美国最新修订FOSS2017科学课程的特色及启示

王 晨 光

(北京教育学院理科实验教学研究中心，北京 100120)

一、 FOSS2017科学课程修订的背景

FOSS是丰富选择科学系统(Full Option Science System)的缩写，它是由美国加州大学伯克利分校劳伦斯科学馆(Lawrence Hall of Science，University of California，Berkeley)开发的一套K-8年级的科学课程。FOSS希望在理论研究与实践活动之间建立起一座桥梁，通过提供工具与策略让教师与学生主动参与到科学实验活动中，在持续的体验中取得对自然与现实的世界更深层次的理解。

FOSS科学课程共35个模块，于20世纪80年代末在旧金山海湾地区学校试行，其中幼儿园至小学阶段(K-6年级)共26个模块，中学阶段(6～8年级)共9个模块。FOSS科学课程(K-6年级)在2000年进行了第一次修订，2005年对整体FOSS科学课程(K-8年级)进行了第二次修订。

本文研究的新修订FOSS2017科学课程是指美国2013年由美国国家研究理事会、国家科学院、国家科学教师协会共同制定颁布的《新一代科学教育标准》(《Next Generation Science Standard》，简称NGSS)修订版[1]。FOSS2017科学课程模块由30个模块组成，其中幼儿园至小学阶段(K-5年级)共18个模块，中学阶段(6～8年级)共12个模块。尽管FOSS2017科学课程的整体模块数量相比之前有所减少，但对科学知识的理解深度和应用范围反而增加了。这不仅满足了NGSS的要求，而且实现了其提出的三个课程维度：科学与工程实践、跨学科概念、学科核心知识，同时将语言、艺术与数学融入其中[2]。FOSS提出：“FOSS2017科学课程的修订是在美国科学教育系统改革的大背景下，为学生提供当今科学研究领域中最准确的解释。FOSS会采用符合学生认知规律的多种方式呈现自然与设计世界的诸多方面，并且在瞬息万变的社会环境中，鼓励他们去进行有创造力且有深度的思考。”最终确定落实以下四个方面作为FOSS科学课程新修订的基本思想，即让所有学生在参与丰富活动的过程中获取科学经验；在NGSS的指导下，为学生取得成功做好准备；结合阅读与写作训练，为学生的语言表达能力提供支持；为教师提供丰富的教学资源，利用技术传递学习感受，节省课堂讲授时间。

基于以上基本思想，美国先后对幼儿园、小学、初中的FOSS科学课程进行了最新修订，并于2017年春季开始实施。

二、FOSS2017科学课程修订的基本理念及目标

美国FOSS2017科学课程修订的基本理念是：培养学生探索科学的进取心，鼓励学生学习重要的科学与工程概念，引导学生在实践中提高独立思考的能力[3]。为了落实这一理念，帮助学生更好地掌握所学知识和所需完成的实践内容，新修订的FOSS科学课程提出了三个重要目标。

第一是科学素养。FOSS为学生提供了丰富的科学体验，而这些体验与学生的认知发展和先前经验是相关的。这就为学生进一步理解科学核心概念打下了基础，而这些概念是在参与活动过程中经过深刻思考获得的，为他们进入更为复杂的科学与技术世界做好准备。FOSS基于做中学，为学生在日益发展的科学世界中探索新的科学知识提供机会。低年级学生凭借直觉参与到科学活动中，随着年龄的增长和年级的升高，对于科学问题的理解也在不断深入。认知学对于学习的定义为：个体主动构建图式并将新信息与相关内容纳入到已建立的知识体系中；理解的过程就是学习。新手与专家的区别是专家会将新知识纳入到自己的知识体系中，进行有效组织并建立图式促进思考。而新手则不能将各知识点有效串联起来，因而在提取和使用中产生困难。通过内在建立图式以及和同龄人或成人进行互动，让学生更好地理解自然世界以及人与自然的关系。FOSS科学课程的目标就是让学生学会科学地解释自然世界与人为世界；理解科学知识与技术能力的本质与发展；主动参与到科学与工程实践中。

第二是教学效能。FOSS为教师提供完整、连贯、灵活且易于操作的科学课程，修订后的教学内容体现了美国当前最新的研究成果，并且为教师提供了完整的课程评价指导，包括学生课堂发言、讨论、写作以及课后反思。同时，修订后的课程也采用了多种有效的教学法，包括：主动学习、科学实践、问题探究、读写整合，并且适当利用数字技术与学生的生活包括户外活动建立联系等。

第三是系统改革。修订后的FOSS科学课程为学校建立起一个庞大的科学社区，这个社区会帮助学生获取知识、积极思考，为未来走出社区成为世界公民做好准备。此次FOSS科学课程的修订考虑了多个维度。首先，它的核心理念就是将NGSS纳入到课程体系中。其次，它促进了学校与科技公司之间的合作，同时根据不同地区的学情、教学条件、地区环境做了适当调整以供教师选择。此外，活动任务单与课程评价的角色在此次修订中也进行了重新定义。科学教师可以邀请其他学科教师共同参与到科学课堂中，学生作为科学课程的学习者不仅可以向本课教师求教，而且可以与其他学科教师一起探讨科学问题。修订后的FOSS将带领师生跨越传统的课堂教学模式，同时为学习者建立起一个更广阔的平台(新修订FOSS2017科学课程的目标组成如图1)。

图1 FOSS2017科学课程的目标组成

三、 FOSS2017科学课程修订的概念框架及内容结构

1.FOSS科学课程修订的概念框架

FOSS科学课程的概念框架(Conceptual Framework)是基于模块与课程修订的。而模块与课程的选择与排序是按照学生的认知发展确定的。过去5年，FOSS一直聚焦于学习进阶(Learning Progression)的研究。在新修订的FOSS科学课程中渗透了这一理念，它认为学习进阶背后的理念是科学领域中复杂且宽泛的核心概念，如物质的结构和生物体的结构与功能是物质科学与生命科学领域的两个核心概念[4]。学生的认知随着年龄的增长不断发展，而物质与生物体知识在学生的成长过程中至关重要。所以在幼儿园及小学阶段就需要学习相关内容，随着学生学习经验的积累和认知的发展，学习内容也愈加复杂深入。新修订的FOSS科学课程就是以学习进阶为导向、以核心概念为主线、由浅入深的学习模式，这有助于学生在信息爆炸的今天学习到科学核心知识，而不是杂乱无章、零散的知识点。如果说精通科学领域的核心概念是教育的终极目标，那么经过悉心设计的学习进阶将为达到这一目标提供一条有效的路径。这条主线从幼儿园至八年级(K-8年级)隐含在整个新修订的FOSS科学课程中，我们可以通过FOSS2017的概念框架看出一些端倪，如表1所示。

表1 FOSS2017科学课程概念框架

FOSS2017科学课程分为三大科学领域：物质科学、地球科学、生命科学。每个科学领域被分为两个分支，每个分支代表一个科学核心概念：物质/能量与变化；大气与地球/岩石与地球；结构与功能/复杂系统。每个分支的模块与课程编排与对应的核心概念满足NGSS的要求。图中位于底层的模块，是学生从幼儿园阶段开始学习科学课程的基础，随着年级的升高与学习的深入，学生不断积累的科学事实以学习进阶的方式层层深入、逐步升级，形成整体的科学知识结构，而这个知识结构的每个衔接点就是核心概念。例如：物质科学“物质/能量与变化”核心概念的学习进阶，如表2所示[4]。

表2 FOSS2017物质科学“物质/能量与变化”核心概念的学习进阶

2.FOSS科学课程修订的内容结构

FOSS2017科学课程在内容修订上体现了“少即是多”的基本理念，持续深入的科学体验远远好于大量浅显的知识记忆。在内容上更加注重科学概念以及科学与工程实践的学习。这些新修订的内容会帮助学生更好地理解科学核心概念，培养学生的科学思维习惯。以小学三年级“运动与物质”模块为例，这一模块属于物质科学领域，学科核心概念包括：力及其相互作用，物质及其相互作用，工程设计。学生通过学习磁力与引力探究物体的运动方式，同时利用学过的科学知识进入工程设计领域，在这一过程中提炼对科学的理解。学生在小学二年级已经建立了有关物质及其相互作用的科学概念，并且利用新掌握的工具去量化自己观察到的现象。学生通过学习混合物与溶液建立对质量守恒的初步理解，通过观察基本的化学反应去延伸他们对于守恒的理解。这些新的科学内容将为学生在五年级核心概念的学习做好准备。FOSS2017科学课程的每个模块内容结构都包含四个维度，如表3所示[4]。

表3 FOSS2017“运动与物质”模块课程内容结构

科学概念的学习不仅仅体现在课堂内，修订后的FOSS科学课程还为学生提供了丰富的探究活动、聚焦科学问题的活动记录单、FOSS科学课外书、在线课堂活动延伸、室外科学实验等多样化的学习方式，这将有助于学生更好地理解和掌握所学知识。在实践方面，这种多样化的设计也将无缝整合在课程内容中，进而最大化地为每位学生提供学习机会。在模块顺序的编排上，修订后的FOSS科学课程也更加符合学生的认知发展，并且还会实时回顾之前所学内容，以确保学生学习及课程内容的连贯性。

四、 FOSS2017科学课程的启示

FOSS2017科学课程的修订思路是依托2013年颁布的NGSS，并据此分别从科学和工程实践、与学科标准的联系、学科核心概念、跨学科概念四个维度，结合学生认知发展规律架构课程内容。科学不止是知识本身，思考的质量远比知道的数量更重要[5]。FOSS2017聚焦少量核心概念，通过学习进阶对课程进行一体化设计。这不仅大大减少了学生对于科学事实的记忆量，而且可以促进学生思考，帮助他们将学过的零散知识点汇聚整合，最终建立起有逻辑、有联系的知识结构体系，进而为学生的未来学习奠定基础[6]。这对我国基础教育科学课程改革具有重要启示。

1.依据课程标准，推动课程一体化设计理念

课程内容的修订需要依据课程标准。FOSS2017科学课程的修订依据的是《新一代科学教育标准》。而我国最新的《义务教育小学科学课程标准》也刚刚颁布。新标准在课程总目标中提出：“培养学生的科学素养，并为他们继续学习、成为合格公民和终身发展奠定良好的基础。”[7]该标准规定小学将从原来三年级开设科学课程改为从一年级开始，这有助于学生把学前教育阶段所学内容与小学阶段进行有效衔接，同时为今后科学课程的学习打下基础。新课程标准的颁布势必将影响课程内容的修订，课程目标的设定也将影响课程内容的实施。这就要求未来科学课程的修订要更加系统，课程各阶段的目标与内容衔接要更加紧密且具有层次。而再丰富的课程内容如果没有整体系统的设计，也将成为一纸空文。因此，精选并细化课程内容，推动课程一体化设计理念势在必行。

2.增加实践比例，鼓励学生“做中学”

通过FOSS2017科学课程的修订，我们看到了其对于实践的重视。FOSS科学课程从幼儿园开始，一直秉承“做中学”的教学理念，在新修订的课程目标中又将“实践”放在了更加突出的位置。反观我国科学课程，从小学三年级才开始开设，课程主要以教师课堂讲授为主。尽管很多教师支持实验探究，但考虑到课时以及安全等问题，几乎很少开设实验。即使有些教学内容不得不开设实验，也主要以教师演示为主，学生亲自动手实践的机会少之又少，最后教师总结实验现象，学生死记硬背实验结果。科学学科有别于其他学科的特色之一就是实验。学生通过动手实践，可以激发他们的求知欲与好奇心。在参与体验过程中，引导学生提出问题、收集数据、记录结果、得出结论，进而增加学生对于科学概念的理解，提高解决问题的能力。

3.基于核心概念，构建适合我国国情的学习进阶教学

新修订的FOSS2017科学课程聚焦少量核心概念，在内容上摒弃了大量科学事实的记忆，让学生将更多的时间和精力投入到对科学核心知识的深入理解和熟练应用中。在结构上通过学习进阶对课程进行一体化设计，形成前后连贯、层层递进、盘旋上升的课程概念框架。我国的科学课程结构相对松散，知识间缺少逻辑联系，教师苦于课时少讲不完，学生抱怨内容多记不住。那么如何围绕核心概念，开展适合我国国情的学习进阶教学呢？以我国小学科学课程为例，在小学低年级阶段，学生会学到“种子萌发条件”“影响蒸发快慢的因素”“不同物质在水中溶解”等实验内容，教师以这些具体实验为载体，目的是帮助学生建立起上位的核心概念。当学生在头脑中建立起这一概念后，他们在高年级阶段遇到新实验时，教师可逐步放手，最终学生可以独立自主地完成实验，如图2所示。尽管中美两国国情不同，教育文化存在显著差异，但是FOSS2017科学课程修订的基本理念还是值得我们学习和借鉴的。

图2 基于“变量的识别与控制”核心概念的学习进阶教学

[1] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.A framework for K-12 science education：practices，crosscutting concepts，and core ideas[M].Washington，D.C：The National Academies Press，2011.

[2] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.Inquiry and the national science education standards：A guide for teaching and learning[M].Washington，D.C：National Academy Press，2000.

[3] NATIONAL RESEARCH COUNCIL.Next generation science standards[S].Washington，D.C：The National Academies Press，2013.

[4] DEVELOPED AT LAWRENCE HALL OF SCIENCE，UNIVERSITY OF CALIFORNIA AT BERKELEY.FOSS teacher guide——chemical interaction[M].Nashua：Delta Education，2016.

[5] 王晨光.美国初中FOSS科学教育体系“什么是天气”实验活动解析[J].教学仪器与实验，2010(1)：62-64.

[6] 王晨光.美国初中FOSS科学课程的教学特征——以“行星科学”模块为例[J].北京教育学院学报，2011(2)：52-55.

[7] 中华人民共和国教育部.全日制义务教育小学科学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2017.