托起中国儿童的“科学梦”（二）

苏教版《科学》教材编写组

《义务教育小学科学课程标准》（以下简称“课程标准”）体现了国家对小学阶段学生学科素养的规定，教材编写者的职责是把这些规定变成可供学生学习的学习方案。不同的教材依据不同的学理和不同的创意设计出不同的学习方案，就像房屋建筑设计都得遵循结构力学的原理，但并不妨碍盖出的房屋可以是千姿百态的一样。

科学素养包含不同的面向。课程标准对“科学素养”做了如下的描述：科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会与个人的影响，知道基本的科学方法，认识科学本质，树立科学思想，崇尚科学精神，并具备一定的运用它们处理实际问题、参与公共事务的能力。课程标准将科学素养凝聚为四个方面的课程目标，即科学知识，科学探究，科学态度，科学、技术、社会与环境。科学素養各个面向的形成过程虽然有一定程度的交叉融合，但其学理各异，因此教材编写者在设计学习方案、安排活动时必须认真考虑。

为儿童学习科学知识设计多种策略与思路

课程标准共确定了18个主要的科学概念，18个主要概念又被分解为75个具体的学习内容，它们是科学素养的基础，本教材首先考虑的就是科学知识的落实问题。教材编写组先选出75个学习内容中属于陈述性知识的知识点，将其作为组织单元的线索，这些知识点从很多单元名称就可以看出它们的“归属”，如“力与运动”“植物的一生”“玩磁铁”“生活中的材料”等。需要说明的是，单元名称不是知识点，而是主题。主题的外延大于知识点，主题包括更多的内容。这一点将在下文的“教材的组织方式”中展开。

为了让小学生理解这些知识，教材编写者运用了多种学习策略：

1.研究性游戏

这种学习策略主要是针对低年级学生。因为低年级学生还不可能做较规范的科学实验，还不知道什么是变量控制，什么是数据分析。研究性游戏是让学生在游戏中有所发现的探究。例如一年级上册《走进科学》单元的滚小球活动，就属于研究性游戏。让一年级学生在滚小球的游戏中主动发现问题，教材只在斜坡的不同高度标了两个点作为提示。前期教材实验表明，学生可能会发现同一个球在不同高度滚下后远近会不同，也可能会发现不同轻重的球同时从同一高度滚下会同时停下。研究性游戏策略在一年级的很多单元都被用到。在一年级下册的《石头与泥土》单元中，教材安排了玩泥巴、玩沙子的游戏，让学生在玩的过程中认识泥土、沙子等物质的特征。在《动物与植物》单元中，有一系列的“猜谜”游戏：或通过叫声，或通过动作，或通过局部的图片让学生认识动物的外部特征。

2.类比策略

在前期的研究中，我们发现小学生在学习科学知识时或多或少已经具备一些前概念。这些前概念有的与科学概念一致，有的却不一致。矫正有问题的前概念需要一个过程，类比策略不失为一种有效的矫正方法。例如我们发现，不少低年级的学生都认为白天天上没有星星。为了矫正这一前概念，教材运用了类比策略：让学生用电量不一的小手电筒在天花板上模拟星空，再用投影仪模拟阳光，学生亲眼观察到满天的“繁星”是如何在“阳光”的照射下慢慢“消失”的。一段时间后再问他们：白天星星到哪儿去了？他们不再说星星睡觉了，而会说星星还在天上。

3.获取直接经验

考虑到小学生感性经验不足，直接经验有限，教材提供了很多在真实情境中探究的机会，如校园生物大调查，用自制望远镜观察月亮上的阴影，养蜗牛，养昆虫，栽小葱等。之所以这样做，是因为我们认可一位诺贝尔奖获得者的观点，他不反对依靠文字增加自然知识，但这种通过文字对自然的认识如果在顺序上或数量上都超过对自然的感性认识，人们所认识的自然可能会面目全非。

4.运用实物模型、视频、图片等手段为科学概念的形成提供形象直观的表象支撑

教材除了选择现成的价廉物美的学具外，还自行设计了与教材配套的教学用具，如月相仪、太阳高度仪等。本教材还拟运用先进的增强现实数字技术，使教材内容更加形象生动。

5.通过迁移运用加深概念的理解

编写组在活动手册中设计了许多迁移运用的作业，如一年级上册的《用双手创造》单元中有关自然物与人造物概念的学习，除了教材提供的把自然物改造成人造物的例子外，活动手册上还要求学生再举几个把自然物改造成人造物的例子。

6.发挥思维导图、概念图、维恩图等认知工具在组织科学知识中的作用

一年级下册的几个单元都用到了气泡图。在《石头与泥土》单元的观察石头特征的活动中，气泡图是这样的：上面的框内标写的是抽象的科学概念，如形状、颜色、大小等，气泡里面让学生说出具体一块石头的形状、颜色、大小等是什么样的。我们认为，经常让学生做这样的练习，有利于他们形成各种认知图式，有利于增强思维的逻辑性。

充分依托科学探究，培养学生的科学思维

准确地讲，指向科学知识学习的探究属于“重演—再现”式的探究，即探究的结论是前人已经知道的，但对于学生来说可能是未知的。采用“重演—再现”式的探究形式有利于学生对知识的理解，有利于激发学生的学习兴趣，有利于学习科学探究的方法与程序，教师也容易掌控。一般而言，这种探究多为“良构”的，即探究的路径、方法是清晰的。考虑到课堂教学时间的限制，教材将这类“良构”的探究根据学生认知的可能性分配给了一些重要的科学知识，如“种子萌发的条件”“溶解快慢与什么因素有关”等。

科学探究不仅是学习科学知识的有效策略，本身还有独特的存在价值——它可以为学生提供一种以实证和逻辑为主的看世界的方式，学会科学思维。重视科学思维是本教材一贯的主张，也是本教材的特色之一。此次教材修订，继续保留了这一特色，但在编写思路上有了很大的调整。

我们把工程实践从科学探究中独立出来，作为与科学探究并列的另一类探究。科学探究过程包含的要素课程标准已经有了详细的说明，即提出问题、作出假设、制订计划、搜集证据、处理信息、得出结论、表达交流、反思评价。关于工程实践，课程标准只写了四个要素：明确问题、确定方案、设计制作、改进完善，教材编写组参考了若干国家的技术与工程教育标准和教材，加上我们自己的思考，将工程实践细化为六个要素，即明确问题、前期探索、确定方案、制作模型、评价改进、展示分享。

科学探究与工程实践以两种方式呈现。一种方式是渗透、融合，即将科学探究和科学探究中的过程技能（科学思维技能）与科学知识的学习交织在一起。如用探究的方式学习“种子萌发的条件”“电磁铁磁力的大小与什么因素有关”，设计一个磁铁玩具等。除了这种较完整的科学探究和工程实践活动外，教材还将许多科学过程技能如分类、排序、测量、估算、预测、数据分析等，分散地安排在知识的学习中。如一年级的给石头分类、对人类衣食住行按时代进行排序，五年级的气象数据分析等。这些过程技能，修订前的教材是以专门单元呈现的，现在让位给新增加的第二种方式——专项学习（完整的科学探究与工程实践）了。

专项学习是本教材刻意安排的，对科学探究和工程实践的过程及技能进行指导。教材编写者在这一点上达成了共识：如果为促进学生思考而进行教学是一个真正有价值的教育目标，那么这些教学材料以及教学策略必须编入整体结构中，如果只是做一般性的融合，那是远远不够的。专项学习包括“科学探究”和“工程实践”两类，从一年级到六年级按上下册交替安排。专项学习中的探究和设计过程是完整的，但各年级指导的重点和深度不一样（这一点将在“教材的组织方式”中展开）。需要指出的是，专项学习中的科学探究与工程实践一定是“非良构”的——要么探究的结论是未知的，要么是“没有最好，只有更好”。与“良构”的相比，科学探究和工程实践中的活动更具有挑战性，科学思维与工程思维的练习也更充分。

在与知识学习的整合中，探究、设计是作为学习知识的方法;在专项学习中，探究、设计是作为学习的目的。“交织”与“专项”的区别也正在于此。

让科学态度的培养弥散于教材的细节当中

课程标准列出了四个方面的科学态度，即探究兴趣、实事求是、追求创新、合作分享。我们认为，科学态度的这四个方面是核心素养中的“科学精神”和“实践创新”在本学科的具体化。本教材通过以下的方法策略加以落实。

1.遵循儿童喜欢动手的天性，在“做中学”中激发学生的科学兴趣

儿童喜欢动手的天性早已为教育理论和教育实践所证实。教育心理学家揭示了儿童认知事物的规律：行为把握——表象把握——符号把握，并且指出，这一顺序是不可逆转的。教育实践也证明：凡符合儿童认知规律的学习方式都是儿童喜欢的。为了激发儿童的科学兴趣，为了挑选儿童喜爱的动手做活动，教材编写组做了许多相关研究。如对美国的FOSS、德国的KOSMOS等“动手做”科学教育项目做的验证性研究。有些国际上深受儿童喜欢的著名活动，我们改编后加以选用，如一年级的解暗箱活动和猜脚印活动。又如教材编写组成员主持的STEM实验研究，参与的“做中学”研究，这些研究使教材的动手做活动设计有了充足的储备。教材几乎每一课都安排有动手做的活动，这一点不难从每课的“动手”活动图标中看出。

2.在科学探究和工程实践中培养儿童实事求是、实践创新等品质

我们认为，在食谱式的科学探究和工程实践中很难培养这些品质，只有在真实情境中，在真正地解决问题的过程中，在面对非理想数据绞尽脑汁找原因的过程中才能形成这些品质。为此，教材无论是对“交织”的探究还是对“专项学习”的探究，总会尽力增加各种“为难”学生的机会，以激发他们的创造力，使他们养成尊重事实、尊重数据的思维习惯。例如在养蚕活动中，我们嵌入的探究活动是：湿桑叶能否喂蚕？在学完“物质的三态变化”知识后，让孩子做一个用蒸汽让轮子转动的装置。专项学习中的科学探究和工程实践，“为难”的成分会更多一些，因而用数据说话、发挥创造性想象的机会也会更多一些。如让儿童设计一种市场上还没有的糖果或果酱，这一要求足够学生忙活很长时间，但也会因创造力的释放而兴奋很长时间。

3.通过研究性游戏激发儿童的科学兴趣

有关研究性游戏，前文已经有所交代，儿童喜欢游戏的天性是人所共知的，此处不再赘述。

4.通过小组合作學习和多种评价方式培养儿童多方面的科学态度，尤其是合作意识和合作能力

合作意识和合作能力是当代社会普遍重视的核心素养之一，科学课程完全有机会加以培养。为此，教材设计的活动大都是要求同伴或小组合作完成，评价也经常以小组为单位。如一年级上册的《用感官观察》单元的活动：观察点燃前后的蜡烛，是按小组统计找到的蜡烛特征。《用大脑思考》单元中的解暗箱活动，更是完整地体现了合作交流分享在个人知识转变为公共知识中的重要性：先是各人听各人的盒子，独立判断障碍物的位置;然后小组交流各自的判断，要求尽可能取得一致意见。如果意见不一致，则要求再试试、再讨论。此活动在模拟科学家探究过程中的合作交流方面无与伦比。活动手册最后一页的评价表将科学态度作为重要的评价项目。评价表分为自评、同伴评和教师评三类。自评针对的是每一单元每一课参与科学活动的情况，分为做了、认真做、有创意地做三级水平。同伴评的指标是：积极思考，遵守规则，善于合作，认真完成任务。教师评的指标是：掌握了该学的知识，双手很灵巧、会制作，头脑灵活、善于思考，能用科学的态度看待事物。后两者也都分为三级水平。我们认为评价也是一种教育方法，有利于科学态度的养成。这一举措也为今后学业质量评价标准的制定奠定了基础。

让科学本质在教材中显性化表达

课程标准目标的第四个板块是有关对科学、技术、社会与环境联系的观念。这一目标分为三个方面：科学技术与日常生活的联系、科学技术与社会发展的联系以及人类与自然环境和谐相处。目前国际上公认的科学本质内涵是：科学思想是不断发展变化的;科学需要证据;科学带有主观性，因而科学家应努力识别并避免偏见;科学是逻辑推理及人类想象和创造力的结合;科学发展受社会及文化的影响。教材编写组将第四点内涵纳入科学本质中。换言之，本教材除了关注科学、技术、社会与环境之间的关系外，还关注了科学本质的其他方面，如什么是科学，什么是技术，什么是科学思维，什么是工程思维，科学与技术之间的关系等。这些方面在一年级教材中就有所体现。例如，一年级上册的前两课《小小科学家》《小小工程师》，就是有关什么是科学、什么是技术，以及科学与技术的关系等方面的内容。第三单元《用大脑思考》的设计意图是要让儿童意识到科学事实与科学猜想的区别，科学猜想离不开通过观察得到的科学事实，但同时也离不开逻辑推理与科学想象及创造力。一系列的猜想活动或取材于日常生活，如猜狗叫的原因;或取材于科学实验，如对碰碰球（牛顿摆）的猜想;或取材于童话故事，如猜兔子的逃跑路线;或取材于研究性游戏，如解暗箱。外显活动对应的是内隐的推理、预测、猜内部结构等科学思维的加工活动，科学思考的终极产品不过是当下形成共识的最佳结论。这是科学本质中最难呈现的部分，但愿我们的良苦用心不是在做无用功。

至于科技与社会、与环境的关系，本教材多渠道、多方法、多策略地加以落实。

首先，让儿童知道组成地球的基本物质——岩石、土壤、水、空气、动植物对人类生存的意义，这一内容安排贯穿整个一年级下册。

其次，让儿童从科技发展对人类文明进程的影响角度认识科技与社会的关系。这一内容在一年级上册的第11课、12课《衣食住行的变化》《轮子的故事》中都有充分的展现：不仅安排了对衣食住行按时代进行排序的活动，还安排了用不同时代的粉碎工具碾米的活动。有关人类与环境的关系问题，教材除了在有关主题（如水、空气、土壤）中有所涉及外，在高年级还有诸多的专门主题涉及，如“生物和栖息地”“自然资源”“理想的家园”。

再就是加强了科技史的教育。我们认为，科学技术的发展虽然有革命性的，但更多是迭代的、不断进化的。让儿童了解一点科技发展概貌，不仅有助于当下或今后科学知识的学习，也有助于科学本质观的建立。本教材强化科技发展史教育的策略有三：一是课内的有机渗透，如一年级下册《石头与泥土》单元中有关旧石器时代石头作用的安排。二是在专项学习内容里增加了对做出重大贡献的科学家和工程师的介绍，如一年级上册介绍的是汽车的发明者本茨，一年级下册介绍的是昆虫学家法布尔。三是在每学年教材的最后，用通页的方式集中呈现科技发展历程，如一年级呈现的是从远古时期到公元前的科技发展简史。