大象版四年级上册《科学》教材解析

王素英

除科学知识目标外，本册教材在科学探究目标方面，重点围绕“处理信息”和“得出结论”两项探究要素的学段目标，对学生进行第二轮的训练和培养。同时，本册教材还兼顾对学生进行其他科学探究能力目标、科学态度学段目标和科学、技术、社会与环境（STSE）学段目标的培养，为全面而扎实地提升学生的科学素养奠定基础。

本册教材的编写思路

“双主线+双辅线”的结构编排是本套教材编写的最大特色。“双主线”即以科学知识目标的学习内容为经线，以科学探究的各个要素的培养为循环往复的纬线，围绕科学知识的学习内容，设计一系列探究活动来循环落实、逐一强化各探究要素的培养。“双辅线”即教材在适合的探究活动中渗透相应的科学态度目标和STSE目标，从而达到全面培养学生科学素养的目的。

本册教材基于上述编写思路，以科学知识目标和科学探究目标为双主线，以科学态度目标和STSE目标为双辅线，围绕承担的探究要素目标、科学知识目标、科学态度目标和STSE目标设计了1个准备单元、5个综合探究单元和1个反思单元（见表1）。

《食品保质期的研究》是本册教材的起始单元，也是“准备单元”，利用对食品安全这个焦点问题的研究，训练学生“处理信息”和“得出结论”的能力。本单元以“食品安全关系到每个孩子一生的健康和幸福”为核心，取材于“食品保质期”这一生活中的常见现象，围绕“调查—提出问题—计划组织—处理信息—得出结论”流程展开，注重培养学生搜集、整理、分析信息的能力，体现了“从生活走向科学”的教育理念。本单元需要充分调动学生的主观能动性，激发他们的探究欲望，引导他们在观察中思考，初步学会根据所探究问题的需要对原始信息进行筛选、整理，初步学会运用统计表、统计图等方式处理信息，并根据信息处理的结果，运用分析、比较等科学思维方法得出合理的结论。希望学生学以致用，通过对食品保质期的研究，关注食品安全，科学选购、储存食品。

《运动》《岩石与矿产》《冷与热》《人体的呼吸器官》《人体的消化器官》是本册的“综合探究单元”。作为本册教材的主体，这5个单元将在具体科学知识目标的指引下，帮助學生在教师引导下，能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理信息，陈述证据和结果，并且能依据证据运用分析、比较、推理、概括等方法，分析结果，得出结论，以达成“处理信息”“得出结论”探究要素学段的教学目标。

《伟大的命名者》是本册的“反思单元”，以科学家林奈怎样进行处理信息并得出结论的故事来启发学生对自己探究经历中的信息处理、得出结论活动进行反思。

本册教材科学探究目标的确定与落实

1.本册教材主要探究要素的确定

根据课程标准设计的探究要素培养目标的划分，按照本套教材科学探究主线（在相对完整的探究过程中有侧重地培养某项探究能力）的安排，本册教材将重点承担第二轮的“处理信息”和“得出结论”两项科学探究要素目标的培养。

教材在低年段以“感知科学”为培养主题，对学生科学探究能力的培养经历了一次完整的循环。中年段以“认知科学”为培养主题，让学生再一次经历科学探究8个要素的落实和强化训练的循环过程，以完成课程标准中科学探究目标在不同年段的要求（见表2）。科学探究要素组成的纬线与科学知识组成的经线相互交织成本学期科学素养的教学蓝图。

2.低年段与中年段科学探究能力培养重点的比较

从表2可以看出，四年级上册《科学》教材的探究能力培养重点是“处理信息”和“得出结论”。表面上看，它与二年级上册的探究能力培养重点“处理信息”和“得出结论”是相同的;而实际上，这两个年段的培养目标有着层次和内涵上的差异，从低年段到中年段，科学探究的难度逐次提高，教材设计的学习内容，在学生科学探究培养方面具有循序渐进、螺旋上升的特点，体现了课程标准科学探究学段目标的要求。

3.低年段与中年段“处理信息”能力培养目标的比较

依据低、中年段学生年龄特点及其思维方式的变化，教材考虑了“处理信息”探究能力培养的衔接和递进。

在低年段重点落实和强化培养学生在教师指导下，能用语言初步描述信息，这对学生提出了三个要求：

第一，表达的方式是用语言描述信息。学生利用感官或者简单工具对具体现象与事物的外部形态特征及现象进行观察后，能将观察到的特征及现象描述出来，如对阴、晴、雨、雪等自然现象和材料特征的观察与描述。

第二，表达的程度是能用语言进行初步描述。例如，利用口头描述和文字、符号、肢体语言描述出阴、晴、雨、雪、风等天气的特征以及天气对动植物和人的影响等，使初次接触处理信息的学生感知、体验到多种简单信息处理的方法。

第三，表达的结果是“描述”。表达更加形象化，注重事物的特征、结构等简单事实。

中年段则要求学生在教师引导下，能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理的信息，陈述证据和结果。这对学生的要求是：

第一，表达的方式是用“比较科学的词汇、图示符号、统计图表等”方式进行。

第二，表达的程度是让描述更科学、规范，更具有一定的抽象性。如用科学的词汇、半抽象的图示、抽象的统计图表进行记录整理，用来陈述。

第三，表达的结果是“陈述”。陈述就是陈说、叙述，指有条理地表达事物、事实或观点、理论，具有一定的条理性。

可以说，中年段在低年段“在教师指导下，能用语言初步描述信息”培养目标的基础上，为高年段学生“能基于所学的知识，用科学语言、概念图、统计图表等方式记录整理信息，表述探究结果”打下基础，起到了培养思维能力的重要作用。

4.低年段与中年段“得出结论”能力培养目标的比较

在低年段重点落实和强化培养学生在教师指导下，有运用观察与描述、比较与分类等方法得出结论的意识。这个要求强调了两点：

第一，强调思维方法的运用，即在观察与描述基础上的比较与分类方法的运用。

第二，强调有运用科学的方法获得结论的意识。例如，在“条形磁铁的哪个位置吸的曲别针多”的研究中，设计并实施了对条形磁铁不同位置吸引曲别针个数不同的吸引法、悬挂法、距离法等，注重引导学生观察、描述与比较，在对数据进行比较、分析的思维过程中得出磁铁两端磁性最强、越向中间磁性越弱的性质，修正了学生原有的“磁铁只有两端有磁性，中间无磁性”“磁铁全身的磁性都一样”等错误认识，使学生知道结论的得出需要借助一定的思维方法，这是一种实证意识和逻辑思维方法的培养。

中年段则要求学生在教师引导下，能依据证据运用分析、比较、推理、概括等方法，分析结果，得出结论。这个要求有三个较高的能力标准：

第一，就教师的作用而言，在教师“引导下”有别且高于在教师“指导下”。显然，“引导”较“指导”的作用表现在思维和行为等方面，加大了对学生放手的时间和空间。

第二，进一步强调科学思维方法的运用。即在低年段比较、分类的基础上，增加了分析、推理、概括等更加抽象的思维方法的运用，使学生思维不断地向深度和廣度推进。

第三，强调证据与结论的必然关联。要求学生依据事实证据，运用逻辑思维方法进行分析，从而得出具有充足理由的结论，形成科学的认识。因为，科学既要求以事实为依据，又要求思维有逻辑性。只有以事实为依据，正确运用逻辑、规则进行推理活动，才能正确地认识客观事物并揭示其发展变化的规律，得出科学的结论。

5.本册教材主要探究要素学段目标的单元分解

低年段学生已有“处理信息”“得出结论”两方面能力的训练基础，基于课程标准中年段科学探究学段目标的要求，本册教材将“处理信息”要素放在第一单元《运动》和第二单元《岩石与矿产》进行重点训练，将“得出结论”要素放在第三单元《冷与热》、第四单元《人体的呼吸器官》和第五单元《人体的消化器官》进行重点训练，为高年段利用更多的逻辑思维方法（如分析、推理、概括等）得出结论，判断结论与假设是否一致的能力的形成奠定基础。

本册教材将“处理信息”目标拆解成两个“分解目标”作为“单元目标”落实到两个单元中去达成。在《运动》单元，教材设定的科学探究单元目标为 “在教师引导下，能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理的信息”。在《岩石与矿产》单元，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式陈述证据和结果”。

同样的，本册教材还将“得出结论”目标拆解成三个“分解目标”落实到三个单元去达成，从而实现“得出结论”探究要素学段目标的有序培养。在《冷与热》单元中，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能依据证据运用分析、比较等方法，分析结果，得出结论”;在《人体的呼吸器官》和《人体的消化器官》单元中，教材设定的科学探究单元目标分别为“在教师引导下，能依据证据运用推理、概括等方法，分析结果，得出结论”和“在教师引导下，能依据证据运用分析、比较、推理、概括等方法，分析结果，得出结论”。

6.本册教材科学探究目标的落实途径

（1）注重实践和体验，将生活与学习相关联，达到相应能力训练的目的

以事实为基础，陈述证据和结果，对证据和信息进行分析、比较等逻辑推理，得出结论，是本册科学探究的主要特点。教材站在学生深度学习、高阶思维发展的角度，注重学生的生活经验，在真实可感的多个探究活动中，训练相应能力。

例如，《运动》单元设计了《物体的运动》《运动的快慢》《速度的测量》《运动的形式》《运动与能量》共5课。这5课从事物的表象展开研究，从充分的学习体验开始，引导学生观察认识什么是运动并画出物体运动轨迹，通过比较发现运动有快慢，通过实验测量、收集数据，并用统计表或统计图、图示等方式记录整理的信息，学会计算速度，从而丰富“运动”这一核心概念的内涵，达到“处理信息”单元目标的训练目的。

（2）注重引领和反思，将三种单元有机组合，达到协同培养能力的目的

本册教材仍然遵循全套教材三种单元相结合的结构特色，即首尾各1个准备单元和1个反思单元，加上中间的5个综合探究单元。其中准备单元是对本册两个主要探究要素“处理信息”和“得出结论”中年段学段目标的“初体验”，中间的5个综合探究单元则是探究活动的“实战”单元，让学生在真实的探究活动中观察、记录、陈述、分析比较、推理概括，在实际经历中发展处理信息和得出结论的能力，并在完整的探索过程中提升整体探究能力。反思单元是学生在前面几个单元经历了多次“处理信息”和“得出结论”活动的基础上，对“处理信息”和“得出结论”这两项要素相关的学习活动进行回顾和反思，以此引导他们体验到处理信息在科学探究中的重要性，以及得出结论所应遵循的科学性、逻辑性和严谨性。可以说，三种单元的有机组合，不仅增强了本册两大重点能力的训练，更使中年段探究要素学段目标的其他能力得到全面培养。

本册教材科学知识目标的确定与落实

1.本册教材科学知识目标的确定

本册教材的“主要概念”主要涉及物质科学、生命科学、地球与宇宙科学三个领域选取的知识目标，并且在适当的活动中穿插技术与工程领域的内容，教学时应帮助学生形成这些主要概念。因此，我们在以科学探究能力的培养为主线的同时，还把科学知识目标的布设和达成作为本套教材的另一条主线。根据课程标准对科学知识目标的学段划分，结合学生的认知规律和科学概念之间的结构特点，本册教材精心选择了四年级学生应该知道的基本核心知识，引领他们学习相关知识。

例如，第一单元《运动》：第1课通过对运动物体位置的描述活动，让学生知道可以用相对于另一个物体的方向和距离来描述运动物体在某个时刻的位置，从而在低年段有关位置和方向的已有知识的基础上完成学习内容可以用某个物体相对于另一个物体的方向和距离来描述该物体在某个时刻的位置。

第2课和第3课通过测量赛跑成绩，让学生知道测量距离和时间的常用方法，知道用速度的大小来描述物体运动的快慢，并通过拓展阅读知道自行车、火车、飞机等常用交通工具的速度范围，从而完成学习内容“通常用速度大小描述物体运动的快慢”。

第4课通过对运动形式的描述活动，让学生能够列举并描述生活中常见物体的直线运动、曲线运动等运动方式，并通过表达交流活动，让他们能够比较不同的运动，举例说明各种运动的形式和特征，从而完成学习内容“物体的机械运动有不同的形式”。学生基于以上内容的学习，自然建构了主要概念“物体的运动可以用位置、快慢和方向来描述”。

其他几个单元对科学知识目标中的学习目标、学习内容和主要概念的布设也是基于同样的思路。

2.科学知识目标的落实方法和途径

（1）基于科学探究，建构科学概念

科学探究能力目标达成的同时，需要帮助学生建构科学概念，二者相辅相成。若想建构科学概念，学生头脑中必须具有丰富的与概念相关的事实储备，这些事实储备应当是学生在探究活动中亲身体验获取的。因此，学生建构科学概念的過程就是基于科学探究的知识储备，在教师引导下，运用比较科学的词汇、图示符号、统计图表等方式记录整理的信息、陈述证据和结果，再依据证据运用分析、比较、推理、概括等方法分析结果并最终得出结论的过程。本册教材通过引领学生亲身经历探究活动来实现科学概念的主动建构。具体分析如下：

其一，通过单元式系列实验探究主动建构科学概念。

如第三单元《冷与热》，共编排了《乒乓球复原了》《凹陷的保鲜膜》《给水加热》《水去哪儿了》《小水珠从哪儿来》共5课进行实验探究。前两课通过探究物体受热和遇冷后体积的变化情况，引导学生建构“热胀冷缩”概念;第三课让学生经历加热水至沸腾的全过程，深入探究水的沸腾与温度之间的关系;最后两课与前两课的结构类似，分别从加热和遇冷两个方面开展探究，探究水在蒸发、凝结、结冰过程中发生的变化，引导学生建构物质循环的科学概念。学生通过单元内多个有联系的探究实验，就能自然建构冷与热的概念。

其二，通过设计模拟体验活动主动建构科学概念。

如第四单元中的《肺是怎样呼吸的》一课，学生既体验呼吸的过程，又模拟体验各呼吸器官是怎样工作的，还通过制作肺模型模拟呼吸器官的工作，搜集证据，认识肺和其他呼吸器官是怎样共同工作的。第五单元中的《蜿蜒的旅行》一课，学生通过制作小肠模型，模拟小肠吸收营养的过程。依据观察到的现象和体验经历，分析食物在小肠中的吸收过程，认识到小肠是人体主要的消化器官之一，是吸收食物营养的主要场所。

其三，通过实事求是的陈述主动建构科学概念。

根据“处理信息”和“得出结论”要素的中年段要求，引导学生基于证据和多种思维方法，实事求是地得出结论、陈述自己的观点和见解，有利于他们的科学概念的主动建构。如《呼吸与运动》一课，通过测量安静时和运动后的呼吸次数，实事求是地记录、分析数据，从而准确总结出运动和呼吸之间的关系;通过搜集相关证据，认识到人们在运动时，会通过增加呼吸次数来获得足够的氧气。

（2）围绕科学概念的建立搭建多元“脚手架”

教材注重围绕科学概念的建立，搭建了多个有意义的“脚手架”。

其一，利用有结构的材料为学生的概念学习搭建了“材料脚手架”。如《人体的消化器官》单元中《蜿蜒的旅行》一课，材料的组成既有可供观察的图片资料，又有可供设计与制作的模型材料：观察时有小肠外部和内部特征的图片资料，动手制作有卷成直径2厘米、长6米的“小肠”的废旧报纸，把“小肠”盘曲起来装进去不受“挤压”的黑色塑料袋，模拟小肠吸收营养时的食糜及绒布等实验材料。学习中，学生围绕自己提出的设计制订模拟实验计划，依据观察现象和体验经历，分析食物在小肠中的吸收过程，比较、分析、推想残渣和水分的关系，陈述理由，从而认识到小肠是人体主要的消化器官之一，是吸收食物营养的主要场所。

其二，利用不同的信息记录与整理的形式，为学生的学习搭建了信息处理的“脚手架”。

其三，利用多样思维方法的训练与应用，为学生的学习搭建了“得出结论的脚手架”。

其四，利用与学生息息相关的教学内容，为学生的学习搭建了应用“脚手架”。

这种多元“脚手架”的搭建，为学生科学有效地掌握科学知识起到了积极的促进作用。

本册教材科学态度目标及STSE目标的渗透与落实

本册教材还注重渗透科学态度的教育，激发学生对日常生活及周围环境中遇到的科学问题的探究欲望，了解科学技术对社会生活的意义，初步培养他们爱科学、学科学、用科学的志趣，帮助他们形成良好的科学态度和正确的科学价值观。技术与工程领域的学习可以使学生有机会综合所学的各方面知识，体验科学技术对个人生活和社会发展的影响。技术与工程实践活动还可以使学生体会到“做”的成功和乐趣，并养成通过“动手做”解决问题的习惯。

例如，《人体的呼吸器官》单元中，教师出示海报图片，引导学生以小组为单位来讨论如何保护我们的呼吸器官;通过果胶沾灰尘实验、观察佩戴不同时间后的口罩芯的变化等活动，引导学生思考雾霾天气对我们的生活有着怎样的影响;通过观察比较吸烟前后肺的变化图片，帮助学生认识到怎样切实可行地保护我们的呼吸器官。

又如，《保护呼吸器官》一课结合口罩在生活中的应用，不仅能让学生亲身感受到普通口罩也蕴含着许多科学道理——不同规格的口罩其功能不同、佩戴方法不同、结构也不同，还让学生尝试从多角度、多方式地认识事物，解决生活中的实际问题，达到学以致用的目的。更重要的是，引导学生认识到一个普通的口罩就是一项科技产品，与我们的生活息息相关，从而使科学态度目标和STSE目标得以落实与达成。