大象版《科学》教材四年级下册编写说明

杨新瑞

摘   要  大象版《科学》教材四年级下册是延续了整套教材编写的“1+5+1”的内容结构，由1个准备单元、5个综合探究单元和1个反思单元组成。在科学探究目标方面，第二次重点围绕“表达交流”和“反思评价”两个探究要素的学段目标对学生进行有侧重的培养。并促进学生形成全面的科学素养，除科学知识目标外，还承担着科学探究能力和科学态度学段目标，以及科学、技术、社会与环境（STSE）学段目标。

关键词   《科学》 教材  编写说明

中图分类号：G424                文献标识码：A                 DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2021.02.028

Description of the Compilation of “Science”Textbook for Grade 4 Volume 2 of

Elephant Edition

YANG Xinrui

（Henan Basic Education Teaching Research Office， Zhengzhou， Henan 450016）

Abstract： The second volume of the fourth grade science textbook of elephant edition is a continuation of the "1 + 5 + 1" content structure of the whole textbook， which is composed of one preparation unit， five comprehensive inquiry units and one reflection unit. In terms of scientific inquiry objectives， the second time focuses on the cultivation of students around the objectives of "expression and communication" and "reflection and evaluation". Besides the goal of scientific knowledge， it also undertakes the goal of scientific inquiry ability and scientific attitude， and the goal of science， technology， society and environment （STSE）.

Keywords："Science"; textbook; description of the compilation

大象版《科学》教材四年级下册（下文除特殊说明外均指本册教材）延续了整套教材编写的“1+5+1”的内容结构，由1个准备单元、5个综合探究单元和1个反思单元组成。四年级下学期是中年段的最后一个学期，按照整套教材的能力建构逻辑，处于第二轮培养能力循环的尾声。本册教材在科学探究目标方面，继二年级下册之后第二次重点围绕“表达交流”和“反思评价”两个探究要素的学段目标对学生进行有侧重的培养。同时，为促进学生形成全面的科学素养，除科学知识目标外，本册教材还承担着科学探究能力和科学态度学段目标，以及科学、技术、社会与环境（STSE）学段目标。

编写思路

“双主线+双辅线”的结构编排是大象版《科学》教材编写的特色。“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，逐一强化对各探究要素的培养。“双辅线”即教材在适当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。

“降落伞”是本册教材的起始单元，也是准备单元。教材借助制作降落伞活动展开相应的科学探究，落实表达交流和反思评价的能力训练。制作降落伞从教学内容来看，兼容了物质科学、工程与技术两个领域，是学生非常感兴趣的活动。教材围绕“设计制作—测试评价—表达交流—反思改进”的流程展开，注重培养学生的设计思维、动手能力、表达技能与反思意识，体现了“做中学”的教育理念。本单元着力培养学生的探究意识、质疑精神，引导他们形成“做前有计划，做中有思考，做后有反思”的习惯，强调对于制作的作品要不断审视与评价，在交流中表达自己的想法，听取他人的意见，判断信息的价值，进而对产品的优劣做出有依据的评价，并在此基础上进行改进与优化。本单元引导学生在探究过程中通过对现象的观察、对猜想的验证来建构科学概念，并在应用中不断验证，获得他人认同。

“生命世界”“自然界的水”“太阳、地球和月球”“精确时间的步伐”“开心游乐场”是本册的5个综合探究单元。作为本册教材的主体，这5个单元在具体科学知识目标的引领下，帮助学生“在教师引导下，能正确讲述自己的探究过程与结论，能倾听别人的意見，并与之交流”，并且“在教师引导下，能对自己的探究过程、方法和结果进行反思，作出自我评价与调整”，以落实表达交流、评价反思探究要素的学段培养目标。

“让事实来说话”是本册的反思单元。本单元以科学家伽利略通过“比萨斜塔实验”来证明亚里士多德的理论错误的故事，启发学生意识到科学的发展需要交流分享、反思修正。相互交流观察到的现象，分享研究的过程，反思研究的方法是否科学并及时进行修正，能使我们的观点更接近真理。此外，本单元中还渗透了对科学研究中实证意识的关注，并暗含着科学研究应重视事实与证据，不迷信权威的科学态度。

科学探究目标的确定与落实

1.主要探究要素的确定

依据课程标准设计的探究要素培养目标，结合本套教材科学探究主线的布设——在相对完整的探究过程中有侧重地培养某项探究能力，本册教材重点承担第二轮的表达交流和反思评价两个科学探究要素目标的培养。

全套教材为不同学段的学生分別设计了不同的培养主题，呈阶梯式递进。在低年段以“感知科学”为培养主题，学生科学探究能力的培养经历了一次完整的循环。在中年段以“认知科学”为培养主题，学生将再次经历科学探究全部8个要素的落实和强化训练的循环过程，以落实课程标准中科学探究要素在中年段的要求。科学探究要素与科学知识的纵横交织，构成了本学期科学素养的教学图谱。

2.低年段与中年段科学探究能力培养重点的比较

本册教材的探究要素培养重点是表达交流和反思评价。尽管探究要素的名称与二年级下册是一样的，但其内在的要求有所提升。与二年级下册的探究能力培养要求相比，其培养目标有着明确而具体的层级递进。随着学段提升，科学探究的难度也随之加大。为了助推学生探究能力的发展，整套教材设计暗含了螺旋上升的内在逻辑，希望循序渐进地落实课程标准中的科学探究学段目标。

3.低年段与中年段表达交流探究要素培养目标的比较

依据低、中年段学生的年龄特点及其思维方式的发展与变化，整套教材充分考虑了表达交流探究要素培养的衔接和递进。

在低年段，重点落实和强化培养学生“在教师指导下，能简要讲述探究过程与结论，并与同学讨论、交流”;中年段则要求学生“在教师引导下，能正确讲述自己的探究过程与结论，能倾听别人的意见，并与之交流”。将两个学段的能力要求进行对比，我们可以清楚地看到其中的发展轨迹。

首先，对探究过程和结论的描述的要求有所提升。低年段的要求是“简要”，即简单描述，关注重点即可，不要求学生的描述全面与完全正确，可以理解为初步经历讨论与交流的过程，并对此过程“自我察觉”，初步体验。而中年段的要求是“正确”，这就要求学生不仅经历过程，还要对探究过程与结论的信息做到完全、无误。

其次，从信息交换方面提出了要求。在低年段，只要求学生参与同学的交流与讨论，即关注信息的输出。中年段提出了“能倾听别人的意见”的要求。从学生个体的角度来看，除了要求学生输出、参与讨论之外，还要求他们在讨论中捕获他人的输出，进行信息的输入。从科学素养的角度来看，这样的倾听要求，具有“关注他人研究结果”的导向，能够对比探究过程的相同点与不同点。如果探究过程和探究结论相同，反映了科学探究结论的可重复性;如果探究过程不同，则可能体现了问题解决方法的多样性，由此还可以引发对探究过程的科学性、研究性和优化选择等方面的思考;如果探究结论不同，则更能引发深度的反思，发展基于证据进行判断的意识。

可以说，中年段在低年段关注自我、关注体验、关注参与的基础上，向着关注他人、关注正确、关注差异的方向更进了一步。这样一方面有利于学生在进入高年段时丰富信息交流的方式，使采用不同的表述方式成为可能;另一方面也为学生发展基于证据提出质疑并进行评价的能力做好准备。

4.低年段与中年段反思评价能力培养目标的比较

反思评价能力是批判性思维的内核，对于发展学生的科学素养有着重要的作用。根据学生的年龄特点及其思维发展的阶段性，课程标准充分考虑了反思评价探究要素培养的发展节奏与空间。课程标准对低年段反思评价的要求是“在教师指导下，具有对探究过程、方法和结果进行反思、评价与改进的意识”，对中年段反思评价的要求是“在教师引导下，能对自己的探究过程、方法和结果进行反思，作出自我评价与调整”。对比分析可知，两个学段对于反思评价能力的要求存在以下递进关系：

首先，两个学段对于反思评价能力的要求，分别基于“教师指导”和“教师引导”。对于各探究要素来讲，两个学段的学生年龄有了一定的跨度，其知识基础和认知能力有了一定程度的提升，所以教师的指导可以适当减少，从“面面俱到”转变为“根据需要适时引导”。但需要注意的是，反思评价属于高阶思维，对于学生而言是有难度的，教师不能放手过快，要始终关注学生在反思评价过程中的表现，随时给予必要的“导航”。

其次，两个学段的能力进阶梯度显著。在低年段，教师要引导学生经历从无到有的过程，即他们知道“是什么”的过程，从而对反思评价形成初步的认知和意识。而到了中年段，增加了“作出自我评价与调整”的能力要求。这里蕴含了两个关键信息，第一个是“自我评价”，指明了对象，即自身，是从旁观、听教师讲解、建立意识发展到“真刀真枪”地对自己进行评价。第二个是对评价后的进一步要求，即“调整”，这也是反思、评价的初衷，即在客观审视、评估的基础上进行完善、改进和优化，从而使探究活动更加严谨、有效。

经过低、中年段的能力发展进程，学生的反思评价能力会出现明显的进步，从不知到初知，从初知到实践，继而为实现下一个学段的新要求——“对探究活动进行总结性评价、完善探究报告”做好准备。

5.主要探究要素学段目标的单元分解

基于课程标准中年段科学探究要素学段目标的要求，本册教材将表达交流要素放在第二单元“生命世界”、第三单元“自然界的水”和第四单元“太阳、地球和月球”进行重点训练，将评价反思要素放在第五单元“精确时间的步伐”和第六单元“开心游乐场”进行重点训练，为高年段能利用多种形式进行表达、基于证据提出质疑和评价、完善探究报告以及总结性评价的目标达成做准备。

本册教材将表达交流目标细化为3个子目标，并将其作为单元目标分别下沉到第二到第四单元中去达成。在“生命世界”单元，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能正确讲述自己的探究过程与结论”;在“自然界的水”单元，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能倾听别人的意见，并与之交流”;在“太阳、地球和月球”单元，教材设定的科学探究目标为“在教师引导下，能正确讲述自己的探究过程与结论，能倾听别人的意见，并与之交流”。

同样的，本册教材将评价反思目标拆解成2个子目标落实到第五、六两个单元去达成，从而实现评价反思探究要素学段目标的渐进性发展。在“精确时间的步伐”单元中，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能对自己的探究过程、方法和结果进行反思”;在“开心游乐场”单元中，教材设定的科学探究单元目标为“在教师引导下，能对自己的探究过程、方法和结果作出自我評价与调整”。

6.科学探究目标的落实途径

（1）发展基于证据的表达交流

“在教师引导下，能正确讲述自己的探究过程与结论，能倾听别人的意见，并与之交流”是本册教材表达交流要素的主要目标。

教材从学科视角出发，提供了丰富多彩的探究活动，使学生在探究过程中亲历搜集证据的过程，获得大量的事实与数据，为表达与交流提供了充实的素材，使其表达交流言之有物。学生在与同伴进行信息交换的过程中会发现，不同的小组之间有共识，也有争议。他们在你来我往的过程中不断进行着表达交流的练习，讲不清楚、听不明白时就会不断地补充、完善、改变方式，在自我修复、完善的过程中逐步提升能力。

例如，“生命世界”单元设计了《我们的豆苗》《奇妙的植物》《领养小仓鼠》《动物的适应能力》《和谐相处是一家》5课，从植物和动物两个方面展开研究，每一课设计了不同形式的能力发展情境。如《我们的豆苗》一课设计了种子萌发实验，学生搜集到种子萌发的相关数据后，开展基于数据的分享和交流，并在信息分享的基础上通过讨论得出结论。《奇妙的植物》一课则要求学生解释植物倾斜现象。解释的过程中，学生需要调动之前通过阅读、访问、考察搜集到的信息，经过梳理加工后进行输出，并力求能够有理有据，获得其他同学的认同。在这个过程中，学生可以发展表达交流能力。

（2）利用不同类型的教学内容提升反思能力

“在教师引导下，能对自己的探究过程、方法和结果进行反思，作出自我评价与调整”是本册教材反思评价要素的主要目标。

本册教材第五单元“精确时间的脚步”、第六单元“开心游乐场”重点发展学生的反思评价能力。其中，“精确时间的脚步”单元属于技术与工程领域，“开心游乐场”单元属于物质科学领域，内容的不同为学生的学习提供了更为丰富的学习情景。

在能力发展方面，呈现的主题也是多样的。如在“精确时间的脚步”单元的《改进小水钟》一课中，反思的对象是自制水钟的精确性，其背后的原因既可能是设计原理，也可能是技术水平;在“开心游乐场”单元的《弓箭与弹力》一课中反思的指向是科学结论的严谨性，在《滑梯与摩擦力》一课中，反思的内容是探究方法中的对比实验……丰富的反思设计将拓展学生评价的宽度、思维的深度，使其逐步意识到探究结果的出现、技术作品的完成并非探究活动的结束，回顾与评价、反思与改进是思维升级、产品升级的阶梯。这样丰富的能力培养架构设计，不仅夯实了反思评价能力的训练，也使中年段探究能力培养的阶段循环得以完成。

科学知识目标的确定与落实

1.科学知识目标的确定

本册教材的“主要概念”涉及生命科学、物质科学、地球与宇宙科学三个领域，在第五、六单元的活动中穿插了技术与工程领域的内容，教学活动过程中应关注这些概念目标的达成。在培养学生科学探究能力时，还要关注科学知识目标的主线，促进学生知识、能力的双螺旋均衡发展。教材根据课程标准对科学知识目标的统筹规划，结合四年级学生的概念发展进程、认知规律和知识概念之间的结构特点，精选了中年段基本核心知识，架构本册的知识内容框架。如第五单元“精确时间的步伐”第1课《原子钟寻亲记》，引导学生搜集计时工具资料进行整理、分析，发现计时工具的意义与发展特点，完成“知道一些著名工程师、发明家的研究事迹，了解他们的设计和发明过程”的知识目标。第2课《日晷》和第3课《水钟》，通过设计和制作活动完成“使用和制作简易的古代的测量仪器模型，如日晷、沙漏等”以及“知道使用工具可以更加精确、便利和快捷”的知识目标，这个目标是基于低年段“认识常见工具，了解其功能”以及“使用工具对材料进行简单加工”的学习达成的。同时，在设计、制作的过程中，达成“知道工程设计的基本步骤包括明确问题、制订方案、设计制作、改进完善”以及“针对一个具体的任务，按照设计的基本步骤来设计一个产品或完成指定的任务”等内容目标。第2课《日晷》与第4课《改进小水钟》制作后的反思活动完成了“对自己或他人设计的想法、草图、模型等提出改进建议，并说明理由”的知识目标。第4课《改进小水钟》的活动完成了“在制作过程中及完成后进行相应的测试和调整”的学习任务。第5课《钟摆的秘密》则通过对比实验完成了“举例说出，一项工程运用到的科学技术和原理”的学习内容。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）强化信息加工，建构科学概念

学生在进入学习之前已经具备了丰富的前概念，但是不够系统与完善，进入正式学习时，往往需要不断地进行更新和纠正错误。这就需要学生在学习中要捕获新信息，并将这些信息条理化、结构化，将其纳入原有的认知结构，以更新和完善概念体系。

本册教材通过引领学生亲身经历探究活动来实现信息的输入，并通过捕获、处理、输出3个环节联动，促进科学概念的主动建构。具体分析如下：

其一，获取信息，为概念建构打好基础。如“自然界的水”单元编排了《海洋与陆地》《陆地上的水体》《珍贵的淡水资源》《节约用水》4课进行实验探究。在第1课《海洋与陆地》中，通过观察地球仪，获取颜色信息，直观感受地球上海洋与陆地的占比差异;在后续3课中，学生通过阅读文本获取与研究主题相关的信息。足量相关信息的获取丰富了知识储备，为学生大概念的建构奠定了认知基础。

其二，处理信息，为概念建构搭建框架。信息再多，如果不进行分析，建立逻辑与关联，就不能成为概念。所以，在获取信息后，还需要进行加工，深化认知、建立观点是通往概念建构的引桥。根据处理信息和得出结论要素的中年段要求，教材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，有利于他们科学概念的主动建构。教材在此环节进行了多元安排，如在《海洋与陆地》一课中，通过标出关键句、计算比例等方式处理信息;在《陆地上的水体》一课中，用资料卡的方式处理信息;在《珍贵的淡水资源》一课中，用体验活动感受淡水资源的匮乏;在《节约用水》一课中，用统计调查结果的方式，将个人的信息汇聚成大数据，更加客观地分析数据。

其三，表达信息，为概念建构进行梳理提炼。信息处理加工之后，还需要通过表达交流进行外显。外显的表达交流有三个方面的作用：首先，为了完成表达交流任务，学生必须对处理过的信息进行提炼，形成结论。其次，表达交流的过程也是接受同行审视的过程，可能会存在不同的观点，以检视结论的严谨性、可重复性。再次，表达交流还是一个自我反思评价的过程，学生回顾自己的结论形成过程，提升元认知能力。以“自然界的水”单元为例，通过数据表的呈现、资料卡的展示、知识小报的评价和宣传折页的设计，进行了多种形式的表达，促进了学生科学概念的深度建构。

（2）关注评价标准，助力概念建构

科学概念的完善是通过不断迭代完成的，而评价反思是认知迭代的重要途径。本册教材为推动学生的评价反思做了诸多设计。

其一，利用星级评价建构纵向评价阶梯。教材在准备单元“降落伞”中就渗透了等级评价的方式，在探究活动结束时，要求学生以表格形式进行反思记录，并在其中呈现了三颗星的等级评价，促使学生在反思评价时将探究成果的评价量化、可视化。在“自然界的水”单元中，对知识小报进行评价时，进一步将评价等级细化为五个星级，并将评级维度具体呈现，使得评价内容有了更具体的指向。

其二，利用单元教学展开反思进程。在建立了等级评价的纵轴之后，教材在横向上以单元教学为单位，呈现了步步递进的反思进程。以“精确时间的步伐”单元为例，在第2课《日晷》中，教材在反思环节引导学生评价计量是否准确，对作品质量进行定性评价;在第3课《水钟》的反思中，将反思的内容递进为“不准确的原因”;在第4课《改进小水钟》中，与教材改进小水钟的内容相匹配，评价指向“优化的效果”;而在单元最后一课《钟摆的秘密》中，将日晷、水钟等单项制作提升到计时器发展的历史层面，引导学生以历史视角回望技术史的长河，进一步认识到科技的发展也是在不断反思的基础上迭代前行的，从而完成“知道工程设计的基本步骤包括明确问题、确定方案、设计制作、改进完善”“对自己或他人设计的想法、草图、模型等提出改进建议，并说明理由”以及“在制作过程中及完成后进行相应的测试和调整”等教学目标。

本册教材科学态度目标及STSE目标的渗透与落实

科学态度目标和STSE目标是小学科学课程目标的重要组成部分，教材的编写着力铺设多样化的路径，以激发学生对日常生活及周围环境中遇到的工程类问题的探究欲望，引导他们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確的科学价值观。技术与工程领域的学习可以使学生将科学知识与生活实际建立感性的关联，使学生意识到科学技术对个人生活和社会发展的影响，并为他们技术素养的发展奠定基础。此外，作为地球公民，既是自然人也是社会人，因此，合理使用科学技术，与自然和谐共处的理念也渗透在本册教材之中。

如《我们的游乐器材》一课中，教材以“设计游乐器材”为任务驱动，引导学生将所学的力学概念运用到问题解决之中。学生通过设计、制作游乐器材模型，进一步理解弹力、摩擦力的特点，体悟到设计是工程的关键。在“精确时间的脚步”单元，通过制作水钟、改进水钟，学生经历工程设计中的明确问题、确定方案、设计制作和改进完善的过程，尝试将科学知识激活，走向生活，走向社会，感受现代社会和科技发展的联系。

再如“生命世界”单元，学生通过种植豆苗、领养小仓鼠等活动，关注动物、植物的生命，发现它们与人类千丝万缕的联系，从而跳出人类中心的局限，树立地球公民观以及与自然和谐相处的意识，从而使科学态度目标和STSE目标得以落实与达成。