青色的科学课
2018-08-03王敏刘洁日日新学堂科学教研组供图日日新学堂
文_王敏 刘洁 日日新学堂科学教研组 供图_日日新学堂
进入21世纪后，自工业革命以来，为向社会提供标准化人才而出现的“生产车间”“流水线”一般的教育模式越来越受到批评，我们认为教育不是工业，而更接近于农业。看见每一个个体、尊重生命成长的规律、追求“自然而然”的教育是日日新学堂的核心思想，日日新的科学课正是在这样的土壤中萌芽发展。
孩子都是天生的科学家，他们总是充满着好奇、时刻探索着周围的世界，并且擅长以特别的视角观察万物运转的规律。作为教学实践者，学生日新月异的成长和充沛的热情、精力就在我们眼前，来不及用充足的时间去建立一个完善的课程体系，在以《义务教育小学科学课程标准》为大框架的前提下，2015年日日新学堂科学教研组的老师基于既往的摸索和积累，开始了边实践边建立完整教学体系的漫长之路。
课程体系的迭代发展
我们第一轮的尝试，首要目标是让学生爱上科学课。
日日新学堂从一年级开设科学课，跨度6个年级。在国外的教育环境中，科学教育的实践积累较多，开始较早，学生从学龄前就能系统接受探究性的科学教育，同时家庭和社会也在科学教育上有更多支持和影响。基于中西方教育现状的差异，我们没有直接像国外一样从一年级开始进入概念的学习，而是将六个年级分为三段：一年级为低段，二、三、四年级为中段，五六年级为高段，从二年级开始，在整个中段年级进行基础科学的学习。
低段的课程以室内的科技小制作和室外的自然观察、团队合作游戏为主，一方面帮助一年级新生适应开放性课程的基本要求，一方面练习学生的精细操作能力和团队合作能力，为今后的科学实践课做准备。课程的载体都是学生日常生活中喜闻乐见的课题和材料，极大地丰富了课程的丰富性和趣味性，也提高了孩子们的积极性和参与度。
中段的课程以常规的科学实践课学习为主，在“物质科学”“生命科学”“地球与宇宙科学”“技术与工程”四大领域中，按照不同年龄段孩子的认知特点，选取了一些与学生生活相关又藏着相应学科知识的主题，引导孩子们开展探究式学习，重在培养“从未知到已知”的能力。
高段的学生对科学课有了更高的需求，恰好这时我们接触了北京一些做博物馆课程的团队，经过考察，我们决定借鉴博物馆课程的形式，充分利用北京的公共资源，在高段年级开展博物馆课，最终确定了中国地质博物馆和北京天文馆作为活动基地，开展地质学和天文学课程。
这一轮的尝试结束，我们达到了预期的目标，大部分学生们每周都盼着科学课，越来越多的同学开始回家也谈论科学课。三个年级段科学课的架构也基本成型。
低段的科学课程以室内的科技小制作和室外的自然观察、团队合作游戏为主
在授课过程中，我们一直在研究美国、英国等国家的科学教材，也参考了国内科教版和苏教版的教材，抽取了一些大概念，基本确定了以不同年龄段的孩子认知水平和思维特点为依据、进阶式学习科学知识、分段设计课程的原则。
学习进阶是近几年美国科学教育改革中的新兴概念，是基于教学理论、实证研究和教学经验而提出的针对学生认知发展的学业要求,这些要求以科学课的内容主题为线索，描绘了随着学生年龄增长在学习内容上由浅入深，循序渐进的学业范围和深度,为教师有效教学提供了直接的依据。
在2017年版的新课标中，也沿用了这种分级思想。我们将概念进行初步分级，并在中段三个年级的基础科学中尝试设计进阶课程。这一年我们引入了一个法国大使馆的“小园丁种植”项目，在一年级下学期的课程中开始尝试项目式学习，既丰富了学生的课程内容和形式，又在低段教学中承担了生命科学和地球科学的一部分内容。
第三轮体系的完善过程中，我们接触到新课标的草案，与我们的方向非常一致，很多备受关注的调整方向，我们已经进入实践阶段了。新课标中对大概念的分类给了我们很多启发，将工程和技术单独列为一个模块，是基于国内科技发展现状的调整，也是我们教学中的一个重要内容。基于新课标和之前的教学积累，我们重新梳理了大概念与分级目标。
至此，经过三年的迭代，日日新科学课程的体系基本确立，我们开始将重心转移到教学模式的探究上。
多元的教学模式
基于探究的教学
探究是一种多层面的活动，在美国国家科学教育标准中，探究既是一种积极的学习过程，也是学习的目的。在2017年版的小学科学课程标准中，科学探究也是贯穿其中的主线。
案例:植物如何获得水（三年级）
学生在二年级《水》的主题中，研磨植物，观察到了植物含有丰富的水，也了解到水是生命的基本需求，在关于植物的主题中学生要解决“植物如何获得水”这一问题。
中段的课程以常规的科学实践课学习为主，分为“物质科学”“生命科学”“地球与宇宙科学”“技术与工程”四大领域
根据学生的经验和已有认知，他们提出植物的根可以吸收水分。教师提示：我们怎样能证明植物需要的水分是由根吸收的？
学生：我们可以通过一种特殊的设备，或者特殊的光线看到根吸收水，就像吸管吸果汁那样。
教师：这是一种方法，也是可以实现的，比如用一种放射性物质标记水分子，就可以看到水的轨迹，是不是被根吸收。
学生：把一颗种子放进水里，种子先长出根，用来吸水，然后长出其他部分。
教师：出现什么现象我们就可以得出结论——种子生长需要的水分，是由根吸收的？
学生：在一盆土壤里浇水，称一称重量，种上植物，过几天再称一称土壤，看看少了没有。
老师：如果水少了，一定是被植物吸收了吗？
学生：可能蒸发了。
学生：盖上木盖子，像海尔蒙特的实验那样。
学生：可以直接放在水里，过几天看看水少了没有。需要把杯子用保鲜膜包住。
老师：想想植物的生命需求，用保鲜膜包住杯子，可能会出现什么问题？
……
在讨论和引导中，学生尝试使用植物油防止水分蒸发，验证猜想。
教师提问：植物需要的水分全部是由根吸收的吗？
学生根据之前的设计思路，继续探究植物的其他部分是不是能吸收水分。
这次课程的重点在于探究模式的强化，让学生在反复的思考和讨论中体会什么是“变量”以及如何“控制变量”。
案例：杠杆的变形（四年级）
学习简单机械的过程中，学生会使用羊角锤、钢丝钳、扳手等很多工具拆卸一些桌椅，体验用力，在这个过程中归纳出杠杆的概念和要素。
随后的变形杠杆，老师给学生设计了一个情境：在一个村子里，没有自来水，用电也不方便，村民喝水会从一口水井中提水，图片展示一口水井，一个木桶，和一卷绳子。问题是你有没有办法让村民打水更方便？
学生在小组内展开讨论，绘制了很多图纸，教师从中选出利用了滑轮和轮轴原理的设计，给学生滑轮，轮轴，测力计，装有水的纸杯，绳子，请学生探究他们所设计的方案有哪些优劣，从而更深入地理解动滑轮、定滑轮和轮轴的特点。
这次课程的重点在于体验探究活动本身，学生会将更多注意力放在解决问题的过程中。
概念获得模式
案例：比较水的多少（三年级）
教师准备了一些形状各异的容器，装入水，在没有任何测量工具的情况下，请学生比较几个容器里水的多少。
学生：装在同样的容器中比较。
学生：装在同一个容器中，划线标记。
学生：装在同一个容器中，用手指比一比。
学生：你的手指没有水高怎么办？
学生：用手指的一个关节比，看看各有几个关节的水。要用同一个关节。
学生：把水倒进同样的小杯子中，看看倒了多少杯子。学生：那得需要多少小杯子呀。教师：如果没有那么多小杯子呢？
学生：找一个高的容器，倒进一小杯水，标记一条线，这样就能知道这些容器里的水有几小杯了。
学生：这样不仅能比较多少，还能比较出多了几杯水。
教师一一验证学生分享的关于比较水的多少的方法，最后引入量筒的概念，这时刻度、分度值和量筒规格的概念已经在之前的讨论中形成了。
归纳思维模式
一位二年级的学生在仔细观察了瓷砂和石英颗粒后推论，石英颗粒能在净水过程中过滤掉更细的杂质，因为“瓷砂虽然表面粗糙，颗粒很小，但是它形状很规则，形成的缝隙也会差不多，但是石英颗粒不规则，它们之间可能形成大小不一的缝隙，有的缝隙会很小，能够过滤掉更细小的杂质。”
人们有时认为高层次的思维只有到成熟期才会出现，事实上并非如此。各个年龄段的学生都可以很好地处理信息。虽然初等教育内容的学习需要丰富的具体经验，但是小孩子也能够学会正确地思维。归纳思维模式的首要目的是教学生学会学习，培养学生关注逻辑、关注词义以及关注知识本质的能力。
案例：植物的多样性（二年级）
日日新学堂地处北京北部的一片果园里，自然环境优美，暮春时候学生会在果园里进行自然观察，会采集植物标本，或绘制自然笔记。
在自然观察过程中，老师先通过概念获得的模式给学生建立植物根、茎、叶等各部分的概念，并要求学生制作标本时标注。积累了很多样本之后，各小组汇总组员的成果，将根、茎、叶、花、果实、种子分开观察，根据不同的特征进行分类，学生分类后，教师会帮助学生命名。
此时的课堂会生成很多问题，是引导学生学会提问的好时机。学生会问：牵牛花是怎样缠上篱笆的？如果没有篱笆，它会不会在地上，像草莓那样？这样的问题，只能在空地上播种几株牵牛，来年再观察。老师的问题会更具引导性，牵牛花为什么要依靠它的茎爬上篱笆？
这样的问题需要我们继续去果园里观察一段时间，从而发现植物的生命需求，学生由此更接近知识的本质——植物之所以如此多样的原因。
案例：化石的分类
在高年级的博物馆课程中，共同学习合作小组的同学正在思考如何证明地球是圆的
合作学习
教师需要提前做一些准备工作：准备一些大的海螺或有纹路的贝壳，碎的小的贝壳或海螺，油泥，石膏，凡士林，蕨类植物叶片，恐龙模型等等。每个小组在老师的指导下使用这些材料制作各种各样的化石。经过一周后，石膏凝固，学生会在课堂上“发掘化石”，在发掘过程中观察各种“化石”的形成或形态特点，进行分类，并归纳这些化石的特点，教师展示这些化石种类的名称。
归纳思维的训练过程会占用学生学习课程基本内容和技能的时间，但是这样的思维训练是非常必要和有效的。在课程中我们还会坚持使用一些阅读材料练习学生的归纳思维和推理能力，低年级多选用自然科学类的绘本，中年级会用课本或科普读物中的节选，高年级会鼓励学生自主查阅相关资料。项目式学习
项目式学习是一种特殊的探究学习形式。新课标中也提及基于项目式的STEAM学习，并且更强调变学生为学习的主体以及学习过程中探究和创新的思想。在日日新学堂科学课的目前阶段，我们很少提及项目式学习或者冠以这样一个名字，却一直在向这个方向尝试和努力。
案例：小园丁活动（一年级）
一年级下学期我们引进了小园丁项目，在学校空地开垦出一片菜园，用有机种植的方式种植蔬菜。孩子们从初春就开始准备，先了解不同的土壤，用上一届一年级学生制作的酵素和厨余堆肥改良土壤，同时开展厨余堆肥，学习制作酵素，给下一届的学弟学妹使用。
天气转暖，学生开始育苗，尝试照顾一株幼苗。在幼苗逐渐强壮的时候，他们要规划菜园，测量、标记移栽时幼苗的间距，然后将幼苗从育苗盘中移到菜园里。做完这一系列工作，每个学生认领自己的小苗和一本蔬菜管理记录，用绘画和小贴纸记录每周照顾菜园的过程，和小苗生长的状态。菜园吸引了各种各样的昆虫，也是他们观察的对象。到了收获季节，全班同学会一起制作一大盆“彩虹蔬菜沙拉”一起享用。
整个活动持续一个学期，是一个非常完整又深受学生喜爱的项目。因为学生年龄较小，在活动中更多是体验和尝试，教师较少建立概念或训练思维，对于学生的热情、耐心和秩序会关注。
在基础科学的学习中，学生会经常尝试微型的项目。例如制作一艘船，需要能够承载至少100g的砝码。制作一杆秤，能够称量物体。制作一个带有刻度的量筒，能够测量液体的体积，等等。
合作学习
在中段年级的科学课程中，学生也是以小组为单位上课的，但此时的小组不是基于共同学习的目的建立的，而是便于教师在探究活动中组织课堂。在高年级的博物馆课程中，我们打乱了五年级的三个班，重新组成了共同学习的合作小组。
案例：证明地球是圆的（五年级）
天文史的学习中教师提出问题：哪些现象能够说明地球是圆？要求各小组的同学下课后查阅资料，下节课带来资料与组员一起研究，得出结论。
在接下来的课上，学生带回搜集的资料和观察的现象，各组讨论后由发言人分享各组的论据。老师点评每组的观点，并根据论据的合理性以及给出论据的数量评分。在各组分享论据的时候，会有其他组的同学提出异议，引发了学生们一次次的思考和讨论。
在这次课程中，认真查阅材料的同学对组内有贡献，提高了他们的积极性。组内讨论时每个同学有更多机会表达自己，并且互相启发。听到教师点评时，能唤起所有成员的成就感和责任感。在一个激烈讨论的氛围中，更有利于练习学生的倾听能力。
合作学习模式在高年级的博物馆课程中起了非常重要的作用，面对火山、地震、矿物、星系等等他们熟悉又陌生的名词，面对地球和宇宙这片神秘又让人向往的领域，小组合作打开了学生的思维，让他们感到不那么孤立，进而愿意大胆地思考和尝试。这正是合作学习的魅力。
下一个三年
日日新学堂是一所具有创新和实践精神的新式学校，在这样的氛围中，科学课从一个边缘课程一路生长到现在，我们还有着很多不足，同时也有着旺盛的生命力。
三年来科学教研组的老师边教学边教研，我们与学生一样，科学课程体系的建立也是教研组老师的一次重大意义的项目式学习，这些课程安放着我们对教育的理解、对科学的理解，承载着我们的思考：什么样的科学课能够真正提升学生的科学素养？什么样的科学课将未来世界公民的情感价值观渗透给学生？我们相信这些并不仅仅依靠传承，更依靠创新和实践。
今年年底，日日新学堂会启动围绕学堂的社区化环保项目——“青色日日新”，我们在科学课中践行的追求“人与自然和谐”“可持续发展”理念会在这个大项目中系统实践，届时成人与儿童、孩子与师长会以平等的角色加入这个项目。
与此同时，在开放性课程中，教师需要具备随时随地生成课堂的能力，一个成熟的老师，会创设更具创造力的课堂，会带给学生更广阔的探索空间，这也是下一个三年我们教师团队对自己的要求。
我们在科学课中践行“人与自然和谐”“可持续发展”的理念
