造性思维，锻炼了学生的知识迁移能力。在活动过程中，学生们自始至终表现出与他人合作、共同分享学习成果的精神和不畏艰难、认真执着的求知态度。

（三）综合实践活动

教师通过PPT向学生展示围绕森林小屋周围大约方圆五千米的森林地形图，并告知学生在这个范围内布置了七个工作站，在每个工作站的信箱内都有一张地图，据此可知进入下一个工作站的路径。学生们自由组合成三人小组，根据地图导向和任务单轮流去不同的工作站工作。这项活动的难度在于：学生要顺利完成各项工作，前提是要能够使用地图在茫茫的林海中依次找到各个工作站。教师要求每个小组在两小时内找到并完成七个工作站的工作任务，每小组配备一个手机，在迷路或紧急情况下，可以向老师求救。林业专业教师则开车巡视。每个工作站都设有相应的任务，如估计某棵大树的树龄并目测树木的高度、估测某处森林中的温度和某处池塘的水深、收集各种植物标本等等。活动结束后，专业教师负责检查小组的工作情况，对每一项工作进行评分，算出总分并对工作出色的小组给予奖励。

此项活动融科学知识（“地图和地形”和“植物分类”）、科学方法（“观察与测量”和“植物标本的收集”）、科学态度（“安全意识”和“团队意识”）三维目标为一体。它充分运用了美国著名教育家杜威提出的“做中学”的理念，通过“做中学”将学校里获得的知识与生活过程中的活动联系了起来，学生能从那些真正有教育意义和有兴趣的活动中学习，有利于全面科学素养的养成。

（四）伐木劳动体验

在这个活动中，学生们要像真正的林业工人一样进行伐木工作。活动从认识伐木工具开始，工人师傅向学生介绍了各种伐木工具，同时强调劳动时的安全行为和安全知识，接着现场示范如何正确、安全地进行伐木。学生两人一组，带上安全帽和劳动手套，在工人师傅的监护下，开始高强度的伐木劳动体验。具体要求是：每组至少伐木两棵，砍去枝条并将其分割后搬下山堆放整齐。劳动结束后，大家围坐在一起交流劳动体会。最后，教师告诉大家：其实今天的伐木劳动是三十年前伐木工人的真实状态，随着科学技术的发展，现在的人工伐木已被机械操作所替代。

德国巴伐利亚州森林资源非常丰富，“伐木”正是充分利用了当地的资源因地制宜设计的体验活动。这样的活动能增强学生对劳动者的尊敬和对劳动成果的珍惜，同时可以加强学生对科学技术与社会关系的认识。

（五）参观地质博物馆和古城堡

在20世纪60年代前，板石开采和加工是劳恩斯坦地区的支柱产业。板石经过加工可作为屋顶、墙壁、地面等建筑材料，它还被大量生产作为学校和学生用的黑板，每年要向欧洲等地出口大约二百万块学生用小黑板。劳恩斯坦板石地质博物馆保存和呈现了当时采石工人艰苦的劳动环境和板石家庭作坊艰辛劳作的情境等历史资料。在博物馆里，学生们不仅了解了有关板石的地质知识，而且体会到了科学技术的发展带来社会进步和人民生活水平的提高。劳恩斯坦古城堡位于“森林之家”对面的山坡上，雄伟壮观，它的屋顶和墙面材料就是当地生产的板石。它的主体建筑部分建于12世纪的文艺复兴时期，距今已有八百多年的历史。古堡让学生重温了当时的文化历史。

组织学生参观博物馆和古城堡的活动安排，使得为时五天的“中学‘森林之家科学学习项目”内涵更为丰富。项目设计体现了两条主线：一条是以科学探究为核心，围绕森林主题整合了科学课程中生命科学、地质科学的相关内容；另一条则是理解和体验科学技术与社会的关系，体现科学教育与人文教育的结合。其实质就是将科学看作人的一种社会性的认识和实践活动，而不是把科学单纯地看成是一种静态的知识体系。

三、项目的启示

在日趋激烈的国际经济与科技的竞争中，国民的科学文化素养和创新能力对国家整体发展的作用越来越突出。中国科协公布的第八次中国公民科学素养调查结果显示，我国具备基本科学素养的公民比例达到了3.27%，比2005年的1.60%、2007年的2.25%又提升了不少。但这个数据和国外发达国家相比还有20年的差距，因为这个水平仅相当于日本、加拿大和欧盟等主要发达国家和地区20世纪80年代末90年代初的水平。特别在“掌握基本的科学方法”上，我国公民的科学素养提升缓慢。[5]究其原因，还是源于我们长期以来对科学方法和科学研究过程的教育重视不够，这不能不引起我们科学教育工作者的思虑。德国中学“森林之家”科学学习项目或许能给我们带来一些启示。

（一）“做中学”是提高青少年科学素养的有效途径

科学教育的核心目标是提高青少年的科学素养。虽然我国已经对中小学科学教育进行了一系列的改革，但仍然无法突破传统课堂这种正式学习环境的局限。一些中学的科学教育客观上只为少数升学的学生服务，大多数学生实际上成了“陪读生”，以至于许多学生害怕和讨厌科学课程。传统的课堂教学，学生缺少在真实生活环境中实践所学科学知识的机会，很难激发他们对科学的热情、培养他们的实际操作能力。根据我国国情，我们可利用中小学社团活动时间，带领学生走出课堂、走出校园，在实际的真实生活情境中开展各种科学学习项目活动。

（二）学科理论和学习理论是科学学习项目设计的基础

“森林之家”科学学习项目设计基于科学素养、学习动机理论和建构主义学习观三个基础理论。具体体现在：（1）普适性目标与特殊性具体目标相结合，如项目在突出科学探究方法和过程的同时，强调尊重、关怀和团队合作等；（2）知识类型与认知水平相匹配，如学生通过合作探究掌握研究自然所必需的探究能力，通过伐木活动的体验学习对劳动者的尊敬和对劳动成果的珍惜；（3）学生年龄与准备程度相匹配。随着当前课程课改的实施，科学研究性学习活动在我国的中小学校也较为普及，但存在项目活动设计单一、盲目的状况。“森林之家”的理论与实践非常值得我们学习和借鉴。

（三）开放、多元、主动和创造是科学学习项目实施的核心

目前我国中学受升学率的束缚，教师不敢放开手脚，即使开设了第二课堂，也只是第一课堂的延伸与扩展。社会的发展需要创造型人才，而创造型人才的培养必须十分重视实践过程与创造性教育活动。德国“森林之家”的科学学习项目紧密结合地方资源，体现了开放、多元的思想；活动过程以学生自由组合、自行研究的方式进行，充分调动学生学习科学知识的主动性、积极性和创造性。它提示我们：科学教育要结合我国国情和当地资源，尽可能地设计开放性和多元化的学习项目，开展创造性思维的培养和动手能力的训练，让我们的孩子学会学习，学会生活，学会创造。

（四）地方性科学教育资源的充分开发和利用迫在眉睫

我国地域性差异明显，经济和文化的发展也有很大的不同。因此，科学教育在一定程度上应具有地域性，如农村和城市的情况不同，科学、技术在生活中的渗透也不同。如何科学地开发和利用地方性科学教育资源，体现科学教育的地域性，这在我国还很少得到重视。很多地方和学校一方面感叹科学教育资源的缺乏，而另一方面丰富的乡土资源被严重忽略。“森林之家”的科学学习项目，正是基于巴伐利亚州广袤森林的地方特色而设计开发的。重视开发和利用地方性科学教育资源，使其成为广大中小学生课外活动和补充扩展课内知识的主要场所，拓展学校的科学教育，应该成为我国目前科学教育研究的一项重要课题。

参考文献：

[1] Manfred Prenzel & Reinders Duit. Increasing the efficiency of science and mathematics instruction：Report of a national quality development program[C]. Annual Meeting of the National Association for Research in Science Teaching（NARST）.New Orleans：April 28-May 1，2000.

[2] Sotiria G. Governing by numbers： the PISA 'effect' in Europe [J]. Journal of Education Policy，2009，24（1）： 28～29.

[3] 陆真.德国中学科学教育教学改革项目考察报告[J]. 外国中小学教育，2005（12）：39～43.

[4] 陈志伟，陈秉初.中学科学教学论[M]. 杭州：浙江教育出版社，2007：228.

[5] 叶玉跃，余夏青，李翔.让科学流行起来[N]. 浙江日报，2011-03-04（17）.