建构主义视角下美国STC/MS教材分析

冷明珠

摘 要： 美国中学物理教科书STC/MS是Science and Technology Concepts for Middle Schools（中学科技概念）的缩写形式，本文以建构主义理论为思想武器，结合美国STC/MS教材的目标，就STC/MS教材中“密度”章节的内容为例，分析发现其编写有如下特点：情境创设贴近生活、问题的设置具有启发引导性、加强科学-技术-社会（STS） 间的紧密联系、重视合作交流分享、强调科学探究，以此讨论建构主义理论对教育教学的指导意义.

关键词： 建构主义;STC/MS教材;物理;密度

近年来，中美教材的比较研究一直是我国教育领域的热门话题，中美两国的教育方式各有千秋，教材的分析研究有助于理解科学探究本质，更好地实现知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的三维目标.物理方面的教学更是如此，美国STC/MS是Science and Technology Concepts for Middle Schools（中学科技概念）的缩写形式，是美国中学物理现用的教科书之一，该物理教科书以实验为基础，科学探究为主要模式.本文从建构主义理论视角出发，就美国物理教材STC/MS中“密度”章节的内容为例展开讨论，分析研究该教材的学习过程和编写特点，总结建构主义理论对教育教学的指导意义，期待国外科学教育的优点与我国实际教学有机融合，促进我国物理教学向更好的方向发展.

1 建构主义理论

皮亚杰提出儿童与环境的相互作用涉及两个基本过程：“同化”与“顺应”，认知个体通过这两种形式来达到与周围环境的平衡，在“平衡-不平衡-新的平衡”的循环中得到不断的丰富、提高和发展[1].

维果茨基提出的“文化历史发展理论”，强调认知过程中学习者所处社会文化历史背景的作用，并提出了“最近发展区”的理论.教育工作者应当立足于学生的最近发展区，不断将潜在水平变为现有水平，并建立新的最近发展区[2].

简而言之，建构主义核心用一句话概括：以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和对所学知识意义的主动建构，而不是像传统教学中“接受学习”为主，把知识从教师头脑中灌输给学生.它特别强调知识的主动建构性、学生的社会互动性、教学的真实情境性.在此理念指导下，可以完成多种课内外主题任务的学习，譬如课内的多种教学活动、课外的科技场馆参观、实地考察等学习[3].

2 美国STC/MS教材[4]

STC/MS（Science and Technology Concepts for Middle Schools的简称）作为美国中学物理现用的教科书之一，它是在美国《国家科学教育标准》（NSES）的指导下进行编写的， 是以实验为基础，科学探究为主要模式的中学物理教材.

根据NSES的精神，教材的目标有以下几点：培养科学态度，如好奇心、求知欲、探索欲;选择适合学生的既有趣又充满挑战性的科学探究实验;帮助学生理解周围自然世界的物理概念;发展学生逻辑推理和分析解决问题的能力.这些目标在STC/MS章节内容中有所体现.在此基础上把目标进行分化，分为概念目标、能力目标和态度目标.概念目标主要包括对某一科学概念、科学现象及其产生、性质等的理解.能力目标主要有观察、分类、测量、预测和假设、实验、调查、记录、交流、解释、运用等，强调综合技能的把握.态度目标主要有好奇心、求知欲、探究欲、交流、合作与分享、实事求是的科学严谨精神等等[5].关于这些细化目标，在下面的“密度”内容编写特点中具体呈现.

3 STC/MS教材中“密度”内容的编写

第一课“密度的确定”（Determining Density）导入部分首先给出一副潜水员在海底的图片，提问潜水员是如何保持在特定的深度而不上浮或者下沉的？引发学生思考.探究实验1.1中要求学生测量水的质量的体积，在操作过程中教师提供必要的实验仪器和指导，学生在此过程中渐渐意识到水的质量和体积之间有一种关系，然后提出“密度”的概念，让学生明白“密度”是物质本身的一种属性.探究实验1.2部分让学生测量比较不同物体的密度，引导学生发现不同物体的密度一般是不同的，更加确定了“密度”是物质特有的属性.探究实验1.3部分适当增加一点难度：测量不规则物体的密度，这种探究实验中，怎样测量出不规则物体的质量和体积是学生要思考的重点.这种循序渐进的探究过程与我国的教材编写风格相似.最后给出了一篇阿基米德发现浮力原理的科学小趣闻（如图1），以故事的形式呈现，生动活泼有趣.

第二课“密度的预测”（Density Predictions）导入部分首先给出一幅鸭子在受浮油污染水中游动的图片，提问如何清理这些浮油？探究实验2.1部分是让学生制作一个密度表，过程中教师给出必要的指导和原理讲解.最后附着一篇关于泰坦尼克号巨轮漂浮和沉没的报导文章.

第三课“气体有密度吗？”（Do Gases Have Density）导入部分内容首先给出一副图片，它描述的滚滚黑烟，吸引学生注意，引导学生思考：空气是一种物质.既然是一种物质，那么必然有质量和体积.然后，提供一组对比装置，让学生去感受空气有体积和质量，激发学生的兴趣和好奇心.接着，验证过后引导学生思考：既然空气有质量和体积，那么必然可以计算其密度，由此产生进一步探讨空气密度的实验，这便是该部分内容的重头戏（探究实验3.1）：教师提供抽气泵、塑料瓶、橡皮塞、电子天平、量筒等仪器装置，鼓励学生自主探究空气密度的测量实验.最后也是附着氯气这种致命的化學武器的使用文章和安全空气罩在海底和太空中的应用文章.

第四课“温度与密度”（Temperature and Density）内容是继前部分密度概念的学习后，学生深入思考密度和温度计的关系.导入部分先给出一副小女孩读温度计的图片，随后学生了解了温度计的构造即其测温原理，便要求学生自己制作一个简易温度计（即探究实验4.1）.探究实验4.2部分又让学生尝试用液体代替空气作为温度计的内部测温液体.最后又是小文章或者小故事结尾：以刻度来测量温度变化的发展历程;热气球升空原理（如图2）;由密度引起大气循环的图文介绍（如图3）.

由此，我们可看出STC/MS教材中“密度”内容的编写有以下几个特点：

（1） 教材所选的图片内容贴近生活，注重为学生创设良好情境.如：每一个的导入部分一般都是由生活中常见的图片导入：潜水员潜在海底、鸭子在受浮油污染水中游动、滚滚黑烟、小女孩读温度计的图片等，选择此类图片作为情境引入很贴近生活，易被学生感知和接受.这些图片生动形象、逼真亲切.有学者研究过，在教科书中编辑插图，可以提供学生学习科学的重要信息、创设科学探究的情境、符合学生思维的认知发展过程、激发学习兴趣、开拓学生视野[6].

（2） 问题的设置注重启发引导.导入部分通常会设置几个小问题：潜水員是如何保持在海底特定深度的？如何实现上浮和下沉的？如何清理浮油？空气是否有密度？温度计工作原理是什么？这一些具有启发引导性的小问题，激发学生的好奇心和求知欲，吸引学生去开展探究实验.

（3） 加强科学-技术-社会STS 之间的紧密关系.每课内容最后都会附着一两篇与该章节内容相关的小文章，可能是某位物理学家的小故事、历史探究的发展历程、新闻报道、科普类文章等等，这些文章生动活泼有趣，学生不自觉产生阅读兴趣，这让学生意识到物理知识的学习与科学、技术、社会是紧密联系的，以此丰富学生的感性认识，提升学以致用的能力.譬如《density creates currents 》这样一则科普类小文章，图文并茂，介绍密度引起大气循环的原理：热空气密度小，上升、相对较冷的空气密度小，下降，继而相互补充便引起了空气的流动，在自然界中“风”的形成便是由于密度差引起的空气循环，同时根据温度高低还有冷风与热风一说.教材融知识性与趣味性于一体，学生阅读这些生动有趣的小文章时，不自觉将这些现象与背后的物理知识联系起来，体现与科学-技术-社会（STS）之间的联系.

（4） 重视合作、交流、分享.教材中常有“与你的同伴交流讨论”（communication）“与同伴共同完成某项探究”（work together）“将成果互相展示”（share）“倾听他人的意见，比较自己和他人的不同”（listening and compare），“头脑风暴”（brain storming）等等，可见STC/MS教材同样注重合作、交流、共享.想来一个人的时间和精力是有限的，如果能和同伴分享交流各自的成果，那无疑是一种有效的提高学习效率的方法.

（5） 强调探究实验的重要性，注重科学探究.物理学是一门以实验为基础的自然科学，因此尤其重视探究实验，这是STC/MS教材编写的最突出的一个特点.科学探究一般包含以下几个步骤：提出问题、猜想与假设、制定计划和方案、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价.这些具体步骤的实施在“密度”内容的“探究实验”编写中均有体现，科学探究能充分调动学生的各种感官，以学生为主体，培养综合技能.如观察和描述所观察到的现象、用文字和图表记录观察，通过听说读写做来交流学习[7].

4 建构主义视角下的STC/MS教材中“密度”内容分析

4.1 学生是学习活动的主体

建构主义中强调学生是学习活动的主体，知识的意义应该由学生主动去建构.通过STC/MS教材内容可以看出，教材注重引导学生思考、让学生自主去做探究活动.教材中提供了探究流程，循序渐进引导学生自主制定计划，动手操作，在这样的探究实践活动中，学生是学习活动的主体.知识的意义，也是学生在探究的过程不知不觉自主建立起来的.从始至终，课本或者教师都没有给出“密度”这一概念的明确定义，但学生在自主实验过程中，已不知不觉掌握了“密度”的涵义.整个过程教师只需要引导，提供给学生仪器装置等必要器材，讲明注意事项等，之后便是学生的舞台，放手让他们去做.这样建构起来的知识才能更好地融合到学生已有的知识结构中去，更新原有的知识体系，建立更高的认知水平.

4.2 学习发生在真实情景中

建构主义理论认为，一切知识都是情境化的，都存在于情境之中.因此，让学生在真实的情境中建构知识更能够凸显概念的本质.STC/MS教材“密度”内容的呈现很好体现了这一特征，这四课的内容导入部分一开始就给出图片，无论是潜水员在海底、鸭子在受浮油污染水中游动、滚滚黑烟的火灾现场等等，都给学生提供了真实的情境，它们贴近生活、亲切自然，能够吸引学生眼球，激发他们的好奇心与求知欲，丰富学生的感性认识.在良好情境下引导学生思考，开展教学活动，可以收到良好的教学效果.

4.3 重视学习共同体的互动

知识是在人类社会范围里，通过个体间相互作用及其自身的认知过程而建构的.可见，知识的建构不是独自一个人可以完成的，它需要个体之间的相互沟通与交流.区别于中国的教育更强调个体的努力，美国STC/MS教材注重交流、合作、分享，鼓励学生集体讨论交流，合作共同完成某项任务，并将成果分享给同伴.如“头脑风暴”的方式，让学生各抒己见，使全班学生都能分享到每个成员对探究所做的贡献，感受到自我价值.毕竟单个人的时间和精力是有限的，如果能和同伴分享交流各自的成果，那无疑是一种快捷有效的学习方法，教育教学中应该要让学生明白，“竞争中合作、合作中共赢”的道理.

5 结论与展望

STC/MS“密度”内容很好体现了建构主义理论.它强调了以学生为主体，进行科学探究，充分调动学生的各种感官，培养综合技能.体现了知识的主动建构性（学生自己动手实验探究，完成对知识的主动探索、主动建构）、学生的社会互动性（学生小组交流讨论分享）、教学的真实情境性（教师提供图片等真实情境）.此种设计有利于培养学生独立思考能力，发现问题、分析解决问题能力，沟通、交流、合作能力，实践操作能力等等.美国STC/MS教材更关注让学生“怎样知道”，通过科学探究性活动促进学生主动形成对知识的“动态建构”，现我国的物理教材编写也改进了传统教材编写中直接给知识概念下定义、注重演绎的风格模式，适当增设了一些科学趣味性活动，这对学生核心素养的提高有重大意义.建议我国的物理教材编写可以借鉴学习国外教材的一些长处，深入贯彻建构主义理论的思想精髓，将该理论与我国实际情况有机融合，不断更新教育风格、完善课程理念.

参考文献：

[1] 皮亚杰著.皮亚杰教育论著选[M]. 卢睿选译. 北京： 人民教育出版社， 1990.

[2] 维果茨基著.维果茨基教育论著选[M]. 余震球选译. 北京： 人民教育出版社，1994.

[3] 伍新春，谢娟，尚修芹，季娇. 建构主义视角下的科技场馆学习[J]. 教育研究与实验，2009（06）：60-64.

[4] National Science Resources Center .Science and Technology Concept for Middle School —properties of matter（Student Guide and Source Book） [M].Burlington ， North Carolina：Carolina Biological supply company，2000.

[5] 高霞. 美国STC教材简介[J]. 外国教育研究，2002（03）：32-36.

[6] 陈娴，杨广军，杨欣. 浅谈外国教材插图的特点和功能——对美国STC初中四册科学教材插图的剖析[J]. 学科教育，2004（01）：45-49.

[7] 何善亮.在探究中学习探究理解探究——中美密度教材的比较与思考[J].物理教师，2002，（23）：46-48.